Nieuwe slibverwerkingstechnieken

Onderzoek & Projecten Onderzoek & Advies

Nieuwe slibverwerkingstechnieken Eerste verkenning Definitief

Enna Klaversma

Korte Ouderkerkerdijk 7 Amsterdam Postbus 94370 1090 GJ Amsterdam T 0900 93 94 (lokaal tarief) F 020 608 39 00 KvK 41216593

www.waternet.nl

2 januari 2012

Waternet is de gemeenschappelijke organisatie van Waterschap Amstel, Gooi en Vecht en de gemeente Amsterdam

Inhoud

1

Inleiding

5

1.1

Aanleiding

5

1.2

Doel en eindresultaat

5

1.3

Afbakening

5

1.4

Aansluiting bij lopende projecten

6

1.5

Leeswijzer

6

2

Huidige en toekomstige situatie

7

2.1

Slibstromen

7

2.2

Slibverwerking

8

2.3

Biogashoeveelheden

10

3

Achtergrond slibverwerkingstechnieken

11

4

Thermische drukhydrolyse

14

4.1

Cambi

14

4.2

Turbotec (Sustec)

15

4.3

Biothelys (Veolia)

16

4.4

Exelys (Krüger)

16

4.5

Lysotherm

17

4.6

Overzicht procesvarianten

18

5

Overige slibdesintegratie technieken

18

5.1

Hydrodynamische desintegratie (Crown proces)

18

5.2

Ultrasone desintegratie

20

5.3

Homogenization (MicroSludge)

21

5.4

Elektrische pulsen (OpenCEL)

21

5.5

Vermalen (Baker proces)

21

5.6

Ozonatie (Bioleader)

22

5.7

Enzymatische hydrolyse

22

5.8

Cellruptur

22

5.9

Microwave irridation

23

5.10

Desintegratie door wormen

23

6

Thermofiele gisting en andere technieken tijdens de gisting

23

6.1

Thermofiele gisting

23

6.2

Hoogbelaste tweetraps vergisting

25

6.3

Hogedruk gisting

26

6.4

Ander mixpatroon/reactor (Bioterminator24/85 en CBFT3)

26

6.5

Chemische en thermische behandeling slib in recirculatie gisting (AFC proces)

26

7

Overzicht alle mogelijke technieken

27

8

Mogelijkheden voor vrijkomende gisting

28

8.1

Hoeveel extra slib/biomassa?

28

8.2

Soort slib/biomassa

29

2 januari 2012 - Nieuwe slibverwerkingstechnieken

3/51

9

Deelstroombehandeling voor verwijdering van N en P

30

9.1

Fosfaat

31

9.2

Stikstof

31

10

Conclusies en aanbevelingen

34

10.1

Conclusies en samenvatting

34

10.2

Aanbevelingen

36

Literatuur

37

Bijlage A: Toekomstige slibhoeveelheden per rwzi

38

Bijlage B: Het Chen&Hashimoto model voor de gisting van rwzi Amsterdam West

43

Bijlage C: Verslag Cambi referentie bezoeken Londen – juni 2010

44

Bijlage D: Financieel vergelijk Cambi en Sustec thermische druk hydrolyse

48

Bijlage E: Verslag bezoek pilot Sustec op rwzi Amersfoort - maart 2011

49

Bijlage F: Uitslag MCA WERF

51


4/51

1 1.1

Inleiding Aanleiding Op rwzi Amsterdam West wordt het grootste gedeelte van het AGV slib vergist en ontwaterd. Het ontwaterde slib wordt afgezet bij het AEB, waar het verbrand wordt. Ook het biogas dat bij de vergisting ontstaat wordt verkocht aan het AEB. Zij maken er elektriciteit en (hoogwaardige) warmte van. Waternet krijgt van het AEB (laagwaardige) warmte en goedkope elektriciteit terug. Het gaat hier om een mooie en duurzame samenwerking. Er zijn echter ontwikkelingen in de verwerking van slib waarmee kostenbesparing te behalen is en meer energie opgewekt kan worden. Zo staat energiewinning op rwzi’s nu erg in de belangstelling (energiefabriek). Waternet heeft komende jaren de tijd om in samenwerking met het AEB de ontwikkelingen te volgen en de haalbaarheid ervan te onderzoeken.

1.2

Doel en eindresultaat Het doel van dit project is te komen tot een optimale slibverwerkingsroute voor het slib op rwzi Amsterdam West, in samenwerking/overeenstemming met het AEB. De gisting blijft daarin zeker bestaan, aangezien uit de ‘Visie slibgisting en biogasverwerking’ bleek dat dat een slimme keus is. Met optimaal wordt bedoeld dat er meer energie opgewekt kan worden dan met de huidige slibverwerkingsroute en dat er een kostenbesparing behaald kan worden. Daarnaast moet de optimale route voordelen opleveren als nutriëntenterugwinning en problemen met verstoppingen etc. voorkomen. In het project zal een literatuurstudie worden gedaan naar mogelijke technieken die bovenstaand doel kunnen halen. Hierbij wordt in ieder geval gedacht aan thermische drukhydrolyse (technieken als Cambi en Turbotec) en thermofiele gisting. Tegelijkertijd zullen er referentiebezoeken worden gepleegd aan locaties waar gevonden interessante technieken al (in de praktijk) worden toegepast. Als laatste zullen er berekeningen (kosten en milieu) worden gedaan voor de meest veelbelovende technieken. Het eindresultaat van dit project is een onderbouwd advies over welke techniek(en) voor Waternet de meest optimale slibverwerkingsroute opleveren. Met deze technieken zal in een vervolgproject een pilot uitgevoerd moeten worden. Deze pilot zal in 2012 (en 2013) plaatsvinden.

1.3

Afbakening De optimale slibverwerkingsroute waar in dit project naar gezocht wordt begint met de huidige eigen primair en secundair slibhoeveelheden. De enige verandering die hierin kan optreden is het afnemen van primair slib door het gebruik van fijnzeven. Het zeefgoed wordt niet meegenomen in de slibverwerkingsroute, de afname van primair slib wel. Indien er bij een slibverwerkingsroute gistingsruimte vrij komt, wordt gekeken of er externe slibstromen zijn waarmee deze ruimte opgevuld kan worden.


5/51

De slibverwerkingsroute eindigt bij de ontwatering. Na de ontwatering wordt het slib afgezet bij het AEB. Later zal deze afzet veranderen en komt er een nieuwe slibeindverwerking. Dat is echter geen onderdeel van dit project. 1.4

Aansluiting bij lopende projecten Deze studie heeft direct aansluiting bij de volgende projecten binnen Waternet: − Studie slibeindverwerking: binnen het samenwerkingsverband tussen HVC, HHNK, HDSR en Rijnland is bekeken of er een gezamenlijke slibeindverwerking opgezet kan worden (bijv. slibverbranding). Uit de studie is gekomen dat de partijen wel samen verder willen, maar dat er voorlopig nog geen keuze voor een eindverwerkingstechniek wordt gekozen, aangezien er te veel onzekerheden en ontwikkelingen zijn op dit vlak. De hoeveelheid ontwaterd slib die met de nieuwe slibverwerkingsroute ontstaat wordt uiteindelijk meegenomen in de nieuwe slibeindverwerking. − Groengasketen: in dit project wordt bekeken of Waternet door slibvoorbehandeling en samenwerking met Orgaworld een grote groengasunit rendabel kan exploiteren. Idee is om het groene gas in samenwerking met de gemeente in te zetten voor mobiliteit in de regio Amsterdam. De hoeveelheid biogas die ontstaat met een nieuwe slibverwerkingsroute moet in dit ketenproject worden meegenomen. − Fijnzeven: op rwzi Blaricum staat sinds januari 2011 een fijnzeef en in het ontwerp van rwzi Weesp staan ook fijnzeven gepland. Het zeefgoed dat nu ontstaat wordt afgezet bij Orgaworld in Lelystad. Er wordt in het fijnzevenproject echter gekeken of er andere zeefgoed verwerkingsroutes zijn, bijvoorbeeld vergisting samen met maaisel. Deze droge vergister zou eventueel op rwzi Amsterdam West kunnen komen. − Struvietterugwinning: op rwzi Amsterdam West zijn momenteel veel (verstoppings)problemen in de sliblijn door ongewenste struvietvorming. In 2010 heeft er een pilot plaatsgevonden voor struvietwinning uit uitgegist slib. Hiermee worden de verstoppingsproblemen opgelost en bovendien kan het slib beter ontwaterd worden (van 22 tot 25% ds). In de nieuwe slibverwerkingsroute moet de dan al gerealiseerde struvietinstallatie passen. Tevens is er via de AGV biogas/slibgroep afstemming met alle slib en biogasprojecten binnen Waternet.

1.5

Leeswijzer In dit rapport bestaat de volgende indeling: Hoofdstuk 2: Een beschrijving van de huidige slibverwerking op rwzi Amsterdam West en de huidige en toekomstige slib- en biogashoeveelheden van AGV. Hoofdstuk 3: Een achtergrond over slibdesintegratie en de verschillende toe te passen slibverwerkingstechnieken waarmee meer energie opgewekt kan worden. Hoofdstuk 4: Een beschrijving van thermische drukhydrolyse waarbij de beschikbare technieken worden benoemd. Hoofdstuk 5: Een beschrijving van overige slibdesintegratietechnieken. Hoofdstuk 6: Een beschrijving van thermofiele gisting en andere technieken die tijdens de gisting toegepast kunnen worden.


6/51

Hoofdstuk 7: Een overzicht van alle beschreven technieken, waarbij wordt aangegeven welke technieken mogelijk interessant zijn voor rwzi Amsterdam West. Hoofdstuk 8: Een analyse wat er gedaan kan worden met de eventueel vrijkomende ruimte in de bestaande gisting. Hoofdstuk 9: Een beschrijving van de eventueel benodigde deelstroombehandeling voor de verwijdering van stikstof en fosfaat uit het rejectiewater. Hoofdstuk 10: De conclusies en aanbevelingen van het eerder beschreven onderzoek.

2

Huidige en toekomstige situatie In dit hoofdstuk wordt de huidige slibverwerking van het AGV slib beschreven. Het grootste gedeelte hiervan vindt plaats op rwzi Amsterdam West. Ook is er een massabalans en berekening gemaakt over de gisting. Hiermee is uitgerekend wat de verwachte slibafbraak en biogasproductie in 2020 worden.

2.1

Slibstromen Op rwzi Amsterdam West bevindt zich de CSI (Centrale Slibontvangst Installatie) waar het slib van regionale AGV rwzi’s per as aankomt. Het slib van rwzi Amsterdam Westpoort wordt per leiding naar Amsterdam West getransporteerd. In onderstaande figuur zijn de slibsoorten te zien en in tabel 1 de hoeveelheden.

Figuur 1 Slibstromen AGV in 2020 Opmerking: Rwzi Weesp heeft tot ±2014 een eigen gisting, tot die tijd wordt er net als vanaf rwzi De Ronde Venen uitgegist slib naar de CSI gebracht.


7/51

Tabel 1 Slibhoeveelheden (bron 2010 [Technisch Jaarverslag Afvalwater 2010]) 2010 2020 2020 In ton ds/jaar Min Max 1 Amstelveen Uitgegist 8 Prim + sec (bij volle 0 200 eigen gisting) 8.585 9.500 10.000 Primair 2 Amsterdam West 11.926 13.500 14.000 Secundair 20.511 23.000 24.000 Prim + sec 474 300 620 Secundair 3 Blaricum 1.401 Primair (oude rwzi) 4 Hilversum 670 740 Primair (nieuwe rwzi) 780 860 Secundair (nieuwe rwzi) 1.450 1.600 Prim + sec Prim + sec (bij volle 5 Horstermeer 0 0 0 eigen gisting) 1.336 1.400 1.500 Vers (prim + sec) 6 Huizen 179 180 190 Secundair 7 Loenen 260 230 280 Primair 8 Maarssen 137 170 170 Secundair 396 400 450 Prim + sec 329 700 800 Uitgegist 9 De Ronde Venen 18 Primair 516 Secundair 10 Uithoorn 480 690 780 Primair * 440 460 520 Secundair 920 1.150 1.300 Prim + sec 520 Uitgegist (oude rwzi) 11 Weesp 150 250 Secundair (Abbott) 450 560 Secundair (nieuwe rwzi) 600 810 Sec Ab + rwzi 5.188 4.000 5.000 Primair 12 Westpoort 4.799 4.000 5.000 Secundair 9.987 8.000 10.000 Prim + sec Totalen: 36.596 37.180 41.470 Slib naar rwzi West 35.739 36.480 40.670 Slib naar gisting West 16.601 15.790 17.650 Primair 19.138 20.690 23.020 Secundair 857 700 800 Uitgegist (niet ontwaterd) * Deel primair slib ging in 2010 naar gisting De Ronde Venen.

Een uitleg hoe bovenstaande hoeveelheden voor 2020 bepaald zijn is te vinden in bijlage A. 2.2

Slibverwerking Momenteel wordt globaal de volgende slibverwerking toegepast: •

Primair slib: indikking (gravitair) tot ~5% ds, gisting

•

Secundair slib: indikking (met bandfilters) tot ~6% ds, gisting

•

Uitgegist slib: opslag in USB, ontwatering (met centrifuges)

•

Ontwaterd slib: afvoer per as naar het AEB. Hier wordt het meeverbrand in de huisvuilverbranding.

De PFD van de volledige sliblijn wordt in onderstaande figuur weergegeven.


8/51

Figuur 2 PFD van de sliblijn van rwzi Amsterdam West


9/51

In 2013 zal de struvietreactor voor het uitgegiste slib gerealiseerd zijn. Met deze reactor wordt struviet gevormd en verwijderd uit uitgegist slib. Hierdoor zal de USB minder snel vol raken met struviet, zullen leidingen vanaf de USB naar de centrifuges niet meer verstoppen en zullen de centrifuges minder snel slijten. Als laatste zal het slib ontwaterd kunnen worden tot 25% ds (dit is nu 22%). 2.3

Biogashoeveelheden In onderstaande tabel wordt een slib- en biogasbalans over de gisting gegeven. Deze is bepaald met het gistingsmodel van Chen&Hashimoto (gepubliceerd bij Stowa Slibketenstudie I [Stowa 2005-26]). Hiervoor is allereerst een kloppend model gemaakt voor de huidige situatie. In dit model is aangenomen dat de gloeirest bepaling van uitgegist slib klopt. In tonnen is de gloeirest vóór gisting gelijk (er wordt immers geen gloeirest afgebroken in de gisting). Hiermee is het organische gehalte van primair en secundair slib vóór de gisting bepaald. Met de gemeten hoeveelheid droge stof na gisting zijn vervolgens de afbraakparameters voor het Chen&Hashimoto model bepaald. Deze zijn voor de berekening van 2020 gelijk gehouden. Op deze manier is een schatting gemaakt van de slibafbraak en biogasproductie in 2020. In bijlage B wordt het volledige Chen&Hashimoto model weergegeven. Tabel 2 Slib- en biogasbalans over de gisting voor 2010 (huidige gegevens) en 2020 (prognose) 2010

2020

2020

min

max

Verklaring 2020

Gisting in: DS (ton/jaar)*

35.283

36.480

40.670

Prognose uit tabel 1

GR (%)

22 **

22

22

Gelijk aan 2010

OS (%)

78

78

78

Gelijk aan 2010

DS (ton/jaar)*

23.512

23.489

27.853

Berekend met Chen&Hashimoto model.

