Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie

Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie Mogelijkheden en Kansen

Energietransitie Papierketen, P2 Energie Neutraal Papier Juni 2009

Anaëroob zuiveren in de Papier en Karton Industrie Mogelijkheden en Kansen

dossier : WA-WT20092054 registratienummer : WA-WT20092054 versie : Eindversie

Energietransitie Papierketen P2 Energie Neutraal Papier Juni 2009 DHV B.V. Niets uit dit bestek/drukwerk mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt d.m.v. drukwerk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van DHV B.V., noch mag het zonder een dergelijke toestemming worden gebruikt voor enig ander werk dan waarvoor het is vervaardigd. Het kwaliteitssysteem van DHV B.V. is gecertificeerd volgens ISO 9001. ©

DHV B.V.

1

VOORWOORD

Met de doelstelling van een halvering van het energieverbruik in de papierketen in 2020, heeft de papier- en kartonindustrie met haar Energietransitie Papierketen een belangrijke stap gezet naar het bereiken van de klimaatdoelstellingen van de overheid. Binnen het programma Energie Neutraal Papier van de Energietransitie Papierketen vinden diverse initiatieven plaats gericht op duurzame energiebronnen, nieuwe efficiënte energieconversieprocessen, symbiose en co-siting. In huidige tijden van toenemende schaarste en prijzen in grondstoffen en energie, zullen we steeds bewuster moeten worden van de (energie)waarde van onze reststromen, en de wijze waarop we deze kunnen benutten. Ook ons afvalwater bevat een relevante hoeveelheid waardevolle organische materialen, dat bij enkele van de Nederlandse en Vlaamse papier- en kartonfabrieken reeds wordt aangewend voor de productie van biogas, als energiebron voor de eigen productie, danwel productie van elektriciteit voor het net. Onderliggende studie heeft in kaart gebracht hoe er nog meer biogas kan worden geproduceerd door optimalisatie van de huidige anaerobe waterzuiveringsinstallaties, maar ook door realisatie van nieuwe anaerobe waterzuiveringsinstallaties bij papier- en kartonfabrieken. Wij zijn verheugd te kunnen melden dat dit project ons heeft laten zien, dat alleen al door implementatie van Best Practices op huidige en nieuwe lokaties meer dan 60% meer biogas kan worden geproduceerd dan op dit moment. Een toekomstige duurzame energievoorziening betekent echter meer dan het toepassen van Best Practices. In de toekomst zal zowel energieconversie als reststroomverwerking optimaal geintegreerd zijn met de publieke en industriele omgeving, en zal een hogere waarde worden gecreëerd. In de toekomst isoleert een gezamenlijke waterbehandeling waardevolle componenten uit proceswater, is een waterbehandeling gekoppeld aan vergisting van diverse organische reststromen uit de omgeving, alsmede aan innovatieve technologieën die restwarmte en CO2 omzetten tot waardevolle nieuwe biomassa, en wordt energie gewonnen uit elders niet meer toepasbare energiebronnen. Ons uiteindelijke doel is om in samenwerking met overheden en andere sectoren deze toekomstvisie te kunnen realiseren. We zullen actief werken aan zichtbaarheid van onze sector, en openheid uitstralen voor samenwerking in innovaties in symbiose en co-siting. Innovaties die zullen bijdragen aan een transitie in afvalwaterzuivering en energieconversie. De Nederlandse papierindustrie is er in ieder geval van overtuigd dat het herbenutten van de waarde van de componenten in afvalwater een positieve stap is in de transitie naar een duurzame klimaatbewuste industrie. Annita Westenbroek Programma coördinator Energie Neutraal Papier Energietransitie Papierketen

KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie B7434

18 juni 2009, versie Eindversie 1

DHV B.V.

2

SAMENVATTING

De Energietransitie Papierketen ambieert een halvering van het energiereductie in de papierketen te realiseren in het jaar 2020. Onderliggend onderzoek valt binnen het ‘Energy Neutral Paper’ programma van de Energietransitie Papierketen. In en rondom papier- en kartonfabrieken zijn 'potentiële energiebronnen' te identificeren, die (beter) benut zouden kunnen worden ten behoeve van de energievoorziening van de papier- en kartonindustrie. Een van deze componenten zijn afvalstoffen in het proceswater die middels anaërobe zuiveringstechnologie omgezet kunnen worden in biogas, en zo kunnen bijdragen aan de verduurzaming van de papierindustrie. De Nederlandse en Vlaamse P&K-industrie kent momenteel resp. 22 en 3 productie locaties. Bij 9 van deze locaties wordt het proceswater reeds anaëroob voorbehandeld (in 7 installaties). Deze anaërobe zuiveringen produceren 14,5 miljoen m3 biogas per jaar (exclusief Sappi Lanaken). In dit onderzoek zijn de prestaties van vijf installaties met elkaar vergeleken: Smurfit Kappa Nieuweschans, Eska Grapicboard Sappemeer, Industriewater Eerbeek, Smurfit Kappa Roermond en VPK Oudegem. Doordat deze zuiveringen over het algemeen op hoge rendementen draaien en weinig problemen vertonen is door procesbeheersing, optimalisatie of aanpassing hooguit 5 % efficiency 3 verhoging mogelijk. Dit komt overeen met 0,7 miljoen m gas. Optimalisatie mogelijkheden zijn: – Verbeterde sturing nutriënt dosering; – Optimalisatie belasting; – Optimalisatie verblijftijden. Nieuwe technologieën (b.v. voorbehandeling van het proceswater met enzymen), gestuurde voorverzuring en anaërobe zuivering als interne zuiveringsstap, zouden eventueel tot verhoging van de huidige biogasproductie kunnen leiden. Hierover is momenteel nog weinig bekend en om een inschatting te kunnen maken naar de potentie van dergelijke stappen is verder onderzoek nodig. Een andere mogelijkheid om biogas te verhogen, is door externe stromen te gaan verwerken. Naast het toepassen van anaërobe zuivering als eindzuivering zou de zuivering ook in de interne kringloop van de P&K fabriek kunnen worden toegepast. Hierdoor zal de CZV concentraties in het proces kunnen afnemen wat verschillende voordelen biedt. Afhankelijk van de locatie kan dit tot een verhoging van 20 % van de biogasproductie kunnen leiden. Toepasbaarheid van anaërobe zuivering is afhankelijk van de samenstelling van het te behandelen proceswater. Niet alle processtromen binnen de Nederlandse en Vlaamse P&K-industrie zijn geschikt om anaëroob te behandelen. Met de kennis van anaëroob zuiveren en de praktische ervaring van de deelnemende partijen is een verdeling gemaakt binnen de Nederlandse en Vlaamse fabrieken waarbij de fabrieken verdeeld zijn in: – Uitermate geschikt voor anaërobe zuivering – Minder geschikt – Niet geschikt voor anaërobe zuivering Voor de papier en kartonfabrieken die geschikt en minder geschikt zijn is een inschatting gemaakt hoeveel biogas geproduceerd kan worden op het moment dat anaërobe zuiveringstechnieken zouden worden gebruikt.



DHV B.V.

– – –

Uitermate geschikt Minder geschikt Niet geschikt

Aantal 8 3 5

3

Potentieel biogas opwekking in proceswater m /jaar 8.6 miljoen 1.1 miljoen -

In dit rapport zijn van twee locaties (Norske Skog Parenco en Huthamaki) de toepassing van anaëroob zuiveren verder uitgewerkt. Hieruit blijkt dat de toepassing van deze technieken ook economisch perspectieven biedt.



DHV B.V.

INHOUD

BLAD

1

VOORWOORD

1

2

SAMENVATTING

2

3 3.1 3.2 3.3

INLEIDING Achtergrond Doelstelling Opzet van het onderzoek

5 5 5 5

4 4.1 4.2

ANAEROOB ZUIVERINGEN IN DE PAPIER INDUSTRIE Vergelijk anaëroob en aëroob Anaëroob zuiveren in de Nederlandse en Vlaamse P&K Industrie

6 7 8

5 5.1 5.2 5.3

OPTIMALISATIE MOGELIJKHEDEN IN DE HUIDIGE INSTALLATIES Procesbeheersing Inschatting potentie huidige installaties Nieuwe mogelijkheden voor verbetering huidige zuivering

9 9 7 8

6 6.1 6.2

NIEUWE MOGELIJKHEDEN VOOR ANAEROBE ZUIVERINGEN Norske Skog Parenco Huthamaki

10 12 15

7

CONCLUSIES EN AANBEVELING

17

8

COLOFON

19

BIJLAGEN 1 Getallen Enquete deelnemende bedrijven 2 Voorbeeld enquête inventarisatie toepasbaarheid anaërobe zuivering 3 Literatuurverwijzingen



DHV B.V.

