In 2017 zijn op de rwzi Zwanenburg duurtesten uitgevoerd met een nieuw type ontwateringsapparaat; de borstelcentrifuge. De resultaten stemmen hoopvol. Het is goed mogelijk gebleken om spuislib van de rwzi Zwanenburg te ontwateren tot een drogestofgehalte van gemiddeld 14%.
Download hier de pdf van dit artikel.
De ontwatering van zuiveringsslib gebeurt in Nederland vooral met centrifuges en zeefbandpersen. Deze technieken kenmerken zich door een verbruik van chemicaliën (polymeer) en energie. Dat levert een grote kostenpost op en is weinig duurzaam. De waterschappen zijn daarom voortdurend op zoek naar slimmere technieken voor slibontwatering die minder polymeer en minder energie verbruiken, met hetzelfde ontwateringsresultaat. Naast doelmatigheid is ook de reductie van het energieverbruik politiek van belang, in het kader van de Meerjarenafspraken Energie-efficiëntie (MJA3) en het klimaatakkoord. Uiteraard speelt ook onderhoud en betrouwbaarheid van de slibontwatering (assetmanagement) een belangrijke rol.
De in Nederland ontwikkelde borstelcentrifuge vertegenwoordigt een totaal nieuwe kijk op slibontwatering. Voor deze techniek is geen polymeer vereist. Hierdoor kan er ontwaterd worden zonder een polymeeropslag- en doseerinstallatie. De borstelcentrifuge kan in theorie nagenoeg standalone slib ontwateren, zonder dat daar extra apparatuur voor nodig is. Dit opent deuren naar nieuwe toepassingsmogelijkheden, zoals ontwateren op kleinere rwzi’s.
Om de toepassing van de borstelcentrifuge op zuiveringsslib te verkennen heeft het Hoogheemraadschap van Rijnland in 2013 een test uitgevoerd met een klein type borstelcentrifuge. De resultaten van deze test waren positief. Dit was de aanleiding om nader onderzoek te doen en in 2017 een duurtest uit te voeren met een groter type borstelcentrifuge op de rwzi Zwanenburg ten westen van Amsterdam. De resultaten van dit onderzoek, dat is gefinancierd en begeleid door STOWA, zijn beschreven in een recent geschreven STOWA-rapport [1].
Werkingsprincipe
De borstelcentrifuge heeft wel wat weg van een verticaal opgestelde centrifuge (trommel) met aan de binnenkant een borstel. De borstelcentrifuge is schematisch weergegeven in afbeelding 1.
Afbeelding 1. Borstelcentrifuge
Een ontwateringscyclus van de borstelcentrifuge bestaat uit verschillende fases (weergegeven in afbeelding 2). In de eerste fase komt de trommel op toeren (figuur links). Eenmaal op toeren start de slibtoevoer en wordt het te ontwateren slib aan de onderzijde van de trommel ingevoerd. Slibdeeltjes bewegen zich via een laminaire stroming langs de borstelharen naar de zijkant van de trommel, waar ze aangroeien tot een koek. Op het moment dat de trommel vol is met slib wordt de slibtoevoer gestopt en toert de borstelcentrifuge af tot de trommel stil staat. De trommel beweegt vervolgens omhoog (tweede figuur van links) waarna de borstel opnieuw gestart wordt en de slibkoek tegen de aanwezige keerschotten geslingerd wordt (tweede figuur van rechts). Neerwaartse schrapers verwijderen de slibkoek van de keerschotten, waarna het slib met een transportband afgevoerd wordt (rechts).
Afbeelding 2. Fases van een ontwateringscyclus
Pilotinstallatie en monitoringsprotocol
De binnenkant van de op de rwzi Zwanenburg opgestelde borstelcentrifuge is weergegeven in afbeelding 3.
Gedurende het pilotonderzoek werd gemonitord op de volgende parameters:
- Stabiliteit van de installatie, gevoeligheid voor storingen (logboek)
- Instellingen borstelcentrifuge
- Debiet
- Bedrijfsuren per dag
- Drogestofgehalte in- en uitgaand slib
- Afscheidingsrendement
- Energieverbruik
- Effect slibtype op ontwaterbaarheid en afscheidingsrendement
- Effect piekaanvoeren
Afbeelding 3. Pilotopstelling op rzwi Zwanenburg
Ten behoeve van de duurtest zijn inline debiet- en drogestofmeters geplaatst in de slibaanvoerleiding en de centraatafvoerleiding (2x Endress+Hauser-drogestof-meting, 2xPromag-debietmeting). Verder is een kWh-meter geplaatst om het energieverbruik van de borstelcentrifuge te monitoren. Ook de toevoerpomp is aangesloten op deze kWh-meter. De borstelcentrifuge zelf beschikt over diverse sensoren (toerental, temperatuur, onbalans) waarvan de gegevens automatisch gelogd zijn op de borstelcentrifuge.