GR (%)

33

34

32

Kanttekening: door hogere aanvoer slib is de

OS (%)

67

66

68

verblijftijd in de gisting nog maar 16 dagen.

Gisting uit:

Hierdoor neemt de afbraak af. Biogasproductie: (Nm3/dag)

29.817

32.480

32.053***

Chen&Hashimoto

CH4 gehalte (%)

63

63

63

Gelijk aan 2010

(Nm3/ton DSverwijderd)

925

913

913

Chen&Hashimoto

* Dit is eigenlijk indamprest, maar wordt vanwege eenvoud DS genoemd. Eigenlijk klopt dit niet, omdat bij DS de zoutfractie niet wordt meegemeten en bij IR wel. Namelijk: IR = DS + zout en IR = OS + GR. DS = droge stof IR = indamprest OS = organische stof GR = gloeirest = anorganische stof ** Berekend met de gemeten GR van uitgegist slib en de aanname dat er geen gloeirest wordt afgebroken in de gisting (ton GR in = ton GR uit). *** Deze productie is laag aangezien de verblijftijd in de gisting maar 16 dagen is.


10/51

3

Achtergrond slibverwerkingstechnieken In deze studie wordt er gezocht naar slibverwerkingstechnieken waarmee de gisting geoptimaliseerd kan worden, zodat er meer energie opgewekt kan worden. Een randvoorwaarde is dat de waterlijn van rwzi Amsterdam West niet aangepast wordt. De nieuwe slibverwerkingstechnieken kunnen dus alleen in de sliblijn worden toegepast. Onderstaande figuur laat zien op welke locaties er nieuwe technieken ingezet kunnen worden.

Figuur 3 Locaties op een rwzi waar nieuwe slibverwerkingstechnieken kunnen worden toegepast [WERF, 2008]

Kortweg zijn deze locaties: -

in de slibretourstroom

-

vóór de gisting; in secundair slib of secundair en primair slib gezamenlijk

-

in/tijdens de gisting

Technieken in de slibretourstroom leveren geen energiewinst op en zullen daarom in dit rapport niet meegenomen worden. Technieken die vóór de gisting worden toegepast, worden slibdesintegratie technieken genoemd en worden wel meegenomen in dit rapport. Bij mogelijke technieken in/tijdens de gisting kan gedacht worden aan een verhoogde temperatuur (thermofiel vergisten) of andere menging. Slibdesintegratie is de verzamelnaam voor technieken die er op gericht zijn de biologische afbreekbaarheid van het slib te verbeteren door het slib “uit elkaar te laten vallen”. In eerste instantie is dit het afbreken van slibvlokken en bij intensievere behandeling van het slib worden ook aanwezige cellen of moleculen (bijvoorbeeld EPS) opengebroken. Naarmate meer energie wordt toegevoerd, worden de slibstructuren verder afgebroken. [Stowa 2005-W04]


11/51

Door leveranciers worden de volgende voordelen genoemd voor desintegratietechnieken [Stowa 2005-W04]: Slibreductie Door de voorbewerking van het slib kan dit sneller en vollediger worden afgebroken tijdens de vergisting. Ten gevolge hiervan kan volstaan worden met een kortere verblijftijd ofwel vindt een verdergaande afbraak van organisch materiaal plaats bij dezelfde verblijftijd. Op basis van de literatuur lijkt een toename van de afbraak van organisch materiaal met 25-35% haalbaar. Verbeterde ontwatering Ten gevolge van de andere deeltjesgrootteverdeling van het slib na desintegratie en het lagere gehalte aan organisch materiaal na vergisting is het slib beter ontwaterbaar. Een relatieve toename van het drogestofgehalte in de slibkoek met 10% is haalbaar. Bestrijding van licht slib en schuim Desintegratie kan de dradige structuur van het slib afbreken, waardoor schuimvorming wordt tegengegaan en het effectief volume van de vergistingtanks toeneemt. Toename van biogasproductie Door de toegenomen afbraak van biomassa in de vergisting wordt meer biogas geproduceerd. De toename van de biogasproductie is evenredig met de extra afbraak en ligt daardoor naar verwachting in de grootteorden 25-35%. De volgende nadelen worden beschreven: -

Er is extra energie nodig voor de slibdesintegratie.

-

Er is een verhoogde retourbelasting van stikstof, fosfaat en CZV en daardoor kan extra zuurstofvraag ontstaan en/of een C-bron voor stikstofverwijdering nodig worden.

-

Extra polymeerverbruik voor ontwatering; in sommige experimenten wordt gerapporteerd dat het drogestof gehalte na ontwatering toeneemt, maar dat hiervoor meer polymeer nodig is.

In 2005 is door de Stowa literatuuronderzoek [Stowa 2005-W04] gedaan naar slibdesintegratie technieken, toegepast vóór gisting. Uit deze studie kwam toepassing van mechanische desintegratie volgens het cavitatie principe het beste uit de bus. Specifiek ging het dan om ultrasone en hydrodynamische desintegratie. Deze technieken werden al veelvuldig full scale toegepast in verschillende Europese landen en gebruikten bovendien relatief weinig energie. De resultaten wat betreft verhoogde slibafbraak in de gisting leken veelbelovend. Na aanleiding van deze resultaten heeft er tussen 2006 en 2008 op rwzi’s Bath, Nieuwgraaf en Enschede pilotonderzoek met deze technieken plaatsgevonden. Op Bath en Nieuwgraaf is ultrasone slibdesintegratie getest (ontwikkeld door het Duitse Ultrawaves) en op Enschede hydrodynamische slibdesintegratie (het Crown proces, ontwikkeld door het Duitse Biogest). Op alledrie de zuiveringen is er getest met twee volledig gescheiden gistingen.


12/51

Figuur 4 Relatieve verandering van de afbraak van organische stof bij slibdesintegratie (SDI) en referentie (REF) op de drie onderzoekslocaties [Stowa 2008-10]

In bovenstaande figuur is te zien dat de resultaten van slibdesintegratie op alledrie de rwzi’s erg tegenvallen. De geëiste 15% betere slibafbraak in de gisting is niet gehaald. Er werd ook geen verbetering in de ontwatering of vermindering van schuimvorming in de gisting gevonden. Een reden van het slechte resultaat is wellicht dat de energietoevoer voor de desintegratie te laag was (zie figuur 5). Na de studie werd aanbevolen de technieken in Nederland niet verder toe te passen. Dit is gezien het matige resultaat begrijpelijk, maar het blijft vreemd dat de technieken in het buitenland goed presteren en in Nederland niet.

Figuur 5 Effect van energie toevoer op desintegratie [Stowa 2008-10]

In 2009 werd de Energiefabriek opgericht en werd optimalisatie van slibgisting weer belangrijk. Nu kwamen thermische desintegratietechnieken (Cambi en Turbotec) in beeld. Deze technieken zijn in de Stowa literatuurstudie [Stowa 2005W04] ook beschreven, maar zijn toen afgeschreven omdat ze te veel energie zouden gebruiken. De leveranciers beweren nu echter dat de opbrengsten (hogere slibafbraak en dus meer biogas) groter zijn dan de energiebenodigdheden. Turbotec (van Sustec) is inmiddels op meerdere Nederlandse rwzi’s (Venlo, Apeldoorn, Amersfoort) getest met pilotonderzoek. De resultaten hiervan zijn goed


13/51

[Stowa 2011-W03]. Cambi heeft meerdere full scale installaties, oa in Engeland en heeft in 2011 pilotonderzoek op rwzi Hengelo gedaan. Thermische desintegratie (ook wel thermische drukhydrolyse of thermische ontsluiting genoemd) wordt in onderstaand hoofdstuk nader toegelicht. Overige desintegratie technieken (inclusief ultrasoon en hydrodynamisch) worden in hoofdstuk 5 samengevat. In hoofdstuk 6 wordt thermofiele gisting beschreven en andere verbeteringen in of tijdens de gisting.

4

Thermische drukhydrolyse Thermische drukhydrolyse (TDH) is een proces dat wordt gebruikt om de vergistbaarheid van (secundair) slib toe te laten nemen. Door betere slibafbraak ontstaat er meer biogas en minder slibresidu. Tijdens TDH wordt slib blootgesteld aan een hoge temperatuur en druk. Hierdoor worden microbiële celwanden opengebroken waarbij makkelijk afbreekbare organische componenten uit de cellen in oplossing gaan. Naast een betere slibafbraak zijn andere voordelen van TDH dat de viscositeit van het slib wordt verlaagd, zodat de slibconcentratie in de gisting verhoogd kan worden, en dat de ontwaterbaarheid van het uitgegiste slib verbeterd. Het proces wordt in het buitenland (oa Engeland, Frankrijk) al veelvuldig toegepast. In Nederland wordt momenteel pilotonderzoek uitgevoerd. Bij TDH processen wordt gebruik gemaakt van een combinatie van een hoge temperatuur (140 – 180 °C) en druk (5 – 10 bar). Vanwege de gunstige ligging van rwzi Amsterdam West naast het AEB is voor het krijgen van de hoge temperatuur relatief minder primaire energie nodig, er kan namelijk gebruik worden gemaakt van beschikbare warmte in de vorm van stoom. Specifieke varianten van het proces zijn Cambi, Turbotec (Sustec), Biothelys (Veolia), Exelys (Kruger) en Lysotherm (Stulz H+E GmbH). Deze varianten worden hieronder nader toegelicht.

4.1

Cambi De Cambi technologie bestaat uit een serie van 3 gesloten reactoren die in batch vorm bedreven worden; de pulper, de hydrolyse reactor en een flashtank. Hierin kan zowel primair als secundair slib behandeld worden. In landen als Engeland (waar Cambi veel wordt toegepast) is het nog toegestaan om rwzi slib in de landbouw toe te passen, mits het voldoende gehygiëniseerd is. Daarom is het nodig om zowel primair als secundair slib bloot te stellen aan de hoge temperaturen. Ook moet er een batch systeem toegepast worden, zodat zeker is dat al het slib een voldoende lange verblijftijd in het proces heeft gehad. Cambi is hier op ontworpen. In Nederland mag slib niet naar de landbouw en daarom is het niet nodig om ook primair slib te behandelen. Daarnaast is het hier wel mogelijk een continu proces toe te passen. Voorontwaterd slib (ongeveer 16% DS) wordt in de pulper met stoom voorverwarmd tot 80°C en doorgepompt naar de hydrolyse tank. Hier verblijft het


14/51

ongeveer 30 minuten bij 160 tot 180°C en 6 tot 8 bar. Vervolgens gaat het slib naar de flashtank, waar de druk plotseling afneemt tot atmosferische druk. Deze drukval veroorzaakt celafbraak1. Het slib moet nu worden afgekoeld voor mesofiele gisting. Als primair slib niet wordt meegehydrolyseerd zorgt menging met het verwarmde gehydrolyseerde secundaire slib met koud primair slib voor de juiste temperatuur. Cambi wordt onder andere toegepast in Noorwegen, Engeland en Denemarken. In totaal zijn er meer dan 25 installaties wereldwijd in gebruik. In juni 2010 heeft er een refentiebezoek aan 2 installaties in Engeland plaatsgevonden. Het verslag van dit bezoek is te vinden in bijlage C. Na aanleiding van dit bezoek heeft Cambi voor rwzi Amsterdam West berekeningen gemaakt waarmee bepaald is hoeveel extra biogas er geproduceerd kan worden, hoeveel slib er overblijft en wat dit gaat kosten. Het resultaat hiervan is te vinden in bijlage D.

Figuur 6 Processchema Cambi [brochure Cambi]

4.2

Turbotec (Sustec) Turbotec is een in Nederland ontwikkeld continu systeem bestaande uit één reactor die wordt bedreven bij een temperatuur van 140°C en een druk van 5 bar. De verblijftijd is 1,5 uur, waarna slib met een drukgestuurde klep uit de reactor ontsnapt. Het systeem is op pilotschaal getest op rwzi Venlo, Amersfoort en Apeldoorn. In Venlo komt een fullscale installatie. In bijlage E is het verslag te

1

Volgens leveranciers is er celafbraak, theoretisch is dit echter niet logisch, aangezien slib

maar voor een klein deel uit cellen bestaat. Waarschijnlijk wordt er voornamelijk EPS en andere eiwitten afgebroken. [Discussie met Kees de Korte, 27-12-2011]


15/51

vinden van het bezoek aan de pilot op Amersfoort. Na dit bezoek heeft Sustec met dezelfde input als bij Cambi gebruikt is ook berekeningen gemaakt. Het resultaat hiervan is ook te vinden in bijlage D. 4.3

Biothelys (Veolia) Het Biothelys proces is in Frankrijk ontwikkeld. Er wordt een enkele reactor gebruikt voor de behandeling van slib met een DS gehalte hoger dan 10%. Slib verblijft 30 tot 60 minuten in de reactor bij een temperatuur van 150 tot 180°C en een druk van 8 tot 10 bar. Er zijn 4 full scale referentie locaties, allemaal in Frankrijk.

4.4

Exelys (Krüger) Naast Biothelys is ook Exelys door Veolia ontwikkeld, met als doel een onderscheidend proces te bieden naast Cambi. Exelys wordt nu door Krüger aangeboden. Het is een continu proces dat gevoed wordt met slib met een zeer hoog droge stof gehalte (>25%). De reden hiervoor is dat er minder stoom nodig is voor de verwarming van het slib en volgens Krüger is het systeem daardoor kosten- en energie-efficiënter dan Biothelys en andere thermische destructietechnieken. De benodigde procescondities zijn in onderstaande figuur te vinden.

Figuur 7 Processchema Exelys [Kline et al., 2011]

Bij Exelys wordt slib, verwarmd met stoom, ingebracht in een buis. Door trage inbreng verloopt de TDH als een propstroom (4 mm/sec.). De druk in de buis wordt aan beide kanten geregeld m.b.v. mohno-pompen (Seepex). Dit lijkt een vrij robuuste oplossing. [van Delft et al, 2011] Verdere optimalisatie zou te bereiken zijn door Exelys toe te passen tussen twee vergistingsstappen in. Na de eerste vergisting wordt slib ontwaterd en thermisch behandeld in de Exelys reactor. Vervolgens wordt er een tweede vergister toegepast (zie onderstaande figuur).


