Ontwatering met centrifuges, biologische fosfaatverwijdering en vergisting van slib vergen een hoger polymeerverbruik, maar veranderingen in het gebruik van deze technieken verklaren deze toename niet volledig. De toename van biologische fosfaatverwijdering heeft de grootste invloed, maar ook bij slib van chemische fosfaatverwijdering is er een toename van het polymeerverbruik. Organisatorische veranderingen zorgen voor minder betrokkenheid van de bedrijfsvoerders bij de slibontwatering en kunnen mede bijdragen aan een toename van het verbruik.
Inleiding
In het kader van het onderzoek is een literatuurstudie uitgevoerd naar de ontwikkelingen in de laatste 10 jaar. Verder is op basis van gegevens van het CBS, de bedrijfsvergelijking van de waterschappen en detail informatie van 8 waterschappen onderzocht welke ontwikkelingen te onderscheiden zijn. Hiervoor zijn gegevens geanalyseerd van 19 slibontwateringen met een totale capaciteit van 75.800 ton droge stof/jaar. Dit vertegenwoordigt 24% van het totale slibvolume van Nederland. De samenstelling van de dataset is representatief voor de belangrijkste proceskeuzes voor de bedrijfsvoering van de rioolwaterzuivering en slibontwatering. Bij zes waterschappen is ook aandacht besteedt aan de bedrijfsvoering van de slibontwatering door ervaren bedrijfsvoerders te interviewen. Met een enquête onder alle waterschappen is dit beeld verder gecompleteerd.
Toename polymeerverbruik
De studie laat zien dat er sprake is van een forse toename van het polymeerverbruik voor de ontwatering van het slib. Met dit hogere polymeerverbruik slagen de waterschappen er wel in om het droge stof gehalte van de ontwaterde slibkoek constant te houden. Tabel 1 laat zien dat het verbruik vanaf 2006 begint toe te nemen. In 2009 was het verbruik 19% hoger dan in 2006.
Dit beeld wordt bevestigd in het detail onderzoek dat voor 19 slibontwateringen is uitgevoerd. Bij deze ontwateringen is vanaf 2008 een duidelijke toename te zien van het polymeerverbruik. De toename vindt plaats bij alle vormen van slibontwatering, maar het meest bij filterpersen en zeefbandpersen. Het droge stof gehalte van de slibkoek verandert in deze periode nauwelijks voor de locaties die met centrifuges of zeefbandpersen ontwateren. Het ontwateringsresultaat nam wel af bij de locaties met filterpersen. Het betreft hier echter maar 3 ontwateringslocaties.
Centrifuges produceren gemiddeld een slibkoek met een droge stofgehalte van 23-24% bij een polymeerverbruik van 13-15 g PE actief/kg droge stof. Zeefbandpersen leveren gemiddeld een nattere slibkoek (droge stof gehalte 19-21% droge stof) bij een lager polymeerverbruik (8-9 g PE actief/kg droge stof). Dit verschil in prestatie biedt echter geen verklaring voor de overall toename van het polymeerverbruik. Ook bij centrifuges is er immers sprake van een toename van het polymeerverbruik en bovendien is het marktaandeel voor centrifuges niet significant toegenomen.
Invloed fosfaat verwijdering
De toename van biologische defosfatering wordt vaak genoemd als verklaring voor de slechtere ontwaterbaarheid van het slib. Tabel 1 laat zien dat het polymeerverbruik bij de ontwatering van slib van zuiveringen met biologische defosfatering inderdaad 20-40% meer polymeer kost bij chemische defosfatering. Dit hogere polymeerverbruik zorgt wel dat er geen groot verschil is in droge stof gehalte van de ontwaterde slibkoek. Er is geen verband gevonden tussen de ijzerdosering of de ijzerconcentratie in het slib en polymeerverbruik of droge stof gehalte. Evenmin correleerde polymeerverbruik of droge stof gehalte met het fosfaatgehalte van de slibkoek of het fosfaatgehalte in het centraat of filtraat. Dit wijst erop dat het gehalte aan vrij fosfaat in het slib geen verklaring is voor de verschillen in ontwaterbaarheid.
Het onderzoek bevestigt dat biologische defosfatering leidt tot een hoger polymeerverbruik bij de ontwatering van slib. Daarentegen is er ook bij slibontwateringen waar chemische defosfatering plaatsvindt een toename van het polymeerverbruik te zien (Figuur 2). Bovendien stagneert het marktaandeel van rwzi’s die puur biologische defosfatering toepassen sinds 2006 (Figuur 3). Wel neemt vanaf die tijd de hoeveelheid slib fors toe van zuiveringen die een combinatie van biologische en chemische defosfatering toepassen. Deze toename kan een deel van de toename van het polymeerverbruik verklaren, maar kan niet de enige verklaring zijn.
