TOPIC WATERBEHANDELING Membraantechnologie

Membraantechnologie verlicht waterstress

Klimaatverandering en zorgen om de waterkwaliteit zetten zowel waterinname als -lozing onder druk. Industriële grootverbruikers van zoetwater zetten daarom steeds vaker alternatieve bronnen in voor drink- of grondwater. Die keuze kunnen ze maken dankzij membraantechnologie. Afgeleide voordelen als warmte- en grondsto enterugwinning maakt de businesscase nog interessanter.

David van Baarle

Hoewel de waterwereld inmiddels veelvuldig gebruik maakt van membraantechnologie, is de discipline nog relatief jong. Vijftig jaar geleden begonnen de eerste pioniers water te zuiveren of vloeistofstromen in te dikken met membranen. Sindsdien heeft de scheidingstechnologie een grote vlucht genomen. En dat is niet voor niets want membranen zijn energiezuinig, schaalbaar en kennen een redelijk eenvoudige procesvoering. Bovendien is er nog steeds veel innovatie op het gebied van materialen, confi guraties en toepassingen waardoor steeds weer nieuwe te scheiden stromen in het bereik van de technologie komen. En dat is hard nodig, want de industriële transitie naar emissievrij, klimaatneutraal en circulair zet de waterketen op zijn kop. De industriële emissies moeten omlaag terwijl de beschikbaarheid van schoon zoetwater onder druk staat. Een oplossing voor beide uitdagingen is te vinden in membraantechnologie.

Stroperige olie

Emiel Nijhuis van RWB heeft al heel wat projecten opgeleverd en ziet de vraag naar membraantechnologie nog steeds toenemen. ‘Tot voor kort hadden we het nog niet veel over waterschaarste. Omdat drinkwater overvloedig aanwezig was en relatief goedkoop was de businesscase voor membraanfi ltratie vaak moeilijk rond te krijgen. Alleen in de gebieden die kampten met verdroging of verzilting moest men wel overschakelen op alternatieve bronnen. Dat zag je bijvoorbeeld bij de Nederlandse olievelden rondom Schoonebeek. Om de stroperige olie nog te kunnen winnen, moest men de viscositeit verlagen met stoom. Daarvoor was heel veel demiwater nodig en dat in een gebied dat vanwege de zandgrond veel last heeft van verdroging. Men vond de oplossing door een alternatieve waterstroom in te zetten: effl uent uit de lokale rioolwaterzuivering.’ Watermaatschappij Drenthe en Waterschap Vechtstromen besloten in 2011 samen een waterfabriek te bouwen en noemden deze Nieuwater. De fabriek werkt effl uent van de rioolwaterzuivering in Nieuw-Amsterdam op tot demiwater. Men vond de oplossing in een combinatie van ultrafi ltratie, een biologisch actief koolfi lter, reverse osmose en elektrodeïonisatie. De fabriek produceert al ruim tien jaar dagelijks achtduizend kuub water met een geleidbaarheid van 0,065 micro Siemens per centimeter.

Restwaterstromen

Het voorbeeld van Nieuwater zal voor steeds meer bedrijven gelden, stelt Nijhuis: ‘Water wordt schaarser en dus heroverwegen Provinciale bestuurders en waterschappen vergunningen voor grondwateronttrekking aan banden te leggen. De bedrijven in die gebieden zullen terug naar de

tekentafel moeten om hun waterhuishouding opnieuw onder de loep te nemen. Welke kwaliteit water hebben ze echt nodig? En welke bronnen kunnen ze daarvoor inzetten? Zo zie je steeds meer bedrijven overstappen op oppervlaktewater. Membraanfi ltratie is een mooie manier om dit water op te werken.’ Veel bedrijven lozen ook nog hun restwaterstromen in het riool, terwijl die met een kleine reinigingsstap eenvoudig weer terug zijn te leiden in het proces, stelt Nijhuis. ‘De vestiging van FrieslandCampina in Borculo gebruikte bijvoorbeeld

‘De bedrijven zullen terug naar de tekentafel moeten om hun waterhuishouding opnieuw onder de loep te nemen.’

EMIEL NIJHUIS COMMERCIEEL DIRECTEUR RWB

Bedrijven kunnen met een reverse osmose installatie hun afvalwater opwerken tot proces- of demiwater.

condensaatwater als koelwater en loosde het daarna op het schoonwaterriool en de rivier de Berkel. Ook zij lopen steeds meer tegen lokale droogteproblemen aan en wilden voorkomen dat ze in een droge zomer moeten worden afgeschakeld. Met een combinatie van een keramische membraaninstallatie en reverse osmose kon de melkfabriek het water opwerken tot demiwaterkwaliteit en inzetten in zijn processen.’