3

INLEIDING

3.1 Achtergrond De Energietransitie Papierketen ambieert een halvering van het energiereductie in de papierketen te realiseren in het jaar 2020. In het kader van de Energietransitie binnen de Nederlandse P&K-industrie voert het KCPK onderzoek uit naar mogelijkheden om een energie reductie te realiseren Onderliggend onderzoek valt binnen het ‘Energy Neutral Paper’ programma van de Energietransitie Papierketen. In en rondom papier- en kartonfabrieken zijn 'potentiële energiebronnen' te identificeren, die (beter) benut zouden kunnen worden ten behoeve van de energievoorziening van de papier- en kartonindustrie. Hierbij valt te denken aan delen in het oud papier (die niet geschikt zijn voor recycling), aan componenten in het afvalwater en aan restwarmte. Het accent in het programma 'Energy Neutral Paper' ligt op het ontwikkelen en implementeren van nieuwe technologieën die deze potentiële energie converteren naar elektriciteit, bruikbare warmte-energie en andere energiedragers. Tevens wordt de mogelijkheid van alternatieve energiebronnen onderzocht. Het doel is om te komen tot een papier- en kartonsector die onafhankelijk is van fossiele brandstoffen.

3.2 Doelstelling Er is een werkgroep ‘Anaërobie’ opgericht met vertegenwoordigers uit de P&K industrie. De doelstelling van deze werkgroep is tweeledig: 1. Onderzoeken van de huidige toepassingen van anaërobe waterzuiveringen om te bepalen of door procesbeheersing, optimalisatie en/of aanpassingen meer biogas kan worden geproduceerd; 2. Onderzoeken of binnen de Nederlandse papierindustrie meer mogelijkheden zijn voor het toepassen van anaërobe zuivering zodat meer biogas geproduceerd kan worden.

3.3 Opzet van het onderzoek In het kader van dit onderzoek zijn de volgende werkzaamheden uitgevoerd; 1. Benchmark van de huidige anaërobe zuiveringen; 2. Optimalisatie inventarisatie van de huidige anaërobe zuiveringen; 3. Identificeren van nieuwe mogelijkheden om de efficiency van anaërobe zuiveringen te verhogen: 4. Mogelijkheden bepalen voor nieuwe toepassingen binnen de NL P&K-industrie. Het onderzoek is uitgevoerd i.s.m. met de Nederlandse en Vlaamse papier en karton industrie. Door middel van enquêtes, werkbezoeken en regelmatige projectvergaderingen is informatie uitgewisseld over de te behandelen onderwerpen.



DHV B.V.

4

ANAEROOB ZUIVERINGEN IN DE PAPIER INDUSTRIE

Water kan met behulp van anaërobe bacteriën gezuiverd worden. Anaërobe zuivering wordt toegepast met behulp van bacteriën die niet van zuurstof afhankelijk zijn om verontreinigingen in het water om te zetten. Anaërobe bacteriën kunnen alleen verontreinigingen omzetten wanneer het zuurstofniveau laag is, omdat zij andere stoffen gebruiken bij chemische omzettingen. Anaërobe bacteriën ontwikkelen niet alleen koolstofdioxide en water bij de chemische omzetting, maar ook methaangas. Dit methaangas kan gebruikt worden als brandstof of als vervanging van aardgas. De anaërobe omzetting van een stof is een verzameling van verschillende omzettingen. In een anaërobe reactor zijn vele bacteriën actief die een stof omzetten naar methaan. In de anaërobe reactoren die in de papier industrie worden toegepast groeien deze bacteriën samen in een korrelvorm. Na een anaërobe omzetting worden er dikwijls nog aërobe bacteriën ingezet om het proces te vervolmaken, omdat het water anders nog niet schoon genoeg is om bijvoorbeeld te kunnen lozen op 1 oppervlakte water . Papier en Karton industrie De Nederlandse papierindustrie was in de jaren tachtig van de vorige eeuw een van de eerste industrieën die anaëroob zuiveren is gaan toepassen om afvalwater te reinigen. De techniek is inmiddels uitgegroeid tot een bewezen zuiveringstechniek met vele referenties in verschillende industrieën.

Tabel 1: Toepassingen van anaërobe zuiveringen



DHV B.V.

4.1 Vergelijk anaëroob en aëroob Om het proceswater van een papier- of kartonfabriek te kunnen lozen, dient het eerst gezuiverd te worden. Door de samenstelling van het proceswater is biologisch zuiveren prima toepasbaar. Naast de combinatie van anaëroob/aëroob, wordt het proceswater ook vaak alleen aëroob gezuiverd. Hieronder is een vergelijk gemaakt van anaëroob ten opzichte van aëroob zuiveren. Energie Het anaëroob zuiveren van afvalwater is interessant omdat dit voordelen biedt ten opzichte van aërobe technieken. Duidelijk is het energetische voordeel van anaëroob zuiveren waarbij netto energie kan worden geproduceerd ten opzichte van een energie vraag voor aëroob zuiveren. Anaëroob zuiveren past daarom goed in het energie neutral programma van de Nederlandse papier Industrie 2 In tabel 1 is een overzicht gegeven van de energie balansen van de twee processen.

Energy absorbed Energy yield Total

Aërobe installatie MJ/ton - 90 ----- 90

Anaëroob aëroob MJ/ton - 18 + 275 + 257

Verschil MJ/ton + 72 + 275 + 347

Tabel 2 Energie verbruik zuivering in de papier industrie

Ter vergelijking: de totale energie consumptie voor de productie van papier is. 7500 MJ/ton . Slib productie Een tweede voordeel is de geringe slibproductie van het anaërobe proces ten opzichte van het aërobe proces. Verwerking van aëroob slib kan hoge kosten met zich meebrengen. Het anaërobe slib heeft momenteel een marktwaarde. Zeker het anaërobe korrelslib uit reactoren waar proceswater uit de P&K industrie wordt gezuiverd, kenmerken zich door prima bezinkeigenschappen en vorm waardoor het vaak zeer goed afzetbaar is naar allerlei industrieën. Installatie Verder kan een anaërobe techniek worden bedreven met een hoger volume belasting in vergelijk met een aërobe zuivering en is voor de scheiding van slib en water geen seperate installatie nodig waardoor een anaërobe reactor veel compacter kan worden gebouwd en dus minder oppervlakte inneemt. Er zijn verschillende type anaërobe reactoren op de markt. Ze zijn onder te verdelen in middel hoogbelaste reactoren (bijvoorbeeld UASB en EGSB) met een compartiment en hoogbelast reactoren met vaak meerdere compartimenten (IC, R2S). De installaties zijn meestal gesloten waardoor geur en dampen goed voorkomen kunnen worden. Mogelijke nadelen anaëroob zuiveren Naast methaan en koolstof dioxide bevat het gas ook vaak het giftige en corrosieve waterstofsulfide welke meestal verwijderd moet worden om het gas te kunnen toepassen. Ook het effluent van de reactor bevat sulfide en moet verder worden behandeld om te kunnen hergebruiken of te lozen. Voor lozing op oppervlaktewater moet worden voldaan aan de Wet Verontreiniging Oppervlaktewater. Het zuiveringsrendement van de anaerobe reactor is nooit voldoende om aan deze eisen te voldoen waardoor nazuivering noodzakelijk is. Vaak wordt een aërobe toepassing nageschakeld.



DHV B.V.

4.2 Anaëroob zuiveren in de Nederlandse en Vlaamse P&K Industrie In de Nederlandse en Vlaamse industrie wordt het proceswater van negen productielocaties anaëroob behandeld. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Smurfit Kappa Nieuweschans, Georgia Pacific, , Industriewater Eerbeek (SCA, MME en Coldenhove), IC (Internal Circuit) Smurfit Kappa Roermond, Eska Graphic Board Sappemeer IC en UASB VPK Oudegem EGSB (Extended Granular Sludge Blanket) Sappi Lanaken. De keuze voor een reactor type is van vele factoren afhankelijk De UASB is een van de eerste technieken die ingezet werd voor de anaërobe behandeling van afvalwater. Omdat de Nederlandse Papier en Karton industrie een van de eerste industrieën was wie anaëroob zuiveren toepaste zijn de meeste reactoren van het type UASB. Later werden andere type reactoren ontworpen zolas de IC. Deze reactor heeft een kleinere footprint en zal daardoor voor sommige toepassingen geschikter zijn da de UASB,



DHV B.V.