Invloed slibgisting
Ook de manier van slibstabilisatie heeft invloed op de ontwatering van het slib. De gegevens van het CBS laten zien dat gegist slib een slibkoek geeft die gemiddeld 1-2 %punt droger is dan ongegist slib. Het is echter onjuist om deze cijfers te gebruiken als bewijs dat de vergisting van slib de ontwaterbaarheid van het slib verbetert. Veel waarschijnlijker wordt de betere ontwatering veroorzaakt door de aanwezigheid van primair slib omdat juist zuiveringen met een slibgisting ook over een voorbezinking beschikken. Het literatuuronderzoek wijst er op dat het vergisten van slib juist zorgt voor een verslechtering van de ontwaterbaarheid die zich vooral uit in een hoger polymeerverbruik. De data van de onderzochte waterschappen bevestigen dit beeld. Door vergisting kan het polymeerverbruik tot wel 50% toenemen. Dit hogere polymeerverbruik wordt vooral veroorzaakt door het vrijkomen van colloïdaal eiwit bij de vergisting van het slib (2). Ook de eerste resultaten van de proeven met thermische druk hydrolyse van slib wijzen op een toename van het polymeerverbruik (3). Een toename van de vergisting van slib kan dus zorgen voor een toename van het polymeerverbruik. De gegevens van dit onderzoek laten echter zien dat er (nog) geen grote toename is van de hoeveelheid slib dat vergist wordt. Van 2008 tot en met 2010 neemt het aandeel vergist slib toe van 57% tot 62%. Deze toename wordt vooral veroorzaakt door een toename van de verwerking van extern slib op centrale ontwateringslocaties. De toename is beperkt en kan niet de grote toename van het polymeerverbruik bij de waterschappen verklaren. Bovendien laat het detailonderzoek van de 19 slibontwateringen zien dat het polymeerverbruik toeneemt bij zowel gegist als ongegist slib.
Bedrijfsvoering
De in het kader van dit onderzoek uitgevoerde interviews laten een grote betrokkenheid zien van de bedrijfsvoerders en zij geven ook zelf aan dat dit van belang is voor een goed ontwateringsresultaat. Daarentegen is er door organisatorische ontwikkelingen bij veel waterschappen minder tijd voor analyse en optimalisatie en verschuift het accent naar alleen bediening van de apparatuur. Zo is er bij het merendeel (63%) van de geënquêteerde waterschappen sprake van een sterkere scheiding tussen onderhoud en bedrijfsvoering. Hierdoor wordt kennis verdeeld over meer mensen, maar neemt de betrokkenheid af. Een andere ontwikkeling is de invoering van de Europese aanbesteding van het polymeer. Vanaf 2000 zijn enkele waterschappen hier mee begonnen en in de loop van de tijd hebben meer waterschappen zich hierbij aangesloten. In 2008 is gestart met een geheel nieuwe opzet van de aanbesteding en groeide het aantal waterschappen dat meedeed van 5 naar 14 waterschappen. Hoewel deze aanpak voor meer transparantie bij de inkoop zorgt, neemt hierdoor de kennis af van de bedrijfsvoerders over selectie en werking van het polymeer. Bovendien is er door de prijsdruk minder ruimte voor maatwerk en service. De keuze van het juiste polymeer kan grote invloed hebben op de ontwateringsprestatie. In het onderzoek is diverse malen geconstateerd dat veranderingen van polymeertype leidden tot significant andere ontwateringsprestaties, zowel beter als slechter.
Verder laat het onderzoek zien dat waterschappen vrijwel nooit controleren of er voldoende rijpingstijd van het polymeer in de eigen aanmaakinstallatie. Oriënterend onderzoek in het kader van deze studie geeft aanwijzingen dat de rijping van het polymeer in de praktijk niet altijd volledig is. Hierbij werd de ontwikkeling van de geleidbaarheid van de polymeeroplossing gebruikt als maat voor de rijping. Bij 4 van de 5 onderzochte ontwateringslocaties was de geleidbaarheid van de polymeeroplossing significant lager dan in het lab kon worden bereikt. Dit wijst op onvoldoende rijping in de praktijk of op kortsluitstromen in de aanmaakinstallatie, maar verder onderzoek is nodig. Ook onderzoek bij Aquafin in België (4) laat het belang zien van rijpingstijd en aanmaak van het polymeer. Bij dit onderzoek verbeterden de ontwateringsresultaten door het aanzuren van de polymeeroplossing. Hierdoor neemt hydrolyse van het polymeer af en wordt de rijpingstijd verkort.
