Anaeroob zuiveren in papier- en kartonindustrie

Anaëroob zuiveren in papier
en karton industrie
Mogelijkheden en Kansen
Energietransitie Papierketen, P2 Energie Neutraal Papier
Juni 2009
Anaëroob zuiveren in de
Papier en Karton Industrie
Mogelijkheden en Kansen
dossier : WA-WT20092054
registratienummer : WA-WT20092054
versie : Eindversie
Energietransitie Papierketen
P2 Energie Neutraal Papier
Juni 2009
DHV B.V. Niets uit dit bestek/drukwerk mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt d.m.v. drukwerk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande
schriftelijke toestemming van DHV B.V., noch mag het zonder een dergelijke toestemming worden gebruikt voor enig ander werk dan waarvoor het is vervaardigd.
Het kwaliteitssysteem van DHV B.V. is gecertificeerd volgens ISO 9001.
©
DHV B.V.
1
VOORWOORD
Met de doelstelling van een halvering van het energieverbruik in de papierketen in 2020, heeft
de papier- en kartonindustrie met haar Energietransitie Papierketen een belangrijke stap gezet
naar het bereiken van de klimaatdoelstellingen van de overheid.
Binnen het programma Energie Neutraal Papier van de Energietransitie Papierketen vinden
diverse initiatieven plaats gericht op duurzame energiebronnen, nieuwe efficiënte energieconversieprocessen, symbiose en co-siting. In huidige tijden van toenemende schaarste en
prijzen in grondstoffen en energie, zullen we steeds bewuster moeten worden van de (energie)waarde van onze reststromen, en de wijze waarop we deze kunnen benutten.
Ook ons afvalwater bevat een relevante hoeveelheid waardevolle organische materialen, dat bij
enkele van de Nederlandse en Vlaamse papier- en kartonfabrieken reeds wordt aangewend
voor de productie van biogas, als energiebron voor de eigen productie, danwel productie van
elektriciteit voor het net.
Onderliggende studie heeft in kaart gebracht hoe er nog meer biogas kan worden geproduceerd
door optimalisatie van de huidige anaerobe waterzuiveringsinstallaties, maar ook door realisatie
van nieuwe anaerobe waterzuiveringsinstallaties bij papier- en kartonfabrieken. Wij zijn
verheugd te kunnen melden dat dit project ons heeft laten zien, dat alleen al door implementatie
van Best Practices op huidige en nieuwe lokaties meer dan 60% meer biogas kan worden
geproduceerd dan op dit moment.
Een toekomstige duurzame energievoorziening betekent echter meer dan het toepassen van
Best Practices. In de toekomst zal zowel energieconversie als reststroomverwerking optimaal
geintegreerd zijn met de publieke en industriele omgeving, en zal een hogere waarde worden
gecreëerd. In de toekomst isoleert een gezamenlijke waterbehandeling waardevolle
componenten uit proceswater, is een waterbehandeling gekoppeld aan vergisting van diverse
organische reststromen uit de omgeving, alsmede aan innovatieve technologieën die
restwarmte en CO2 omzetten tot waardevolle nieuwe biomassa, en wordt energie gewonnen uit
elders niet meer toepasbare energiebronnen.
Ons uiteindelijke doel is om in samenwerking met overheden en andere sectoren deze
toekomstvisie te kunnen realiseren. We zullen actief werken aan zichtbaarheid van onze sector,
en openheid uitstralen voor samenwerking in innovaties in symbiose en co-siting. Innovaties die
zullen bijdragen aan een transitie in afvalwaterzuivering en energieconversie. De Nederlandse
papierindustrie is er in ieder geval van overtuigd dat het herbenutten van de waarde van de
componenten in afvalwater een positieve stap is in de transitie naar een duurzame
klimaatbewuste industrie.
Annita Westenbroek
Programma coördinator Energie Neutraal Papier
Energietransitie Papierketen
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
1
DHV B.V.
2
SAMENVATTING
De Energietransitie Papierketen ambieert een halvering van het energiereductie in de papierketen te
realiseren in het jaar 2020.
Onderliggend onderzoek valt binnen het ‘Energy Neutral Paper’ programma van de Energietransitie
Papierketen. In en rondom papier- en kartonfabrieken zijn 'potentiële energiebronnen' te identificeren, die
(beter) benut zouden kunnen worden ten behoeve van de energievoorziening van de papier- en
kartonindustrie. Een van deze componenten zijn afvalstoffen in het proceswater die middels anaërobe
zuiveringstechnologie omgezet kunnen worden in biogas, en zo kunnen bijdragen aan de verduurzaming
van de papierindustrie.
De Nederlandse en Vlaamse P&K-industrie kent momenteel resp. 22 en 3 productie locaties. Bij 9 van
deze locaties wordt het proceswater reeds anaëroob voorbehandeld (in 7 installaties). Deze anaërobe
zuiveringen produceren 14,5 miljoen m3 biogas per jaar (exclusief Sappi Lanaken).
In dit onderzoek zijn de prestaties van vijf installaties met elkaar vergeleken: Smurfit Kappa
Nieuweschans, Eska Grapicboard Sappemeer, Industriewater Eerbeek, Smurfit Kappa Roermond en VPK
Oudegem. Doordat deze zuiveringen over het algemeen op hoge rendementen draaien en weinig
problemen vertonen is door procesbeheersing, optimalisatie of aanpassing hooguit 5 % efficiency
3
verhoging mogelijk. Dit komt overeen met 0,7 miljoen m gas. Optimalisatie mogelijkheden zijn:
–
Verbeterde sturing nutriënt dosering;
–
Optimalisatie belasting;
–
Optimalisatie verblijftijden.
Nieuwe technologieën (b.v. voorbehandeling van het proceswater met enzymen), gestuurde voorverzuring
en anaërobe zuivering als interne zuiveringsstap, zouden eventueel tot verhoging van de huidige
biogasproductie kunnen leiden. Hierover is momenteel nog weinig bekend en om een inschatting te
kunnen maken naar de potentie van dergelijke stappen is verder onderzoek nodig.
Een andere mogelijkheid om biogas te verhogen, is door externe stromen te gaan verwerken.
Naast het toepassen van anaërobe zuivering als eindzuivering zou de zuivering ook in de interne kringloop
van de P&K fabriek kunnen worden toegepast. Hierdoor zal de CZV concentraties in het proces kunnen
afnemen wat verschillende voordelen biedt. Afhankelijk van de locatie kan dit tot een verhoging van 20 %
van de biogasproductie kunnen leiden.