Energiebesparing

De installatie van aardappelproducent Lamb Weston Meijer laat zich gemakkelijk vergelijken met de andere voorbeelden. Het bedrijf heeft zich ten doel gesteld een deel van haar afvalwaterstromen opnieuw in te zetten in de processen. De vestiging in Kruiningen had een eigen biologische zuivering en dankzij een combinatie van ultrafiltratie en reverse osmose produceert men nu zeventig kuub proceswater per uur. Ook Grolsch zette een behoorlijke besparingsstap met membraantechnologie. De brouwerij in Enschede mag nog wel grondwater onttrekken als grondstof voor het bier. Om dit water geschikt te maken voor de brouwerij, wordt het bewerkt. Een van de bewerkingsstappen is een zandfilter, die regelmatig moet worden gespoeld om er ijzer en mangaan uit te halen. Dit spoelwater ging normaal gesproken naar de afvalwaterzuiveringsinstallatie. Door er een membraanfiltratie tussen te zetten kon Grolsch het opnieuw inzetten als spoelwater. Bijkomend voordeel van deze stap is dat het te koude spoelwater niet gunstig was voor de biologie in de afvalwaterzuivering. Door deze stroom te hergebruiken, bespaarde Grolsch indirect dus ook energie. ‘Die afgeleide voordelen kunnen in sommige gevallen de businesscase voor waterprojecten net de goede kant op laten vallen’, zegt Nijhuis. ‘Helemaal als er nog waardevolle grondstoffen in de reststromen zitten.’

Watermining

Met name de voedingsmiddelenindustrie richt zich steeds meer op watermining. Zo concentreert aardappelproducent Avebe zijn aardappelsap met membraantechnologie. Dat levert het bedrijf niet alleen direct zuiver water op, maar het ingedikte sap bevat ook nog waardevolle eiwitten die een mooie vervanger zijn voor dierlijke eiwitten. Colubris Cleantech kent gelijksoortige voorbeelden van resource recovery bij aardappelproducenten en de groenteverwerkende industrie. ‘Eenvoudig gezegd bevat afvalwater stoffen die je ergens in het proces bent kwijtgeraakt’, zegt technologie- en R&D-manager Lex van Dijk. ‘Nu zijn die stoffen in sommige gevallen een goede bron voor vergisting,

maar als je de waardevolle producten er uit haalt, hebben die een veel hogere waarde. Zo snijdt een groenteverwerker een breed scala aan groenten en houdt een suikerrijke stroom over. De suikers zijn een prima zoetstof die op tarwe gebaseerde zoetstoffen kunnen vervangen. Als je de juiste membranen toepast, kan je heel selectief de waardevolle stoffen eruit halen.’ Ook het aardappeleiwit heeft toegevoegde waarde omdat steeds meer mensen duurzame alternatieven zoeken voor vlees, weet Van Dijk. ‘Het vervangen van vlees is al duurzaam, maar als die ook nog eens van eiwitten uit reststromen zijn gemaakt, levert dat dubbele winst op voor het milieu.’ Colubris heeft veel projecten buiten Nederland in zijn portfolio, met name in gebieden met meer waterstress. Van Dijk: ‘De waterschaarste in India en andere delen van Azië zorgen ervoor dat de overheden zero liquid discharge afdwingen. Met name de textielindustrie is ruim vertegenwoordigd in die landen. De textielbedrijven mogen geen druppel water lozen en kozen daarom in het verleden voor het indampen van hun reststromen. Membranen bieden hiervoor een energiezuinig alternatief.’ William van Steenbruggen Area Sales Manager van Colubris heeft ook dichter bij huis vergelijkbare voorbeelden. ‘Een Duitse pluimveeslachterij loosde tot voor kort zijn afvalwater op de lokale beek. Toen de droogte in het gebied toesloeg, kon het bedrijf veel minder grondwater onttrekken. Een waterleiding doortrekken zou te duur worden en dus besloot het bedrijf het

afvalwater weer op te werken tot productiewater. Vanwege hygiënische voorschriften mag dit water niet met het vlees in aanraking komen, maar er zijn genoeg processen waar het wel kan worden ingezet. Bijkomend voordeel is dat het water ongeveer twintig graden warmer is dan het grondwater. Daarmee gaat de gasrekening ook nog eens omlaag.’

‘Eenvoudig gezegd bevat afvalwater stoffen die je ergens in het proces bent kwijtgeraakt.’