16/51

Figuur 8 Processchema Exelys – DLD (Digestion Lysis Digestion) [http://www.krugerusa.com/en/files/15788.htm]

Dit proces (Exelys – DLD) wordt sinds oktober 2010 gedemonstreerd op rwzi Hillerød (70.000 ie, ca. 4.000 tds/jaar, SGT I á 1.500 m3, SGT II á 925 m3) in Denemarken. Er wordt een stijging in biogasproductie van 30% genoemd en een verlaging van af te zetten ontwaterd slib van ongeveer 25% [Kline et al, 2011]. Verdere informatie over de demo is niet beschikbaar. 4.5

Lysotherm Het Duitse Stulz H+E GmbH brengt een continu TDH systeem op de markt, Lysotherm genaamd. De eerste full-scale installatie wordt op dit moment in Lingen (Duitsland) gerealiseerd. Lysotherm ontsluit surplusslib voorafgaand aan vergisting. Dit gebeurt echter niet met stoom maar met thermische olie die met restwarmte van de WKK verwarmd wordt. Voordeel is dat er geen volume toename plaatsvindt ten gevolge van de stoominjectie. Om redenen van fouling wordt het surplusslib hooguit met 6% de TDH (en dus slibgisting) ingevoerd. Hierdoor gaat één van de belangrijkste voordelen van een TDH verloren, namelijk het verhogen van de capaciteit door slib met een hoger drogestofgehalte te vergisten. Het ontsluitingsproces vindt plaats in onder druk staande warmtewisselaars. Na passage van het propstroom gedeelte vindt een drukval plaats in een opvangtank. Hier vindt de eigenlijke ontsluiting plaats. De installatie is zeer compact door het handig ineenvlechten van buizen en warmtewisselaars. De TDH-unit voor rwzi Lingen is dan ook niet groter dan 4 x 8 meter. Op de proefinstallatie werd ervaren dat er veel afzettingen op de warmtewisselaars plaatsvindt. Dit werd verwijderd door te reinigen met hete natronloog. Ontsluitingscriteria zijn: Lysotherm: 100150°C, 1-15 bar en een verblijftijd van 30-60 minuten. [van Delft et al, 2011]


17/51

4.6

Overzicht procesvarianten Tabel 3 Overzicht procesvarianten thermische hydrolyse Cambi

Turbotec

Biothelys

Exelys

Lysotherm

Leverancier

Cambi

Sustec

Veolia

Krüger

Stulz H+E GmbH

Land

Noorwegen

Nederland

Frankrijk

Frankrijk ?

Duitsland

Type

Batch

Continu

Batch

Continu

Continu ?

Temperatuur (°C)

160 – 180

140

150 – 180

165

100 – 150

Druk (bar)

6–8

5

8 – 10

9

1 – 15

Ingaand DS (%)

15 – 16

>5

> 10

> 25

Max. 6

Procestijd (min.)

30

90

30 – 60

≥ 30

30 – 60

Referenties

~ 25 (vooral

Geen, alleen

4 (in

1x demo

Geen, alleen pilot

Europa)

2x pilot (NL)

Frankrijk)

(Denemarken)

(1x)

Cambi en Sustec hebben berekeningen gemaakt voor rwzi Amsterdam West. Het resultaat van deze berekeningen is te vinden in bijlage D. De uiteindelijke kosten en opbrengsten zijn afhankelijk van de hoeveelheid slib die gehydrolyseerd wordt (alleen secundair slib of ook primair of CSI slib). Ook de stoomprijs heeft impact op de uitkomst. Volgens de voorlopige gegevens ligt de totale investering (reactor plus randvoorzieningen) tussen de 6,8 en 9,6 miljoen euro (incl. BTW). De jaarlijkse opbrengsten liggen tussen de 1,1 en 1,3 miljoen euro. Dit resulteert in een terugverdientijd van 6 tot 7 jaar.

5

Overige slibdesintegratie technieken In dit hoofdstuk worden overige slibbehandelingstechnieken genoemd. Deze technieken lijken in Nederland niet meer meegenomen te worden in onderzoeken, maar om een compleet beeld weer te geven worden ze wel kort beschreven. Bovendien zijn een aantal van de technieken in het buitenland wel succesvol. Het nadeel van deze technieken is wel dat ze meestal gebruik maken van mechanische energie (trillingen, pulsen, hoge druk) en daardoor elektriciteit nodig hebben. Hierdoor kunnen ze geen gebruik maken van de beschikbare warmte van het AEB.

5.1

Hydrodynamische desintegratie (Crown proces) Het Crown proces (ontwikkeld door Biogest AG uit Duitsland, in Nederland vertegenwoordigt door AQA HydraSep) is gebaseerd op het cavitatie principe; opgeloste gasbellen in secundair slib knappen open door een plotselinge drukval. De opengeknapte bellen veroorzaken een grote stijging in temperatuur en druk, waardoor mechanische energie vrijkomt en als een schokgolf door het omliggende materiaal schiet. Deze schokgolf veroorzaakt disintegratie van de slib bacteriecellen. In het Crown proces wordt slib eerst fijngemaald in de zogenaamde macerator. Daarna wordt het gemixed en wordt de druk opgevoerd tot 12 bar. Vervolgens wordt in de ‘disintegrator’ de druk verlaagd en vindt de daadwerkelijke cavitatie


18/51

plaats. Als laatste wordt het behandelde slib naar de ‘relaxation’ tank geleid om vanuit daar vergist te kunnen worden. Het Crown proces is als volgt opgebouwd (zie figuur 9): •

Een ‘homogenizor’ waarmee de deeltjesgrootte en -verdeling van het slib wordt aangepast, de suspensie wordt gehomogeniseerd en eventuele vaste slibdelen worden verkleind;

•

Een excentrische wormpomp (‘pressurisation pump’) waarmee een constante druk van 12 bar wordt opgebouwd en het slib wordt rondgepompt

•

De desintegrator zelf, bestaande uit een nozzle waar het slib met 12 bar doorheen wordt gepompt;

•

‘Relaxation tank’ en monopomp voor afvoer van het slib naar de vergister.

Er zijn momenteel >4 full scale Crown installaties in bedrijf (zie tabel 4). Interessant van het systeem is dat het volgens een multicriteria analyse in het WERF rapport ‘Evaluation of processes to reduce activated sludge solids generation and disposal’ erg goed uit de bus komt (zie bijlage F). Daarom is het vreemd dat de testen met het systeem op rwzi Enschede geen goede resultaten hebben opgeleverd. Mogelijk is het interessant om uit te zoeken waar dit aan lag, bijvoorbeeld door eigen testen te doen.

Figuur 9 Schema met werking Crown proces [Product documentation Crown]


19/51

Tabel 4 Informatie van fullscale Crown installaties [WERF, 2010]

VSr = Volatile solids reduction, ft3/lb = cubic feet per pound

Aan de hand van een aantal procesparameters van rwzi Amsterdam West (slibhoeveelheid en slibleeftijd) heeft Biogest een schatting gemaakt wat Crown voor ons kan betekenen: 10 tot 15% meer biogas en 10% minder slib. Dit zou resulteren in een terugverdientijd van 3 tot 4 jaar. [E-mail Christoph Lodde, 24 augustus 2011] 5.2

Ultrasone desintegratie Bij ultrasone slibdesintegratie wordt een mechanisch opgewekte trilling via een zogenaamde sonotrode overgebracht op de te behandelen slibstroom. De term ultrasoon heeft betrekking op het feit dat de gebruikte trillingen een hogere frequentie hebben dan die van hoorbaar geluid (oftewel boven 20 kHz). De sonotrode kan zowel in de vorm van een staaf als in een ring worden uitgevoerd. De door de sonotrode veroorzaakte trillingen veroorzaken een hoge druk en temperatuur in het slib. Dit resulteert in cavitatie, oftewel de implosie van dampbellen, met als gevolg dat de volgende desintegratie effecten: •

Op het punt van de implosie ontstaan grote afschuifkrachten met als gevolg deeltjesverkleining en beschadiging van cellen. Ook kunnen hierbij enzymen gemobiliseerd worden;

•

Door het ontstaan van een kleine vloeistofstraal met een zeer hoge snelheid (jetstream) kan tot op enige afstand van de plaats van implosie nog steeds een beschadiging van celmateriaal plaatsvinden.

Ultrasone slibdesintegratie wordt vooral op secundair slib toegepast. Verblijftijden zijn zeer kort (een paar seconden). De energievraag zou hoog zijn, maar lijkt ten opzichte van andere technieken mee te vallen (sterk afhankelijk van ingaand ds


20/51

gehalte) (zie onderstaande tabel). Er zijn al meerdere fullscale installaties (> 30) in bedrijf, voornamelijk in Duitsland. Er zijn in de literatuur zeer positieve resultaten te vinden (45-50% meer biogasproductie bijvoorbeeld), terwijl bij de testen op rwzi Nieuwgraaf en Bath nauwelijks effect werd gevonden [Stowa 200810]. Tijdens het onderzoek op rwzi Willem Annapolder werd wel weer een positief effect gevonden op de biogasproductie (21% meer). Hier was er echter geen effect op de ontwaterbaarheid van het slib, het ds gehalte van ontwaterd slib was na desintegratie gelijk aan de nulsituatie [Pinxteren et al, 2011]. Aangezien een verbeterde ontwatering voor Amsterdam West erg belangrijk is voor een gunstig kostenplaatje, is het advies om de techniek niet toe te passen daar. Tabel 5 Vergelijking energievraag technieken Techniek

Energie

Bron

(kJ/kg ds) Ultrasoon

6250 – 9350

Ultrasoon

162 – 1260

Ultrasoon

~167

Bougrier et al, 2006 Gianico et al, 2011 GWRC State of Science Report: Energy and Resource Recovery from Sludge, 2008, berekend (8% ds en 3,7 kWh/m3)

Ultrasoon TDH

~262 ~ 6335 (therm.) ~ 0,02 (elek.)

Ozonatie Crown

5.3

~ 5400 ~ 85

Pinxteren et al, 2011, berekent (5,5% ds en 4 kWh/m3) Berekent (10% ds, temp. stijging van 20 naar 170°C) Volgens gegevens Cambi, zie ook bijlage D. Bougrier et al, 2006, berekend (met 0,1 gO3/gTS en 15 kWh/kgO3) Berekent (6% ds en 1,42 kWh/m3, zie tabel 4)

Homogenization (MicroSludge) Bij het Microsludge proces wordt secundair slib (5 tot 10% ds) één uur geweekt in natronloog om celmembranen te verzwakken. Vervolgens wordt er een druk van 80 bar op het slib gezet, welke in een ‘homogenizer’ plotseling wegvalt. Hierdoor breken de cellen kapot en kan het slib makkelijker vergist worden. Er waren 2 fullscale Microsludge installaties in Noord Amerika, maar deze zijn weer uit bedrijf genomen omdat ze niet kosteneffectief waren [WERF, 2008]. Daarom zal deze techniek voor rwzi Amsterdam West niet meegenomen worden.

5.4

Elektrische pulsen (OpenCEL) Bij deze techniek worden (zoals de naam al aangeeft) elektrische pulsen (20 tot 30 kV) gebruikt voor de slibdesintegratie. Er is één fullscale installatie en één pilot installatie bekend, in de VS. Vanwege het gebrek aan referenties zal ook deze techniek niet verder bekeken worden.

5.5

Vermalen (Baker proces) De bekendste ‘vermaal’ desintegratietechniek is het Baker proces, oftewel de ‘lysate’ indikcentrifuge. Cellen worden met centrifugale kracht opengebroken in de zogenaamde ‘lysate ring’. Ook vindt er botsing tussen de cellen plaats door een flinke afname in snelheid en wrijving door de overgang van de centrifuge naar de ‘lysate ring’. De techniek gebruikt minder energie dan andere mechanische


21/51

desintegratietechnieken. Er is geen verbetering van ontwatering door de techniek. [http://www.energy-network.net] Er zijn vier fullscale Baker installaties, in Duitsland en Tsjechië (rwzi Praag). Helaas werkt de officiële website over het Baker proces (www.lysate-centrifuges.com) niet (meer). De techniek lijkt daarom niet echt meer in de belangstelling te staan en daarom wordt voor rwzi Amsterdam West aangenomen hem verder niet meer mee te nemen. 5.6

Ozonatie (Bioleader) Deze techniek wordt toegepast als een recirculatiestroom op de aeratietank, nabezinktank of gisting. Er wordt daarbij ozon toegevoegd aan het slib. In figuur 5 (hoofdstuk 3) lijkt ozonatie goed te scoren (hoge slibafbraak met laag energieverbruik), maar waarschijnlijk gaat het daarbij alleen om slibreductie, zonder dat het slib nuttig wordt ingezet in een gisting. In een Frans onderzoek is ozonatie voorafgaand aan gisting vergeleken met ultrasone desintegratie en thermische hydrolyse. Ozon leverde toen veel minder resultaat wat betreft biogasproductie [Bougrier et al, 2006]. Volgens het GWRC State of science report heeft ozonatie een grote energievraag wat resulteert in een negatieve energiebalans. In het Franse rapport wordt hier niets over geschreven. Echter, een simpele omrekening met kental 15 kWh/kg O3 [SimaPro LCA database] laat zien dat de energievraag van ozon niet hoger is dan die van ultrasoon. De techniek wordt niet verder meegenomen voor optimalisatie van de gisting op rwzi Amsterdam West, aangezien de toename in biogas niet zo hoog lijkt te zijn.

5.7

Enzymatische hydrolyse De activiteit van enzymen leidt tot een biologische hydrolyse van het slib. Al bij kleine hoeveelheden kunnen enzymen een aanzienlijke toename van de reactiesnelheid bewerkstelligen. De enzymen kunnen extern geproduceerd worden en toegevoegd worden voor de slibgisting om de afbraak en ontwatering te verbeteren. Daarnaast komen bij de afbraak van in het slib aanwezige cellen enzymen vrij (autolyse). Deze autolyse treedt ook op bij de andere desintegratietechnieken die de celwand afbreken, waardoor de celinhoud vrijkomt. Er wordt een verhoging van biogasproductie van 0 tot 12% genoemd door toevoeging van enzymen. [Stowa 2005-W04] Het proces lijkt niet full scale te worden toegepast met als doel optimalisatie vergisting. Verder wordt op [http://www.energy-network.net] beschreven dat de kosten voor de enzymen te hoog zijn om een kostenneutraal proces te creëren. Daarom lijkt het voor rwzi Amsterdam West ook niet interessant.

5.8

Cellruptur Bij deze techniek wordt slib tot een druk van 2 tot 10 bar (>1 barg) gebracht en gemengd met een kleine hoeveelheid biogas. Dit gas wordt dankzij de snelle diffusie in de deeltjes getransporteerd en door de celwanden door het grote verschil in gradiënt. Door opvolgende mix, evenwicht en ‘depressurisatie’ stappen vormt het tot dan toe opgeloste gas opnieuw bellen die het celmateriaal doen openknappen. Hierdoor komt celmateriaal vrij en gaat de vergisting sneller. [http://www.ecosolids.com/products/cellruptor/]


22/51

Er lijken nog geen full scale installaties in bedrijf te zijn, waardoor geadviseerd wordt deze techniek niet verder te onderzoeken. 5.9

Microwave irridation Dit is een nieuwe thermische hydrolyse techniek die gebruik maakt van ‘magnetron’ verwarming van slib tot 110-175°C. Het effect hiervan is verhoogde biogasproductie. [WERF, 2008] Er zijn meerdere onderzoeken naar de techniek uitgevoerd, met positieve resultaten (o.a. [Eskicioglu et al. 2010]). Onduidelijk is echter of de techniek al full scale wordt toegepast. Daarom wordt ook deze techniek niet verder meegenomen.

