Vijf belangrijke trends rond waterzuivering

Belangrijke rol voor natuurlijke moleculen als O₂, O₃ en biogene CO₂

De waterzuiveringssector staat aan het begin van een belangrijke transitie: de wetgeving wordt strenger, processen moeten worden geoptimaliseerd, er moet rekening worden gehouden met de impact van de klimaatverandering en er is een sterke digitaliseringsgolf op gang gekomen.

Trend 1: Strengere wetgeving

De recente revisie van de Europese Afval Water Directive is een actualisatie om deze in overeenstemming te brengen met de Europese Green Deal. Dit houdt onder meer een uitgebreide producentenverantwoordelijkheid in voor microverontreinigingen zoals API’s (Active Pharmaceutical Ingredients) in het water. Dit omdat dergelijke micropolluenten schadelijk kunnen zijn voor de volksgezondheid en onder meer leiden tot een verstoorde hormonenhuishouding.

InOpSys, een bedrijf dat zich specialiseert in het zuiveren en valoriseren van afvalwaterstromen van farmaceutische en chemische bedrijven, heeft bij een klant een systeem opgezet waarbij afvalwater dat voorheen naar een verbrandingsoven moest worden gevoerd voortaan ter plaatse wordt gezuiverd. Hierbij worden 26 verschillende API’s verwijderd – onder meer met behulp van ozon –, wat resulteert in een zuiverheid van 99,99999%. 

Het laat zich aanzien dat ook de wetgeving rond de aanwezigheid van HCl (waterstofchloride) en H2SO4 (zwavelzuur) in het te lozen afvalwater zal verstrengd worden. Die stoffen worden vandaag nog regelmatig gebruikt in de waterzuivering, vooral voor pH-correcties, maar de chloriden uit de HCl maken het water brak door de grote hoeveelheid zouten. Anderzijds zorgen sulfaten – het restproduct van zwavelzuur – voor overmatige corrosie en asfyxie in rioolsystemen, wat resulteert in vroegtijdige slijtage, en dus in hogere kosten voor de maatschappij. Onder meer om die redenen schakelen steeds meer waterzuiveringscentrales over op biogene CO₂. Bovendien kan zo worden vermeden dat medewerkers in aanraking komen met gevaarlijke zuren.

In Nederland hebben verschillende PET recyclagebedrijven op korte tijd hun bestaande H₂SO₄ pH-installatie omgebouwd voor pH-correctie op basis van biogene CO₂.

Trend 2: Nood aan procesintensificatie

De nood om grotere hoeveelheden water te zuiveren, en om dat ook grondiger te doen, blijft verder toenemen. Maar vaak is het niet evident om daartoe bestaande waterzuiveringscentrales uit te breiden. Dikwijls zijn er beperkingen op economisch vlak en er is vaak ook niet voldoende ruimte beschikbaar.

Door de bestaande zuiveringsprocessen te intensifiëren en te optimaliseren, kunnen grotere hoeveelheden water efficiënter en energiezuiniger verwerkt worden, zonder dat daar grote kosten of bijkomende bassins voor nodig zijn.

De waterzuiveringsinstallatie van Renewi – deze is inmiddels 31 jaar oud – begon met capaciteitsproblemen te kampen, met name in de wintermaanden. In plaats van grotere bassins te bouwen, heeft Renewi ervoor gekozen om een installatie op basis van pure zuurstof te integreren, naast de bestaande installatie op buitenlucht. Hierdoor is de capaciteit aanzienlijk toegenomen zonder dat daar bouwwerken voor nodig waren.

Aquiris – het grootste waterzuiveringsstation in België – heeft met behulp van ozon (O₃) haar slibbezinkbaarheid verbeterd en zo haar capaciteit aanzienlijk verhoogd. 

Chemiebedrijf BASF heeft de waterzuiveringscapaciteit op haar site in Antwerpen eveneens verhoogd. Dit door ozon in te zetten om de slibproductie te reduceren en zo een optimaal zuiveringsrendement te bereiken. 

Trend 3: Tegengaan van emissies

De hierboven aangehaalde procesintensificaties op basis van pure zuurstof en ozon zorgen bovendien voor lagere uitstoot van lachgassen (N₂O). Bij waterzuiveringscentrales zijn lachgasemissies vaak goed voor meer dan 40% van hun koolstofvoetafdruk.

Belangrijk om weten hierbij is dat de emissie van 1 kg lachgas overeenstemt met 298 kg aan CO₂-emissies. Daarom wordt in academische middens, alsook bij overheden en bedrijven, volop onderzoek gedaan naar oplossingen om deze schadelijke emissies te verminderen.

In 2023 bestelde een Air Liquide klant die actief is in de afvalverwerkende sector een CFD-studie bij AM-Team. Vervolgens werden de resultaten getoetst aan de praktijk door middel van drones, die boven de bassins de nodige metingen uitvoerden. Daaruit bleek dat met een hybride lucht/pure zuurstof opstelling tot 70% lagere lachgasemissies konden gerealiseerd worden. Bovendien toonde het CFD-model aan dat, wanneer de installatie volledig op pure zuurstof zou overschakelen, lachgasemissies quasi volledig konden vermeden worden. 