LEX VAN DIJK MANAGER TECHNOLOGIE EN R&D COLUBRIS CLEANTECH

Afvalwaterbehandeling

Hoewel zero liquid discharge in Nederland nog geen verplichting is, worden de eisen aan het lozen van afvalwater wel steeds strenger. Ook hier kunnen membranen een oplossing bieden. Van Dijk: ‘Neem zeer zorgwekkende stoffen zoals PFAS. De stof is onder meer terug te vinden in het percolaat van vuilstortplaatsen. Met membranen zijn die stoffen te concentreren zodat je ze kunt immobiliseren.’ Hoe waardevol membraanscheiding ook is, er zijn ook wel degelijk uitdagingen. ‘Uiteindelijk concentreer je de stoffen die in het water zitten’, zegt Nijhuis. ‘Het is natuurlijk mooi dat je oppervlaktewater kunt inzetten als proceswater, maar je houdt een concentraat over. Nu kan je zeggen dat alles wat je hebt geconcentreerd in het water zat en dus ook weer terug mag worden geloosd op het oppervlaktewater. Maar de vergunningsverlener is het daar niet altijd mee eens.’ Ook de opwerking van afvalwater tot demiwater levert lastige reststromen op. Met name brijn levert nog wel eens hoofdbrekens op. Waar alle membraanexperts het over eens zijn, is dat eigenlijk elk project dat ze hebben uitgevoerd maatwerk vereist. Nijhuis: ‘Hoewel er veel parallellen te trekken zijn tussen de verschillende projecten, zijn de parameters per project zo verschillend dat je ze niet zomaar kunt kopiëren. De samenstelling van het water dat je bewerkt en de kwaliteit die je nodig hebt, is steeds anders en vraagt net een andere voorbehandeling, configuratie of procesvoering. Je moet dan ook altijd beginnen met een pilotinstallatie om te kunnen finetunen.’

Met een combinatie van een keramische membraaninstallatie en reverse osmose kan de melkfabriek van FrieslandCampina water opwerken tot demiwaterkwaliteit en inzetten in zijn processen.

Tijd voor een nieuwe waterbalans

De overheid beperkt het drinkwatergebruik en probeert ook het aantal grondwater–onttrekkingen tot een minimum te beperken. Zodra er schaarste heerst, moeten keuzes worden gemaakt en in die keuzes zal de industrie niet altijd vooraan staan. Tijd dus voor een her-evaluatie van de waterbalans.

Het beeld van Nederland als waterland moet de komende jaren drastisch worden bijgesteld, zo is de verwachting. Klimaatverandering zorgt voor langere periodes van droogte of juist wateroverlast door zware buien. En is er voldoende water beschikbaar, dan is het ook nog maar de vraag of de kwaliteit voldoet. Door de verdroging trekt ook het zilte water op. Bovendien zien waterbedrijven steeds meer microvervuilingen en hormoonverstorende stoffen in hun monsters. Milieumanager en waterspecialist Michiel van der Meer van Bilfinger Tebodin waarschuwt bedrijven om op tijd hun waterverbruik en gebruik in kaart te brengen. ‘Steeds meer provincies lopen

Bilfinger Tebodin is een internationaal opererend advies- en ingenieursbureau. Het bedrijf werkt samen met klanten en stimuleert innovatie met geïntegreerde consultancy- en engineeringsoplossingen, gecombineerd met professioneel project- en constructiemanagement. Bilfinger Tebodin kan een beroep doen op de ervaring, expertise en passie voor technologie van 1.600 professionele consultants en ingenieurs. tegen de grenzen van het zoetwatersysteem aan en ook de Rijksoverheid probeert de watervoorziening te beschermen met nieuwe wet- en regelgeving. We krijgen dan ook steeds meer verzoeken van bedrijven om te optimaliseren binnen de waterbalans van het productieproces of naar alternatieve waterbronnen te zoeken. Dit is veelal gedreven vanuit compliance issues, waarbij tevens wordt ingespeeld op een toekomstbestendige bedrijfsvoering. Of door een groen, duurzaam en circulair karakter. Bij dergelijke procesoptimalisaties is waterbesparing niet de drijfveer, maar wel mooi meegenomen. Naast deze verzoeken geeft Bilfinger Tebodin ook intern steeds meer aandacht aan een duurzame waterbalans binnen onze engineeringstrajecten.’

