Kunstmest maken uit afvalwater

Fosfaat is het goud van de afvalwaterstroom. Deze onmisbare meststof dreigt langzamerhand op te raken. Om een fosfaatcrisis te vermijden wordt er gezocht naar manieren om fosfaat duurzaam te winnen. Daarom heeft Waterschap Vallei en Veluwe in Amersfoort zo’n € 11-12 miljoen geïnvesteerd in een energie- en grondstoffenfabriek op het terrein van de rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI). Een groot deel van dit bedrag bestaat uit EU-subsidies. Twee jaar na de ingebruikname evalueert Frank van de Grootevheen het project. Van de Grootevheen is procesoperator centrale regiekamer bij het waterschap en zijn kantoor kijkt uit op de kunstmestfabriek. Met de uit afvalwater gewonnen kunstmestkorrels is het waterschap een pionier in Europa. De technologie hiervoor is nog redelijk nieuw en ontwikkeld door een Canadese partner, Ostara.

Strippen

“Het proces is niet ingewikkeld”, begint Van de Grootevheen. “Het komt erop neer dat we in het afvalwater dat de zuivering binnenkomt eerst fosfaat vastleggen, zodat we dat daarna kunnen terugwinnen.” Rioolwater, dat standaard al fosfaat bevat, wordt belucht zodat bacteriën, ook wel actief slib genoemd, fosfaat kunnen opnemen. “Deze fosfaatrijke stroom voeren we naar de WASSTRIP van Ostara”, legt Van de Grootevheen uit. “Dat staat voor Waste Activated Sludge STRIPping. Die zorgt ervoor dat het water voldoende gezuiverd wordt en dat het fosfaat in een zuurstofloze omgeving weer losgelaten wordt.” Deze processtap is essentieel, want fosfaatverwijdering staat hoog op de agenda bij elke rioolwaterzuivering. Fosfaat zorgt voor de afzetting van struviet – een cementachtige substantie die in sterk fosfaathoudend water ontstaat – in leidingen en apparatuur. Het is dus belangrijk om het fosfaatgehalte in het water tot een minimum te beperken. Van de Grootevheen: “Met het verwijderen van fosfaat sla je twee vliegen in één klap: het zorgt voor schonere leidingen en je maakt van afvalwater een grondstof voor hoogwaardige kunstmest.”

Indikken over zeefbandpersen

Na het fosfaatstrippen wordt het natte slib ingedikt over zeefbandpersen. Door het ontwateren stijgt het drogestofgehalte van 4-5% naar circa 12%. “Na het persen houd je een filtraat over dat zeer rijk is aan fosfaat. Het overgebleven slib gaat 16 tot 17 dagen in de vergistingstank. Bij een temperatuur van 35 tot 38 ˚C breken bacteriën het slib af. De biogassen die ontstaan voeren we af naar de biogasinstallatie.” Na de vergistingstap wordt het slib gecentrifugeerd om er zo veel mogelijk fosfaat- en ammoniumrijk water uit te halen. Het slib wordt uiteindelijk verbrand, maar de geconcentreerde, fosfaatrijke stroom uit de WASSTRIP en die uit de vergistingstank komen samen in de reactor, waar er struvietkorrels van worden gemaakt. “Dat gebeurt in de Pearl-reactor”, zegt Van de Grootevheen, “een upflow-reactor waarin een continue recirculatie plaatsvindt van fosfaatrijk water. Hoe hoger de fosfaatconcentratie in deze waterstroom, des te hoger het rendement. Zo kunnen we tot 85% van het fosfaat en 15% stikstof winnen en omzetten in struvietkorrels.”

Struvietparels laten groeien

“Om korrels te vormen wordt magnesium toegevoegd. Ook moet de reactor van tevoren ‘geënt’ worden met kleine struvietkorreltjes. Onder de ideale omstandigheden in de reactor groeien die korreltjes dan uit tot steeds grotere korrels. De korrelvorming gaat heel geleidelijk: laagje voor laagje worden, net als een bij een parel, kristallen gevormd. Grote korrels kunnen we zo oogsten, want door de zwaartekracht zakken ze vanzelf naar beneden. Het is ‘oogsttijd’ als er zich onderin genoeg grote korrels verzameld hebben.” De geoogste korrels worden gedroogd en daarna gezeefd in de naastgelegen afvulinstallatie. Het afvullen gebeurt in big bags met Crystal Green-logo. “Onder die naam worden de korrels vermarkt.”