Het emmisie-arm potentieel van Pure O₂ zie je ook bij legionellapreventie en de geringe spreiding van PFAS bij Waterzuiveringsinstallaties (zie Vlaamse BBT ter beperking van PFAS emissies, pag 70-71) 

Naast pure zuurstof kan ook biogene CO₂ worden ingezet om de koolstofemissies in waterzuiveringsinstallaties te verminderen. Door biogene CO₂ te gebruiken houden we aan het eind een koolstofvoetafdruk over die lager ligt dan wanneer er zwavelzuur zou gebruikt worden. Bovendien blijft de alkaliteit van het afvalwater behouden op die manier, wat gunstig is voor de oceanen en de biodiversiteit. Dat komt omdat er door de CO₂ oplosbare bicarbonaten ontstaan, waardoor de CO₂ wordt vastgezet. Bij gebruik van H₂SO₄ worden de bicarbonaten afgebroken, wat tot gevolg heeft dat de CO₂ wordt vrijgegeven. Daardoor krijgen rivieren af te rekenen met een niet-gebufferde waterstroom.

Een internationale leading circular material technology groep is voor het bijsturen van de pH-waarde van haar afvalwater overgeschakeld van zwavelzuur naar CO₂. Naast de eerder vermelde voordelen (zie hierboven) hechten deze urban miners er belang aan dat ook sulfaatemissies vermeden worden. Intussen heeft de fabrikant al drie installaties op basis van CO₂ in gebruik genomen op twee verschillende sites. 

Trend 4: Impact van de klimaatverandering opvangen

De klimaatverandering brengt extreme weersomstandigheden met zich mee. Zo krijgen we steeds vaker af te rekenen met periodes van langdurige droogte (met waterschaarste tot gevolg), alsook met intense neerslag en grotere kans op overstromingen.

Overstromingen zorgen voor een grote toename van de te verwerken waterhoeveelheden. In veel gevallen kunnen waterzuiveringsstations die hoeveelheden niet bolwerken en wordt een deel van het water ongezuiverd doorgesluisd naar waterlopen. Bijkomend probleem is dat dat water dikwijls extra vervuild is. Dat komt omdat de grote debieten ervoor zorgen dat de riolen als het ware schoongespoeld worden. Het vuil uit de riolen zorgt uiteindelijk voor zuurstofarme zones in de waterlopen. Deze bedreigen de biodiversiteit en kunnen ook geurproblemen met zich meebrengen.

Waterschap De Dommel heeft op haar site in Eindhoven als eerste municipale waterzuivering Ventoxals (een systeem om zuurstof te injecteren en te mengen in het water) ingezet in combinatie met de nieuwe, energiebesparende HP nozzles. Deze ingreep zorgt voor een significante energiebesparing. De Ventoxals werden aangebracht in het denitrificatiebekken. Deze anoxische (O₂ arme) zone is essentieel voor de verwijdering van stikstof, maar bij stormweer bestaat de kans dat deze zone anaeroob wordt. Dit leidt tot een verstoord proces met mogelijk geurproblemen en niet-conforme lozingen. Met behulp van pure zuurstof en de geïnstalleerde Ventoxal systemen kan het proces op korte termijn weer op punt gesteld worden, met een stabielere waterkwaliteit als gevolg. 

Klimaatverandering veroorzaakt ook waterschaarste en dus komt er druk op de beschikbaarheid van drinkwater, zeker om dit als proceswater in te zetten.

Alpro – onderdeel van Danone – heeft op haar site in Wevelgem een waterhergebruikinstallatie in gebruik genomen met een zuiverende capaciteit van 930.000 m³ per jaar. Dankzij de installatie kan zo’n 80% van het afvalwater hergebruikt worden. De pH-waarde van het te zuiveren water wordt gecorrigeerd met biogene CO₂. Air Liquide beschikt inmiddels over meerdere biogene CO₂-bronnen in de Benelux voor het bevoorraden van klanten in de waterzuivering. Meer hierover in deze case study. 

Trend 5: Digitalisering

Het gevolg van al het voorgaande is dat er bijkomende stappen in waterzuivering nodig zullen zijn. Ook zullen sommige stappen – omwille van de grotere gewenste efficiëntie – complexer worden. Om dit alles goed onder controle te houden, en dat liefst op een gebruiksvriendelijke manier, is digitalisering het juiste antwoord.

Dat kan onder meer door in de ontwerpfase digitale twins in te zetten en door gebruik te maken van CFD (Computational Fluid Dynamics) technologie. Tijdens de productie kan Air Liquide vanop afstand mee een aantal cruciale parameters in de gaten houden en eventuele real time bijsturen op basis van de beschikbare data.

Een Waalse suikerraffinage–  een industriële sites waar suikerbieten worden verwerkt – heeft zijn waterzuiveringsinstallatie gedigitaliseerd, zodat Air Liquide het zuiveringsproces kan opvolgen en de te injecteren hoeveelheden zuurstof kan optimaliseren.

Tenslotte maakt Inopsys op de site van Ajinomoto gebruik van een digitale carbon footprint teller om de vermeden CO2-emissies te visualiseren.