5.10

Desintegratie door wormen Tijdens het wormenpilotonderzoek op rwzi Wolvega is ontdekt dat slib na de wormenreactor anaeroob tot wel 50% afbreekt. Hoe dit precies kan en wat voor procescondities er nodig zijn, wordt komende 4 jaar onderzocht. Waternet doet daar wellicht aan mee met een pilot op een regionale rwzi. Het doel van het onderzoek is te komen tot een makkelijk toepasbare desintegratiestap voor gisting, met bijvoorbeeld enzymen afgescheiden door wormen. Aangezien de techniek nu nog niet fullscale toepasbaar is, wordt hij niet verder meegenomen voor rwzi Amsterdam West. Wel zal hij in de gaten gehouden worden als Waternet met een regionale rwzi deelneemt aan het onderzoek. Als binnen de 4 jaar onderzoek al een doorbraak ontstaat, kan hij wellicht wel interessant worden voor rwzi Amsterdam West.

6

6.1

Thermofiele gisting en andere technieken tijdens de gisting Thermofiele gisting Mesofiele gisting werkt met bacteriën die hun optimumtemperatuur hebben rond de 35°C. Bij thermofiele gisting ligt deze optimumtemperatuur rond de 55°C. Zie onderstaande figuur.


23/51

Figuur 10 Optimum temperatuur voor mesofiele en thermofiele gisting [Stowa 2010-33]

Thermofiele gisting heeft een snellere omzetting dan mesofiele gisting, maar het lijkt uit de literatuur dat er niet meer wordt afgebroken. Door de snellere omzetting kan een (veel) kortere verblijftijd worden toegepast, waardoor (veel) meer slib te verwerken is in het dezelfde gistingvolume. Hierdoor is kostenbesparing te halen.

Figuur 11 Theoretische (curves) en praktische (punten) afbraak van organische stof tijdens de slibgisting [Stowa 2010-33]

Thermofiele gisting is gevoeliger voor de ammoniakconcentratie, maar verder is er geen reden om aan te nemen dat thermofiele gisting minder stabiel zou zijn dan mesofiele. De techniek wordt in het buitenland veel in de praktijk toegepast. In Nederland is dat niet het geval. Thermofiele gisting lijkt geen effect te hebben op de ontwaterbaarheid van slib.


24/51

Het is eventueel mogelijk om voorafgaand aan thermofiele gisting slibdesintegratie toe te passen, bijvoorbeeld thermische hydrolyse. Dit laatste heeft als voordeel dat het slib al warm is er dus niet meer hoeft te worden opgewarmd (of afgekoeld in et geval van mesofiel) voor de gisting. Op rwzi Hamar (Noorwegen) is een combinatie met Cambi TDH en thermofiele gisting fullscale toegepast. Dit leverde wel meer biogas op, maar het bleek lastig de thermofiele gisting stabiel te laten draaien [Fjaergard et al, 2006]. Verder zijn er geen toepassingen gevonden van de combinatie TDH en thermofiele gisting. Daarom lijkt het voorlopig niet interessant hier verder op in te gaan. Als er wel (een) praktijk toepassing(en) komen, kan alsnog gekeken worden of een combinatie toegepast kan worden. De constructie van de gisting van rwzi Amsterdam West zou bestand moeten zijn tegen de hoge temperaturen van thermofiele gisting [Informatie uit ontwerp gisting door aannemer, via Rene Clignett]. Hierdoor zou de huidige mesofiele gisting zonder al te grote investeringen om te bouwen moeten zijn naar een thermofiele gisting. Wel moet dit nog definitief berekend worden als daadwerkelijk wordt gekozen voor thermofiele gisting. Verder moet opgelet worden dat niet meer CH4 oplost in het water en elders vrijkomt. Dat zou namelijk leiden tot meer uitstoot van broeikasgas en minder energieproductie. 6.2

Hoogbelaste tweetraps vergisting Een systeem met hoogbelaste tweetraps vergisting is ontwikkeld door het Fraunhofer IGB instituut, de Duitse tegenhanger van TNO. Er wordt gewerkt met een verblijftijd van 5 tot 7 dagen en een OLR van 8 kg OS/m3/dag (in plaats van de nu op rwzi Amsterdam West toegepaste 1 kg OS/m3/dag). Om toch goede gisting te krijgen worden 2 in serie geschakelde tanks gebruikt, die door middel van geperforeerde platen (met gaten van ± 2,5 cm) in compartimenten zijn verdeeld (zie onderstaand schema). Voor menging (en het openhouden van de gaten) wordt gedurende een korte tijd een drukstoot gegeven van de trechter bovenin naar beneden. Vanwege de grote kracht van de pomp treedt ook een soort desintegratie op. Als de pomp niet draait, vult de trechter zich weer door de leiding.

Figuur 12 Schema hoogbelaste tweetraps vergisting [Brochure Fraunhofer IGB]


25/51

Op rwzi Heidelberg draait bovenstaand systeem, gevolgd door 3 normale mesofiele gistingtanks. Op deze rwzi wordt met de hoogbelaste gisting 39% OS afbraak gehaald en in totaal 60%. Bovendien is de ontwatering omhoog gegaan van 25 naar 30% ds. [Presentatie tijdens excursie Heidelberg, september 2011] Als op rwzi Amsterdam West voor een vergelijkbare combinatie wordt gekozen, moet geïnvesteerd worden in ± 10.000 – 13.000 m3 extra gisting volume. Dit is bijna 10 keer zoveel als op rwzi Heidelberg. Op Heidelberg was de investering € 3,68 miljoen. Op rwzi Amsterdam West zal de investering fors hoger zijn. Daarmee lijkt dit een erg duur systeem. Daarom zal het verder niet meegenomen worden. 6.3

Hogedruk gisting Als gisting wordt uitgevoerd bij een hoge druk (tot 24 bar), lost meer van de geproduceerde CO2 op in de waterfase en dissocieert het tot bicarbonaat. Het geproduceerde biogas bestaat bij een druk boven de 5 bar voor meer dan 90% uit methaan, terwijl dit bij atmosferische druk doorgaans 55 - 65 % is. Hierdoor kan het geproduceerde biogas zonder kwalitatieve opwerking en zonder toepassing van een compressor in een decentraal gasnet worden gebracht. Het grootste nadeel van hogedruk gisting zijn de hoge investeringskosten. Ook is het proces nog slechts op laboratoriumschaal bewezen (bij het Van Hall Instituut in Leeuwarden) [Stowa 2010-33]. Vanwege het gebrek aan een praktijktoepassing is deze techniek niet interessant voor rwzi Amsterdam West.

6.4

Ander mixpatroon/reactor (Bioterminator24/85 en CBFT3) Bioterminator wordt in het GWRC State of Science rapport beschreven als een mesofiel anaeroob vergistingssysteem met een nieuw mixpatroon. Ook wordt er een buffer gedoseerd om de pH constant te houden en een lage hoeveelheid sucrose. Hoe de techniek precies werkt wordt niet genoemd en ook is er geen informatie te vinden over het bedrijf dat de techniek verkoopt. Daarom wordt de techniek verder niet meegenomen voor rwzi Amsterdam West. CBFT3 (Columbus Advanced Biosolids Flow through Thermophilic Treatment) is een modificatie op thermofiele anaerobe vergisting door gebruik te maken van een plug-flow reactor. Het voornaamste doel van het systeem is het reduceren van pathogenen in het slib, maar er wordt ook een verbeterde energiebalans als voordeel genoemd [WERF, 2008]. Het lijkt erop dat de techniek alleen op labschaal is bewezen De eerste full scale toepassing van het systeem wordt nu in de VS gebouwd [Wiser et al, 2008]. Vanwege het gebrek aan referenties wordt geadviseerd ook deze techniek niet verder te onderzoeken.

6.5

Chemische en thermische behandeling slib in recirculatie gisting (AFC proces) Het AFC proces kan worden toegepast op de recirculatiestroom van de gisting, maar lijkt vooral te worden toegepast op de recirculatie van aerobe processen. Het doel van het proces is slibreductie en daartoe wordt een combinatie van chemische en thermische behandeling toegepast. Er zijn pilot onderzoeken met het AFC


26/51

proces uitgevoerd, maar het is onduidelijk of er ook full scale installaties zijn. Daarom wordt ook deze techniek niet verder bekeken voor rwzi Amsterdam West.

7

Overzicht alle mogelijke technieken In onderstaande tabel wordt weergegeven welke technieken volgens de eerste literatuurstudie mogelijk interessant zijn. Technieken zonder (of met weinig/onduidelijke) (full scale) referenties zijn daarbij bijvoorbeeld afgevallen. Tabel 6 Overzicht technieken Wel/niet

Reden

interessant Thermische drukhydrolyse Cambi

Wel

Veel goede referenties en al veel contact mee gehad.

Turbotec (Sustec)

Wel

Veelbelovend pilotonderzoek op Nederlandse rwzi’s.

Biothelys (Veolia)

Niet

Vergelijkbaar aan Cambi, dus geen toegevoegde waarde.

Exelys (Kruger)

Niet

Geen referenties.

Lysotherm

Niet

Geen informatie te vinden en geen referenties.

Overige slibdesintegratietechnieken Hydrodynamische

Wel

desintegratie (Crown proces) Ultrasone desintegratie

Veel referenties, goedkoop, weinig energie nodig (wel elektrisch). Werkte helaas niet in Nederland

Niet

Werkte niet in Nederland en geen effect op ontwatering

Homogenization (MicroSludge)

Niet

Beide full scale installaties zijn weer uit bedrijf omdat ze niet kosteneffectief waren.

Elektrische pulsen (OpenCEL)

Niet

Gebrek aan referenties.

Vermalen (Baker proces)

Niet

Geen recente informatie te vinden.

Ozonizatie (Bioleader)

Niet

Minder goed resultaat dan ultrasoon/TDH

Enzymatische hydrolyse

Niet

Enzymen zijn te duur om een kostenneutraal proces te creëren.

Cellruptur

Niet

Geen (full scale) referenties.

Microwave irridation

Niet


Desintegratie door wormen

Niet

Nog in onderzoek (niet full scale beschikbaar).

Thermofiele gisting en andere technieken tijdens de gisting Thermofiele gisting

Wel

Met lage investering meer biogas en/of meer slib

Hoogbelaste tweetraps

Niet

Lijkt erg duur

Niet

Nog in ontwikkelstadium (alleen op labschaal

verwerken. vergisting Hogedruk gisting

bewezen). Ander mixpatroon

Niet


(Bioterminator 24/85) Andere reactor (CBFT3)

Niet


AFC proces

Niet



27/51

Bij de uiteindelijke keus voor een techniek moeten de volgende aspecten worden meegenomen: -

Met welk drogestof gehalte werkt de techniek? Een hoger gehalte is gunstig, omdat er minder vloeistof verwarmd/verwerkt hoeft te worden (energiewinst) en er meer ruimte vrijkomt in de gisting. Echter, om een hoger gehalte te halen is wel een extra ontwateringsstap nodig. Oftewel een extra investering en meer installaties te onderhouden.

-

Hoeveel en in welke vorm is energie nodig? Warmte, elektriciteit, biogas etc.

-

Met welke verblijftijd in de gisting kan er het beste gewerkt worden, zo dat het proces stabiel blijft en er toch zo veel mogelijk slib verwerkt kan worden.

8

Mogelijkheden voor vrijkomende gisting Door slibdestructie komt er gistingsruimte vrij. In het project moet bekeken worden hoe deze ruimte het beste benut kan worden. Er kan gekozen worden te werken met een langere verblijftijd en daarmee meer slibafbraak. Een andere mogelijkheid is het verwerken van secundair slib van waterschappen die hun slib nog niet zelf vergisten. In dit hoofdstuk wordt aangenomen dat de gistingsruimte weer ingevuld wordt (dus dat de verblijftijd niet verlengd wordt).

8.1

Hoeveel extra slib/biomassa? Er zijn twee processen waardoor er gistingsruimte vrij komt, die beide tegelijk op kunnen treden: 1.

(Secundair) slib wordt voorafgaand aan destructie verder ingedikt. Voor sommige technieken zijn daarvoor zelfs centrifuges nodig, om tot 14-19% ds te komen. Voor andere technieken is dit niet nodig, maar is het wel raadzaam met de bestaande bandindikkers zo goed mogelijk in te dikken (tot 7-8%). De reden dat verdergaand indikken mogelijk is, is dat de viscositeit van slib na destructie omlaag gaat. Hierdoor kan slib in de gisting nog steeds goed gemengd worden, ondanks hogere ds belastingen.

2.

Met destructie wordt (secundair) slib beter afbreekbaar. Hierdoor kan gewerkt worden met kortere verblijftijden in de gisting.

In onderstaande tabel worden twee mogelijke scenario’s beschreven, waarbij ruimte in de gisting vrijkomt waar externe biomassa of slib in verwerkt kan worden.


28/51

Tabel 7 Scenario’s waardoor ruimte in de gisting vrijkomt

Indikking Hoeveelheid slib 2020

Scenario 1:

Scenario 2:

Toepassing Cambi op

Toepassing Sustec op

secundair slib

secundair slib

Met nieuwe centrifuges tot

Met bestaande bandindikkers

16% ds

tot 8%

1.075 (prim. slib) + 394 (sec.

1.075 + 788 = 1.863 m3/dag

3

(prim slib 4,5% ds) *

slib) = 1.469 m /dag

Verblijftijd gisting zonder

23 dagen

18 dagen

15 dagen (aanname)

15 dagen (aanname)

820 m3/dag (36% van totaal)

426 m3/dag (19% van totaal)

extern slib/biomassa Verblijftijd gisting mét extern slib/biomassa Extra in te nemen slib/biomassa * Maximale hoeveelheid 2020 uit tabel 1, hoofdstuk 2

8.2

Soort slib/biomassa Bij het innemen van extra slib/biomassa om de vrijkomende ruimte in de gisting op te vullen kan gedacht worden aan de volgende soort stromen (op volgorde van waarschijnlijkheid): -

Slib van Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK): momenteel wordt secundair slib van kleine rwzi’s van HHNK niet vergist, maar rechtstreeks ontwaterd en gedroogd in de slibdroging van Beverwijk.2 Deze slibdroging gaat echter in 2018 uit bedrijf. Vanaf dan zou deze secundair slibstroom verwerkt kunnen worden op Amsterdam West. Het is (nog) onduidelijk hoe groot de stroom is. Verwacht wordt wel dat de extra ruimte volledig kan worden opgevuld met dit slib.