5

OPTIMALISATIE MOGELIJKHEDEN IN DE HUIDIGE INSTALLATIES

Verhoging van het rendement van de huidige installaties leidt tot verhoging van de gasproductie per ton geproduceerd papier. Daarnaast zullen ook de exploitatiekosten dalen door ondermeer minder beluchtingenergie, minder aëroob slib en minder nutriënt gebruik. In dit onderzoek zijn van zes van de zeven locaties met een anaërobe zuivering, de prestaties vergeleken. Het gaat hierbij om totaal acht reactoren. Door dit vergelijk en door discussie is gezocht naar optimalisatiemogelijkheden voor deze zuiveringen.

5.1 Procesbeheersing Zoals voor alle biologische zuiveringen geldt, moet het anaërobe proces binnen bepaalde procescondities worden bedreven. Veel van deze parameters moeten worden gemonitoord en bijgestuurd op het moment dat de procescondities niet meer voldoen aan de eisen. Andere parameters kunnen lastiger worden bijgestuurd. In tabel 3 zijn de belangrijke procesparameters voor anaëroob zuiveren volgens de literatuur genoemd: Parameter

Grootheid

CZV rendement

%

BZV rendement

%

Min

Max

Gemiddeld 75 85

3

Volume belasting

kg CZV / m /dag

5

Hydraulische verblijftijd

uur

4

Slibbelasting

kg CZV/kg slib/d

0,25

CZV/N infl

-

30 6 2 50

CZV/P infl

240

Vetzuur uit

mg/l

300

90

pH

-

6

8

7-7,5

Temperatuur

°C

20

45

37

Tabel 3: Procesparameters anaërobe zuivering In deze inventarisatie zijn de volgende zuiveringen meegenomen: UASB Industriewater Eerbeek IWE Smurfit Kappa Nieuweschans, SKN VPK Oudegem VPK UASB en Georgia Pacific GP IC, Eska Graphic Board Sappemeer VPK Oudegem Smurfit Kappa Roermond Papier (2x)


EGS VPK IC SKRP 4 en SKRP 5


De getallen welke gebruikt worden zijn gemiddelden over 2007 Hieronder wordt de procesvoering van de anaërobe reactoren op verschillende punten vergeleken waarna aan het eind van dit hoofdstuk een inschatting wordt gemaakt van de potentie voor verbeteringen per locatie. De getallen voor dit vergelijk zijn verzameld middels een enquête. De resultaten hiervan zijn in bijlage 1 opgenomen. Rendementen In grafiek 1 zijn van de verschillende reactoren de rendementen weergegeven

Rendementen 100%

90%

80%

70%

60%

50% IWE

SKN

EGB Sap.

CZV

SKRP 4

SKRP 5

VPK UASB

VPK IC

GP

BZV

Grafiek 1: Het CZV rendement en BZV Rendement Van EGB en GP zijn geen BZV getallen bekend. Ten opzichte van de in tabel 3 genoemde theoretische waarden van 75% voor CZV en 85 % rendement op BZV verwijdering liggen de waarden gemiddeld ongeveer 5% lager. De CZV rendementen van VPK IC en GP liggen lager dan de andere reactoren. Daarnaast draaien de reactoren bij SKR op hoge rendementen. De IC reactor van VPK wordt gebruikt als interne zuivering. Hierbij wordt proceswater in de secundaire kringloop van de fabriek gecirculeerd over de zuivering. De concentratie CZV, en zeker de wat makkelijk afbreekbare CZV, zal lager zijn dan zonder kringloop zuivering. Dit kan een oorzaak zijn dat het rendement voor CZV verwijdering lager is. GP is producent van tissue papier. Als grondstoffen worden gesorteerd oud papier en eventueel ook cellulose ingezet. De CZV in het proces water kan bestaat uit minder makkelijk afbreekbaar materiaal. De uitgaande CZV concentratie is bij GP het laagst van alle reactoren. Doordat de ingaande concentratie relatief laag is, is het rendement laag. Bij SKR is de ingaand CZV concentratie juist het hoogst.

KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie b4645

bijlage 0 -2-

Belasting In grafiek 2 zijn de volgende getallen uitgezet: – CZV belasting : De hoeveelheid gram CZVtotaal per kg slib in de reactor per dag; 3 – CZV vol belasting : kg CZV per m reactor per dag; – Hydraulische verblijftijd : Uren.

400

40,0

350

35,0

300

30,0

250

25,0

200

20,0

150

15,0

100

10,0

50

5,0

0

Vol belasting [kg CZV/m3 dag] Verblijftijd [u]

CZV belasting [gCZV /kg slib]

Belasting

0,0 IWE

SKN

CZV belasting

EGB Sap.

SKRP 4

CZV vol.belasting

SKRP 5 VPK UASB VPK IC

GP

retentie tijd

grafiek 2: De CZV- ,volume belasting en retentie tijd van de anaërobe reactoren De CZV belasting per gram slib ligt voor de meest reactoren tussen de 150 en 200 g per kg slib per dag. De belasting van de UASB reactoren van VPK en GP liggen duidelijk lager, terwijl de IC van VPK duidelijk 3 hoger wordt belast. Ook de volume belasting van de IC bij VPK ligt een stuk hoger op 25 kg CZV/m dag wat voor een IC reactor een typische ontwerp parameter is. De IC reactoren van SKR draaien op lagere 3 3 waarden van beneden de 15 kg CZV/m dag. Ook de meeste UASB draaien op 10-15 kg CZV/m dag wat typische volumebelastingen zijn voor UASB reactoren. Opvallend is de UASB van SKN die op een hoge volumebelasting draait en de UASB reactoren van GP en VPK die op een lage belasting draaien. Hydraulische verblijftijden zijn typisch ongeveer 5 uur. Uitzondering hierop zijn de IC reactoren van SKR en de UASB reactoren van VPK, respectievelijk 12,12 en 15 uur. Dit zijn ook reactoren waarbij de rendementen het hoogst zijn. CZV concentratie De ingaande concentraties verschillen sterk tussen de installaties. Afhankelijk van de grondstoffen en de hoeveelheid water die per geproduceerde ton wordt geloosd zal de CZV concentratie hoger dan wel lager liggen. Daarnaast zal de CZV concentratie lager worden op het moment dat er water van de van de zuivering gecirculeerd wordt naar de papierfabriek. In grafiek 3 is de CZV verwijderingefficiency uitgezet tegen de ingaande CZV concentratie. Er lijkt een positieve correlatie te bestaan tussen de verwijdering efficiency en de CZV concentratie. Deze correlatie 3 wordt ook in andere onderzoeken genoemd grafiek 3: CZV efficiency uitgezet tegen de ingaande CZV (+ literatuur getallen)


bijlage 0 -3-

CZV verwijdering t.o.v. de ingaande CZV concentratie 100% SKRP 5

90%

CZV rendement

y = 4E-05x + 0,6127 80%

SKRP 4

VPK UASB

Eska S

y = 4E-05x + 0,5841

70% SKN

IWE

60%

GP

VPK IC

50% 40% 1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

CZV influent[ mg/l] trendlijn eerder onderzoek

trendlijn

Een verklaring voor het verband kan zijn, dat bij hoge CZV concentraties vaak meer makkelijk afbreekbare verbindingen in het water aanwezig zijn, bijvoorbeeld zetmeel. Deze verbindingen breken beter af dan bijvoorbeeld lignocellulose. In grafiek 3 is te zien dat GP misschien wel een laag rendement heeft mar dat dit vooral te maken heeft met de lage ingaande CZV concentratie zoals eerder genoemd. Daarnaast liggen de rendementen van SKR ook op de te verwachten waarde bij een dergelijke hoge CZV waarde. Opvallend is wel het lage rendement van de VPK IC en in mindere mate de SKN reactor. Dit zijn de reactoren die beide tegen de grens van het ontwerp worden belast (bij VPK is inmiddels een nieuwe IC in bedrijf genomen om de huidige IC te ontlasten).