Toepasbaarheid van anaërobe zuivering is afhankelijk van de samenstelling van het te behandelen
proceswater. Niet alle processtromen binnen de Nederlandse en Vlaamse P&K-industrie zijn geschikt om
anaëroob te behandelen. Met de kennis van anaëroob zuiveren en de praktische ervaring van de
deelnemende partijen is een verdeling gemaakt binnen de Nederlandse en Vlaamse fabrieken waarbij de
fabrieken verdeeld zijn in:
–
Uitermate geschikt voor anaërobe zuivering
–
Minder geschikt
–
Niet geschikt voor anaërobe zuivering
Voor de papier en kartonfabrieken die geschikt en minder geschikt zijn is een inschatting gemaakt hoeveel
biogas geproduceerd kan worden op het moment dat anaërobe zuiveringstechnieken zouden worden
gebruikt.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
2
DHV B.V.
–
–
–
Uitermate geschikt
Minder geschikt
Niet geschikt
Aantal
8
3
5
3
Potentieel biogas opwekking in proceswater m /jaar
8.6 miljoen
1.1 miljoen
-
In dit rapport zijn van twee locaties (Norske Skog Parenco en Huthamaki) de toepassing van anaëroob
zuiveren verder uitgewerkt. Hieruit blijkt dat de toepassing van deze technieken ook economisch
perspectieven biedt.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
3
DHV B.V.
INHOUD
BLAD
1
VOORWOORD
1
2
SAMENVATTING
2
3
3.1
3.2
3.3
INLEIDING
Achtergrond
Doelstelling
Opzet van het onderzoek
5
5
5
5
4
4.1
4.2
ANAEROOB ZUIVERINGEN IN DE PAPIER INDUSTRIE
Vergelijk anaëroob en aëroob
Anaëroob zuiveren in de Nederlandse en Vlaamse P&K Industrie
6
7
8
5
5.1
5.2
5.3
OPTIMALISATIE MOGELIJKHEDEN IN DE HUIDIGE INSTALLATIES
Procesbeheersing
Inschatting potentie huidige installaties
Nieuwe mogelijkheden voor verbetering huidige zuivering
9
9
7
8
6
6.1
6.2
NIEUWE MOGELIJKHEDEN VOOR ANAEROBE ZUIVERINGEN
Norske Skog Parenco
Huthamaki
10
12
15
7
CONCLUSIES EN AANBEVELING
17
8
COLOFON
19
BIJLAGEN
1 Getallen Enquete deelnemende bedrijven
2 Voorbeeld enquête inventarisatie toepasbaarheid anaërobe zuivering
3 Literatuurverwijzingen
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
4
DHV B.V.
3
INLEIDING
3.1 Achtergrond
De Energietransitie Papierketen ambieert een halvering van het energiereductie in de papierketen te
realiseren in het jaar 2020. In het kader van de Energietransitie binnen de Nederlandse P&K-industrie
voert het KCPK onderzoek uit naar mogelijkheden om een energie reductie te realiseren
Onderliggend onderzoek valt binnen het ‘Energy Neutral Paper’ programma van de Energietransitie
Papierketen. In en rondom papier- en kartonfabrieken zijn 'potentiële energiebronnen' te identificeren, die
(beter) benut zouden kunnen worden ten behoeve van de energievoorziening van de papier- en
kartonindustrie. Hierbij valt te denken aan delen in het oud papier (die niet geschikt zijn voor recycling),
aan componenten in het afvalwater en aan restwarmte.
Het accent in het programma 'Energy Neutral Paper' ligt op het ontwikkelen en implementeren van nieuwe
technologieën die deze potentiële energie converteren naar elektriciteit, bruikbare warmte-energie en
andere energiedragers. Tevens wordt de mogelijkheid van alternatieve energiebronnen onderzocht. Het
doel is om te komen tot een papier- en kartonsector die onafhankelijk is van fossiele brandstoffen.
3.2 Doelstelling
Er is een werkgroep ‘Anaërobie’ opgericht met vertegenwoordigers uit de P&K industrie. De doelstelling
van deze werkgroep is tweeledig:
1. Onderzoeken van de huidige toepassingen van anaërobe waterzuiveringen om te bepalen of
door procesbeheersing, optimalisatie en/of aanpassingen meer biogas kan worden
geproduceerd;
2. Onderzoeken of binnen de Nederlandse papierindustrie meer mogelijkheden zijn voor het
toepassen van anaërobe zuivering zodat meer biogas geproduceerd kan worden.
3.3 Opzet van het onderzoek
In het kader van dit onderzoek zijn de volgende werkzaamheden uitgevoerd;
1.
Benchmark van de huidige anaërobe zuiveringen;
2.
Optimalisatie inventarisatie van de huidige anaërobe zuiveringen;
3.
Identificeren van nieuwe mogelijkheden om de efficiency van anaërobe zuiveringen te
verhogen:
4.
Mogelijkheden bepalen voor nieuwe toepassingen binnen de NL P&K-industrie.
Het onderzoek is uitgevoerd i.s.m. met de Nederlandse en Vlaamse papier en karton industrie. Door
middel van enquêtes, werkbezoeken en regelmatige projectvergaderingen is informatie uitgewisseld over
de te behandelen onderwerpen.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
5
DHV B.V.
4
ANAEROOB ZUIVERINGEN IN DE PAPIER INDUSTRIE
Water kan met behulp van anaërobe bacteriën gezuiverd worden. Anaërobe zuivering wordt toegepast
met behulp van bacteriën die niet van zuurstof afhankelijk zijn om verontreinigingen in het water om te
zetten. Anaërobe bacteriën kunnen alleen verontreinigingen omzetten wanneer het zuurstofniveau laag is,
omdat zij andere stoffen gebruiken bij chemische omzettingen. Anaërobe bacteriën ontwikkelen niet alleen
koolstofdioxide en water bij de chemische omzetting, maar ook methaangas. Dit methaangas kan gebruikt
worden als brandstof of als vervanging van aardgas. De anaërobe omzetting van een stof is een
verzameling van verschillende omzettingen. In een anaërobe reactor zijn vele bacteriën actief die een stof
omzetten naar methaan. In de anaërobe reactoren die in de papier industrie worden toegepast groeien
deze bacteriën samen in een korrelvorm.
