De milieusector: een eerste kennismaking

1. De milieusector: een eerste kennismaking Technologie en Economische Sectoren Joris De Schutter Joris.DeSchutter@mech.kuleuven.ac.be K.U.Leuven - Afdeling PMA Departement werktuigkunde SEGHERSbetter technology Group

2. Doelstelling • Kennismaking met problematiek en industriële sector • geen exhaustief overzicht • Idee van omvang (ordegrootten) • Kennismaking met een aantal technologieën • geen exhaustief overzicht

3. Inhoud: algemeen overzicht • Uitvoerig: • Behandeling van vast afval • Behandeling van afvalwater • Kort: • Recyclage van afvalwater • (http://www.scientecmatrix.com) • Behandeling van rioolslib • (http://www.scientecmatrix.com)

4. Denkt u aan? Of eerder aan? Afval...

5. Inhoud: behandeling van vast afval • Het afvalprobleem • Thermische afvalverwerking: basisprincipes • Afvalverbranding: hoe werkt het? • Afval als bron van groene stroom

6. Inhoud •  Het afvalprobleem • Wat is een afvalstof? • Hoeveel afval wordt er geproduceerd? • Waarom is afval een probleem? • Hoe kan het afvalprobleem op duurzame wijze aangepakt worden? • Wat zijn de huidige verwerkingsmethodes?

7. Wat is een afvalstof? • Technisch: een stof die door zijn producent niet gewenst isopm. kan dus nog wel bruikbaar zijn als secundaire grondstof voor anderen! • Economisch: een product waarvoor de producent moet betalen om er zich van te ontdoen • Juridisch: “elke stof of voorwerp waarvan de houder zich ontdoet, voornemens is zich te ontdoen of zich moet ontdoen.” • Verschillende onderverdelingen mogelijk: volgens afkomst, samenstelling, enz.

8. Hoeveel afval wordt er geproduceerd in Vlaanderen? 1998, Bron: OVAM

9. Hoe evolueert de productie van huishoudafval? Bron: OVAM

10. Waarom is afval een probleem? • Afval = • Ongewenst • Milieubelastend • Niet ‘duurzaam’

11. Wat is dan wel een duurzame aanpak? • vermijden • verminderen, o.a. door hergebruik • selecteren in afzonderlijke fracties die men kan • composteren (GFT) • recycleren (papier, glas) • hergebruiken op een andere manier (plastics) • thermische verwerking met energierecuperatie van het niet-recycleerbare deel • te veel gemengd, dus scheiden niet haalbaar • recuperatie economisch niet interessant • recyclage technisch niet mogelijk • andere technieken?

12. Wat zijn de huidige verwerkingsmethodes? • 62% wordt gerecycleerd • 22% wordt verbrand in 12 installaties (1,1 miljoen ton/jaar) • 16% wordt gestort

13. Inhoud • Het afvalprobleem •  Thermische afvalverwerking: basisprincipes • Waaruit bestaat afval? • Wat is verbranding? • Hoe kan men energie uit afval halen? • Hoeveel energie kan men uit afval halen?

14. Samenstelling van (rest-)afval Dus: afval bevat ongeveer 75% (naar gewicht) biomassa!

15. Samenstelling

16. Wat is de verbrandingswaarde van afval? • 1 kg afval = gemiddeld 9 MegaJoule (MJ) (bereik: 4 - 16 MJ) • Opmerking: Onderste VerbrandingsWaarde • Ter vergelijking: • 1 kg huisbrandolie = 42 MJ • 1 kg steenkool = 30 MJ • 1 kg droog hout = 15 MJ • 1 kg droge turf = 12 MJ • Trend is stijgend: 9 MJ/kg (1990) -> 10 MJ/kg (2000) “3 ton afval storten = 1 ton steenkool begraven”

17. Wat gebeurt er als men afval verbrandt? • Verbranden = oxyderen = reageren met zuurstof • 1. De brandbare delen reageren met de zuurstof uit de lucht • C + O2 -> CO2 (koolzuur) + 33 MJ/kg • H2 + 1/2 O2 - > H2O (waterdamp) + 121 MJ/kg • 2. Het water verdampt (grootste deel van vrijgekomen warmte) • 3. De niet-brandbare delen veranderen niet

18. Inhoud • Het afvalprobleem • Thermische afvalverwerking: basisprincipes •  Afvalverbranding • Hoe verloopt het verbrandingsproces? • Hoe werkt een roosteroven? • Hoe ziet een stoomketel eruit bij afvalverbranding? • Verschuift verbranding het probleem niet naar luchtvervuiling?