Nutriënten Voor de groei van bacteriën zijn naast organische voedingstoffen (CZV) en de juiste omstandigheden, nutriënten nodig omdat de bacteriën uit levend materiaal is opgebouwd welke voor een groot deel uit deze nutriënten bestaan. Vaak wordt onderscheid gemaakt tussen macro- en micro nutriënten. De micro nutriënten bestaan bijvoorbeeld uit metalen en ander sporenelementen die een bacterie nodig heeft. Voor anaërobe zuivering zijn bijvoorbeeld nikkel en molybdeen specifieke metalen welke nodig zijn. Via de grondstof oud papier komen over het algemeen voldoende micro nutriënten in het afvalwater. Macro nutriënten (stikstof en fosfaat) zijn echter onvoldoende aanwezig en zullen gedoseerd moeten worden. Een hulpmiddel om te bepalen of nutriënten voldoende aanwezig zijn, is de bacterie voor te stellen als een 4 chemische formule : C60H87N12P Met behulp van deze formule kan worden berekend dat voor een optimale groei een verhouding C:N 5:1 en C:P van 60:1 nodig is. Dit geeft een CZV:N:P van (60:12:1). Omdat bij het anaërobe proces relatief meer organisch materiaal wordt omgezet voorde productie van energie en dus minder voor groei ligt de nutriëntenverhouding voor anaërobe omzetting een stuk hoger.(bijv. 300:15:1). Typische samenstelling van proceswater in een oud papier verwerkende papierfabriek is CZV:N:P is 3000:15:1. Nu zal de bacteriegroei in een anaërobe reactor afhangen van de samenstelling van het influent, bijvoorbeeld de mate van verzuring, omdat de bacterie populatie in de reactor zich hier aan aanpast. Dit betekend dan de vraag aan nutriënten met wisselende ingaande verzuringsgraden, voor het anaërobe proces zal fluctueren. Vaak wordt de dosering van nutriënten gekoppeld aan de CZV vracht naar de anaërobe reactor en zo ook de nutriëntdosering gestuurd.


bijlage 0 -4-

In dit onderzoek zijn concentraties van nutriënten in het effluent van de installaties vergeleken. Op het moment dat de verhouding tussen de concentratie nutriënten en de CZV in het effluent van de anaërobe reactor voldoende is, heeft het proces geen tekort aan nutriënten. Hierbij wordt de reactor beschouwd als een ideaal gemengd systeem, wat ook blijkt uit metingen in de UASB van Industriewater een IC reactor bij VPK. Door te sturen op het effluent zal beter gereageerd kunnen worden op een veranderende vraag van nutriënten bij wisselende samenstelling van het influent.

CZV Rendement t.o.v. CZV/N tot in effluent 100% 95% CZV rendement

90%

SKRP 4

85% SKRP 5

80% 75% 70%

SKN

VPK UASB

IWE

65% 60%

Eska S

GP VPK IC

55% 50% 0

10

20

30

40

50

60

CZV/N effluent [-]

grafiek 4: CZV rendement uitgezet tegen CZV/ Ntot in het effluent In grafiek 4 is het CZV rendement uitgezet tegen CZV/N tot. Voor N tot is de stikstof Kjeldahl meting genomen of stikstof totaal. Deze twee getallen zijn gelijk, aangezien geen nitraat uit de anaërobe reactor zal komen. Voor alle zeven installaties lijkt stikstof geen limitering op te leveren. Verder is het opvallend dat in de installatie van SKR hoogste CZV rendement zich bevindt bij de laagste CZV/N verhouding. In grafiek 5 is CZV rendement uitgezet tegen de verhouding tussen CZV tot en P totaal in het effluent. De meeste installaties lijken voldoende te doseren of zouden zelfs minder kunnen doseren. Opvallend is dat vooral IWE en EGS een hoge CZV/ P verhouding in het effluent hebben. Verhoging van fosfaat dosering bij IWE heeft inmiddels geleid tot een hoger CZV rendement. .(In 2008 heeft IWE de fosfaat doseringverhoogd).


bijlage 0 -5-

CZV Rendement t.o.v. CZV/Ptot concentratie 100% 95% 90%

SKRP 4

CZV rendement

85% SKRP 5

80% 75%

Eska S

70%

VPK UASB

IWE

SKN

65% 60%

GP VPK IC

55% 50% 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

CZV/P effluent [-]

grafiek 5: CZV Rendement uitgezet tegen de CZV/Ptot in het effluent van de reactor.


bijlage 0 -6-

5.2 Inschatting potentie huidige installaties Aan de hand van de getallen uit de enquêtes onder de deelnemers en het vergelijk wat is gemaakt in paragraaf 4.1, is in deze paragraaf een inschatting gemaakt per deelnemer. Eska Graphic Board Sappemeer Opvallend is de hoge CZV/P verhouding in het effluent van de IC. Een verhoging van de fosfaat dosering zou allicht theoretisch tot een verhoging van het rendement kunnen leiden. Het huidige rendement is al hoog. Als je deze bekijkt t.o.v. de lage CZV concentratie in het influent ligt het rendement hoger dan de trendlijn (grafiek 3). Mogelijk efficiency verbetering 0-5% Smurfit Kappa Nieuweschans. Het rendement bij Smurfit Kappa Nieuweschans ligt 5 % onder het te verwachten rendement bij deze ingaande concentratie (grafiek 3). Mogelijk kan een wat hogere dosering van stikstof tot een lichte verbetering leiden. Waarschijnlijk is echter de hoge belasting van de UASB eerder een oorzaak dat het gemiddelde rendement wat laag ligt. Op momenten dat de belasting nog verder omhoog zal gaan, kan het rendement omlaag gaan door de hoge volumebelasting. Mogelijk efficiency verbetering 5% Smurfit Kappa Roermond Papier Het rendement van beide IC reactoren ligt op de verwachte waarde of zelfs iets hoger. Nutriënten zijn ruim aanwezig en ook de hoge concentratie aan CZV zorgt voor een prima afbraak. Daarnaast zijn de reactoren in 2007-2008 nog laag belast en met relatief lange hydraulische verblijftijden wat ook gunstig is voor de efficiency. Mogelijk efficiency verbetering 0-5% Industriewater Eerbeek Opvallend bij UASB reactoren van IWE zijn de zeer hoge CZV/P verhouding in het effluent. Er is een grote kans dat een hoger fosfaatdosering leidt tot verbetering van de efficiency. In de huidige installatie wordt de CZV/P verhouding op 240 gehouden waardoor de efficiency is toegenomen. De installatie draait op een redelijk hoge belasting waardoor bij toename van de belasting de efficiency of de stabiliteit van het proces minder kan worden. Mogelijk efficiency verbetering 5% Georgia Pacific Deze installatie draait met een relatief lage ingaande CZV concentratie (1600 mg/l). Daarbij haalt het wel een voor deze concentratie hoog rendement. Belangrijk hierbij is dat de reactor niet hoog belast wordt en ook een relatief lange hydraulische verblijftijd heeft. Voorbehandeling van het influent waarbij verdere verzuring wordt bereikt zou eventueel het huidige rendement kunnen verhogen. Mogelijk efficiency verbetering 0-5% VPK Opvallend is het grote verschil in efficiency tussen de UASB en de IC reactor terwijl ze dezelfde voeding krijgen. Belangrijkste oorzaak voor dit verschil is waarschijnlijk het verschil in verblijftijd tussen deze twee reactoren. De UASB heeft een lange verblijftijd terwijl de verblijftijd in de IC juist aan de korte kant is. Daarnaast is de IC ook qua volume belasting hoog belast. (inmiddels is een tweede IC in gebruik genomen). Door dat de IC reactoren als interne zuivering wordt gebruikt zal het aandeel moeilijk afbreekbaar materiaal in het afvalwater groter zijn wat een vertekend beeld geeft voor de CZV verwijderingefficiency. Mogelijk efficiency verbetering 5% Totaal De huidige installaties draaien in principe op hun maximale rendement. Verbetering door betere procesvoering zal niet leiden tot een sterke stijging van de huidige gasproductie. Maximale toename wordt geschat op 5% van de huidige gasproductie en kan worden bereikt door, verbeterde nutriëntdosering en niet al te hoge belasting van de reactoren. De 6 onderzochte locaties produceren 40400 m3 biogas per dag. Een toename van 5% betekend 2000 3 3 m /d meer gas oftewel € 0,7 miljoen m /jaar. KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie b4645

