ZWART WA ATER EN GELE STTROOM Spoelgang levert grondstoffen, water en energie Met het huishoudelijk afvalwater verdwijnen waardevolle grondstoffen als fosfor, stikstof en kalium onbenut in het riool. Als de spoeling maar dik genoeg is, maken we er kunstmest en energie van. Wat schaft de pot in Friesland, waar vacuümtoiletten het begin van een nieuwe kringloop vormen en stroom uit urine wordt opgewekt? HARRY VAN DOOREN
I
n het Friese Sneek worden sinds 2006 met behulp van vacuümtoiletten feces en urine (zwart water) opgevangen en samen met keukenafval naar een anaerobe zuiveringsinstallatie getransporteerd voor de productie van biogas, dat daarna wordt ingezet voor de productie van warmte in de Sneker huizen. Na een pilot werd vorig jaar de wijk Noorderhoek uitgerust met dit systeem. Het principe dicht een ‘lek’ in de traditionele waterzuivering. Het effluent dat uit de anaerobe zuiveringsinstallatie komt, bevat namelijk nog veel fosfaat en stikstof (in de vorm van ammonium). Door toevoeging van magnesium slaat het fosfaat en een deel van het ammonium neer als struviet en daarmee kun je akkers bemesten. Zo hersluit je een kringloop die vorige eeuw om hygiënische redenen werd verbroken. De huidige sanitatie- en rioolsystemen gebruiken veel water om weinig afval naar de zuiveringsinstallatie af te voeren. De vacuümtoiletten in Sneek nemen slechts 1 liter per spoelbeurt in plaats van de gebruikelijke 6 tot 8 liter. Daardoor wordt de spoeling dikker en het oogsten van grondstoffen rendabeler. Grijs water (bad-, douche-, was- en keukenwater) kan gescheiden van het toiletwater worden ingezameld en na behandeling ingezet voor bijvoorbeeld irrigatie. De afname van het afvalwatervolume heeft uiteraard ook als prettig bij-effect dat er veel minder kostbaar drinkwater door het toilet wordt gespoeld. Het tweede probleem van de traditionele waterzuivering is het energiegebruik; met name om lucht te blazen in reactoren die zuiverende bacteriën van zuurstof voorzien. De installatie in Sneek produceert juist energie, omdat daar gebruik wordt gemaakt van anaerobe (zuurstofloze) zuivering in een upflow anaerobic sludge bed (UASB), een techniek die is ontwikkeld door de Wageningse emeritus hoogleraar Gatze Lettinga.
26 MILIEUMAGAZINE | NR 7 | JUNI 2013
UASB-reactoren worden wereldwijd ingezet om geconcentreerd industrieel afvalwater te zuiveren. De uitdaging is om met waterbesparende toiletten ook huishoudelijk zwart water geconcentreerd in te zamelen en vervolgens anaeroob te behandelen zodat energie (in de vorm van biogas) wordt geproduceerd. De anaerobe zuivering (in plaats van aeroob) bespaart energie.