Conclusie
Het onderzoek bevestigt het beeld dat het ontwateren van slib moeilijker wordt. Dit uit zich vooral in een hoger polymeerverbruik terwijl het bereikte ontwateringsresultaat min of meer gelijk blijft. Vanaf 2002 neemt het verbruik langzaam toe, maar de grootste stijging begint in 2008.
Rond 2008 is er sprake van diverse ontwikkelingen die van invloed kunnen zijn op het polymeerverbruik. Zo wordt hieraan voorafgaand van 2003-2006 op veel zuiveringen aanvullende stikstofverwijdering geïntroduceerd. Vanaf 2007 groeit het aantal zuiveringen dat biologische fosfaatverwijdering gebruikt plots sterk. De fosfaatverwijdering op deze zuiveringen wordt dan wel ondersteund met chemische precipitatie. Het aandeel van rwzi’s die volledig vertrouwen op biologische defosfatering neemt juist af. Verder is er vanaf 2008 een beperkte toename te zien van slib dat centraal wordt vergist en ontwaterd.
Het onderzoek laat zien dat biologische defosfatering en vergisting leiden tot een hoger polymeerverbruik bij de ontwatering van slib. Het aandeel van gegist slib neemt maar beperkt toe zodat de toename van de biologische defosfatering de belangrijkste verklaring is voor de toename van het polymeerverbruik. Dit kan echter niet de enige verklaring zijn omdat er over de gehele linie, bij alle soorten van slib en ontwateringsmethoden, een toename is van het polymeerverbruik. Dit wijst erop dat ook veranderingen in de bedrijfsvoering van belang zijn. Het onderzoek laat zien dat bij veel waterschappen de aandacht voor de slibontwatering vermindert doordat de bedrijfsvoerders minder tijd beschikbaar hebben voor analyse van de prestaties van de slibontwatering. Deze afstand wordt verder vergroot door de nieuwe manier van aanbesteding van het polymeer. Hierdoor zijn de bedrijfsvoerders minder betrokken bij de selectie van het polymeer en door de grotere prijsdruk is er bij de leveranciers minder ruimte voor maatwerk en service.
Aanbevelingen
Aanbevolen wordt dat waterschappen bij de bedrijfsvoering van de slibontwatering meer objectieve kennis ontwikkelen over de aanmaak van polymeer en de interactie tussen polymeer en het eigen slib. Zo is het raadzaam om vast te stellen of de rijping van het polymeer voldoende is. Door regelmatige bepaling van de geleidbaarheid, viscositeit en ladingdichtheid van het polymeer kunnen waterschappen controleren dat de kwaliteit van het polymeer en de aanmaak ervan constant is. De literatuur laat zien dat een thermogravische bepaling van het gehalte aan vrij water (5) in het slib een goede voorspellende waarde kan geven van het ontwateringsresultaat op praktijkschaal. Een dergelijke bepaling kan een benchmark geven voor het eigen ontwateringsresultaat. Op deze manier ontstaat er zo objectief mogelijke informatie die gebruikt kan worden voor de optimalisatie van de eigen installatie en de selectie van het polymeer. Hierdoor wordt het ontwateringsproces minder afhankelijk van de kennis van individuen binnen het waterschap en informatie van leveranciers.
Literatuur
1. STOWA. Trends in slibontwatering. 2012. Rapport 2012-46. 978.90.5773.577.6.
2. The Role of Organic Colloids in Dewatering. Novak, J.T. 2010, Drying Technology: An International Journal, pp. 28:7, 871-876.
3. STOWA. Thermische slibontsluiting - pilot-onderzoek naar de mogelijkheden en randvoorwaarden. 2012. Rapport 2012-25. isbn 978.90.5773.558.5.
4. Implications and remediations of DMAEA-Q type polymer hydrolysis in wastewater treatment plants. H. Saveyn, D. Curvers, J. Pelicaen, J. Cauwenberghs, C. Thoeye, P. Van der Meeren. 5, 2010, Water Science & Technology, Vol. 61.
5. Prediction of full-scale dewatering results of sewage sludges by the physical water distribution. J. Kopp, N. Dichtl. 2001, Water Science and Technology, pp. Vol 44 No 10 pp 177–183.
