De waterbehandeling ondergaat een ingrijpende verandering en wint wereldwijd aan belang. Water is een steeds schaarser wordend goed, dat met name in de armere landen niet in voldoende mate beschikbaar is. De toenemende vraag van de industrie, de landbouw en de energieproductie leidt tot steeds ernstigere knelpunten. Hoewel er hier in Duitsland nauwelijks sprake is van problemen op het gebied van waterschaarste, is het voor de toekomst toch van essentieel belang dat er op een verantwoorde manier met de hulpbronnen wordt omgesprongen. Waterbehandeling speelt een belangrijke rol bij de beschikbaarheid van water. Ongeveer 80 procent van het afvalwater in de wereld wordt nog steeds niet behandeld, ook al zou het in veel gevallen technisch gezien wel mogelijk zou zijn. Er is dus op lange termijn een aanzienlijk potentieel om het waterverbruik van de industrie drastisch te verminderen.
Tegelijkertijd ligt de focus ook op energie-efficiëntie, vooral in de geïndustrialiseerde landen. Afvalwaterbehandelingsinstallaties worden beschouwd als echte energievreters vanwege de energie-intensieve processen in de beluchtingstanks. In het kader van de ambitieuze doelstellingen op het gebied van klimaatbescherming en de stijgende energieprijzen zal energie-efficiëntie bij waterbehandeling in de toekomst een van de belangrijkste aandachtspunten worden.
Vooral op het gebied van energietechnologie voor afvalwaterzuiveringstanks bestaan er natuurlijk al betrouwbare technologieën voor een duurzame reductie van het energieverbruik, die vanuit het oogpunt van de exploitant zeer aantrekkelijk zijn. Investeringen in moderne beluchtingstechnologie betalen zich zeer snel terug en verbeteren zonder onnodige kosten de efficiëntie van de installaties, vooral in het geval van oudere waterbehandelingsinstallaties. De waterbehandeling van de toekomst biedt verstrekkende mogelijkheden om waterschaarste te beperken, een verantwoord beheer van grondstoffen te stimuleren en het energieverbruik terug te dringen. Het opwekken van energie uit afvalwater is een voorbeeld van een groot potentieel voor de toekomst.
Eén van de allerbelangrijkste aandachtspunten voor de toekomst op het gebied van waterbehandeling is het opwekken van energie uit afvalwater.. Een kubieke meter afvalwater bevat vier keer meer energie dan de hoeveelheid die wordt gebruikt om datzelfde water te zuiveren; vanuit puur theoretisch oogpunt zou een afvalwaterbehandelingsinstallatie dus meer energie kunnen produceren dan er wordt verbruikt. Het principe achter deze gedachte is simpel: De vaste stoffen in het afvalwater, zoals uitwerpselen, toiletpapier of andere stoffen, kunnen normaliter worden gebruikt in biogasinstallaties om elektrische energie en warmte op te wekken. De technologieën voor dit proces zijn al met succes toegepast, maar er is nog veel ruimte voor groei. Vandaar dat er momenteel onderzoek wordt gedaan naar nieuwe technologieën die gericht zijn op het verhogen van de slibverbranding. Deze worden in de vorm van prototypes getest, met veelbelovende resultaten.
Er moeten echter nog veel obstakels worden overwonnen voordat het volledige potentieel van afvalwater in de energieopwekking kan worden benut. Een van de uitdagingen is het verhogen van het percentage vaste stoffen dat aan het afvalwater kan worden onttrokken voordat het eigenlijke zuiveringsproces plaatsvindt. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door het toevoegen van polymeren die ervoor zorgen dat het slib samenklontert.
Energie-efficiëntie is het belangrijkste aandachtspunt voor de waterbehandeling van de toekomst. Aan de ene kant worden exploitanten van afvalwaterbehandelingsinstallaties voortdurend geconfronteerd met steeds strengere milieueisen die door de politiek worden opgelegd. Aan de andere kant moeten zij efficiëntiemaatregelen invoeren om de stijgende elektriciteitsprijzen tegen te gaan. Om het belang van energie-efficiëntie in afvalwaterbehandelingstanks te begrijpen, is het zinvol om de energiebalans van een behandelingsinstallatie onder de loep te nemen.