Fosfor & stikstof Grietje Zeeman, hoogleraar ‘nieuwe sanitatie’ in Wageningen, rekent voor dat je door terugwinning van fosfaat uit zwart water en keukenafval in een kwart van de wereldbehoefte aan kunstmest kunt voorzien: “Fosfor is een belangrijke component van kunstmest, maar de voorraden hoogwaardige fosfor zullen in het huidige delftempo aan het eind van deze eeuw op zijn. Bovendien zijn we voor de winning ervan sterk afhankelijk van China, Marokko en de VS.” Ook stikstof is een belangrijke voedingsstof voor de landbouw- en andere gewassen en daarom een van de hoofdbestanddelen van kunstmest. Ondanks de grote waterbesparing die met vacuümtoiletten wordt behaald, is de spoeling nog te dun om stikstof op een efficiënte manier terug te winnen. Daarvoor is de concentratie ammoniak te laag. In Sneek wordt de stikstof uit zwart water met een energiearme anammox-techniek weliswaar omgezet in N2, maar dat verdwijnt naar de lucht en levert dus geen meststof op. Zeeman: “Vooralsnog blijven we dus voor kunstmestproductie aangewezen op het HaberBosch-proces, waarmee de stikstof weer uit de atmosfeer kan worden gehaald. Aan dit
ROYAL HASKONINGDHV
WATER EN BODEM
Schema van het principe dat bij het Waterschap Hunze en Aa is getest
proces wordt naar schatting 1 procent van het wereldwijde energiegebruik besteed.” Een ander ideaal van Zeeman is de ontwikkeling van een (hyper)thermofiele anaerobe zuivering die behalve biogas ook gedesinfecteerde meststoffen oplevert. Daarvoor is verdere spoelwaterreductie de voorwaarde, omdat je dan met dezelfde hoeveelheid energie de temperatuur in de reactor kunt verhogen van de huidige 25 tot 30 graden naar een veilige 60 tot 70 graden, waardoor de meeste ziekteverwekkers onschadelijk worden gemaakt. De meststoffen en het water kunnen dan veilig in de landbouw worden hergebruikt. Dat wil zeggen: als de wet meewerkt. Conventioneel rioolwaterslib gaat in Nederland naar de verbrandingsinstallatie, waarbij de voedingsstoffen verloren gaan en de kringloop niet sluit. Om in de landbouw te mogen worden toegepast, moet het slib voldoen aan vastgestelde eisen voor zware metalen. Het slib uit de anaerobe zuivering van zwart water bevat veel minder zware metalen dan conventioneel rioolwaterslib, omdat er geen regen- en grijs water bij zit. Maar het koper- en zinkgehalte is nog te hoog volgens de in Nederland geldende normen. Uit lopend onderzoek moet blijken of deze zware metalen alleen uit ons voedsel komen. In dat geval moet volgens Zeeman de regelgeving worden aangepast om de kringloop van mest - via gewassen en voedsel - tot mest op een nette manier te sluiten.
Gele stroom & kunstmest Elders in Nederland wordt vooralsnog voornamelijk gescheiden ingezamelde urine verwerkt voor energie of kunstmest. Een overzicht: Leeuwarden (Friesland) 2013 - De urine van de 280 mannelijke medewerkers op het kantoor van het
Wetterskipp Fryslân wordt sinds begin dit jaar gescheiden ingezameld om met behulp van fosfaat en stikstof uit de urine elektriciteit te maken. De kleine 300 liter die dagelijks wordt opgevangen, is goed voor zo’n 8 kilowatt: genoeg om een elektrische auto 50 kilometer te laten rijden. De technologie is ontwikkeld binnen een PhD-onderzoek in samenwerking tussen WURMilieutechnologie en WETSUS. Deze oplossing is ook veelbelovend voor de terugwinning van stikstof uit anaeroob behandeld zwart water. Scheemda (Groningen) 2012 - Het Waterschap Hunze en Aa maakt ‘gele stroom’ van urine ingezameld in het provinciehuis in Assen. De hoge concentratie van deze urine maakt het interessant om ammoniak te winnen die vervolgens in een brandstofcel wordt omgezet in luchtstikstof (N2), wat elektriciteit, warmte en schoon water oplevert. Naast urine wordt ook rejectiewater gebruikt, het water dat vrijkomt bij slibontwatering en dat hoge concentraties ammonium bevat. Hoewel tijdens de proef de technische mogelijkheden werden bevestigd, staan de kosten en het rendement van de brandstofcel bredere toepassing voorlopig in de weg. Zutphen (Gelderland) 2010 - Bij SaNiPhos in Zutphen wordt, anders dan in Scheemda, uit urine geen energie gehaald, maar wel stikstof en fosfor. Door magnesiumzouten toe te voegen aan urine slaat het daarin aanwezige fosfaat neer als struviet met een rendement van 95 procent. De stikstof in urine – meestal in de vorm van ammonium – wordt eruit gehaald en met zwavelzuur omgezet in ammoniumsulfaat. Beide stoffen zijn (potentiële) vervangers van kunstmest. De installatie uit 2010 heeft een capaciteit van 5.000 kubieke meter per jaar. In Zutphen wordt voornamelijk urine verwerkt die is ingezameld bij plaszuilen op grote evenementen en resturine afkomstig van ‘Moeders voor moeders’. JUNI 2013 | NR 7 | MILIEUMAGAZINE 27