Na een anaërobe omzetting worden er dikwijls nog aërobe bacteriën ingezet om het proces te
vervolmaken, omdat het water anders nog niet schoon genoeg is om bijvoorbeeld te kunnen lozen op
1
oppervlakte water .
Papier en Karton industrie
De Nederlandse papierindustrie was in de jaren tachtig van de vorige eeuw een van de eerste industrieën
die anaëroob zuiveren is gaan toepassen om afvalwater te reinigen. De techniek is inmiddels uitgegroeid
tot een bewezen zuiveringstechniek met vele referenties in verschillende industrieën.
Tabel 1: Toepassingen van anaërobe zuiveringen
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
6
DHV B.V.
4.1 Vergelijk anaëroob en aëroob
Om het proceswater van een papier- of kartonfabriek te kunnen lozen, dient het eerst gezuiverd te worden.
Door de samenstelling van het proceswater is biologisch zuiveren prima toepasbaar. Naast de combinatie
van anaëroob/aëroob, wordt het proceswater ook vaak alleen aëroob gezuiverd. Hieronder is een vergelijk
gemaakt van anaëroob ten opzichte van aëroob zuiveren.
Energie
Het anaëroob zuiveren van afvalwater is interessant omdat dit voordelen biedt ten opzichte van aërobe
technieken.
Duidelijk is het energetische voordeel van anaëroob zuiveren waarbij netto energie kan worden
geproduceerd ten opzichte van een energie vraag voor aëroob zuiveren. Anaëroob zuiveren past daarom
goed in het energie neutral programma van de Nederlandse papier Industrie
2
In tabel 1 is een overzicht gegeven van de energie balansen van de twee processen.
Energy absorbed
Energy yield
Total
Aërobe
installatie
MJ/ton
- 90
----- 90
Anaëroob
aëroob
MJ/ton
- 18
+ 275
+ 257
Verschil
MJ/ton
+ 72
+ 275
+ 347
Tabel 2 Energie verbruik zuivering in de papier industrie
Ter vergelijking: de totale energie consumptie voor de productie van papier is. 7500 MJ/ton .
Slib productie
Een tweede voordeel is de geringe slibproductie van het anaërobe proces ten opzichte van het aërobe
proces. Verwerking van aëroob slib kan hoge kosten met zich meebrengen. Het anaërobe slib heeft
momenteel een marktwaarde. Zeker het anaërobe korrelslib uit reactoren waar proceswater uit de P&K
industrie wordt gezuiverd, kenmerken zich door prima bezinkeigenschappen en vorm waardoor het vaak
zeer goed afzetbaar is naar allerlei industrieën.
Installatie
Verder kan een anaërobe techniek worden bedreven met een hoger volume belasting in vergelijk met een
aërobe zuivering en is voor de scheiding van slib en water geen seperate installatie nodig waardoor een
anaërobe reactor veel compacter kan worden gebouwd en dus minder oppervlakte inneemt.
Er zijn verschillende type anaërobe reactoren op de markt. Ze zijn onder te verdelen in middel hoogbelaste
reactoren (bijvoorbeeld UASB en EGSB) met een compartiment en hoogbelast reactoren met vaak
meerdere compartimenten (IC, R2S).
De installaties zijn meestal gesloten waardoor geur en dampen goed voorkomen kunnen worden.
Mogelijke nadelen anaëroob zuiveren
Naast methaan en koolstof dioxide bevat het gas ook vaak het giftige en corrosieve waterstofsulfide welke
meestal verwijderd moet worden om het gas te kunnen toepassen. Ook het effluent van de reactor bevat
sulfide en moet verder worden behandeld om te kunnen hergebruiken of te lozen.
Voor lozing op oppervlaktewater moet worden voldaan aan de Wet Verontreiniging Oppervlaktewater. Het
zuiveringsrendement van de anaerobe reactor is nooit voldoende om aan deze eisen te voldoen waardoor
nazuivering noodzakelijk is. Vaak wordt een aërobe toepassing nageschakeld.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
7
DHV B.V.
4.2 Anaëroob zuiveren in de Nederlandse en Vlaamse P&K Industrie
In de Nederlandse en Vlaamse industrie wordt het proceswater van negen productielocaties anaëroob
behandeld.
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Smurfit Kappa Nieuweschans, Georgia Pacific, , Industriewater Eerbeek (SCA, MME en Coldenhove),
IC (Internal Circuit)
Smurfit Kappa Roermond,
Eska Graphic Board Sappemeer
IC en UASB
VPK Oudegem
EGSB (Extended Granular Sludge Blanket)
Sappi Lanaken.
De keuze voor een reactor type is van vele factoren afhankelijk De UASB is een van de eerste technieken
die ingezet werd voor de anaërobe behandeling van afvalwater. Omdat de Nederlandse Papier en Karton
industrie een van de eerste industrieën was wie anaëroob zuiveren toepaste zijn de meeste reactoren van
het type UASB. Later werden andere type reactoren ontworpen zolas de IC. Deze reactor heeft een
kleinere footprint en zal daardoor voor sommige toepassingen geschikter zijn da de UASB,
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
18 juni 2009, versie Eindversie
8
DHV B.V.
5
OPTIMALISATIE MOGELIJKHEDEN IN DE HUIDIGE INSTALLATIES
Verhoging van het rendement van de huidige installaties leidt tot verhoging van de gasproductie per ton
geproduceerd papier. Daarnaast zullen ook de exploitatiekosten dalen door ondermeer minder
beluchtingenergie, minder aëroob slib en minder nutriënt gebruik.
In dit onderzoek zijn van zes van de zeven locaties met een anaërobe zuivering, de prestaties vergeleken.
Het gaat hierbij om totaal acht reactoren. Door dit vergelijk en door discussie is gezocht naar optimalisatiemogelijkheden voor deze zuiveringen.
5.1 Procesbeheersing
Zoals voor alle biologische zuiveringen geldt, moet het anaërobe proces binnen bepaalde procescondities
worden bedreven. Veel van deze parameters moeten worden gemonitoord en bijgestuurd op het moment
dat de procescondities niet meer voldoen aan de eisen. Andere parameters kunnen lastiger worden
bijgestuurd.