bijlage 0 -7-

5.3 Nieuwe mogelijkheden voor verbetering huidige zuivering Naast verbeteringen in de huidige procesvoering zijn andere meer innovatieve aanpassingen misschien mogelijk om de gasproductie per ton geproduceerd papier te verhogen. – Aanpassen voorverzuring; – Moeilijk afbreekbare CZV voorbehandelen; – Anaërobe zuivering in de kringloop van een papier- of kartonfabriek; – Inzetten externe stromen. Aanpassen voorverzuring. Proceswater in een papierfabriek heeft een typische verzuring van 40-50 % op CZV betrokken. Dit is ook vaak de verzuringsgraad in het influent van een anaërobe reactor. Door aanpassing in bijvoorbeeld verblijftijd in een papierfabriek kan de verzuringsgraad veranderen. Voor een goede korrelgroei is typisch een voorverzuring tussen de 25 en 70 % gunstig. Te hoge verzuring leidt tot een lage korrelgroei terwijl bij een lage verzuring de kans bestaat dat de korrels te groot worden en uitspoelen. In een goed werkende reactor kan de verzurende stap uiteindelijk limitaterend zijn voor verdere afbraak. Goed voorbeeld hiervan zijn de IC reactor en de UASB reactor van VPK. In het effluent van beide reactoren zijn bijna geen vetzuren meer aanwezig maar de CZV in het effluent van de IC is hoger omdat in de IC de tijd te kort is om de aanwezige CZV om te zetten naar lager vetzuren. Optimalisatie van de CZV verwijdering kan misschien plaats vinden door het proceswater voor de anaërobe reactor in een separate processtap gecontroleerd tot een bepaald maximum te laten verzuren. Belangrijk is dat de korrelgroei in de anaërobe reactor niet negatief wordt beïnvloed. Condities voor een verhoogde verzuring kunnen zijn: – pH tussen 5,5 en 6,5; – temperatuur tussen 40 en 55 °C; – hoge verblijftijd in combinatie met genoeg nutriënten. Deze gescheiden procesvoering wordt nu niet toegepast. Om de potentie hiervan te bepalen is verder onderzoek nodig. Moeilijk afbreekbare verbindingen behandelen. Een deel van de CZV in het proceswater van een P&K fabriek bestaat uit ligno-cellulose, complexen bestanddelen die moeilijk biologisch zijn af te breken. Ten behoeve van o.a. de tweede generatie biobrandstoffen, wordt momenteel veel onderzoek gedaan om dergelijke verbindingen te kunnen omzetten met behulp van bijvoorbeeld: – Enzymen – Basische destructie – Thermisch Door het gebruik hiervan kunnen de moeilijk afbreekbare verbindingen omgezet worden naar suikers voor de productie van bijvoorbeeld ethanol of biodiesel. Deze technieken zouden ook op de CZV in het influent van de anaërobe reactor kunnen worden toegepast waarbij het aandeel makkelijk afbreekbaar CZV, hoger wordt. Momenteel is toepassen van deze technieken, economisch gezien niet interessant. Anaërobe zuivering dichter bij de papier machine Door kringloopzuivering is de CZV concentratie aan de papiermachine de laatste jaren toegenomen. Hierdoor is de CZV vracht die met het product afgevoerd wordt ook toegenomen. Door een anaërobe zuivering in de interne kringloop van een papierfabriek te plaatsen zal de CZV concentratie aan de papier machine afnemen en daardoor de vracht die met het product wordt afgevoerd ook minder worden. Deze CZV wordt omgezet in biogas en daardoor zal de hoeveelheid biogas per ton geproduceerd product toe nemen. VPK heeft al sinds 1999 een IC reactor in de kringloop opgenomen. Daarbij is de hoeveelheid water die intern gezuiverd wordt de laatste jaren steeds iets toegenomen. Ter vergelijk zijn de gasproductie per ton papier uitgezet van Roermond en VPK. Fabriek SKR VPK

CZV aan de machine 7000 mg/l 4000 mg/l


gasproductie per ton geproduceerd 3 6,3 m CH4/ ton 3 7,5 m CH4/ ton

bijlage 0 -8-

Door de interne reiniging bij VPK is de CZV aan de machine lager waardoor minder CZV met het product wordt afgevoerd. Dit leidt tot 20 % meer biogas doordat per ton papier 3 kg CZV minder afgevoerd wordt . Op het moment dat de CZV aan de machine hoog is, kan door interne zuivering een verhoging van de gasproductie worden behaald. Inzetten externe stromen Enkele van de onderzochte installaties zijn niet volledig belast volgens de ontwerp parameters. Door het inzetten van externe CZV rijke stromen zou deze reactoren meer gas kunnen gaan produceren. Een bijkomend voordeel is dat deze stromen vaak ook nutriënten (stikstof en fosfor) bevatten wat tot reducering van de huidige dosering van fosfor en stikstof kan leiden.


bijlage 0 -9-

6 NIEUWE MOGELIJKHEDEN VOOR ANAEROBE ZUIVERINGEN

In de Nederlandse en Vlaamse Papier en Karton Industrie zijn 25 locaties waar papier geproduceerd wordt. Van negen van deze locaties wordt het proceswater anaëroob gezuiverd. Bij de overige locaties wordt het afvalwater in een eigen aërobe zuivering dan wel in een externe rioolwaterzuivering gezuiverd. Zuivering

Aantal P&K fabrieken (NL)

Vlaanderen

Anaëroob (RWZI)

1

Anaëroob -aëroob

6

2

Aëroob - Aëroob

2

1

Aëroob

8

Geen zuivering

2

Extern (RWZI)

3

tabel 4: Overzicht waterzuivering Nederlands en Vlaamse papier en kartonindustrie. Om het water anaëroob te kunnen zuiveren dient het proceswater aan bepaalde condities te voldoen. Enkele van die voorwaarden zijn: – Voldoende hoge CZV concentratie; – Voldoende temperatuur van het proceswater; – CZV/sulfaat ratio niet te hoog. Aan de hand van deze voorwaarden zijn de fabrieken verdeeld in drie verschillende categorieën waarbij gekeken is naar technologische haalbaarheid: Geschikt, Minder geschikt, Niet geschikt. Van de P&K fabrieken zonder anaërobe zuiveringen kan met behulp van de kennis en de gegevens van de P&K fabrieken met een anaërobe zuivering een schatting worden gemaakt van de mogelijke gasproductie op het moment dat anaërobe zuivering wordt toegepast. Deze inschatting is gemaakt met de volgende randvoorwaarden: – CZV concentratie aan de machine wordt gesteld op een CZV concentratie die wordt behaald door recirculatie dan wel sluiting van de kringloop; – CZV rendement van de anaërobe zuivering is 75%; – Methaan gehalte van het biogas is 75 %. De uitgangsgetallen voor de berekening zijn verkregen door: – Enquête onder de papierfabrieken (zie bijlage 2) 5 – Enquête papier industrie in 2005


bijlage 0 - 10 -

Locatie

Proceswater lozing

CZV

Potentiële gasproductie

CZV aan de machine

m /d

3

m/l

m /d

Smurfit Kappa Oude Pekela

593

5368

1000

3000

Smurfit Kappa Hoogkerk

1000

3800

1255

3000

SolidPack Loenen

1200

1900

665

3000

Smurfit Kappa Coevorden

500

5300

1000

3000

Eska Graphicboard Hoogezand

0

25000

3900

3000

Huthamaki

5

8500

350

3000

Norske Skog Parenco

14000

2000

8100

1500

Stora Enso Langgebrugge

17500

1300

6800

1500

Papierfabriek Doetinchem

3400

2100

2200

2000

Van Houtum Swalmen

740

3100

880

2000

Meerssen Papier

1200

800

nvt

nvt

Sappi Maastricht

21000

270

nvt

nvt

Sappi Nijmegen

8400

250

nvt

nvt

Crown van Gelder

8100

500

nvt

nvt

Veiligheidspapier Uchelen

360

350

nvt

nvt

Schut Papier

480

800

nvt

nvt

3

Geschikt

Minder geschikt

Niet geschikt

tabel 5 : Overzicht mogelijke gasproducties bij P&K fabrieken zonder anaërobe zuivering Door hogere concentratie sulfaat is het water van Van Houtum in Swalmen minder geschikt voor anaërobe zuivering. Het sulfaat dient als zuurstofbron waardoor enerzijds minder methaan wordt geproduceerd en anderzijds een hoge concentratie sulfide in het proceswater ontstaat wat tot vergiftiging kan leiden. Door aanpassingen in het proces bij Van Houtum, is de concentratie sulfaat de laatste jaren afgenomen waardoor het toepassen van anaërobe zuivering op den duur mogelijk wordt. Wisselingen van productie in combinatie met een relatief lage CZV zal het water van Papierfabriek Doetinchem minder geschikt maken voor anaëroob zuiveren. De fijnpapierfabrieken hebben allen een te lage CZV concentratie op anaërobe korreltechnologie toe te passen. Dit maakt ze niet geschikt voor anaërobe zuivering. Op het moment dat door sluiting van de kringloop hoger CZV concentraties haalbaar zijn, kan anaërobe zuivering interessant worden. Met deze aannames is een potentie van: 3 Geschikt 8 8.6 miljoen m /jaar 3 Minder geschikt 2 1.1 miljoen m /jaar Niet geschikt 5 De hoeveelheid biogas die geproduceerd kan worden uit CZV in het proceswater komt ongeveer overeen met 5% van het gasgebruik van papierfabriek. Naast dit voordeel kan door het toepassen van de anaërobe zuivering in het productie proces zorgen voor verlaging van de CZV concentratie in het proces. Voordelen hiervan zijn lastig in te schatten maar kunnen zijn: – verbeterde runnabillity door betere water kwaliteit aan de machine; – minder geur problemen door lagere vetzuurconcentraties in het watersysteem; – lager water verbruik. Deze voordelen zullen per locatie echter verschillen. Om beter inzicht te krijgen in de mogelijkheden van anaëroob zuiveren van het proceswater op locaties waar dit nu niet gebeurd en inzicht te krijgen in de economische haalbaarheid zijn van twee fabrieken de cases verder uitgewerkt: Norske Skog Parenco en Huthamaki.