-

Slib van Wetterskip Fryslan: ook dit waterschap heeft veel kleine rwzi’s met alleen secundair slib en geen gisting. Het slib uit Friesland zou per schip over het IJsselmeer naar Amsterdam gebracht moeten worden. Ook hier is onduidelijk hoe groot de stroom is, maar wordt verwacht dat de extra ruimte volledig kan worden opgevuld.

-

Verwerking van ‘vuile’ biomassa uit Amsterdam/van AGV: hierbij kan gedacht worden aan RKG slib, bagger uit het watersysteem en vet uit het riool. Voorwaarde voor de stromen is dat ze slibachtig zijn en dus geen uitgebreide voorbehandeling nodig hebben (vermalen etc.). Ook moeten ze ‘vuil’ zijn, waarmee bedoeld wordt dat ze niet zonder bewerking in de landbouw gebruikt mogen worden.

-

Verwerking van vezelige ‘vuile’ biomassa: hierbij kan gedacht worden aan zeefgoed en strainpressgoed. Deze stromen hebben wel een totaal andere structuur dan slib en moeten daarom een voorbehandeling ondergaan. Deze voorbehandeling moet waarschijnlijk ook een destructiestap bevatten, om de vergistbaarheid van de stromen te verbeteren. Uit proeven bleek dat zeefgoed wel anaeroob afbreekt, maar dat dit lang

2

Het zou hierbij gaan om 90.000 ton nat slib (22-23% ds), waarvan 50% vergist is.

[Opgemerkt tijdens bespreking 5-10-2011]


29/51

duurt en daarom in een gisting van 20 dagen verblijftijd nauwelijks gebeurt. -

Verwerking van afgekeurde voedingsmiddelen en slachtafval: waterschap Veluwe verwerkt dit soort stromen op rwzi Apeldoorn. Voordeel van de stromen is dat er veel biogas uit komt, maar het nadeel is dat er steeds meer concurrentie komt van afvalverwerkers voor de stromen. Daarom moet er in de toekomst waarschijnlijk betaald worden voor de stromen. Dit maakt het minder interessant ze te verwerken. Wel kan hierbij samenwerking worden gezocht met Orgaworld. Orgaworld heeft namelijk ook een biomassavergistingsinstallatie in het havengebied. Zij zouden stromen kunnen innemen en de logistiek hiervan kunnen regelen. Amsterdam West zou dan het overschot aan stromen en dan voornamelijk de ‘vuile’ stromen kunnen verwerken. Het ontstane biogas van beide bedrijven kan samen verwerkt worden.

Een voorwaarde van de in te nemen stromen is dat ze geen grove delen bevatten. Als dit wel het geval is, moeten ze bijvoorbeeld worden behandeld met de strainpressen.

9

Deelstroombehandeling voor verwijdering van N en P Door toepassing van slibdestructie of thermofiele gisting verbetert de slibafbraak in de gisting. Hierdoor komt er in principe meer stikstof en fosfaat vrij, wat via het centraat op de waterlijn van rwzi Amsterdam West terecht komt. Volgens de pilot onderzoeken met slibdestructie die in Nederland zijn uitgevoerd is de extra N vracht 8 tot 19%. De P vracht nam in sommige pilots echter af (met 2 tot 5%), maar nam in andere proeven (sterk) toe (22-42%). [Stowa 2011-W03] Een verklaring voor de afname van fosfaat is dat er bij de slibafbraak ook positieve ionen als magnesium en calcium vrijkomen. Het vrijgekomen fosfaat slaat direct met deze ionen neer en komt in het slib terecht. In het centraat wordt dan geen toename gemeten. Er is nog veel onduidelijkheid over wat er met fosfaat gebeurd na slibdestructie en daarom wordt er voorlopig nog geen toe- of afname in het centraat meegenomen. De huidige vrachten en de extra hoeveelheden worden genoemd in onderstaande tabel.


30/51

Tabel 8 Vrachten stikstof en fosfaat in het centraat (in kg N of P per dag)

Bron

Fosfaat

Stikstof

Influentvracht

Tjvs 2010

1.230

9.142

Verwijdering VBT

Berekend

8%

7%

Centraatvracht referentie

Berekend mbv Zuis 2010

530

1.480

Voorbezonken water totaal referentie

Tjvs 2010

1.659

10.023

Berekend, P onduidelijk, N 15%

??

1.702

10.023 + 1.702 - 1.480

??

10.245

Centraatvracht na slibdestructie +

Berekend, P onduidelijk, N 25% +

??

2.128

extern slib (aanname 25% meer)

15% hoger dan referentie

Voorbezonken water totaal na

10.023 + 2.128 - 1.480

??

10.671

Effluentconcentratie huidig

Tjvs 2010

0,6 mg/l

8,4 mg/l

Effluentconcentratie max.

Normconcentraties

1 mg/l

10 mg/l

Centraatvracht na slibdestructie

hoger dan referentie Voorbezonken water totaal na slibdestructie

slibdestructie + extern slib

9.1

Fosfaat Voor de eventuele extra fosfaatvracht (al neergeslagen of nog opgelost) is er al een oplossing, namelijk de geplande plaatsing van de AirPrex struvietreactor waar uitgegist slib in behandeld wordt. Deze reactor zal in 2013 geplaatst worden tussen de gisting en de USB. Met beluchting wordt de pH verhoogd (strippen van CO2) waarna magnesiumchloride toegevoegd wordt. Hierdoor zal ongeveer 90% van het aanwezige ortho-P neergeslagen worden als struviet. Dit struviet wordt vervolgens zo goed als mogelijk verwijderd uit het slib en afgezet als meststof. Een deel van het struviet zal echter in het slib blijven zitten en wordt zo afgezet bij het AEB en verbrand. Stikstofverwijdering met struviet Bij de vorming van struviet wordt ook ammonium ingevangen. Per kg P verwijdering wordt hiermee 0,45 kg N verwijderd (verhouding molmassa’s N en P). Stel dat 90% van de 530 kg P in het centraat wordt verwijderd als struviet. Daarmee kan dan ook 0,9 * 530 * 0,45 = 215 kg N/dag verwijderd worden. Dit is 15% van de totale 1.480 kg N in het centraat, een niet te verwaarlozen bijdrage dus.

9.2

Stikstof De stikstofvracht in het centraat wordt in de waterlijn met het nitrificatie – denitrificatie proces verwijderd. Momenteel gaat dit goed en wordt de maximale effluentconcentratie van 10 mg N-tot/l niet overschreden. Echter, als de vracht door slibdestructie en de inname van extra slib sterk stijgt, is de hoeveelheid organische stof voor de denitrificatie niet meer toereikend en zou er een koolstofbron toegevoegd moeten worden om de effluenteis te blijven halen. Dit is


31/51

niet gewenst en daarom zou er in dat geval geïnvesteerd kunnen worden in een deelstroombehandeling om stikstof uit het centraat te verwijderen. In onderstaande tabel is de berekende jaargemiddelde N-totaal effluentconcentratie te zien bij verschillende te verwerken stikstofhoeveelheden. Dit is een grove berekening om de orde van grootte te zien. Er is daarbij rekening gehouden met stikstofverwijdering door de vorming van struviet. Tabel 9 Berekende jaargemiddelde N-totaal hoeveelheden Referentie

Slibdestructie

Slibdestructie én extern slib

Stikstof in centraat ná

Nvt

1.702 * 85% = 1.447

2.128 * 85% = 1.809

10.023

9.990

10.352

8,7

8,5

9,6

OWT v2.0 West

OWT v2.0 West extra

OWT v2.0 West extra

referentie poging4.xls

N poging4.xls

N na extern slib

struvietreactor (kg N/dag) Stikstof in voorbezonken water (kg N/dag) Jaargemiddelde N-tot concentratie (mg/l) Bron

poging4.xls

Te zien is dat bij slibdestructie van de huidige slibhoeveelheden, de N-totaal concentratie niet de toegestane concentratie van 10 mg/l overschrijdt. Ook als er extern slib verwerkt wordt (in dit geval 25% van het totaal) is er nog geen overschrijding, maar wel bijna. Waarschijnlijk is in dat geval een stikstofdeelstroomproces toch aan te raden. De volgende alternatieven bestaan voor stikstofdeelstroombehandeling:


32/51

Tabel 10 Overzicht deelstroomtechnieken voor stikstofverwijdering Techniek

Anammox

Chemisch

Beschrijving

Kosten

/ biolo-

(€/kg

gisch

Nverw)

biologisch

(Paques)

Referenties

Met de anammox bacterie (rechtstreekse

Awzi van Aviko, rwzi

omzetting van nitriet en ammonium naar

Dokhavenc,

N2-gas met CO2 als koolstofbron). Minder

industriële

zuurstof (-60%) nodig en geen C-bron.

zuiveringen

Nadeel: lage groeisnelheden. Dit probleem wordt verholpen met entslib. Sharon

biologisch

(Grontmij)

N verwijdering over nitriet. Stabiel proces

1,50

a

Rwzi’s Garmerwolde,

zonder slibretentie. 1 dag verblijftijd. Wel

Zwolled, Dokhavenc,

koolstofbron nodig.

Utrecht, Houtrust en in het buitenland

Babe

biologisch

(DHV)

Bio-augmentation Batch Enhanced. In een

Rwzi Den Bosch

deelstroomreactor wordt entslib gekweekt voor snellere nitrificatie in hoofdstroom. Ook wordt tot 25% van centraat-N in de reactor verwijderd. Ook koolstofbron nodig.

Demon

biologisch

(Grontmij)

Combinatie van Sharon en Anammox, in

1

b

één tank. (Ook het Canon en Oland proces werken volgens dit principe)

Strippen

chemisch

Nadeel: veel energie nodig en hoge kosten.

(bijv. Profi

Het terugwinnen van ammonium uit N2 gas

Nutrients

zoals de industrie dat doet is goedkoper.

en Colsen)

ARP (Ammonia Recovery Process) is een vacuum stripproces dat wordt vermarkt

rwzi Apeldoorn en Nieuwegein (en in het buitenland)

8

a

Rwzi New York

Lager ?

door ProfiNutrients. Volgens de brochure kost dit niet veel energie en geld. a: [van Loosdrecht, presentatie tijdens PAO cursus N&P verwijdering, 2009] b: [productblad DEMON] c: Op Dokhaven wordt een combinatie van SHARON en Anammox toegepast. d: Wordt omgebouwd naar een Anammox vanwege lager energie- en chemicaliëngebruik.

Van de biologische technieken lijkt Demon momenteel het meest populair, vanwege het lage energieverbruik, geen koolstofbron nodig en het feit dat het een één tank principe is. Wellicht dat het terugwinnen van ammonium via een stripproces in de toekomst ook interessant wordt. Er lijken technieken te zijn die dit met lage kosten kunnen. Er is echter helemaal nog geen markt voor teruggewonnen ammonium, waardoor de opbrengsten nog praktisch nul zijn [Kampscheur, presentatie over Source, 2011]. Als er ook extra slib wordt verwerkt, zit er 2.128 kg stikstof in het centraat. Ongeveer 15% daarvan zal via struviet verwijderd worden. Als de deelstroomreactor 80% van het overgebleven stikstof verwijderd is dat dus ongeveer 1.447 kg/dag. Volgens het productblad van Demon kost dat € 1.447 per


33/51

dag. Op basis van de investeringskosten op rwzi Heidelberg (Duitsland)3 en slibverwerkingsbedrijf Sluisjesdijk4 wordt geschat dat een Demon installatie op de centraatstroom van rwzi Amsterdam West 3 tot 5 miljoen euro zal kosten.

10 10.1

Conclusies en aanbevelingen Conclusies en samenvatting De volgende conclusies kunnen worden getrokken uit het voorgaande onderzoek naar nieuwe slibverwerkingstechnieken. -

Op rwzi Amsterdam West werd in 2010 643.000 m3 slib per jaar vergist (36.000 ton ds). Hiermee wordt 11 miljoen m3 biogas geproduceerd.

-

Volgens prognoseberekeningen zal er in 2020 tussen de 36.000 en 41.000 ton ds vergist worden op Amsterdam West. Dit levert een kleine 12 miljoen m3 biogas per jaar op. Deze hoeveelheid stijgt minder sterk dan de hoeveelheid slib, vanwege een afname in de verblijftijd in de gisting door de extra slibhoeveelheid.

-

Slibverwerkingstechnieken kunnen worden toegepast op retourslib, op secundair slib of op gemengd slib vóór de gisting en op een recirculatiestroom tijdens gisting. In dit onderzoek zijn technieken toegepast op retourslib niet meegenomen, aangezien deze geen energiewinst opleveren.

-

Technieken toegepast vóór gisting worden ook wel slibdesintegratietechnieken genoemd. Deze verbeteren de biologische afbreekbaarheid van slib tijdens de gisting en zorgen daardoor voor meer slibafbraak en biogasproductie.

-

In dit rapport zijn de technieken onderverdeeld in thermische technieken, overige desintegratietechnieken (o.a. ultrasoon) en technieken tijdens gisting (waaronder thermofiele gisting). Het voordeel van het gebruik van een thermische techniek op rwzi Amsterdam West is de beschikbaarheid van warmte in de vorm van stoom van het AEB.

-

De technieken die interessant lijken voor Waternet zijn Cambi en TurboTec (beide thermische drukhydrolyse), Crown (hydrodynamische desintegratie) en thermofiele gisting. Cambi heeft al veel goede referenties draaien en TurboTec is met succes getest op meerdere Nederlandse rwzi’s. Bovendien is met beide partijen al contact geweest. Over Crown is minder bekend, maar er zijn in het buitenland (met name Duitsland) meerdere goedwerkende referenties. Bovendien lijkt de techniek goedkoper en minder energievragend dan de thermische alternatieven.

3

Investering voor 290 kg N/dag was 2,7 miljoen euro [Presentatie tijdens excursie

Heidelberg] 4

Schatting 1,1 – 1,2 miljoen euro voor 300 kg N/dag [Stowa 2008-18]


34/51

Het voordeel van thermofiel vergisten is dat er nauwelijks investeringen nodig zijn, maar dat toch de biogasproductie vergroot kan worden of er meer slib verwerkt kan worden (door een lagere verblijftijd toe te passen). -

Met deze technieken kan ongeveer 20% meer biogas geproduceerd worden. De productie in 2020 zal dan toenemen van 12 naar 14,4 miljoen m3 per jaar. De hoeveelheid ontwaterd slib (in ton ds) neemt ongeveer 15% af, maar de ontwatering verbeterd sterk (≥30% ds). Hierdoor neemt de hoeveelheid af te zetten slib af van 85 duizend ton naar ongeveer 55 duizend ton. Hiermee kan ruim 2 miljoen euro per jaar bespaard worden (op ontwatering en slibafzet).5

-

De investering voor het plaatsen van een desintegratietechniek ligt rond de 6 tot 10 miljoen euro, afhankelijk van de gekozen techniek, de hoeveelheid slib die behandeld wordt (alleen secundair slib of ook primair en/of extern slib) en de benodigde ontwatering. Vanwege de forse besparingen door de slibafbraak, een betere ontwatering van uitgegist slib en door de extra biogasproductie wordt deze investering in 4 tot 7 jaar terugverdiend. Er is nog niet uitgezocht hoeveel het kost om de gisting van Amsterdam West om te bouwen van mesofiel naar thermofiel. Verwacht wordt dat dit een kortere of vergelijkbare terugverdientijd oplevert als het investeren in een nieuwe desintegratietechniek. De energiewinst van de ombouwing is wel kleiner dan die van desintegratietechnieken. Ook wordt er geen verbetering van de ontwatering verwacht.