In tabel 3 zijn de belangrijke procesparameters voor anaëroob zuiveren volgens de literatuur genoemd:
Parameter
Grootheid
CZV rendement
%
BZV rendement
%
Min
Max
Gemiddeld
75
85
3
Volume belasting
kg CZV / m /dag
5
Hydraulische verblijftijd
uur
4
Slibbelasting
kg CZV/kg slib/d
0,25
CZV/N infl
-
30
6
2
50
CZV/P infl
240
Vetzuur uit
mg/l
300
90
pH
-
6
8
7-7,5
Temperatuur
°C
20
45
37
Tabel 3: Procesparameters anaërobe zuivering
In deze inventarisatie zijn de volgende zuiveringen meegenomen:
UASB
Industriewater Eerbeek
IWE
Smurfit Kappa Nieuweschans,
SKN
VPK Oudegem
VPK UASB en
Georgia Pacific
GP
IC,
Eska Graphic Board Sappemeer
VPK Oudegem
Smurfit Kappa Roermond Papier (2x)
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
B7434
EGS
VPK IC
SKRP 4 en SKRP 5
18 juni 2009, versie Eindversie
9
De getallen welke gebruikt worden zijn gemiddelden over 2007
Hieronder wordt de procesvoering van de anaërobe reactoren op verschillende punten vergeleken waarna
aan het eind van dit hoofdstuk een inschatting wordt gemaakt van de potentie voor verbeteringen per
locatie. De getallen voor dit vergelijk zijn verzameld middels een enquête. De resultaten hiervan zijn in
bijlage 1 opgenomen.
Rendementen
In grafiek 1 zijn van de verschillende reactoren de rendementen weergegeven
Rendementen
100%
90%
80%
70%
60%
50%
IWE
SKN
EGB Sap.
CZV
SKRP 4
SKRP 5
VPK
UASB
VPK IC
GP
BZV
Grafiek 1: Het CZV rendement en BZV Rendement
Van EGB en GP zijn geen BZV getallen bekend.
Ten opzichte van de in tabel 3 genoemde theoretische waarden van 75% voor CZV en 85 % rendement
op BZV verwijdering liggen de waarden gemiddeld ongeveer 5% lager. De CZV rendementen van VPK IC
en GP liggen lager dan de andere reactoren. Daarnaast draaien de reactoren bij SKR op hoge
rendementen.
De IC reactor van VPK wordt gebruikt als interne zuivering. Hierbij wordt proceswater in de secundaire
kringloop van de fabriek gecirculeerd over de zuivering. De concentratie CZV, en zeker de wat makkelijk
afbreekbare CZV, zal lager zijn dan zonder kringloop zuivering. Dit kan een oorzaak zijn dat het rendement
voor CZV verwijdering lager is.
GP is producent van tissue papier. Als grondstoffen worden gesorteerd oud papier en eventueel ook
cellulose ingezet. De CZV in het proces water kan bestaat uit minder makkelijk afbreekbaar materiaal. De
uitgaande CZV concentratie is bij GP het laagst van alle reactoren. Doordat de ingaande concentratie
relatief laag is, is het rendement laag.
Bij SKR is de ingaand CZV concentratie juist het hoogst.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-2-
Belasting
In grafiek 2 zijn de volgende getallen uitgezet:
– CZV belasting
: De hoeveelheid gram CZVtotaal per kg slib in de reactor per dag;
3
– CZV vol belasting
: kg CZV per m reactor per dag;
– Hydraulische verblijftijd : Uren.
400
40,0
350
35,0
300
30,0
250
25,0
200
20,0
150
15,0
100
10,0
50
5,0
0
Vol belasting [kg CZV/m3 dag]
Verblijftijd [u]
CZV belasting [gCZV /kg slib]
Belasting
0,0
IWE
SKN
CZV belasting
EGB Sap.
SKRP 4
CZV vol.belasting
SKRP 5 VPK UASB VPK IC
GP
retentie tijd
grafiek 2: De CZV- ,volume belasting en retentie tijd van de anaërobe reactoren
De CZV belasting per gram slib ligt voor de meest reactoren tussen de 150 en 200 g per kg slib per dag.
De belasting van de UASB reactoren van VPK en GP liggen duidelijk lager, terwijl de IC van VPK duidelijk
3
hoger wordt belast. Ook de volume belasting van de IC bij VPK ligt een stuk hoger op 25 kg CZV/m dag
wat voor een IC reactor een typische ontwerp parameter is. De IC reactoren van SKR draaien op lagere
3
3
waarden van beneden de 15 kg CZV/m dag. Ook de meeste UASB draaien op 10-15 kg CZV/m dag wat
typische volumebelastingen zijn voor UASB reactoren.
Opvallend is de UASB van SKN die op een hoge volumebelasting draait en de UASB reactoren van GP en
VPK die op een lage belasting draaien.
Hydraulische verblijftijden zijn typisch ongeveer 5 uur. Uitzondering hierop zijn de IC reactoren van SKR
en de UASB reactoren van VPK, respectievelijk 12,12 en 15 uur. Dit zijn ook reactoren waarbij de
rendementen het hoogst zijn.
CZV concentratie
De ingaande concentraties verschillen sterk tussen de installaties. Afhankelijk van de grondstoffen en de
hoeveelheid water die per geproduceerde ton wordt geloosd zal de CZV concentratie hoger dan wel lager
liggen. Daarnaast zal de CZV concentratie lager worden op het moment dat er water van de van de
zuivering gecirculeerd wordt naar de papierfabriek.
In grafiek 3 is de CZV verwijderingefficiency uitgezet tegen de ingaande CZV concentratie. Er lijkt een
positieve correlatie te bestaan tussen de verwijdering efficiency en de CZV concentratie. Deze correlatie
3
wordt ook in andere onderzoeken genoemd
grafiek 3: CZV efficiency uitgezet tegen de ingaande CZV (+ literatuur getallen)
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-3-
CZV verwijdering t.o.v. de ingaande CZV concentratie
100%
SKRP 5
90%
CZV rendement
y = 4E-05x + 0,6127
80%
SKRP 4
VPK
UASB
Eska S
y = 4E-05x + 0,5841
70%
SKN
IWE
60%
GP
VPK IC
50%
40%
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
CZV influent[ mg/l]
trendlijn eerder onderzoek
trendlijn
Een verklaring voor het verband kan zijn, dat bij hoge CZV concentraties vaak meer makkelijk afbreekbare
verbindingen in het water aanwezig zijn, bijvoorbeeld zetmeel. Deze verbindingen breken beter af dan
bijvoorbeeld lignocellulose.