bijlage 0 - 11 -

Deze cases zijn gekozen omdat in beide gevallen het niet gelijk voor de hand ligt om anaëroob zuivering te kiezen als zuiveringsstap. De CZV concentraties van het afvalwater van Norske Skog Parenco heeft een relatief lage CZV waarde en hoge sulfaatwaardes. Door aanpassing van het proces is de concentratie van CZV toegenomen en het sulfaat gehalte juist gedaald. Huthamaki heeft momenteel geen biologische zuivering. Het proceswater heeft naast een hoge CZV concentratie, een hogere temperatuur. Een eventueel toe te passen bioloog zal op een hogere temperatuur moet functioneren.

6.1 Norske Skog Parenco Huidige status NSP produceert op twee machines 460.000 ton per jaar standaard en improved newsprint. De voornaamste grondstof is de-inked pulp 75 %. Daarnaast wordt verse TMP vezel ingezet welke op de locatie wordt geproduceerd. Tijdens dit proces komt een proceswaterstroom vrij die wordt gezuiverd in de eigen waterzuivering en vervolgens geloosd op het oppervlakte water. De samenstelling van het proceswater is als volgt: Influent zuivering 3

Debiet

m /d

14000

CZV

mg/l

2000

Temperatuur

°C

35-45

mg/l

275

Effluent zuivering CZV

tabel 6: Samenstelling proceswater Norske Skog Parenco In figuur 1 is de huidige opbouw van de zuivering weergegeven. Nadat in een indikker zwevende delen zijn verwijderd door bezinking, wordt het water in een beluchte tank, zonder slibretentie, geleid. In deze tank (biotoren) worden vooral makkelijk afbreekbare verbindingen (vetzuren) afgebroken. Vervolgens wordt het proceswater vergaand gereinigd in een actief slibsysteem. Zuiveren met anaërobe technologie Reductie van het waterverbruik heeft ertoe geleid dat de CZV concentratie de laatste jaren is toegenomen. Hierdoor is deze stroom beter geschikt, om in plaats van aëroob, anaëroob te gaan voorzuiveren. Daarnaast is door wijziging van hulpstofgebruik (CO2 i.p.v. H2SO4) de concentratie aan sulfaat in het water ook verder afgenomen. In figuur 1 is deze mogelijkheid schematisch weergegeven.


bijlage 0 - 12 -

Huidige situatie biotoren beluchter rivier

nabezinker

Voorbezinker slibindikker

Zuivering met anaërobe reactor anaërobe reactor

biogas beluchter

Voorbezinker/ slibindikker

rivier

nabezinker

Figuur 1: Proces waterzuivering bij Norske Skog Parenco Om een economisch vergelijk te kunnen maken zijn van deze twee opties in tabel 8 de belangrijkste exploitatie kosten uitgezet. De waardes die zijn gekozen voor de huidige situatie komen zoveel mogelijk overeen met de werkelijke situatie. Voor het vergelijk van de exploitatie kosten tussen de huidige situatie en de waterzuivering met een anaërobe stap zijn verder de volgende aannames gemaakt: – Energie prijs 0,07 €/kWh – Gasprijs 0,25€ kWh – Anaëroob rend. 65 % Zie grafiek 3 bij ingaande CZV van 2 g/l – Slibgroei 0,4 g slib/ per g CZVverwijderd. Dit is de totale slib productie dus inclusief as; – Slibontwatering 62% Het slib ontwaterd goed door hogere asrest; (mix dip- en AWZ slib) – Afvoer slib 0 €/kWh Slib wordt verwerkt in eigen slibverwerking; – E-verbr. beluchting 0,65 kWh/kg CZVverwijderd. In de huidige situatie komt dit overeen met 60 % van de het totale verbruik energie op de huidige zuivering; – Arbeidskosten Geen verschil tussen de twee situaties – Onderhoud Geen verschil tussen de twee situaties – Heffing Geen verandering in het effluent dus ook niet in de heffing – Chemicaliën Door de lagere aërobe slibgroei met anaëroob voorzuiveren zullen minder nutriënten nodig zijn. Dit kan oplopen tot de helft minder nutriënten.

debiet Voorbeluchting CZV in E-verbruik CZV reductie

m3/j

3

10 kWh/j %


Huidig 5.554.570 1.950 1.950 30%

Anaëroob 5.554.570

kosten in € Huidig Anaëroob

136

0

bijlage 0 - 13 -

Anaëroob CZV in gas prod. CZV reductie Nabeluchting CZV in CZV uit E-verbruik slibgroei slibgroei ontwatering afvoer Kosten

mg/l 3 kNm CH4/j % mg/l mg/l 3 10 kWh/j gDS/gCZV 3 10 kgDS/j % 3 10 kgDS/j

1.950 1.942 65% 1.365 285 3.599 0,4 2.400 50 4.799

780 285 1.650 0,4 1.100 50 2.200

-526

252

115

0

0

arbeid onderhoud heffing chemicalien

10 €/j 3 10 €/j 3 10 €/j 3 10 €/j

3

300 65 200 250

300 65 200 200

expl. kost.

10 €/j

3

1.203

332

tabel 7 : Exploitatie kosten NSP met en zonder anaërobe zuivering Conclusies – De huidige exploitatie kosten van 1,2 miljoen euro kunnen met 0,9 miljoen euro verlaagd worden door i.p.v. het water voor te beluchten, anaërobe zuivering toe te passen; – Gasproductie mogelijk van 1,9 miljoen m3 CH4; – In de huidige situatie kost het zuiveren 9,2 miljoen kWh, met anaërobe zuivering levert de zuivering 9,9 miljoen kWh per jaar; In 2006 is in Duitsland bij een newspaper producent met een vergelijkbare zuivering de voorbeluchting omgebouwd tot een anaërobe zuivering om zo te kunnen voldoen aan toenemende vracht naar de 6 zuivering . Ook hier werd de zuivering van energie consument, producent. Aandachtspunt is wel de veranderende slibeigenschappen in de actief slib installatie achter de anaërobie.


bijlage 0 - 14 -

6.2Huthamaki Huidige status Huhtamaki Nederland B.V., voorheen Leopack, is gevestigd in Franeker en produceert Eierverpakkingen en Fruit & Groenteschalen uit vormkarton. Jaarlijks wordt ongeveer 35.000 ton product geproduceerd uit oud papier. Huthamaki heeft geen waterzuivering waar CZV uit het water wordt verwijderd. De locatie in Franeker draait vrijwel gesloten. Een kleine stroom proceswater wordt gespuid naar een communale zuivering. Het grootste gedeelte van de CZV in het water zal met het product worden afgevoerd. De samenstelling van het proceswater is als volgt: Proceswater 3

Debiet

m /d

10

CZV

mg/l

9000

Temperatuur

°C

45-60

karton

ton/j

35000

DS na pers

%

37

Productie

tabel 8: Proceswater samenstelling Huthamaki In figuur 2 is schematisch het huidige proces weergegeven. Het proceswater wordt niet gezuiverd. Doordat na vorming van het karton het droge stof gehalte 36% is zal per ton papier 1,6 m3 water moeten worden verdampt. Een deel van de CZV die met de grondstof in het water komt zal daardoor met het product afgevoerd worden en dit zorgt ervoor dat het CZV gehalte in het afvalwater niet verder oploopt. Verdamping van water kost echter veel energie Anaëroob zuiveren Door het proceswater in de cyclus anaëroob te gaan zuiveren kan de bestaande CZV concentratie verder omlaag worden gebracht zonder dat meer water moet worden verdampt of water moet worden geloosd. In figuur 2 is schematisch weergegeven waar een anaërobe zuivering in de waterkringloop kan worden geïntegreerd. Het biogas kan worden toegepast in de droogsectie van de kartonmachine.