De ongeveer 10.200 geïnstalleerde afvalwaterbehandelingsinstallaties in Duitsland verbruiken in totaal ongeveer 4.400 gigawattuur (GWh) aan elektrische energie per jaar. Dit komt neer op een specifiek verbruik van 35 kWh/populatie-equivalent per jaar. Afvalwaterbehandelingsinstallaties nemen dus nog steeds ongeveer 0,7% van het stroomverbruik in Duitsland voor hun rekening.
De beluchting blijkt veruit de belangrijkste verbruiker te zijn van bijna alle afvalwaterbehandelingsinstallaties met slibprocessen. Het percentage stroom dat wordt verbruikt door installaties met aërobe slibstabilisatie ligt tussen de 60 en 80%, maar voor installaties met slibvergisting ligt dit percentage nog steeds rond de 50%. Daarnaast zijn er andere energieverbruikers die minder belangrijk zijn dan het slibproces. De belangrijkste energieverbruikers in één oogopslag:
Een blik op het gemiddelde stroomverbruik van deze installaties laat zien dat het grootste potentieel voor het verminderen van het energieverbruik ligt in de beluchting van de beluchtingstanks en in de continu draaiende pompstations, bijvoorbeeld de inlaat, het intermediaire hefmechanisme en de interne recirculatie. De beluchting van de beluchtingstanks speelt de belangrijkste rol, vandaar dat dit aspect later in detail wordt behandeld.
Het verhogen van de energie-efficiëntie van de beluchtingstanks en het gebruik van slib of vergistingsgas voor het opwekken van energie en warmte zijn niet de enige maatregelen op weg naar de waterzuivering van de toekomst. Extra potentieel ligt bijvoorbeeld in het integreren van hernieuwbare energieën in de energiesystemen van afvalwaterbehandelingsinstallaties.
Er kunnen bijvoorbeeld op de terreinen van afvalwaterbehandelingsinstallaties zonnecellen of windturbines worden geïnstalleerd, zodat de opgewekte energie beter wordt afgestemd op het totale energieverbruik. Daarbij mag uiteraard niet uit het oog worden verloren dat deze maatregelen aan dezelfde beperkingen onderhevig zijn als andere locaties en dat de winstgevendheid van de investering afhankelijk is van de weersomstandigheden, zoals de plaatselijke zon- en windcondities. Het gebruik van zonnecollectoren voor het opwekken van warmte is ook van groot belang voor installaties zonder slibvergisting, maar deze aanpak zal in de toekomst waarschijnlijk slechts een ondergeschikte rol spelen. Voor installaties met aërobe slibstabilisatie is er 's zomers doorgaans al een overschot aan warmte beschikbaar, waardoor de maatregel voor dit soort afvalwaterbehandelingsinstallaties overbodig is. Andere maatregelen waardoor in de toekomst een energie-efficiënte waterbehandeling kan worden gegarandeerd, zijn gericht op het gebruik van waterkracht in de aan- en afvoerleidingen van afvalwaterbehandelingsinstallaties.. Deze aanpak biedt echter slechts een beperkt potentieel, omdat de aanwezige valhoogte gering is en de hoeveelheid opgewekte energie de inspanning en de kosten niet rechtvaardigt.
Met name bij grotere installaties met slibverbranding is het aan te bevelen om voor het verhogen van de energie-efficiëntie gebruik te maken van staafroostergoed als extra brandstofbron. Het potentieel van deze technologie wordt echter beperkt door het gebruik van reinigers voor het staafroostergoed, die ervoor zorgen dat er zich minder vuil ophoopt.
als gevolg van een hoog energieverbruik. Het beluchtingsproces is, afhankelijk van de afvalwaterbehandelingsinstallatie, goed voor 60 tot 80% van de totale energiebehoefte. Dit is de reden waarom beluchting vooral belangrijk is voor de waterbehandeling in de toekomst.