In grafiek 3 is te zien dat GP misschien wel een laag rendement heeft mar dat dit vooral te maken heeft
met de lage ingaande CZV concentratie zoals eerder genoemd. Daarnaast liggen de rendementen van
SKR ook op de te verwachten waarde bij een dergelijke hoge CZV waarde. Opvallend is wel het lage
rendement van de VPK IC en in mindere mate de SKN reactor. Dit zijn de reactoren die beide tegen de
grens van het ontwerp worden belast (bij VPK is inmiddels een nieuwe IC in bedrijf genomen om de
huidige IC te ontlasten).
Nutriënten
Voor de groei van bacteriën zijn naast organische voedingstoffen (CZV) en de juiste omstandigheden,
nutriënten nodig omdat de bacteriën uit levend materiaal is opgebouwd welke voor een groot deel uit deze
nutriënten bestaan. Vaak wordt onderscheid gemaakt tussen macro- en micro nutriënten. De micro
nutriënten bestaan bijvoorbeeld uit metalen en ander sporenelementen die een bacterie nodig heeft. Voor
anaërobe zuivering zijn bijvoorbeeld nikkel en molybdeen specifieke metalen welke nodig zijn. Via de
grondstof oud papier komen over het algemeen voldoende micro nutriënten in het afvalwater. Macro
nutriënten (stikstof en fosfaat) zijn echter onvoldoende aanwezig en zullen gedoseerd moeten worden.
Een hulpmiddel om te bepalen of nutriënten voldoende aanwezig zijn, is de bacterie voor te stellen als een
4
chemische formule :
C60H87N12P
Met behulp van deze formule kan worden berekend dat voor een optimale groei een verhouding C:N 5:1
en C:P van 60:1 nodig is. Dit geeft een CZV:N:P van (60:12:1). Omdat bij het anaërobe proces relatief
meer organisch materiaal wordt omgezet voorde productie van energie en dus minder voor groei ligt de
nutriëntenverhouding voor anaërobe omzetting een stuk hoger.(bijv. 300:15:1). Typische samenstelling
van proceswater in een oud papier verwerkende papierfabriek is CZV:N:P is 3000:15:1.
Nu zal de bacteriegroei in een anaërobe reactor afhangen van de samenstelling van het influent,
bijvoorbeeld de mate van verzuring, omdat de bacterie populatie in de reactor zich hier aan aanpast. Dit
betekend dan de vraag aan nutriënten met wisselende ingaande verzuringsgraden, voor het anaërobe
proces zal fluctueren.
Vaak wordt de dosering van nutriënten gekoppeld aan de CZV vracht naar de anaërobe reactor en zo ook
de nutriëntdosering gestuurd.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-4-
In dit onderzoek zijn concentraties van nutriënten in het effluent van de installaties vergeleken. Op het
moment dat de verhouding tussen de concentratie nutriënten en de CZV in het effluent van de anaërobe
reactor voldoende is, heeft het proces geen tekort aan nutriënten. Hierbij wordt de reactor beschouwd als
een ideaal gemengd systeem, wat ook blijkt uit metingen in de UASB van Industriewater een IC reactor bij
VPK.
Door te sturen op het effluent zal beter gereageerd kunnen worden op een veranderende vraag van
nutriënten bij wisselende samenstelling van het influent.
CZV Rendement t.o.v. CZV/N tot in effluent
100%
95%
CZV rendement
90%
SKRP 4
85%
SKRP 5
80%
75%
70%
SKN
VPK UASB
IWE
65%
60%
Eska S
GP
VPK IC
55%
50%
0
10
20
30
40
50
60
CZV/N effluent [-]
grafiek 4: CZV rendement uitgezet tegen CZV/ Ntot in het effluent
In grafiek 4 is het CZV rendement uitgezet tegen CZV/N tot. Voor N tot is de stikstof Kjeldahl meting
genomen of stikstof totaal. Deze twee getallen zijn gelijk, aangezien geen nitraat uit de anaërobe reactor
zal komen.
Voor alle zeven installaties lijkt stikstof geen limitering op te leveren. Verder is het opvallend dat in de
installatie van SKR hoogste CZV rendement zich bevindt bij de laagste CZV/N verhouding.
In grafiek 5 is CZV rendement uitgezet tegen de verhouding tussen CZV tot en P totaal in het effluent.
De meeste installaties lijken voldoende te doseren of zouden zelfs minder kunnen doseren.
Opvallend is dat vooral IWE en EGS een hoge CZV/ P verhouding in het effluent hebben. Verhoging van
fosfaat dosering bij IWE heeft inmiddels geleid tot een hoger CZV rendement. .(In 2008 heeft IWE de fosfaat
doseringverhoogd).
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-5-
CZV Rendement t.o.v. CZV/Ptot concentratie
100%
95%
90%
SKRP 4
CZV rendement
85%
SKRP 5
80%
75%
Eska S
70%
VPK UASB
IWE
SKN
65%
60%
GP
VPK IC
55%
50%
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
CZV/P effluent [-]
grafiek 5: CZV Rendement uitgezet tegen de CZV/Ptot in het effluent van de reactor.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-6-
5.2 Inschatting potentie huidige installaties
Aan de hand van de getallen uit de enquêtes onder de deelnemers en het vergelijk wat is gemaakt in
paragraaf 4.1, is in deze paragraaf een inschatting gemaakt per deelnemer.
Eska Graphic Board Sappemeer
Opvallend is de hoge CZV/P verhouding in het effluent van de IC. Een verhoging van de fosfaat dosering
zou allicht theoretisch tot een verhoging van het rendement kunnen leiden. Het huidige rendement is al
hoog. Als je deze bekijkt t.o.v. de lage CZV concentratie in het influent ligt het rendement hoger dan de
trendlijn (grafiek 3). Mogelijk efficiency verbetering 0-5%
Smurfit Kappa Nieuweschans.
Het rendement bij Smurfit Kappa Nieuweschans ligt 5 % onder het te verwachten rendement bij deze
ingaande concentratie (grafiek 3). Mogelijk kan een wat hogere dosering van stikstof tot een lichte
verbetering leiden. Waarschijnlijk is echter de hoge belasting van de UASB eerder een oorzaak dat het
gemiddelde rendement wat laag ligt. Op momenten dat de belasting nog verder omhoog zal gaan, kan het
rendement omlaag gaan door de hoge volumebelasting.