bijlage 0 - 15 -

Huidige situatie oud papier

schoon water

verdampen

kartonmachine

pulper

droger

product

spui naar RWZI

waterkringloop

Zuivering met anaërobe reactor schoon water oud papier pulper

kartonmachine

anaërobe reactor

verdampen

droger

product

gas

waterkringloop spui naar RWZI

Figuur 2: Waterkringloop met en zonder anaërobe zuivering bij Huthamaki Door de sluiting van de kringloop en innovatieve maatregelen om energie te besparen is de temperatuur van het proceswater in de huidige kringloop opgelopen tot boven de 45 °C. Dit betekent dat de anaërobe zuivering in de kringloop bij Huthamaki ook bij deze temperatuur moet werken om niet te veel energie te verliezen bij het afkoelen van het water voor zuivering. Onder deze condities (thermofiel) draait momenteel geen anaërobe korrelreactor. Wel zijn pilot testen uitgevoerd onder thermofiele condities en heeft bij Eska Graphic Board Hoogezand jaren lang een anaërobe korrelreactor onder deze condities gedraaid. Nadat het proces water anaëroob is gezuiverd zijn veel verbindingen in het water gereduceerd. Om het water opnieuw in te kunnen zetten dient het water eerst te worden geoxideerd zodat gereduceerde verbindingen als waterstofsulfide geen stank problemen veroorzaken. Dit kan in een nageschakelde beluchte tank. Bij VPK in Oudegem wordt sinds 1999 het proceswater in een interne kringloop behandeld met een anaërobe reactor en een nageschakelde beluchting zonder slib.


bijlage 0 - 16 -

Exploitatie kosten Om een economisch vergelijk te kunnen maken zijn van deze twee opties in tabel 8 de belangrijkste exploitatie kosten uitgezet. Voor het vergelijk van de exploitatie kosten tussen de huidige situatie en de waterzuivering met een anaërobe stap zijn de volgende aannames gemaakt: – Energie prijs 0,07 €/kWh – Gasprijs 0,25€ kWh – Anaëroob rend. 70 % Zie grafiek 333 bij ingaande CZV van 3 g/l – Lozing 3500 m3/jaar; – VE prijs 50 € per verontreinigingseenheid; – Verdamping 0,7 kWh/ kg water; – Rendement gas 50 % rendement bij de droging; – Arbeidskosten Geen verschil tussen de twee situaties; – Onderhoud Geen verschil tussen de twee situaties; – Chemicaliën Om anaërobe bacteriën te laten groeien zijn nutriënten nodig die aan het water moeten worden gedoseerd.

kosten

Lozing Gas Machine CZV DS pers verdampen verdampen chemicaliën

m3/j VE m3/j g/l % ton/j 6 10 kWh

Huidig 3.500 644

Anaëroob 3.500 210 135.878

9,1 37% 59.595 43

3,0 37% 59.595 43

Huidig

Anaëroob

32.184

10.492 -33.970

2.151.861

2.151.861

€/j kosten

2.500 2.184.045

2.130.883

per jaar bespaard

53.161

tabel 9: Exploitatie kosten met en zonder anaërobe reactor bij Huthamaki Een schatting voor de benodigde zuivering geeft een reactor van 150 m3 waar 30 m3/h wordt behandeld. Door de interne zuivering van het proceswater zal de CZV concentratie aan de machine dalen van ruim 9 naar 3 gram per liter. Deze verlaging zou kunnen leiden tot een verbeterde ontwatering aan de machine. Op het moment dat 1% verbetering gehaald wordt hoeft 2500 m3 water minder te worden verdampt per jaar. Dit scheelt 350.000 m3 gas. Conclusies – Door anaëroob zuiveren zal gas worden geproduceerd uit stoffen die nu voornamelijk met het product worden afgevoerd. – De CZV concentratie in de kringloop zal sterk dalen. Dit kan verschillende voordelen bieden; – Op het moment dat de verlaging van de CZV leidt tot verbetering van de ontwatering aan de karton machine zal dit leiden tot drastische vermindering van het huidige gas verbruik; – Echter thermofiel proces nodig, etc.

7 CONCLUSIES EN AANBEVELING

De volgende hoeveelheden biogasproductie zijn haalbaar: 3 Optimalisatie huidige installaties 0,7 miljoen m per jaar 3 Nieuwe installaties 8,6 miljoen m per jaar KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie b4645

bijlage 0 - 17 -

De huidige toepassingen van anaëroob zuivering in de Nederlandse en Vlaamse papier en karton Industrie bewijzen dat de toepassing van deze techniek prima aansluit bij de procescondities in deze industrie. Over het algemeen draaien deze installaties zonder veel problemen en bij een te verwachten rendement. Kleine optimalisaties zijn soms mogelijk, deze zullen echter niet leiden tot sterke verhoging van de huidig behaalde gasproductie. Maximaal 5 % verbetering is haalbaar. Er wordt bij het toepassen van anaëroob zuiveren nog geen voorgeschakelde techniek gebruikt om rendementen in de anaërobe reactor te verhogen. Het rendement wordt voor een deel bepaald door moeilijk afbreekbare CZV in het water bijvoorbeeld lignines en hemi-cellulose die vanuit het hout in de papierkringloop komen. Door deze verbindingen af te breken zou het rendement kunnen worden verhoogd. Momenteel zijn er onderzoeken om uit allerlei (afval) stoffen van organische oorsprong hernieuwbare grondstoffen, energie en energiedragers te maken. Ook hierbij is het belangrijk om de moeilijk afbreekbare ligno-cellulose verbindingen om te zetten. Deze technieken zullen in de toekomst wellicht ook voor verbeterde afbreekbaarheid kunnen leiden bij anaërobe behandeling van proceswater in de P&K industrie Bij veel van de papier en karton fabrieken die momenteel nog geen anaërobe zuivering hebben, zou dit technologisch gezien prima mogelijk zijn. De samenstelling van het afvalwater is geschikt voor deze zuiveringsstap. Per locatie moet worden uitgezocht hoe deze techniek kan worden toegepast en wat de voordelen kunnen zijn voor deze locatie. Naast de productie van biogas kunnen dat bijvoorbeeld verbetering van de runnabillity van de papiermachine en verlaging van de geurbelasting zijn. Een eerste inschatting geeft een verhoging van bijna 10 miljoen m3 biogas per jaar door het toepassen van anaërobe technologieën. Aanbevelingen Voor verhoging van hoeveelheid geproduceerd biogas in de huidige anaërobe reactoren zijn nieuwe innovatieve technieken nodig om ook moeilijk afbreekbare te kunnen omzetten in biogas. Momenteel wordt er onderzoek gedaan naar dergelijke techniek maar niet in combinatie met een anaërobe korrelreactor. Afbraak van deze materialen biedt echter naast de hogere gasproductie in de huidige anaërobe reactoren 7 ook andere voordelen (bijvoorbeeld reductie van de afvalstroom) op. Het verdient dan ook aanbeveling om de mogelijkheden hiervan verder te inventariseren/onderzoeken. Anaëroob zuiveren heeft zich de laatste tien jaar bewezen als kosten en energie gunstig zuivering in de Nederlandse en Vlaamse P&K industrie. Op veel van de huidige locaties is anaëroob zuiveren prima toepasbaar en zal het leiden tot een drastische reductie van het energieverbruik van de toegepaste zuivering. Door enerzijds hoge investeringskosten voor anaërobe technologieën en anderzijds relatief lage operationele kosten van de huidige zuiveringen is het lastig om tot de implementatie van meer anaërobe reactoren in de Nederlandse P&K industrie te komen. Door verder te kijken dan de eigen productie locaties is symbiose mogelijk met andere partijen waardoor toepassing van anaërobe technologie wel interessant kan worden en daardoor een bijdrage kan leveren aan de Energie transitie binnen de Nederlandse Papier Industrie. Hierbij kun je denken aan het produceren van biogas uit organische reststromen van derden en zuivering van afvalwater in de anaërobe zuivering van een P&K industrie Daarnaast kan het toepassen van een anaërobe zuivering in de interne kringloop van de papier en karton industrie leiden tot verlaging van de CZV concentratie in de fabriek en zo eventuele runnabillity problemen of geuroverlast verlagen. Per locatie zou een inschatting moeten worden gemaakt voor de toepassing van anaëroob zuiveren In een dergelijke studie kan in kaart kan worden gebracht wat de voordelen voor deze locatie kunnen zijn.