-

Afhankelijk van de techniek die gekozen wordt en de mate waarin slib wordt ingedikt/ontwaterd voorafgaand aan de gisting, kan er 430 – 820 m3 extra slib per dag ingenomen worden.

-

De grootste waarschijnlijkheid is dat deze extra slibinname afkomstig is van Wetterskip Fryslan of Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier. Eventueel kan er (bij voorkeur in samenwerking met Orgaworld) biomassa verwerkt worden. Deze biomassa moet dan wel ‘vuil’ zijn, oftewel na verwerking niet naar de landbouw mogen.

-

Door de toepassing van slibdesintegratie over thermofiele gisting is er meer slibafbraak en komt er ook meer stikstof en fosfaat vrij. Dit geldt zeker als er extra slib ingenomen wordt. De extra fosfaatvracht zal verwijderd worden met de eerder te plaatsen AirPrex reactor. Hiermee zal ook ongeveer 15% van de stikstofvracht verwijderd worden. Voor de verwijdering van stikstof is, als er extra slib verwerkt gaat worden, waarschijnlijk een deelstroomreactor nodig (zonder extra slib lijkt de bestaande waterlijn afdoende). Hierbij kan voorlopig het beste gekozen worden voor een biologisch proces, bijvoorbeeld Demon. De investering voor een Demon reactor zal in de orde grootte van 3 tot 5 miljoen euro liggen. Striptechnieken lijken steeds goedkoper te worden, maar het teruggewonnen ammonium levert nog geen geld op.

5

Bij deze aantallen is nog geen rekening gehouden met extra slib inname of met

struvietterugwinning. De gegevens zijn afkomstig van Cambi, bijlage E (alleen behandeling van secundair slib).


35/51

10.2

Aanbevelingen Na aanleiding van het onderzoek naar slibverwerkingstechnieken worden de volgende aanbevelingen gedaan: 1.

Voer een business case uit met verschillende varianten, namelijk de technieken TurboTec, Cambi, Crown en thermofiele gisting en dan gevarieerd qua voorindikking/ontwatering, inname van extra slib en stikstofverwijdering of terugwinning. De business case moet in twee onderdelen worden gesplitst: A: Met het hek om rwzi Amsterdam West, hierbij worden slibafvoerkosten naar het AEB meegenomen met de prijs die we daar nu voor betalen. Hetzelfde geldt voor de inkoop van warmte, stoom en elektriciteit. B: Met het hek om de rwzi en het AEB samen. Hierbij worden ook de investeringen die bij het AEB gedaan moeten worden meegenomen. Verder worden alleen de daadwerkelijke kosten voor de verwerking van het slib meegenomen, niet de marktprijzen waar in onderdeel A mee gerekend wordt. Onderdeel A en B zullen deels tegelijkertijd worden uitgevoerd, maar er zullen wel twee afzonderlijke rapporten over geschreven worden. Geschat wordt dat voor onderdeel A ongeveer 400 uur voor nodig is (verdeeld over 3 maanden, jan – mrt 2012). Voor onderdeel B is nog eens 400 uur nodig (verdeeld over 4 maanden, feb – mei 2012). Het resultaat van de business case is een onderbouwd advies over welke combinatie van technieken het meest geschikt is voor Amsterdam West. Dit advies zal eind mei 2012 af zijn.

2.

Met de meest interessante variant(en) uit de BC moet meer onderzoek worden gedaan door middel van een uitgebreide pilot. In deze pilot moet de combinatie van slibdestructie (of thermofiele gisting), struvietverwijdering, stikstofdeelstroom en ontwatering onderzocht worden. De pilot zal naar schatting 5 maanden in beslag nemen (juni – okt 2011) en € 100.000 – 300.000,- kosten. Op basis van de uitkomsten uit de BC kan hiervoor budget worden aangevraagd.


36/51

Literatuur Rapporten en artikelen: •

Biogest, product documentation Crown

•

C. Bougrier, C. Albasi, J.P. Delgenès, H. Carrère (2006); Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobic biodegradability; Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 48 (8 – August 2006) 711-718

•

Cambi, brochure Cambi

•

Tijs van Delft en Tom Dekker, IMD B.V. (2011); Haalbaarheidsstudie TSOinstallaties voor rwzi Nieuwegein, Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden; VERTROUWELIJK

•

C. Eskicioglu, K.J. Kennedy en R.L. Droste (2010); Enhanced disinfection and methane production from sewage sludge by microwave irradiation; Desalination 251 (2010) 279-285

•

T. Fjaergard, G. Sorensen, O.E. Solheim and T. Seyffarth (2006); Cambi thermal hydrolysis combined with thermophilic/mesophilic digestion – from pilot to full scale application at Hamar wwtp; 11th European biosolids & organic resources conference, Wakefield, UK, 12 – 15 November 2006

•

Fraunhofer IGB, Energy-efficient sewage treatment – high-load digestion of sewage sludge, brochure

•

A. Gianico, A. Gallipoli, C.M. Braguglia, G. Mininni (2011); State of the art and perspectives of ultrasound application for sewage sludge processing; 11th IWA specialised conference of design, operation and economics of large wastewater treatment plants, Budapest, Hungary, 4 – 8 September 2011

•

Grontmij, productblad DEMON

•

Marlies Kampscheur (2011); Presentatie over Source; Stowa afvalwatersymposium, 24 mei 2011

•

Michele Kline, Nicholas Gurieff, Jacob Bruus (2011); An evolution in biosolids thermal hydrolysis technology – Kruger’s ExelysTM continuous thermal hydrolysis system.

•

Loosdrecht, M.C.M. van (2009); Behandeling geconcentreerde stromen, presentatie tijdens PAO cursus N&P verwijdering.

•

Rob van Pinxteren en Erik Knol, Knol Training en Advies B.V. (2011); Onderzoeksrapport Slibdesintegratie met ultrasoon geluid op rwzi Willem Annapolder.

•

Stowa (2005); Literatuurstudie slibdesintegratie. Rapportnummer 2005-W04.

•

Stowa (2005); Slibketenstudie I. Rapportnummer 2005-26

•

Stowa (2008); Slibdesintegratie, eindrapportage van ervaringen met slibdesintegratie op de RWZI’s Bath, Enschede en Nieuwgraaf. Rapportnummer 2008-10.

•

Stowa (2008); Sharon – Anammox – systemen, evaluatie van rejectiewaterbehandeling op slibverwerkingsbedrijf Sluisjesdijk. Rapportnummer 2008-18

•

Stowa (2010); Slibketenstudie II. Nieuwe technieken in de slibketen. Rapportnummer 2010-33.

•

Stowa (2011); Verkenning thermische slibontsluiting. Rapportnummer 2011W03


37/51

•

Jürgen Weber en Manuel Oehlke (2011); presentatie over Hochlastfaulung Heidelberg; excursie Mannheim – Heidelberg, September 2011

•

Jürgen Weber en Manuel Oehlke (2011); presentatie over Demon Heidelberg; excursie Mannheim – Heidelberg, September 2011

•

WERF (2008); State of Science Report: Energy and Resource Recovery from Sludge. Stowa rapportnummer 2008-13.

•

WERF (2010); Evaluation of processes to reduce activated sludge solids generation and disposal.

•

Jason Wiser, John Willis, Randy Shaw en Cliff Arnett (2008); Enhanced anaerobic digestion recognized for innovation and carbon offsets; theGeorgiaEngineer.com

Websites: • •

http://www.ecosolids.com/products/cellruptor/ (laatst bekeken: 2-1-2012) http://www.energy-network.net Æ resource center Æ sludge pretreatment (laatst bekeken: 2-1-2012)

•

http://www.krugerusa.com/en/files/15788.htm (laatst bekeken: 2-1-2012)

Interne rapporten en bestanden: •

Definitief ontwerp rwzi Hilversum, 8 februari 2010

•

Technisch Jaarverslag Afvalwater 2010 (versie met bijlagen), 30 maart 2011

•

Uitgangspunten III (peter).xls, laatst opgeslagen: 05-07-2011

•

29042011 VO Weesp na aanpassen civiel 14jun2011.doc, laatst opgeslagen: 21-06-2011

Bijlage A: Toekomstige slibhoeveelheden per rwzi In deze bijlage is per zuivering een beschrijving gemaakt van de huidige (Technisch Jaarverslag 2010) en toekomstige (2020) hoeveelheid slib. De wijze waarop de toekomstige hoeveelheid bepaald is wordt beschreven. Ook wordt de prognose die Peter Piekema in 2007 heeft gemaakt [uitgangspunten III (peter).xls] is toegevoegd. Als laatste worden er per rwzi ontwikkelingen beschreven die invloed kunnen hebben op de slibhoeveelheid die vanaf die rwzi naar rwzi Amsterdam West toekomt. De gegevens zijn per rwzi gecontroleerd door de desbetreffende technoloog. Amstelveen Soort slib:

Uitgegist en ontwaterd Æ hierdoor is er in principe geen invloed op de slibverwerking van rwzi Amsterdam West. Echter, indien de gisting op Amstelveen vol raakt, kan het alsnog gebeuren dat er primair en secundair slib richting rwzi Amsterdam West komt.

Slibhoeveelheid 2010:

8 ton ds/jaar (2,4% ds) (primair en secundair slib)


0 tot 200 ton ds/jaar (primair en secundair slib)

Hoe bepaald:

Volgens de normale stijging van de hoeveelheid slib raakt de gisting van Amstelveen vol en zou er een afvoer van zo’n 200 ton ds/jaar naar Amsterdam West moeten plaatsvinden. Echter,


38/51

Amstelveen wordt verbouwd en krijgt daarbij een bandindikker. Hierdoor gaat het slib dikker de gisting in en kan er meer slib verwerkt worden. In dat geval is er geen afvoer naar rwzi Amsterdam West nodig [telefoongesprek met Sabrina op 7 juli 2011]. Prognose Peter 2020:

220 ton ds/jaar (slib naar Amsterdam West bij tijdelijke uitval

gisting) Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben:

Verbouwing rwzi Æ ontstaat hierdoor meer of minder slib?

Volraken gisting, waardoor meer vers slib naar de gisting naar Amsterdam West zal gaan.

Uitval van filterpers, waardoor uitgegist slib op Amsterdam West ontwaterd moet worden.

Amsterdam West Soort slib:

Primair slib, secundair slib en inname van primair en secundair slib van rwzi Westpoort en de CSI.


Primair: 8.585 ton ds/jaar (5,4% ds) Secundair: 11.926 ton ds/jaar (5,9% ds)


Primair: 9.500 tot 10.000 ton ds/jaar Secundair: 13.500 tot 14.000 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Primair: lineaire regressie van 2007 t/m 2010 Secundair: stijging ongeveer gelijk aan primair slib

Prognose Peter 2020:

22.000 ton ds/jaar (totale slibhoeveelheid)

Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben:

Inzetten achtste straat Æ meer slib

Voorbezinking optimaliseren Æ meer primair, minder secundair slib

Toepassen struvietreactor Æ minder chemisch slib.

Blaricum Soort slib:

Secundair slib


476 ton ds/jaar (2,7% ds)


300 tot 620 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Lineaire regressie. Bij het minimum is rekening gehouden met de


600 ton ds/jaar

fijnzeef (halvering slibproductie). Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben:

De fijnzeef Æ naar verwachting daalt de slibhoeveelheid hierdoor.

Hilversum Soort slib:

Momenteel alleen primair slib, want er wordt nog met oxidatiebedden gewerkt. In de toekomst primair en secundair slib.


Primair: 1.401 ton ds/jaar (5,2% ds)


Primair: 670 tot 740 ton ds/jaar Secundair: 780 tot 860 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Uit het DO [Definitief ontwerp rwzi Hilversum, 2010] en prognose



Peter (voor max) Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben:


39/51

Prognoses waarop het DO gebaseerd is blijken niet te kloppen (daardoor meer of minder slib)

Horstermeer Soort slib:

Uitgegist en ontwaterd Æ hierdoor is er in principe geen invloed op


0 ton ds/jaar


0 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

De gisting zal altijd voldoende zijn voor het eigen slib, dus er is


500 ton ds/jaar (slib naar Amsterdam West bij tijdelijke uitval

de slibverwerking van rwzi Amsterdam West.

geen afvoer naar rwzi Amsterdam West nodig. gisting) Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben:


Volraken gisting, waardoor meer vers slib naar de gisting naar Amsterdam West zal gaan.

Uitval van ontwatering, waardoor uitgegist slib op Amsterdam West ontwaterd moet worden.

Huizen Soort slib:

Vers slib (primair en secundair bij elkaar).


1.336 ton ds/jaar (4,7% ds)


1.400 tot 1.500 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Lineaire regressie.


1.500 ton ds/jaar

Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben: onbekend Loenen Soort slib:

Secundair slib


179 ton ds/jaar (2,6% ds)



Hoe bepaald:

Lineaire regressie.


180 ton ds/jaar

Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben: onbekend Maarssen Soort slib:

Primair slib en secundair slib


Primair: 260 ton ds/jaar (4,4% ds) Secundair: 137 ton ds/jaar (3,0% ds)


Primair: 230 tot 280 ton ds/jaar Secundair: 170 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Via ton ds/ie berekening, voor minimum prognose Peter gebruikt en primair slib omlaag bijgesteld.


400 ton ds/jaar (totale slibhoeveelheid)


Als er inderdaad zandfilters geplaatst worden, ontstaat er meer slib [informatie van Hans in mail op 7 juli 2011]


De Ronde Venen


40/51

Soort slib:

Uitgegist, ontwatering moet nog op rwzi Amsterdam West


Uitgegist: 329 ton ds/jaar (2,4% ds)

plaatsvinden. Primair: 18 ton ds/jaar (4,7% ds) Secundair: 516 ton ds/jaar (7,0% ds) Slibhoeveelheid 2020:


Hoe bepaald:

Een stijging van 1% per jaar voor vers slib (1.000 ton ds in 2010), afbraak van gemiddeld 35% in de gisting.


1.100 ton ds/jaar (de hoeveelheid primair en secundair slib, zonder gisting, bepaald in de tijd dat de gisting op DRV nog buiten bedrijf was)


Uitval van de gisting, waardoor het slib op rwzi Amsterdam West vergist moet worden.