Mogelijk efficiency verbetering 5%
Smurfit Kappa Roermond Papier
Het rendement van beide IC reactoren ligt op de verwachte waarde of zelfs iets hoger. Nutriënten zijn ruim
aanwezig en ook de hoge concentratie aan CZV zorgt voor een prima afbraak. Daarnaast zijn de reactoren
in 2007-2008 nog laag belast en met relatief lange hydraulische verblijftijden wat ook gunstig is voor de
efficiency.
Mogelijk efficiency verbetering 0-5%
Industriewater Eerbeek
Opvallend bij UASB reactoren van IWE zijn de zeer hoge CZV/P verhouding in het effluent. Er is een grote
kans dat een hoger fosfaatdosering leidt tot verbetering van de efficiency. In de huidige installatie wordt de
CZV/P verhouding op 240 gehouden waardoor de efficiency is toegenomen. De installatie draait op een
redelijk hoge belasting waardoor bij toename van de belasting de efficiency of de stabiliteit van het proces
minder kan worden.
Mogelijk efficiency verbetering 5%
Georgia Pacific
Deze installatie draait met een relatief lage ingaande CZV concentratie (1600 mg/l). Daarbij haalt het wel
een voor deze concentratie hoog rendement. Belangrijk hierbij is dat de reactor niet hoog belast wordt en
ook een relatief lange hydraulische verblijftijd heeft. Voorbehandeling van het influent waarbij verdere
verzuring wordt bereikt zou eventueel het huidige rendement kunnen verhogen.
Mogelijk efficiency verbetering 0-5%
VPK
Opvallend is het grote verschil in efficiency tussen de UASB en de IC reactor terwijl ze dezelfde voeding
krijgen. Belangrijkste oorzaak voor dit verschil is waarschijnlijk het verschil in verblijftijd tussen deze twee
reactoren. De UASB heeft een lange verblijftijd terwijl de verblijftijd in de IC juist aan de korte kant is.
Daarnaast is de IC ook qua volume belasting hoog belast. (inmiddels is een tweede IC in gebruik
genomen).
Door dat de IC reactoren als interne zuivering wordt gebruikt zal het aandeel moeilijk afbreekbaar
materiaal in het afvalwater groter zijn wat een vertekend beeld geeft voor de CZV verwijderingefficiency.
Mogelijk efficiency verbetering 5%
Totaal
De huidige installaties draaien in principe op hun maximale rendement. Verbetering door betere
procesvoering zal niet leiden tot een sterke stijging van de huidige gasproductie.
Maximale toename wordt geschat op 5% van de huidige gasproductie en kan worden bereikt door,
verbeterde nutriëntdosering en niet al te hoge belasting van de reactoren.
De 6 onderzochte locaties produceren 40400 m3 biogas per dag. Een toename van 5% betekend 2000
3
3
m /d meer gas oftewel € 0,7 miljoen m /jaar.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-7-
5.3 Nieuwe mogelijkheden voor verbetering huidige zuivering
Naast verbeteringen in de huidige procesvoering zijn andere meer innovatieve aanpassingen misschien
mogelijk om de gasproductie per ton geproduceerd papier te verhogen.
–
Aanpassen voorverzuring;
–
Moeilijk afbreekbare CZV voorbehandelen;
–
Anaërobe zuivering in de kringloop van een papier- of kartonfabriek;
–
Inzetten externe stromen.
Aanpassen voorverzuring.
Proceswater in een papierfabriek heeft een typische verzuring van 40-50 % op CZV betrokken. Dit is ook
vaak de verzuringsgraad in het influent van een anaërobe reactor. Door aanpassing in bijvoorbeeld
verblijftijd in een papierfabriek kan de verzuringsgraad veranderen. Voor een goede korrelgroei is typisch
een voorverzuring tussen de 25 en 70 % gunstig. Te hoge verzuring leidt tot een lage korrelgroei terwijl bij
een lage verzuring de kans bestaat dat de korrels te groot worden en uitspoelen.
In een goed werkende reactor kan de verzurende stap uiteindelijk limitaterend zijn voor verdere afbraak.
Goed voorbeeld hiervan zijn de IC reactor en de UASB reactor van VPK. In het effluent van beide
reactoren zijn bijna geen vetzuren meer aanwezig maar de CZV in het effluent van de IC is hoger omdat in
de IC de tijd te kort is om de aanwezige CZV om te zetten naar lager vetzuren.
Optimalisatie van de CZV verwijdering kan misschien plaats vinden door het proceswater voor de
anaërobe reactor in een separate processtap gecontroleerd tot een bepaald maximum te laten verzuren.
Belangrijk is dat de korrelgroei in de anaërobe reactor niet negatief wordt beïnvloed. Condities voor een
verhoogde verzuring kunnen zijn:
–
pH tussen 5,5 en 6,5;
–
temperatuur tussen 40 en 55 °C;
–
hoge verblijftijd in combinatie met genoeg nutriënten.
Deze gescheiden procesvoering wordt nu niet toegepast. Om de potentie hiervan te bepalen is verder
onderzoek nodig.
Moeilijk afbreekbare verbindingen behandelen.
Een deel van de CZV in het proceswater van een P&K fabriek bestaat uit ligno-cellulose, complexen
bestanddelen die moeilijk biologisch zijn af te breken. Ten behoeve van o.a. de tweede generatie
biobrandstoffen, wordt momenteel veel onderzoek gedaan om dergelijke verbindingen te kunnen omzetten
met behulp van bijvoorbeeld:
–
Enzymen
–
Basische destructie
–
Thermisch
Door het gebruik hiervan kunnen de moeilijk afbreekbare verbindingen omgezet worden naar suikers voor
de productie van bijvoorbeeld ethanol of biodiesel.
Deze technieken zouden ook op de CZV in het influent van de anaërobe reactor kunnen worden toegepast
waarbij het aandeel makkelijk afbreekbaar CZV, hoger wordt. Momenteel is toepassen van deze
technieken, economisch gezien niet interessant.
Anaërobe zuivering dichter bij de papier machine
Door kringloopzuivering is de CZV concentratie aan de papiermachine de laatste jaren toegenomen.