Waterbalans

Hoewel Bilfinger Tebodin vooral bekend staat als een technisch georiënteerd bedrijf, ligt de oplossing volgens Van der Meer niet altijd in de techniek. ‘Bedrijven hebben lange tijd niet hoeven nadenken over waterschaarste of welke waterkwaliteit ze voor welke processen nodig hebben. Als er voldoende drink- of grondwater voorhanden is, maakt een kuub meer of minder niet zo veel uit. De huidige omstandigheden dwingen bedrijven echter om opnieuw te kijken naar de waterbalans en de mogelijkheden tot reductie in de watervoorziening en emissies naar de omgeving. Als ze ooit al eens een waterbalans hebben opgesteld, dan is deze vaak niet bijgehouden, laat staan aangepast aan veranderende bedrijfsomstandigheden. Het is dan ook verstandig om altijd een actuele waterbalans inzichtelijk te hebben met de inkomende en uitgaande stromen. Met deze waterbalans weet je waar je water heen gaat, welke kwaliteit het water moet hebben en kun je efficiënt kijken naar mogelijke hergebruiksopties. Door slim te kijken naar welke waterkwaliteit je per proces nodig hebt, kun je de waterbalans nog verder optimaliseren.’

Alternatieve bronnen

Van der Meer denkt graag mee met de bedrijven. ‘Pas als de stromen duidelijk zijn, kun je gaan optimaliseren. Bedrijven kiezen vaak vanwege het gemak voor drinkwater, terwijl ze in veel gevallen ook water van mindere kwaliteit kunnen inzetten. De wetgever beperkt echter het drinkwatergebruik, verplicht steeds vaker hergebruik en probeert het aantal grondwateronttrekkingen tot een minimum te beperken. Hierdoor, en door verdere beperkingen van de lozing en lozingskwaliteit van proceswater, ontstaat er echter een nieuwe balans.’ In de praktijk komt het erop neer dat bedrijven de bron van hun vervuiling moeten aanpakken, stelt Van der Meer. ‘En waar het voorkomen van emissies

Waarom zou je hemelwater via het riool afvoeren terwijl je het ook in het proces kan gebruiken of als spoelwater kan inzetten?

niet mogelijk is, zullen ze hun afvalwater vergaand moeten behandelen vóórdat ze het mogen lozen. Als bedrijven hun afvalwater toch moeten bewerken, kunnen ze dat water in sommige gevallen net zo goed weer in hun processen inzetten. Soms kan dat direct of met een kleine, extra waterbehandeling. Ik raad bedrijven dan ook altijd aan om eerst naar hun eigen mogelijk circulaire bronnen te kijken en te streven naar een

duurzame waterbalans. Niet dat dit het ideaalbeeld in Nederland zou moeten zijn, maar in veel landen is zero liquid discharge al verplicht.’

‘Als je wordt gedwongen je inname te beperken, is er ineens veel meer mogelijk.’

Michiel van der Meer milieumanager en waterspecialist Bilfinger Tebodin

Omgeving

‘Mocht de eigen circulaire watervoorziening niet voldoende zijn, dan kan een bedrijf nog altijd bij zijn buren kijken’, vervolgt Van der Meer. ‘Veel bedrijven zijn onderdeel van een cluster of een bedrijventerrein waar doorgaans verschillende waterstromen samenkomen. Maken ze bijvoorbeeld gebruik van een gezamenlijke afvalwaterzuivering, dan kan dat een nieuwe bron zijn van proceswater. En waarom zou je hemelwater via het riool afvoeren terwijl je het ook in het proces kan gebruiken of als spoelwater kan inzetten? Je hebt

soms wat creativiteit en lef nodig om de kansen te zien. Maar als je wordt gedwongen je inname te beperken, is er ineens veel meer mogelijk.’ Bovendien zijn er aan hergebruik vaak afgeleide voordelen te behalen, weet Van der Meer. ‘Steeds meer bedrijven winnen grondstoffen terug uit hun afvalwater, maar bijvoorbeeld ook warmte. Daarnaast draagt wateroptimalisatie bij aan een belangrijke Sustainable Development Goal van de Verenigde Naties voor een eerlijke en duurzame wereld in 2030. Ook hierin speelt bewustwording een belangrijke rol’

Cultuur

Misschien nog wel het lastigst te nemen obstakel in de transitie naar een optimale waterbalans vormt de bedrijfscultuur en routines. ‘Mensen willen niet altijd hun procedures aanpassen omdat ze bijvoorbeeld al dertig jaar lang hetzelfde doen’, zegt Van der Meer. ‘Als water goedkoop en ruim voorradig is, maakt het niet uit hoeveel water je gebruikt. En als het goedkope water toch al van drinkwaterkwaliteit is, waarom nog nadenken over water van slechtere kwaliteit? Toch loont het om goed na te denken over de waterbalans, bewust bezig te zijn met water en ook te kijken naar geschikte procedures en afspraken binnen de organisatie. Leg dus met elkaar vast wat echt moet van de wetgever en leg je routines nog eens kritisch onder de loep.’