19. Algemene opbouw van een afvalverbrandings-installatie Restafval Afvalontvangst Oven+Stoomketel Stoom-/condensaatcircuit Verbrandings-lucht Water, Chemicaliën Rookgasreiniging Slakken-behandeling Propere rookgassen Residu's+ ketelas Metalen Slakken Electriciteit

20. elektriciteit deNOx condensor stoom ketel afvalwater kalkmelk afval halfnatte reactor natte wasser DeDiNOx (SCR) aktieve kool mouwenfilter ketelas Ww. NaOH residu’s slakken ID ventilator schouw Hoe werkt een roosteroven? turbine rookgasreiniging oven

21. Hoe werkt een roosteroven? • Horizontaal • 1. Drogen • 2. Vergassing • 3. Uitbrand • Verticaal • 4. Gasverbranding • 5. Gasuitbrand • Verbranding is een opeenvolging van verschillende fysico-chemische processen 5 4 1 2 3

22. Horizontale ketel

23. Rookgasemissieresultaten: Voorbeeld IVAGO Doorzet: 2 x 50.000 TPA / 2 x 17 MWth Energierecuperatie: gepland (12 MWe) Rookgasreiniging: Elektrofilter, Halfnat+Nat DeDiNOx systeem: Catalytische vernietiging van NOx en dioxines. Opgestart in mei ‘00

24. IVAGO DeDiNOx eerste meetresultaten September 2000: dioxines < 0.001 ngTEQ/Nm³ = 1/100ste van norm

25. Inhoud • Het afvalprobleem • Thermische afvalverwerking: basisprincipes • Afvalverbranding •  Afval als bron van groene stroom • Wat is het energiepotentieel van afval? • Is afval een biomassa en dus ‘hernieuwbare energie’? • Hoe verhoudt zich dit tot andere biomassa’s?

26. Wat is het ‘groene stroom’potentieel van afval?(In Vlaanderen niet erkend als groene stroom!) • 5,5 miljoen ton geproduceerd (huishoud + gelijkgesteld) • 60% gerecupereerd • ———————————————————————————————————— • = 2,2 miljoen ton restafval • x verbrandingswaarde 9GJ/ton (2.500 kWh/ton afval) • ———————————————————————————————————— • = 19,8 PJ = 5.500 GWh = 0,5 MTOE = 3,2% van het aardolieverbruik (‘95) • x omzettingsrendement 20% (500 kWh/ton afval) • ———————————————————————————————————— • = 1.100 GWh/jaar elektriciteit = verbruik van 320.000 gezinnen • x percentage biomassa in huisvuil 60% (60% OVW afkomstig van biomassa) • ———————————————————————————————————— • = 660 GWh/jaar groene stroom = verbruik van 190.000 gezinnen • Of: 120 kWh groene stroom per persoon per jaar uit diens restafval • Van dit potentieel is minder dan 50% gerealiseerd.

27. Besluit: vast afval • Afval is een waardevolle bron van groene stroom: het zou potentieel 1,5 tot 2% van het huidige electriciteitsverbruik kunnen dekkken in de vorm van groene stroom. • Ongeveer 12% van het electriciteitsverbruik van een modaal gezin kan bestaan uit stroom geproduceerd uit het afval van dat gezin. Het grootste deel hiervan is groene stroom. • Thermische afvalverwerking is een belangrijke schakel in de afvalverwerkingsketen en tegelijk een potentieel belangrijke bron van hernieuwbare energie. • Er gelden zeer strenge emissienormen voor de rookgassen.

28. Inhoud: behandeling van afvalwater • Het afvalwaterprobleem • Afvalwaterbehandeling: principes • En … er ontstaat een nieuw probleem: slib • En … recyclage tot drinkwater ...

29. Inhoud •  Het afvalwaterprobleem • Welke soorten afvalwater zijn er? • Hoeveel huishoudelijk afvalwater produceren we? • Hoe verloopt de productie in de tijd? • Wat zit er in het afvalwater?