Om te begrijpen waarom beluchtingstanks zoveel energie verbruiken, werpen we een korte blik op de processen in een biologische reinigingsinstallatie. In de beluchtingstanks worden organische stoffen zoals fosfaten en stikstofverbindingen uit het mechanisch voorgezuiverde afvalwater verwijderd. Dit gebeurt met behulp van micro-organismen zoals bacteriën, het beluchte slib.
Om in de eerste stap de fosfaten biologisch uit het afvalwater te verwijderen, wordt het eerste deel van de tank zuurstofarm gehouden. Vervolgens wordt er met behulp van perslucht een grote hoeveelheid zuurstof aan het afvalwater toegevoegd. Door het gebruik van zuurstof vermenigvuldigen de bacteriën zich snel en binden de fosfaten zich door het toevoegen van een opgelost neerslagmiddel met het biologische slib. Het slib wordt vervolgens in secundaire zuiveringstanks afgebroken, waarna het kan worden teruggevoerd naar de beluchtingstanks of naar het slibbehandelingsysteem. Dit proces gebruikt veel energie, omdat er aanzienlijke hoeveelheden perslucht worden toegevoegd.
De uitdaging van de beluchtingstechniek bestaat vooral uit het leveren van een vraaggestuurde luchttoevoer die in staat is om te voldoen aan de sterke schommelingen in de belastingsprofielen en de verschillende niveaus van vervuiling. Oudere afvalwaterzuiveringsinstallaties zijn vaak uitgerust met blowertechnologieën die altijd dezelfde hoeveelheid zuurstof leveren, ongeacht de toevoer, zelfs als dit niet altijd nodig is. De uitdaging is dus om enerzijds een vraaggestuurde beluchting te realiseren en anderzijds de deellastbereiken van het belastingsprofiel zo efficiënt mogelijk te kunnen leveren.
Voor een efficiënte energievoorziening van de beluchtingstanks vertrouwt AERZEN op een productportfolio dat bestaat uit één of meerdere blowertechnologieën die volgens de individuele eisen van een afvalwaterbehandelingsinstallatie worden toegepast. Met deze aanpak kan een maximale efficiëntie worden bereikt en kan het besparingspotentieel ten volle worden benut.
De portfolio bestaat uit turboblowers, draaizuigerblowers en schroefblowers (Delta Hybrid). Het voordeel is duidelijk: Elk van deze technologieën heeft zijn eigen voordelen en sterke punten, die aan de individuele eisen kunnen worden aangepast Turboblowers bijvoorbeeld zijn vanuit ontwerpoogpunt bijzonder energie-efficiënt, maar draaizuigermachines blinken uit door het feit dat ze gemakkkelijk instelbaar zijn en in het deellastbereik bijna constant efficiënt zijn. De draaizuigercompressor is een hybride en combineert dus de voordelen van de blower- en compressortechniek in één systeem. Afhankelijk van de toepassing wordt aanbevolen om te kiezen voor een combinatie van verschillende technologieën of voor de meest efficiënte technologie. Er kunnen niet alleen verschillende technologieën worden geïnstalleerd, maar ook verschillende afmetingen.
Bovendien kan er extra besparingspotentieel worden gerealiseerd als deze aanpak wordt gecombineerd met een intelligent overkoepelend besturingssysteem.
De ervaring leert dat door geoptimaliseerde beluchting een aanzienlijke energiebesparing kan worden gerealiseerd. De afvalwaterbehandelingsinstallatie Rheda-Wiedenbrück heeft bijvoorbeeld met de installatie van een turboblower en een Delta-hybride van AERZEN 40.000 euro aan energiekosten per jaar weten te besparen.
PAGINA’S IN HET THEMA WERELD AFVALWATERBEHANDELING:Water- en afvalwaterbehandeling | Prestaties voor exploitanten van afvalwaterbehandelingsinstallaties | Casestudies | Performance³ | Wastewater treatment guide | Prestatiecalculator