Ervaringen tijdens duurtest
De eerste testen zijn uitgevoerd met spuislib van de rwzi Zwanenburg. Het gemiddelde drogestofgehalte van dit slib bedroeg rond 1,5 procent. In de periode van 17 juli tot 11 augustus 2017 zijn op doordeweekse dagen zoveel mogelijk runs gedraaid met de borstelcentrifuge.
Tijdens deze eerste fase traden diverse technische problemen op. In de eerste weken zijn deze opgelost, waarna de borstelcentrifuge onder toezicht volautomatisch gedraaid heeft. In theorie kon de borstelcentrifuge vanaf dat moment zonder toezicht draaien.
In fase 2 is getest met vergist slib van de rwzi Haarlem Waarderpolder. Dit slib heeft een drogestofgehalte van ongeveer 3 procent. Tijdens fase 2 zijn door de aanwezigheid van vezels en andere vervuilingen in het slib veel problemen ondervonden met de borstelcentrifuge. Vanwege het niet goed functioneren van de roostergoedinstallatie op de rwzi Haarlem Waarderpolder bevatte het vergiste slib veel vezelachtig materiaal, waardoor er regelmatig storingen optraden aan het toevoersysteem van de borstelcentrifuge. In de periode van 5 tot 17 oktober zijn er op zes dagen runs gedraaid. Na enkele aanpassingen is in de periode van 10 tot 16 november opnieuw gedraaid met slib van de rwzi Haarlem Waarderpolder. In deze periode zijn gedurende vier dagen runs gedraaid.
Op de foto’s in afbeelding 4 is de testinstallatie op de rwzi Zwanenburg en het ontwaterd slib na afloop van een run te zien.
Afbeelding 4. Testinstallatie (links) en ontwaterd slib na afloop run (rechts)
Resultaten
Met het spuislib van de rwzi Zwanenburg is de borstelcentrifuge in staat gebleken om volautomatisch slib te ontwateren. Tijdens deze fase was het goed mogelijk om gedurende de hele dag runs te draaien met de borstelcentrifuge, wat neerkomt op maximaal 16 runs per dag over een tijdspanne van 8 uur (ca. 30 minuten per run). Het drogestofgehalte van het ontwaterde spuislib lag tussen de 13 en 16 procent bij een afscheidingsrendement van meer dan 95 procent. Afhankelijk van het toerental en de duur van een run bedroeg het energieverbruik van de borstelcentrifuge 4 tot 7 kWh per run (inclusief 0,23 kWh/run voor de slibtoevoerpomp).
Het vergiste primaire slib van de rwzi Haarlem Waarderpolder liet zich ontwateren tot een drogestofgehalte van 15 tot 22 procent. Vanwege het niet functioneren van de drogestofmetingen kon het afscheidingsrendement in deze fase echter niet bepaald worden. Afhankelijk van het toerental en de duur van een run bedroeg het energieverbruik van de borstelcentrifuge 5 tot 8 kWh per run (inclusief 0,23 kWh/run voor de slibtoevoerpomp).
Doorkijk naar de praktijk
Op basis van de resultaten van fase 1 van de duurtest is een doorvertaling gemaakt naar een praktijkinstallatie. Uitgaande van een capaciteit van 130 kg per run en een runtijd van 23 tot 30 minuten resulteert dit in een capaciteit van 87 tot 113 kilogram droge stof per dag. Het energieverbruik ligt tussen de 3,5 en 4,6 kWh per run, wat resulteert in 194 tot 253 kWh per ton droge stof. Dit verbruik is hoog in vergelijking met centrifuges en zeefbandpersen. Het hoge energieverbruik is te relateren aan de kleine capaciteit van de geteste borstelcentrifuge. Op dit moment wordt een borstelcentrifuge ontwikkeld met een drie tot vier keer zo grote capaciteit als de hier geteste RBS-500, waardoor het energieverbruik per ton droge stof naar verwachting zal dalen.