Uithoorn Soort slib:

Primair en secundair slib


Primair: 480 ton ds/jaar (6,1% ds) (en 283 ton ds/jaar naar gisting De Ronde Venen) Secundair: 440 ton ds/jaar (6,8% ds)


Primair: 690 tot 780 ton ds/jaar Secundair: 460 tot 520 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Primair: zelfde stijging als secundair slib Secundair: lineaire regressie Beide in overleg met Peter naar beneden bijgesteld.


1.100 ton ds/jaar

Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben: onbekend Weesp Soort slib:

Momenteel alleen primair slib, want er wordt nog met oxidatiebedden gewerkt. In de toekomst alleen secundair slib, want er komen fijnzeven. Daarnaast het secundaire slib van de awzi van Abbott.


Uitgegist: 520 ton ds/jaar (5,0% ds)


Secundair: 450 tot 560 ton ds/jaar Secundair Abbott: 150 tot 250 ton ds/jaar

Hoe bepaald:

Uit het VO [29042011 VO Weesp na aanpassen civiel 14jun2011.doc]. Vervolgens het minimum bepaald met achterblijvende ontwikkelingen Bloemendalerpolder en minder slibproductie door toepassen fijnzeven (totaal factor 0,8). Abbott is erg onzeker en daarom maximum toegevoegd.


1.100 ton ds/jaar (wel met primair slib)


Fijnzeven werken beter of slechter dan verwacht, waardoor er meer of minder secundair slib ontstaat.

Er komt toch een VBT ipv de fijnzeven.

Abbott stopt op locatie Weesp Æ geen Abbott slib meer.

Westpoort Soort slib:

Primair en secundair slib


41/51


Primair: 5.188 ton ds/jaar (5,4% ds)


Primair: 4.000 tot 5.000 ton ds/jaar

Secundair: 4.799 ton ds/jaar (5,9% ds) Secundair: 4.000 tot 5.000 ton ds/jaar Hoe bepaald:

Via ton ds/ie berekening. Vervolgens in overleg met Peter het maximum verhoogd (in 2010 is er ook bijna 10.000 ton ds geproduceerd). De verdeling tussen primair en secundair slib in geschat en kan veranderen.



Ontwikkelingen die extra invloed kunnen hebben: onbekend


42/51

Bijlage B: Het Chen&Hashimoto model voor de gisting van rwzi Amsterdam West berekening reductie organische stof tijdens gisting berekening gebaseerd op Tgem

0,8 2010 GR volgens versslib primair secundair

2010 GR volgens uitgeg slib

totaal

primair secundair

totaal

2020 min zonder destructie

2020 max zonder destructie

primair

primair

secundair

totaal

secundair

totaal

totaal DS in

ton/jaar

17.328

17.955

35283 17.328

17.955

35283

15.790

20.690 36480

17.650

23.020

totaal DS in

kg/d

47474

49192

96666

49192

96666

43260

56685 99945

48356

63068 111425

47474

chemisch slib

kg/d

0

0

0

0

0

0

0

DS exclusief chem. slib

kg/d

47474

49192

96666

47474

49192

96666

43260

0

0

56685 99945

0

48356

0

40670 0

63068 111425

asgehalte DS ex

%

25

29,2

27,17

20

23,6

21,99

20

23,6

22,2

20

23,6

22,2

droge stof

%

5,5

5,5

5,48

5,5

5,5

5,48

5,5

5,5

5,48

5,5

5,5

5,48

volume

m3/d

867

898

1765

867

898

1765

790

1035

1824

883

1151

2034

hvt

d

org stof in

kg/d

35549

34852

70401

38523

48186

86709

volgens tjvs/Synco kg/d

35525

34878

70403

2,07

2,07

2,07

2,07

minimale SLT

d

20

20 37820

37584

2,07

2,07

75404

19 34463 2,07

43309 77772 2,07

17

niet voorbehandeld maximale reductie

%

64,6

39,6

afbraakconstante

-

1,00

1,50

reductie org stof

%

58

34

volgens tjvs/Synco % totaal org stof uit

kg/d kg/d

DS uit

ton/jaar

15018

23134

36 1,50

55

31

38152

49 42,8

61,4

36

1,00

1,50

61

34

61,4

36

1,00

1,50

46

54

30

40

17060

26096

43156

13457

28723 42180

17759

33835

51594

43153

37474

64417

26713

37704

64417

22254

42098 64353

27592

48717

76309

9834

13678

23512

9750

13762

23512

8123

15366 23489

10071

17782

27853

43

23

32

23509

%

43

24

33,4

23509 44

23

33,4

33,4

49

kg/kg

1,8

1,4

1,60

1,8

1,4

1,60

1,8

methaanproductie

m3/d

12934

5742

18676

13079

5629

18708

13234

% m3/d m3/kg

kg CZV/kg ODS uit

kg/kg

biogas / ton ds verw.

m3/ton

36

1,4

1,58

1,8

1,4

1,58

7147 20381

13081

7032

20113

62,6

62,6

62,6

62,75

62,75

62,75

62,75

62,75

62,75

62,75

62,75

62,75

20662

9172

29834

20843

8970

29814

21090

11390 32480

20846

11207

32053

1,01

0,78

1,00

0,78

1,00

0,78

0,91

volgens tjvs m3/d biogas / kg ODS

26

33,4

kg CZV/kg ODS

biogasproductie

47

26943

volgens tjvs/Synco %

methaangehalte

47

42,8

38144

volgens tjvs/Synco ton/jaar DS reductie

45,8

61,4 1,00

45,8

volgens tjvs/Synco kg/d DS uit

52

29817 0,93

29817 0,92

1,00

0,78

0,91

1,40

1,40

1,40

1,40

924,6

924,6

912,6

912,8

PARAMETERS VOOR BEREKENING AFBRAAK

67%

66%

68%

ORGANISCHE STOF TIJDENS SLIBGISTING

33%

34%

32%

ontleend aan Chen & Hashimoto 1986 SRTmin

d

fT

-

3,0 minimum slibleeftijd voor methaangisting bij 30°C

volume gisting

m3

34430

temp

C

35,50

1,07 temperatuurfactor


43/51

Bijlage C: Verslag Cambi referentie bezoeken Londen – juni 2010 10 juni ochtend – Bezoek Chertsey Algemeen De rwzi (80000 ie) is van Thames Water. De rwzi is al oud, 100 jaar. Deze CAMBI installatie is in 1998 opgeleverd en is de 3e CAMBI ooit. Er wordt 10000 ton ds/jaar verwerkt. Er werd eerst 7-8 ton ds/dag verwerkt, met CAMBI is dat omhoog naar 22 ton ds/dag. 2 kg VST org. matter De laatste 5 jaar zijn er allerlei optimalisaties gedaan. Er is een maintanance focus (met een mechanical approach, pompen/afsluiters. Hierdoor wordt voorkomen dat apparatuur stuk gaat. De beschikbaarheid is 98%. Operators hebben een single shift, alleen overdag, ’s nachts met controle op afstand. De installatie loopt altijd. De operator is van CAMBI, niet van Thames Water. De processtappen Er komt slib met 4% ds van 10 andere zuiveringen in de buurt binnen (5 km). Dit gaat naar een ontvangst tank met air mixing. Stap 1: strainpress om grove materialen uit het slib te verwijderen. Daarna gaat het slib naar een klein tankje. Deze strainpress stap is essentieel om CAMBI en de gisting schoon te houden. Stap 2: beltpress voor voor-ontwatering. Eigenlijk zouden centrifuges beter zijn, want beltpressen komen te hoog qua ds gehalte. Ze komen tot 20-25% ds (gemiddeld 22%) met 2,5-3 kg PE/kg ds. Dat wordt weer opgemengd met het 4% slib om tot 15% ds te komen. Opmerking: nieuwere CAMBI’s kunnen 18% ds aan, wat als voordeel heeft dat er minder stoom nodig is. Op deze rwzi kunnen de pompen geen hoger gehalte aan. De beltpressen werken door tot het slib op is, dan slaan ze af. De operator moet de slib transporten zoveel mogelijk uitmiddelen voor een gelijkmatige voeding van de gisting. Na voorontwatering opslag in een (kleine) silo met 5-6 uur verblijftijd. De silo heeft 2 uitdraaischroeven (1+1), waardoor het slib er altijd uit gehaald kan worden, ook als de eerste schroef stuk is. (In Denemarken staat de 2e CAMBI. Deze heeft een silo van 400m3.) Vanuit de silo wordt CAMBI gevoed met een pomp. Deze pomp moet bij voorkeur dicht bij CAMBI staan. Stap 3 (eerste CAMBI stap): Pulper = pre-heat tank. Het level in deze tank moet precies goed zijn, voor goede hitte overdracht van het stoom. Temperatuur normaal 90-100 graden, hier maar 80 graden echter. De pulper wordt gevoed met stoom uit de reactor en uit de flash tank. Hierdoor wordt het slib vloeibaarder (moet gebeuren). De pulper is 2x zo groot als de reactor. Stap 4 (tweede CAMBI stap): Reactor (snelkookpan), batch proces. Hier 2 tanks, ideaal is minimaal 3 tanks. Vultijd (slib) = 15min, stoom erin = 15min (tot 165 graden en 6-6,5 bar), holding time = min 20min, normaal 30min, mag tot 1 uur. Vervolgens wordt de afsluiter op de top open gezet en kan het stoom eruit (wordt hergebruikt in de flash tank). In 15 min gaat de druk van 6 naar 3 bar. Dan wordt de blowdown valve (nozzle) (voor explosie) gebruikt en de reactor geleegd = 15 min. Totale tijd = 15 + 15 + 30 + 15 + 15 = 1,5 uur. De reactor wordt rechtstreeks met stoom verwarmt, niet met warmtewisselaars (indirect). Dit is vanwege maintenance. En ook zijn er daardoor geen problemen met scaling, kristallen blijven door het stoom namelijk in het slib. Ook is er geen pushing (pompen tegen druk aan). Hierdoor hoeven pompen maar eens in de 1-2 jaar vervangen te worden en is het systeem betrouwbaar. CAMBI kan maximaal met 6 reactors werken, zo veel mogelijk is gunstiger ivm gelijkmatige stoom toevoer naar pulper.


44/51

Stap 5: Verdunning en afkoeling slib: Het uitgaande slib uit CAMBI heeft een pH van 5,5. Dit wordt verdund met effluent tot 10% ds alvorens het de heat exchanger in gaat. Om CAMBI slib naar de vergister te pompen wordt het gemengd met vergist slib (drie delen op 1 deel CAMBI slib). Hierdoor gaat het ds gehalte van 13% naar 7%. Stap 6: Gisting: 2 x 1600 m3, 13 dagen verblijftijd. 400 m3 gas per ton ds Æ 60% omzetting. 10000 m3 gas. Drie leidingen tussen CAMBI en gisting: biogas, recirculatie en aanvoer. Temperatuur gisting: 40 graden Æ in de zomer moet er gekoeld worden, in de winter is de temp. goed. Het biogas bevat 68% CH4 en nauwelijks H2S. Dit komt door de hoge pH in de gisting (pH 8). Dit wordt veroorzaakt door het hoge ds gehalte in de gisting waardoor er een hoge ammonia concentratie heerst. De concentratie ammonia is nu 2500-3000 eenheid Æ hierdoor kan het ds gehalte niet verder omhoog (had pomptechnisch en qua viscositeit wel gekund). 6,5 kg VS (volatile solids)/m3/dag. Overige aspecten CAMBI ging oorspronkelijk naar 180 graden, maar dan vond er een vervelende COD omzetting plaats. Er werd een soort caramel gevormd, waardoor er een bruine kleur ontstond. Voor de gisting maakt dit niet uit. Als het slib koud (of bij de eerste opstart) de installatie ingaat, is er veel lawaai. Dit voor de eerste 5-6 uur. De hoeveelheid stoom die nodig is is afhankelijk van het niveau en de temperatuur van het slib. Het is ongeveer 180 kg stoom per m3. Ook wordt er wel als kental een ton stoom per ton ds gebruikt. Het stoom moet gemaakt worden van Stoom kan in de pulper gebruikt worden voor verdunning. Voor de productie van stoom is uitlaat warmte van een WKK nodig. Het koelwater kan alleen voor voorverwarming gebruikt worden. Er kan met 2 losse boilers of met 1 boiler met 2 secties (uitlaat gas en biogas) gewerkt worden. Blow down cycle tegen scaling. 10 juni middag – Bezoek Milton Keynes Algemeen Milton Keynes, zuivering uit 1970 van 300.000 ie. Er zijn 2 vergisters, 4000 m3 per stuk Er staat een grote slibverbrander, maar die wordt niet gebruikt De CAMBI installatie is 5-6 jaar geleden gestart. Reden: stimulering productie groene energie in dezelfde periode. Anders was er een gasification installatie gekomen. Oorspronkelijk 8000 ton ds/jaar, nu (met CAMBI) 11.000 ton ds/jaar. Gisters kunnen 22000 ton ds/jaar aan. Er is een slib ontvangst centrum (vergelijkbaar met CSI), hier komt nat en ontwaterd slib binnen. Er zijn 2 gravity belt thickeners voor indikking van secundair slib. Menging in gisting: slib wordt hard van onder in de gisting gerecirculeerd. Deze manier is de mode in Engeland. Alle apparatuur staat buiten de gisting (gunstig voor onderhoud). Wel is er veel energie nodig. 6% ds in gisting (lijkt op 2-3%). Er zijn 3 verzameltanks: imported liquid sludge (dit gaat eerst over de strain press), primair slib en secundair slib (gaat ook eerst naar 3 strain presses). Feed tank voor voorontwatering. Ontvangstation voor cake sludge met conveyer belt. Het ontwaterde slib wordt eerst verdund (om het te kunnen verpompen).