Langzaam vrijkomend fosfaat voor landbouw

Van de Grootevheen benadrukt het milieubelang van deze technologie: ”Voorheen was fosfaat een onbruikbare stof die met veel chemicaliën uit afvalwater verwijderd moest worden. Nu maak je er kunstmestkorrels van die ideaal zijn voor de boer met bepaalde gewassen, omdat ze het fosfaat geleidelijk afgeven. Struviet lost namelijk pas op als de planten nutriënten nodig hebben. De werking is afhankelijk van pH, en struviet wordt geactiveerd als de planten gaan groeien en zuren gaan uitscheiden. Er spoelt dus ook minder fosfaat uit.” En de reactor biedt nog meer milieuvoordelen. “Het waterschap bespaart sterk op chemicaliën, omdat het strippen de helft van het fosfaat verwijdert. Normaal voegen we stoffen toe om het fosfaat te neutraliseren. We proberen nu de struvietvorming zo veel mogelijk in de Pearl Reactor te laten plaatsvinden.” Eerder vormde zich elders in de RWZI overal struviet. “Struviet hechtte zich aan de vergistingstank, de ontwateringsinstallaties en het hoopte zich op in het leidingwerk. Je kunt wel nagaan hoeveel het gebruik van de Pearl Reactor scheelt in de onderhoudskosten en de uitval van installaties.”

Is het rendabel?

Dan de hamvraag: hoe presteert de reactor in de praktijk en is het proces rendabel? Van de Grootevheen: “Innovatie gaat met vallen en opstaan. Nu krijgt de installatie nog niet genoeg afvalwater aangeboden om de volledige productie van 2 ton per dag te kunnen garanderen, want we lopen tegen onze eigen lozingseisen aan. Ook heeft de deelstroombehandelingsinstallatie [voor verwijdering van ammonium, red.] onvoldoende capaciteit waardoor we tegen onze lozingseisen aanlopen.” Daardoor is de productie nu zo’n 500 kg per dag in plaats van de beoogde 2000.” Dit capaciteitsprobleem zou simpel op te lossen zijn door het bouwen van een extra deelstroominstallatie, maar dat vergt een grote investering, verzucht Van de Grootevheen.

Kinderziektes: struvietophoping

Een tegenvaller is dat er zich op bepaalde plaatsen in de installatie toch struviet ophoopt. Hierdoor moet de installatie ongeveer 3 keer per jaar stilgelegd worden voor reiniging. Dit betekent meer downtime en minder productietijd. Het was de bedoeling dat de investering in 8 tot10 jaar terugverdiend zou zijn, maar mogelijk gaat dit langer duren. Toch is Van de Grootevheen niet ontevreden. “Productiecijfers alleen zijn niet zaligmakend. Duurzaam hergebruik van fosfaat is zeer bijzonder voor een RWZI, want normaal wordt deze stof verwijderd met chemicaliën om de lozingscijfers te behalen. Ons project anticipeert op de toekomst en heeft dus ook een voorbeeldfunctie. Duurzaamheid mag ook geld kosten.”

Grondstoffenfabriek

De grondstoffenfabriek in Amersfoort is o.a. gerealiseerd door:

• Ostara: Leverancier van de Pearl-reactor-installatie en bijbehorende WASSTRIP. Het Canadese bedrijf bouwt installaties voor het omzetten van waardevolle stoffen in afvalwater in kunstmest.
• Eliquo Water en Energy: hoofdaannemer van het project. Het bedrijf uit Barneveld leverde ook Lysotherm- techniek die het slibverwerkingsproces aanzienlijk efficiënter maakt.
• TBMA: leverancier van de big bag-afvulinstallatie om de kunstmestkorrels af te vullen en op te slaan.