Hierdoor is de CZV vracht die met het product afgevoerd wordt ook toegenomen. Door een anaërobe
zuivering in de interne kringloop van een papierfabriek te plaatsen zal de CZV concentratie aan de papier
machine afnemen en daardoor de vracht die met het product wordt afgevoerd ook minder worden. Deze
CZV wordt omgezet in biogas en daardoor zal de hoeveelheid biogas per ton geproduceerd product toe
nemen.
VPK heeft al sinds 1999 een IC reactor in de kringloop opgenomen. Daarbij is de hoeveelheid water die
intern gezuiverd wordt de laatste jaren steeds iets toegenomen. Ter vergelijk zijn de gasproductie per ton
papier uitgezet van Roermond en VPK.
Fabriek
SKR
VPK
CZV aan de machine
7000 mg/l
4000 mg/l
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
gasproductie per ton geproduceerd
3
6,3 m CH4/ ton
3
7,5 m CH4/ ton
bijlage 0
-8-
Door de interne reiniging bij VPK is de CZV aan de machine lager waardoor minder CZV met het product
wordt afgevoerd. Dit leidt tot 20 % meer biogas doordat per ton papier 3 kg CZV minder afgevoerd wordt .
Op het moment dat de CZV aan de machine hoog is, kan door interne zuivering een verhoging van de
gasproductie worden behaald.
Inzetten externe stromen
Enkele van de onderzochte installaties zijn niet volledig belast volgens de ontwerp parameters. Door het
inzetten van externe CZV rijke stromen zou deze reactoren meer gas kunnen gaan produceren. Een
bijkomend voordeel is dat deze stromen vaak ook nutriënten (stikstof en fosfor) bevatten wat tot reducering
van de huidige dosering van fosfor en stikstof kan leiden.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
-9-
6 NIEUWE MOGELIJKHEDEN VOOR ANAEROBE ZUIVERINGEN
In de Nederlandse en Vlaamse Papier en Karton Industrie zijn 25 locaties waar papier geproduceerd
wordt. Van negen van deze locaties wordt het proceswater anaëroob gezuiverd. Bij de overige locaties
wordt het afvalwater in een eigen aërobe zuivering dan wel in een externe rioolwaterzuivering gezuiverd.
Zuivering
Aantal P&K fabrieken (NL)
Vlaanderen
Anaëroob (RWZI)
1
Anaëroob -aëroob
6
2
Aëroob - Aëroob
2
1
Aëroob
8
Geen zuivering
2
Extern (RWZI)
3
tabel 4: Overzicht waterzuivering Nederlands en Vlaamse papier en kartonindustrie.
Om het water anaëroob te kunnen zuiveren dient het proceswater aan bepaalde condities te voldoen.
Enkele van die voorwaarden zijn:
–
Voldoende hoge CZV concentratie;
–
Voldoende temperatuur van het proceswater;
–
CZV/sulfaat ratio niet te hoog.
Aan de hand van deze voorwaarden zijn de fabrieken verdeeld in drie verschillende categorieën waarbij
gekeken is naar technologische haalbaarheid: Geschikt, Minder geschikt, Niet geschikt.
Van de P&K fabrieken zonder anaërobe zuiveringen kan met behulp van de kennis en de gegevens van
de P&K fabrieken met een anaërobe zuivering een schatting worden gemaakt van de mogelijke
gasproductie op het moment dat anaërobe zuivering wordt toegepast. Deze inschatting is gemaakt met de
volgende randvoorwaarden:
–
CZV concentratie aan de machine wordt gesteld op een CZV concentratie die wordt behaald door
recirculatie dan wel sluiting van de kringloop;
–
CZV rendement van de anaërobe zuivering is 75%;
–
Methaan gehalte van het biogas is 75 %.
De uitgangsgetallen voor de berekening zijn verkregen door:
–
Enquête onder de papierfabrieken (zie bijlage 2)
5
–
Enquête papier industrie in 2005
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 10 -
Locatie
Proceswater
lozing
CZV
Potentiële
gasproductie
CZV aan de
machine
m /d
3
m/l
m /d
Smurfit Kappa Oude Pekela
593
5368
1000
3000
Smurfit Kappa Hoogkerk
1000
3800
1255
3000
SolidPack Loenen
1200
1900
665
3000
Smurfit Kappa Coevorden
500
5300
1000
3000
Eska Graphicboard Hoogezand
0
25000
3900
3000
Huthamaki
5
8500
350
3000
Norske Skog Parenco
14000
2000
8100
1500
Stora Enso Langgebrugge
17500
1300
6800
1500
Papierfabriek Doetinchem
3400
2100
2200
2000
Van Houtum Swalmen
740
3100
880
2000
Meerssen Papier
1200
800
nvt
nvt
Sappi Maastricht
21000
270
nvt
nvt
Sappi Nijmegen
8400
250
nvt
nvt
Crown van Gelder
8100
500
nvt
nvt
Veiligheidspapier Uchelen
360
350
nvt
nvt
Schut Papier
480
800
nvt
nvt
3
Geschikt
Minder geschikt
Niet geschikt
tabel 5 : Overzicht mogelijke gasproducties bij P&K fabrieken zonder anaërobe zuivering
Door hogere concentratie sulfaat is het water van Van Houtum in Swalmen minder geschikt voor anaërobe
zuivering. Het sulfaat dient als zuurstofbron waardoor enerzijds minder methaan wordt geproduceerd en
anderzijds een hoge concentratie sulfide in het proceswater ontstaat wat tot vergiftiging kan leiden. Door
aanpassingen in het proces bij Van Houtum, is de concentratie sulfaat de laatste jaren afgenomen
waardoor het toepassen van anaërobe zuivering op den duur mogelijk wordt.
Wisselingen van productie in combinatie met een relatief lage CZV zal het water van Papierfabriek
Doetinchem minder geschikt maken voor anaëroob zuiveren.
De fijnpapierfabrieken hebben allen een te lage CZV concentratie op anaërobe korreltechnologie toe te
passen. Dit maakt ze niet geschikt voor anaërobe zuivering. Op het moment dat door sluiting van de
kringloop hoger CZV concentraties haalbaar zijn, kan anaërobe zuivering interessant worden.