45/51

De meeste CAMBI installaties verwerken secundair en primair slib. Eén locatie in Duitsland verwerkt alleen secundair slib. Reden: 6% betere ontwatering. Ander voordeel: geen afkoeling meer nodig door menging met koud primair slib. Voorontwatering: 3 kg PE/ton ds Æ tot 16-18% ds, met 2 centrifuges 30-35 ton ds/dag, daarna gaat het slib naar een slibsilo. CAMBI: 4 reactoren, daardoor gedraagt het zich bijna als een continue proces. Het ontwaterde (en natte) slib komt 6 dagen per week, CAMBI werkt 7 dagen per week. In pulper ander mix systeem dan op Chertsey. Pulper: koud en warm slib worden gemengd tot 80 graden Reactor: temperatuur door naar 165 graden. Heet slib wordt vermengd met vergister slib en gekoeld. Er zijn 2 aparte lijnen hiervoor (van de twee gisters). Eindontwatering: 6 kg PE (zou eigenlijk 8 moeten zijn). Centrifuges met conveyers erachter. Alfa Laval centrifuges werken goed met CAMBI slib, deze worden hier niet gebruikt. Hier is het slib erg plakkerig (‘conveyers paste it up’), 28% ds. Het gaat naar de landbouw en daarvoor is het goed genoeg. (CAMBI zelf was er eigenlijk niet tevreden over). Voorwaarden afzet landbouw: (biosolids landbouw gedachte): ontwaterd slib moet goed stapelen en niet stinken. Daarnaast moet het gehygeniseerd zijn. CAMBI slib flockt goed, maar is wel kwetsbaar. WKK’s: 2,5 MW elektriciteit (per stuk, totaal?) Opbrengst elektriciteit: 120 €/MWh. Omdat dit bedrag zo hoog is, werken de boilers volledig op diesel en niet op biogas. De WKK’s hebben een waste heat recovery system. 50-60% van de stoom wordt door de WKK’s opgewekt. 20.000 m3 biogas per dag. 50-60 duizend ton ds per dag 3-3,5 jaar oud. Bij hot surfaces (in pompen, leidingen) kans op neerslag op de zijkant. IJzer kan hiervan de oorzaak zijn (vivianiet), FePO4). Dit ontstaat bij 55 graden, deze temperatuur komt echter als het goed is niet voor. Dan zou er ook geen neerslag moeten ontstaan. 10 juni avond – presentatie Keith (CAMBI) Maximaal 6 reactoren (tussen pulper en flash tank) Theorie achter CAMBI: EPS (Exo Polymeric Substance) wordt verwijderd. Dit stofje zorgt voor het vasthouden van water en dus voor slechte ontwatering. 1 gram EPS bindt 4 gram water. Met alleen hoge druk verdwijnt EPS nog niet, daarvoor is ook een hoge temperatuur nodig. Alleen het kapotmaken van de celwanden zorgt niet voor betere ontwatering. Desintegratie met enzymen Æ bakstenen worden een voor een uit een huis gehaald om snellere gisting te krijgen. CAMBI vernietigt het huis met een atoombom, dus veel snellere gisting. Lange ketens (eiwitten, cellulose etc) worden veel sneller kapot gemaakt. Bij een gisting van 30 dagen verblijftijd heeft CAMBI niet zoveel zin meer voor betere afbraak, dan is de tijd sowieso al lang genoeg. 60% organische stof omzetting in gisting, na 170graden hydrolyse. Er blijft een verblijftijd van ongeveer 10 dagen nodig, anders wordt het slib te snel uitgespoeld. Reden waarom Zimpro/Athos niet werken: ze werken met warmtewisselaars, als daarmee 160 graden bereikt moet worden, is aan de andere kant 200 graden nodig. Veel materialen kunnen hier niet tegen. Pressure pomps (pompen tegen druk in, waardoor ze sneller stuk gaan) Mixing inside tanks (in behoorlijk agressief medium) Dublin: 1,7 miljoen ie, oorspronkelijk 8 reactoren, nu 10. Ontwatering met Beltpress: 31-35% ds, centrifuge tot 32%


46/51

tWE = ton of water evaporation 10 juni avond – presentatie John (MWH) Oxley creek: alleen secundair slib 6,5 ton stoom/uur Æ deze hoeveelheid is bijna altijd nodig, ongeacht het aantal reactoren. P eis Australie: 6,5 mg/l Æ struviet moet gevormd worden om deze eis te halen. Het centraat bevat ook te veel N, waardoor de BZV/N verhouding in de AT’s te laag is. Er is een carbon source nodig. Deze kopen is goedkoper dan het verlies aan biogas als CAMBI slib naar de AT’s moet. Les geleerd bij Oxley Creek: bezuinig niet op de boiler! Als deze niet snel genoeg opstart, gaat de doorzet van slib achteruit. Davyhulme: grootste CAMBI Het meeste externe slib komt als raw cake binnen. SH = Shell Green 4 straten; 5 reactoren en 2 vergisters per straat Het centraat gaat over een SHARON installatie. De WKK’s waren 0,5 mijl weg, maar zijn dichterbij gehaald. RSTC = Regional Sludge Treatment Centre Slib van rwzi’s die dichtbij zijn: gunstiger om nat binnen te brengen en centraal te ontwateren, slib van rwzi’s verder weg: decentraal ontwateren en ontwaterd slib transporteren. Rwzi Howden en Bran Sands Æ uitwisselbare zusters Howden: vooral nat slib, grotendeels van eigen installatie. 2 tanks uit 1972 konden hergebruikt worden als vergister. Toch is er gekozen om 3 nieuwe tanks neer te zetten, dit bleek namelijk maar o,5 miljoen duurder te zijn qua investering. Bran Sands: 4 keer 1,5 MW WKK’s, 6700 m3 per vergister, beetje last van schuimvorming, opereert verder goed, de klant is tevreden. Het is in de toekomst gunstiger om gas in het netwerk te stoppen dan om elektriciteit te produceren. 10 juni avond – presentatie Gordon Thomas (Grontmij) SHARON, sinds 1995, universiteit van Delft DEMON, universiteit van Innsbruck Pearl, Canada, universiteit van BC, Vancouver Door CAMBI meer ammonia productie. Als C-bron kan centraat van de voor-ontwatering gebruikt worden. Pearl: struviet vorming in side stream


47/51

Bijlage D: Financieel vergelijk Cambi en Sustec thermische druk hydrolyse Cambi Sec. slib (West+Wp)

Huidige situatie

Sustec Prim. en sec. en CSI slib

Sec slib + CSI

KOSTEN Investering Cambi Centrifuges pre-ontwatering Silo pre-ontwaterd slib W Digested slib recirc. systeem

€ € € €

eenmalig eenmalig eenmalig eenmalig

0 0 0 0

4.040.000 1.000.000 100.000 500.000

4.453.000 1.100.000 150.000 600.000

4.598.006 0 0 0

Totaal W Stichtingskosten W (+BTW) Afschrijving W Onderhoud W 3%

€ eenmalig € eenmalig €/jaar €/jaar

0 0 0 0

5.640.000 6.711.600 615.230 169.200

6.303.000 7.500.570 687.552 189.090

4.598.006 5.471.627 501.566 137.940

Silo pre-ontwaterd slib C Civiele werken

€ eenmalig € eenmalig

0 0

36.676 800.000

158.747 1.000.000

0 800.000

Totaal C Stichtingskosten C Afschrijving C Onderhoud C 0,5%

€ eenmalig € eenmalig €/jaar €/jaar

0 0 0 0

836.676 1.422.349 82.970 6.484

1.158.747 1.969.870 114.909 8.980

800.000 1.360.000 79.333 6.200

Startup assistance Startup assistance (30 jaar)

€ eenmalig €/jaar

0 0

150.000 5.000

150.000 5.000

0 0

Elektriciteit benodigd Elektriciteit kosten Stoom hoeveelheid Stoom kosten Personeel

kWh/jaar €/jaar ton/h €/jaar €/jaar

0 0 0 0 0

Te ontwateren slib Kosten ontwatering Ontwaterd slib naar AEB Kosten ontw. slib afvoer

ton ds/jaar €/jaar ton nat/jaar €/jaar

N in centraat Kosten N verwerking

kg N/dag €/jaar

1.074 0

289.080 28.908 1,7 148.920 120.000 -131.220 16.724 1.003.440 55.750 3.748.073 -1.979.924 1.320 89.790

337.260 33.726 3,1 271.560 150.000 -166.560 16.135 968.100 50.400 3.388.392 -2.339.604 1.392 116.070

262.800 26.280 1844 kW 148.920 120.000 -119.661 16.917 1.014.999 59.130 3.975.310 -1.752.686 1.233 58.035

Kosten totaal

€/jaar

6.862.656

6.018.015

5.933.380

6.068.584

OPBRENGSTEN Biogasproductie Elektriciteitsproductie Biogasopbrengst

Nm3/jaar MWh/jaar €/jaar

9.329.400 18.537 433.817

11.230.320 22.315 522.210

11.842.060 23.530 550.656

11.195.280 22.257 520.581

Opbrengsten totaal

€/jaar

433.817

522.210

550.656

520.581

Netto Verschil met huidig

€/jaar €/jaar

6.428.839 0

5.495.805 -933.034

5.382.724 -1.046.115

5.548.003 -880.836

Investering totaal Kosten zonder afschrijving Rentekosten (5%) Besparing Terugverdientijd

€ eenmalig €/jaar €/jaar €/jaar jaar

0 6.428.839 0

8.283.949 4.792.605 414.197 1.222.037 6,8

9.620.440 4.575.262 481.022 1.372.554 7,0

6.831.627 4.967.104 341.581 1.120.154 6,1

18.911 1.134.660 85.200 5.727.996

* Schatting stoomprijs: € 10 per ton


48/51

Bijlage E: Verslag bezoek pilot Sustec op rwzi Amersfoort maart 2011 Op vrijdag 18 maart hebben Alex Veltman en Enna Klaversma op rwzi Amersfoort (Vallei en Eem) de thermische hydrolyse pilot van Sustec bezocht. De uitleg werd gegeven door Lex van Dijk. De proeven worden uitgevoerd in samenwerking met HHNK, HDSR en STOWA. De thermische hydrolyse wordt toegepast op het secundair slib. In de eerste periode van het onderzoek is secundair slib van rwzi Amersfoort (met VBT en bio-P) gebruikt en nu wordt secundair slib van rwzi Geestmerambacht (geen VBT) gebruikt. Op rwzi Venlo (geen VBT en bio-P) is eerder onderzoek uitgevoerd naar de hydrolyse met het Sustec systeem, maar er bestond behoefte bij andere waterschappen om de combinatie van primair en behandeld secundair slib te testen. Procesbeschrijving 1. Verwijdering grove delen met trommelzeef (1mm) Æ dit is vooral nodig als er geen VBT is. Dan komt namelijk veel meer vuil in het secundaire slib terecht. 2. Eventueel voorindikking. Nu werd het slib tot ~7% ingedikt, maar later wil Sustec ook testen met 12% slib. 3. Opslagtank ingedikt slib 4. Warmtewisseling tussen het nog koude ingedikte slib en het hete gehydrolyseerde slib Æ het koude slib warmt op tot 90°C en het hete slib koelt af tot 60°C. 5. Reactorvat (5 bar, 140°C) met directe stoominspuiting. Dit zorgt voor 10% meer water en een temperatuurstijging van 50°C (van 90°C naar 140°C). In eerste instantie werkte Sustec met warmtewisselaars met thermische olie. Dit zorgde echter voor veel scaling problemen, waardoor ze overgegaan zijn op de directe verhitting met stoom. Er is ongeveer 6 bar aan stoom nodig, wat gemaakt kan worden met de restwarmte van rookgassen van een WKK. Er gaat 130 l/u door de reactor. De verblijftijd is 1,5 uur. In full-scale is de maximale grootte van een reactorvat 15 m3. Er zit een mechanische menger in het vat (minder vermogen nodig dan menging door recirculatie). 6. Warmtewisseling om slib af te koelen. Dit eindigt met een drukgeregelde klep die ervoor zorgt dat de druk in de reactor op 5 bar blijft. De klep laat telkens een beetje slib uit het systeem ontsnappen. 7. Vergisting. Twee vaten van 3500 liter. In het ene vat wordt gehydrolyseerd slib vergist, in het andere vat normaal slib. Hierdoor is het effect van de thermische hydrolyse op de afbreekbaarheid in de gisting te bepalen onder exact dezelfde omstandigheden. De biogas productie wordt kwantitatief gemeten. Eventuele H2S en siloxanen worden misschien nog meegenomen. In de recirculatieleiding is meting van pH, druk en temperatuur. Eventueel is het mogelijk slib na hydrolyse niet te vergisten, maar direct te ontwateren. Er vindt dan scheiding plaats tussen een koffiekleurige waterstroom met een zeer hoog CZV gehalte en een vaste stroom. De waterstroom kan vergist worden in een UASB met een korte verblijftijd (1 dag), waardoor er maar een kleine reactor nodig is. De vaste stroom kan verbrand worden. Voor de industrie is dit een goedkope oplossing. Voor verdere procesbeschrijvingen wordt verwezen naar www.sustec.nl. Resultaten • Eindontwatering DS van ~23% naar ~30% Æ zorgt voor 50% minder slib de poort uit (kostenbesparing). • 30% meer biogasopbrengst en ook 20-30% meer ammoniak productie (daardoor ammoniak concentraties tot wel 2000 mg/l). Æ ammoniak terugwinning wordt in de toekomst mogelijk interessant (algemeen gezien). Vergiftiging van de vergisting is door deze verhoogde ammoniakconcentraties een aandachtspunt. • Viscositeit van 12% gehydrolyseerd slib is ongeveer gelijk aan 6% niet gehydrolyseerd slib. Hierdoor kan een vergister met een veel hoger ds gehalte bedreven worden.


49/51

• •

Een kortere veblijftijd in de gisting (12 dagen ipv 20) levert dezelfde biogasproductie op. Op Venlo (bio-P): lager P gehalte in centraat met hydrolyse dan zonder hydrolyse. Eventuele oorzaak is een verhoogde pH.

Vervolg De eerste full-scale Sustec reactor gaat in juli/augustus in Lelystad in bedrijf, op organisch restafval. In Venlo loopt een aanbesteding waar Sustec ook heeft aangeboden, samen met GMB. Het gaat daar om 7000 ton d.s. secundair slib per jaar. Bovenstaand onderzoek maakt deel uit van het Stowa onderzoek naar thermische hydrolyse. Hierin wordt onder andere het Sustec proces beschreven, maar ook vergelijkbare processen als Cambi e.d.. Er wordt nog uitgezocht wanneer dit rapport uitkomt en wie er in de BC zitten. Sustec gaat aan de hand van door Enna aangeleverde gegevens over rwzi Amsterdam West een berekening maken wat thermische hydrolyse volgens hun proces voor ons kan betekenen. Er zijn daarbij 2 mogelijkheden: Secundair slib wordt alleen met de bestaande bandindikkers ingedikt tot ~7% (bandindikkers moeten volledig geoptimaliseerd worden). Voordeel: geen investering nodig in extra ontwateringsstap. Nadeel: grotere hydrolyse vaten nodig en minder gistingsruimte over. Secundair slib wordt met centrifuges ingedikt tot 12-15%. Voordeel: kleinere hydrolyse vaten nodig en meer gistingsruimte over. Nadeel: extra investering in centrifuges nodig.


50/51

Bijlage F: Uitslag MCA WERF

De volgende processen scoren goed in bovenstaande tabel: -

Combination Processes, oftewel het Cannibal proces van Siemens. Dit proces zorgt wel voor slibreductie, maar niet voor energieproductie. Daarom is dit proces verder niet beschreven in dit rapport.

-

Ozonation. Dit proces wordt vooral toegepast op slibrecirculatiestromen van aerobe processen met als doel slibreductie. In dit onderzoek is het doel energieproductie en daarom is ozonatie minder interessant.

-

Thermal Hydrolysis, oftewel processen als Cambi en Turbotec.

-

Pressure Release, oftewel het Crown proces van Biogest.


51/51

Nieuwe slibverwerkingstechnieken

Recommend Documents