bijlage 0 - 18 -

8 COLOFON

Kenniscentrum Papier en Karton (KCPK) Contactpersoon: dr.ir. Annita Westenbroek IJsselburcht 3 6825 BS Arnhem Telefoon +31 (0) 26-36 53 515 www.kcpk.nl Koninklijke Vereniging van Nederlandse Papier- en kartonfabrieken (VNP) Contactpersoon: Marco Diekstra MBA Postbus 731 2130 AS Hoofddorp Kruisweg 761 2132 NE Hoofddorp Telefoon +31 (0) 20-65 43 055 www.vnp-online.nl

DHV B.V. Contactpersoon: Peter Luimes Laan 1914 nr. 35 3818 EX Amersfoort Postbus 1132 3800 BC Amersfoort T (033) 468 20 00 F (033) 468 28 01 www.dhv.nl

KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie b4645 Opdrachtgever

: Energietransitie Papierketen, P2 Energie Neutraal Papier

Project Dossier Omvang rapport Auteur Bijdrage Interne controle Projectleider Projectmanager Datum Naam/Paraaf

: : : : : : : : : :


Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie WA-WT 20092054 19 pagina's Peter Luimes IWE, VPK GP SKR SKN en EGS Frans Horjus 18 juni 2009

bijlage 0 - 19 -

BIJLAGE 1 Getallen Enquete deelnemende bedrijven

IWE Influent Debiet pH Geleiding Zwevend stof CZV BZV Vetzuren NO3 Ammonium KjN totaal P T VBT Volume Gemiddelde verblijftijd Effluent vbt is influent AR pH Zwevend stof CZV BZV Vetzuren NO3 Ammonium KjN P en als ortho P T Hardheid Alkaliteit KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie b4645

m3/h Ms/cm mg/l mg/l mg/l mg/l N mg/l N mg/l N mg/l P mg/l °C m3/h h

mg/l mg/l mg/l mg/l N mg/l N mg/l N mg/l P mg/l P mg/l C DH meq

SKN 488 7,1 1138 3052 1529 1014 1 17,4 2

EGBS 65 6,4 3210 2017 3756

SKRP 4 52

4,9(fout)

4,1 41,0

SKRP 5

100 5,9 6725 3412

100 5,9 6725 3412

34 1,0 36,6

34 1,0 36,6

3665 7,5

350 0,8

350 4

225 1

225 1

6,5 122 3086 1609 1200 0

6,3 108 4035 2227 26,8 5,1(fout)

6,4 7 2400

5,9 318 6760 3417

5,9 318 6760 3417

13,1 81 16,5 12,5 30,5 92 -

13,1 81 16,5 12,5 30,5 92 -

20,3 3,3

73

4,1

700 3 0,3 12 2,5

37,1 71 1,1

37 50 2,2

bijlage 1 -1-

VPK

UASB

VPK

IC

143 6,84 3450 136 3930 2605 1484

400 6,84 3450 136 3930 2605 1484

3,4 85,3 9,7 39,2

3,4 85,3 9,7 39,2

nvt

nvt

3930 2605 1484

3930 2605 1484

3,4 85,3 9,7

3,4 85,3 9,7

39,2

39,2

GP 99

1478

99

1478

Anaerobie Type Volume Oppervlakte Opstroomsnelheid Slib Asgehalte slib Ds gehalte reactor slibhoogt Hoeveelheid slib Gas productie CO2 H2S CH4 Hoeveelheid gas Anaerobie uit Zwevend stof pH CZV BZV Vetzuren Ammonium KjN totaal P ortho P T SO4 Sulfide Hardheid Alkaliteit


UASB m3 m/h % % kg % % % m3/dag mg/l mg/l mg/l mg/l N mg/l N mg/l P mg/l P mg/l °C mg/l mg/l DH meq

IWE

SKN

EGBS

SKRP 4

SKRP 5

UASB 2500 454 1,40

UASB 285 66,3 1,00

ic-reactor 250 12 80,00

IC Reactoren ** 1250 50 2,25

IC Reactoren ** 1250 50 2,25

21 15 2,75 187000

36,9 12 3,5 27600

16 8,7 11 13000

17,4 9 18,6 65518

85 1050

80 900

11,5 7,1 1303 401 186 7,1 24,2 6,9 4,2 36,9

100 6,8 650

55 30,3

31 20

19 0,8 82 11000 190 7,1 956 334 918 21,1 2,02 30,8 11 62 69

0 0,8 11 2 32 95

VPK

UASB

VPK

IC

UASB 2200 440 0,50

IC 1400 30 5,50

18,1 8 19 65518

44 12 2,5 122090

58,8 19,73 18 110898

26 0,1 74 7294

26 0,1 74 7100

16 0,6 83 3360

16 0,6 83 8760

470 6,8 945 195

1418 6,8 1081 229

4,8 42 10,2 8,7 35 86 -

4,9 45 11,3 8,7 35 86 -

170 7,18 1140 540 92 22 39 8,5

209 7,22 1608 765 145 8,1 43 10,1

35 0

40 0

61

60

bijlage 1 -2-

GP

699 139,8 0,71 22,8 8 4

975

556

18 4,9

IWE Rendementen CZV rendement BZV rendemnent kJN rendement Gasproduktie m3/d m3CH4/d m3/volume m3CH4 /CZV verwijderd met temp correctie Reactor belasting retentie tijd CZV vol.belasting CZV belasting

% % %

h kg czv/m3 dag g czv/kg slib/d g CZV /kg VSS slib/d

Nutriënten CZV/BZV in zuivering CZV/BZV in ar CZV/BZV uit verzuring in zuivering verzuring in AR verzuring uit in CZV/N verhouding CZV/P verhouding uit CZV/N verhouding CZV/ N-NH4 CZV/P verhouding


SKN

EGBS

69% 79% -21%

68% 82%

11000 9020 4,4

SKRP 4

VPK

UASB

VPK

IC

GP

84% 93% -32%

71% 79% 54%

59% 71% 50%

62%

8%

86% 94% -24%

1050 892,5 3,7

900 720 3,6

7294 5397,56 5,8

7100 5254 5,7

3360 2788,8 1,5

8760 7270,8 6,3

975

362 325

209 184

330 295

387 343

385 342

291 258

326 284

5,1 14,5 193

4,4 22,1 226

4,8 12,0 261

12,5 13,0 194

12,5 13,0 213

15,4 6,1 102

3,5 26,9 354

7,0 5,0 79

244

358

310

235

261

182

859

102

2,0 2,0 4,7 46% 49% 4% 83 410 24 221 96

1,5

1,5

2,1

2,1

41% 16% 200 960 59 813 325

2,0 2,0 4,8 46% 49% 4% 83 410 23 197 93

38% 8% 46 405 29 52 134

38% 9% 46 405 37 199 159

2,0 1,9 2,9 40% 50% 18% 152 935 45 473

73%

SKRP 5

1,8 3,2 40% 14% 984 54 184 189

bijlage 1 -3-

31 113

BIJLAGE 2 Voorbeeld enquête inventarisatie toepasbaarheid anaërobe zuivering

grootheid Grondstof soort hoeveelheid

ton/dag

Water soort( oppervlakte, grondwat. etc) hoeveelheid Zuivering soort zuivering concentratie begin zuivering concentratie uit hoeveelheid Machine CZV concentratie productie droge stof na de pers

m3/dag

mg CZV/l mg CZV/l m3/d

mg CZV/l ton per dag %

Bijzonderheden


bijlage 2 -1-

BIJLAGE 3 Literatuurverwijzingen 1

www.lenntech.com/water-zuivering-FAQ.htm

2

The value of anaerobic purification for pulp and paper effluents, Leo Habets, Michael Zumbrägel and

Martin Tielbaard 3

Anaerobic treatment of recycled papermill effluent with internal circulation reactor W.J.B.M. Driessen*, L.H.A. Habets*, M. Zumbrägel*, C-O Wasenius** 4

Wastewater Engineering 3th edition; Metcalf en Eddy; McGraw Hill; NewYork 1991

5

Enquete Nederlandse papier en karton Industrie 2005 door C. Wientjes

6

Ombouw Reactor UPM. PTS presentatie

7

Vergisting van reststromen in de Nederlandse papier- en kartonindustrie, Eindrapportage Durest projectonderdeel vergisting, SenterNovem


bijlage 3 -1-

Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie

Recommend Documents