30. Welke soorten afvalwater zijn er? • Stads- en huishoudelijk afvalwater • steden, gemeenten, dorpen • hotels, campings, ... • Industrieel afvalwater • voedingsindustrie: brouwerijen, suikerrafinaderijen, slachthuizen, … • chemie: meststoffenfabrikanten, staalindustrie • papierindustrie • petrochemie • farmaceutische industrie • ‘Tussenin’ • bv. diermest

31. Hoeveel huishoudelijk afvalwater produceren we?

32. Hoe verloopt de productie in de tijd? • Dagvariatie: debiet waterafvoer i.f.v. de tijd (gemiddeld) • Pieken (+200-300%) door neerslag!

33. Seizoensvariatie

34. Voornaamste karakteristieken van samenstelling • 1 bevolkingsequivalent (b.e.) = • 180 l/d - 54 g/d BZV - 190 g/d TVS - 90 g/d TZVS • BZV: (Biochemisch ZuurstofVerbruik): hoeveelheid organisch materiaal dat kan geoxideerd worden door micro-organismen • TVS: Totaal Vaste Stoffen • TZVS: Totaal Zwevende Vaste Stoffen

35. Inhoud • Het afvalwaterprobleem •  Afvalwaterbehandeling: principes • Wat zijn de verschillende stappen in afvalwaterbehandeling? • Kan men afvalwater recycleren tot drinkwater?

36. Stappen in afvalwaterbehandeling buffer (optioneel) voorbehandeling ontsmetting secundaire behandeling primaire behandeling nabehandeling (optioneel) slibbehandeling

37. Voorbehandeling • Mechanisch: • Schermen • Verbrijzelaars • Zandvangers

38. Buffer (optioneel) • Om sterke debietvariaties op te vangen

39. Primaire behandeling • Fysicochemische behandeling • toevoeging van chemicaliën • coagulatie/flocculatie + drijven (vetten, oliën) • coagulatie/flocculatie + bezinken (metalen) • productie van primair slib

40. longitudinale decantatie met brugmechanisme 2 1 3 4 Gemeentelijke RWZI Brugge 5 inlaat schraapbrug afvoer verzameling drijvende laag verwijdering bezonken laag 1 2 3 4 circulaire decantatie met brugmechanisme 5

41. Biologische behandeling • Bacteriën eten biologisch afbreekbare verbindingen op • Verantwoordelijk voor ca. 80% van de zuivering • Meest gebruikte methode: ‘actief slib’ (bacteriënmassa)

42. voedingsstoffen zuurstof afvalwater actief slib afvoer afvoer overschot slib recyclage actief slib 2. scheiding 1. biologische oxidatie

43. pomp + scherm zandvanger primaire bezinking beluchting (biologie) secundaire bezinking BRUGGE

44. Nabehandeling(optioneel) • Zandfiltratie

45. Nabehandeling (optioneel) • Ontsmetting (doden van overblijvende bacteriën) • Vooraleer te lozen in het milieu (rivier/kanaal) • met chloor • met UV-licht • Membraantechnologieën • In staat om zuiver drinkwater te produceren!

46. Enkele cijfers ... • Brugge • Gemeentelijke RWZI • capaciteit 305 000 b.e. • Influent Effluent • debiet (m³/h) 2950 • BZV-belasting 16470 • (kg BZV/day) • BZV (mg/l) 350-400 <20 • CZV (mg/l) 700 <100 • TZVS (mg/l) 200-250 <30 • totaal N (mg/l) 60 <30 • totaal P (mg/l) 7-8 <1.5

47. Besluit: afvalwater • Zuivering is mogelijk tot drinkwaterkwaliteit! • Voorbeeld: IWVA Koksijde • gezuiverd afvalwater infiltreren in • waterwinningsgebied: watercyclus is gesloten! • http://www.scientecmatrix.com • Er ontstaat een nieuw probleem: slib! • Gevaren + oplossingen voor slib: • http://www.scientecmatrix.com

48. Algemeen besluit • Milieuproblematiek is gevolg van welvaartspeil • Straks zijn we met zijn 10 miljard ... • Levensstandaard ontwikkelt zich zeer snel in bepaalde regio’s Milieusector wordt zeer belangrijke sector in de toekomst