Verkenning kosten en duurzaamheid
Op basis van de prestaties van de borstelcentrifuge is een verkenning gedaan naar de kosten en baten van een borstelcentrifuge indien deze toegepast wordt voor de ontwatering van spuislib op kleine rwzi’s. Voor dergelijke kleine rwzi’s kunnen de kosten voor het transport van gravitair ingedikt spuislib naar een centrale slibontwatering hoog oplopen. Een borstelcentrifuge kan op dergelijke rwzi’s tot een jaarlijkse kostenbesparing leiden. Voor de rwzi Heemstede is een besparing van 12.000 tot 37.000 euro per jaar berekend ten opzichte van de huidige situatie, waarbij niet ontwaterd of ingedikt wordt. In vergelijking met bijvoorbeeld een bandindikker resulteert een borstelcentrifuge in lagere jaarlijkse kosten omdat er geen polymeer verbruikt wordt en omdat de borstelcentrifuge een hoger drogestofgehalte bereikt en de transportkosten lager uitvallen. De besparing op transport en polymeer vallen ook qua duurzaamheid gunstig uit, waardoor de borstelcentrifuge minder primaire energie kost dan niet ontwateren of indikking met een bandindikker.
Conclusies
Spuislib rwzi Zwanenburg
Na enkele aanpassingen is de borstelcentrifuge goed in staat gebleken om onder toezicht volautomatisch spuislib van de rwzi Zwanenburg te ontwateren. Het drogestofgehalte van het ontwaterde slib lag voor het spuislib van Zwanenburg tussen de 13 en 16 procent (gemiddeld 13,9%) zonder toevoeging van polymeer. Het afscheidingsrendement van de borstelcentrifuge bedroeg op spuislib van de rwzi Zwanenburg gemiddeld meer dan 95 procent. Het energieverbruik was gemiddeld 4,6 kWh per run, wat resulteert in 253 kWh per ton droge stof. Dit is hoog in vergelijking met andere ontwateringsapparatuur als centrifuges en zeefbandpersen.
Vergist slib rwzi Haarlem Waarderpolder
Het vezelrijke slib van de rwzi Haarlem Waarderpolder veroorzaakte verstoppingen in de slibtoevoer, waardoor de borstelcentrifuge niet volcontinu kon draaien. Voor het vergiste slib lag het drogestofgehalte van het ontwaterde slib tussen de 16 en 22 procent (gemiddeld 18,9%). Vanwege niet functionerende drogestofmetingen kon voor het slib van Haarlem Waarderpolder het afscheidingsrendement niet worden vastgesteld.
Doorkijk naar de praktijk
De huidige borstelcentrifuge is nog geen alternatief voor gangbare ontwateringsapparatuur, zoals centrifuges en zeefbandpersen; de capaciteit is daarvoor te klein, evenals het ontwateringsresultaat. Een borstelcentrifuge is interessant voor kleinschalige rwzi’s waar slib alleen gravitair ingedikt wordt omdat er in dat geval een forse besparing op transportkosten mogelijk is.
Het primaire energieverbruik van een borstelcentrifuge is voor een fictieve voorbeeldcase vergeleken met de huidige wijze van slibverwerking. Voor de rwzi Heemstede zou het gebruik van een borstelcentrifuge bijvoorbeeld resulteren in een primair energieverbruik van 210.000 MJ per jaar, fors lager dan dat van de huidige situatie waarbij ingedikt spuislib direct getransporteerd wordt (500.000 – 750.000 MJ/j). Dit komt neer op een besparing van 290.000 tot 540.000 MJ/j aan primaire energie. Een verder doorontwikkelde en energiezuinigere borstelcentrifuge heeft de potentie om in de toekomst nog meer energie te besparen ten opzichte van de huidige wijze van slibverwerking.
Aanbevelingen
Om de stap te maken naar de praktijk zijn enkele technische aanpassingen noodzakelijk, zoals het aanpassen van de slibtoevoer van de borstelcentrifuge zodat deze minder gevoelig is voor verstoppingen. Een andere aanbeveling is het vergroten van de capaciteit van de borstelcentrifuge; ook vanuit het oogpunt van energieverbruik en ontwateringsresultaat.
Nawoord van de fabrikant op de aanbevelingen
De fabrikant van de borstelcentrifuge heeft in reactie op bovenstaande aanbevelingen bevestigd dat inmiddels de eerste borstelcentrifuge met aangepaste inlaat, volautomatisch (zonder toezicht) functioneert in een waterzuiveringsinstallatie van een voedingsmiddelen bedrijf in het westen van Nederland. Door een aangepaste opstartprocedure van de borstelcentrifuge, is ook het energieverbruik van de borstelcentrifuge bij deze installatie met ongeveer 18 procent gereduceerd.
Dit onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door financiering vanuit de Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA).
Referenties
1. Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (2018). Slibontwatering met borstelcentrifuge. Stowa-rapport 2018-35;