Met deze aannames is een potentie van:
3
Geschikt
8
8.6 miljoen m /jaar
3
Minder geschikt
2
1.1 miljoen m /jaar
Niet geschikt
5
De hoeveelheid biogas die geproduceerd kan worden uit CZV in het proceswater komt ongeveer overeen
met 5% van het gasgebruik van papierfabriek. Naast dit voordeel kan door het toepassen van de anaërobe
zuivering in het productie proces zorgen voor verlaging van de CZV concentratie in het proces. Voordelen
hiervan zijn lastig in te schatten maar kunnen zijn:
–
verbeterde runnabillity door betere water kwaliteit aan de machine;
–
minder geur problemen door lagere vetzuurconcentraties in het watersysteem;
–
lager water verbruik.
Deze voordelen zullen per locatie echter verschillen.
Om beter inzicht te krijgen in de mogelijkheden van anaëroob zuiveren van het proceswater op locaties
waar dit nu niet gebeurd en inzicht te krijgen in de economische haalbaarheid zijn van twee fabrieken de
cases verder uitgewerkt: Norske Skog Parenco en Huthamaki.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 11 -
Deze cases zijn gekozen omdat in beide gevallen het niet gelijk voor de hand ligt om anaëroob zuivering
te kiezen als zuiveringsstap. De CZV concentraties van het afvalwater van Norske Skog Parenco heeft
een relatief lage CZV waarde en hoge sulfaatwaardes. Door aanpassing van het proces is de concentratie
van CZV toegenomen en het sulfaat gehalte juist gedaald.
Huthamaki heeft momenteel geen biologische zuivering. Het proceswater heeft naast een hoge CZV
concentratie, een hogere temperatuur. Een eventueel toe te passen bioloog zal op een hogere
temperatuur moet functioneren.
6.1 Norske Skog Parenco
Huidige status
NSP produceert op twee machines 460.000 ton per jaar standaard en improved newsprint. De
voornaamste grondstof is de-inked pulp 75 %. Daarnaast wordt verse TMP vezel ingezet welke op de
locatie wordt geproduceerd.
Tijdens dit proces komt een proceswaterstroom vrij die wordt gezuiverd in de eigen waterzuivering en
vervolgens geloosd op het oppervlakte water.
De samenstelling van het proceswater is als volgt:
Influent zuivering
3
Debiet
m /d
14000
CZV
mg/l
2000
Temperatuur
°C
35-45
mg/l
275
Effluent zuivering
CZV
tabel 6: Samenstelling proceswater Norske Skog Parenco
In figuur 1 is de huidige opbouw van de zuivering weergegeven. Nadat in een indikker zwevende delen zijn
verwijderd door bezinking, wordt het water in een beluchte tank, zonder slibretentie, geleid. In deze tank
(biotoren) worden vooral makkelijk afbreekbare verbindingen (vetzuren) afgebroken. Vervolgens wordt het
proceswater vergaand gereinigd in een actief slibsysteem.
Zuiveren met anaërobe technologie
Reductie van het waterverbruik heeft ertoe geleid dat de CZV concentratie de laatste jaren is toegenomen.
Hierdoor is deze stroom beter geschikt, om in plaats van aëroob, anaëroob te gaan voorzuiveren.
Daarnaast is door wijziging van hulpstofgebruik (CO2 i.p.v. H2SO4) de concentratie aan sulfaat in het water
ook verder afgenomen.
In figuur 1 is deze mogelijkheid schematisch weergegeven.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 12 -
Huidige situatie
biotoren
beluchter
rivier
nabezinker
Voorbezinker
slibindikker
Zuivering met anaërobe reactor
anaërobe reactor
biogas
beluchter
Voorbezinker/
slibindikker
rivier
nabezinker
Figuur 1: Proces waterzuivering bij Norske Skog Parenco
Om een economisch vergelijk te kunnen maken zijn van deze twee opties in tabel 8 de belangrijkste
exploitatie kosten uitgezet.
De waardes die zijn gekozen voor de huidige situatie komen zoveel mogelijk overeen met de werkelijke
situatie. Voor het vergelijk van de exploitatie kosten tussen de huidige situatie en de waterzuivering met
een anaërobe stap zijn verder de volgende aannames gemaakt:
–
Energie prijs 0,07 €/kWh
–
Gasprijs
0,25€ kWh
–
Anaëroob rend.
65 % Zie grafiek 3 bij ingaande CZV van 2 g/l
–
Slibgroei
0,4 g slib/ per g CZVverwijderd. Dit is de totale slib productie dus inclusief as;
–
Slibontwatering
62% Het slib ontwaterd goed door hogere asrest; (mix dip- en AWZ slib)
–
Afvoer slib
0 €/kWh Slib wordt verwerkt in eigen slibverwerking;
–
E-verbr. beluchting 0,65 kWh/kg CZVverwijderd. In de huidige situatie komt dit overeen met 60 %
van de het totale verbruik energie op de huidige zuivering;
–
Arbeidskosten
Geen verschil tussen de twee situaties
–
Onderhoud
Geen verschil tussen de twee situaties
–
Heffing
Geen verandering in het effluent dus ook niet in de heffing
–
Chemicaliën
Door de lagere aërobe slibgroei met anaëroob voorzuiveren zullen minder
nutriënten nodig zijn. Dit kan oplopen tot de helft minder nutriënten.
debiet
Voorbeluchting
CZV in
E-verbruik
CZV reductie
m3/j
3
10 kWh/j
%
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
Huidig
5.554.570
1.950
1.950
30%
Anaëroob
5.554.570
kosten in €
Huidig
Anaëroob
136
0
bijlage 0
- 13 -
Anaëroob
CZV in
gas prod.
CZV reductie
Nabeluchting
CZV in
CZV uit
E-verbruik
slibgroei
slibgroei
ontwatering
afvoer
Kosten
mg/l
3
kNm CH4/j
%
mg/l
mg/l
3
10 kWh/j
gDS/gCZV
3
10 kgDS/j
%
3
10 kgDS/j
1.950
1.942
65%
1.365
285
3.599
0,4
2.400
50
4.799
780
285
1.650
0,4
1.100
50
2.200
-526
252
115
0
0
arbeid
onderhoud
heffing
chemicalien
10 €/j
3
10 €/j
3
10 €/j
3
10 €/j
3
300
65
200
250
300
65
200
200
expl. kost.
10 €/j
3
1.203
332
tabel 7 : Exploitatie kosten NSP met en zonder anaërobe zuivering
Conclusies
–
De huidige exploitatie kosten van 1,2 miljoen euro kunnen met 0,9 miljoen euro verlaagd worden
door i.p.v. het water voor te beluchten, anaërobe zuivering toe te passen;
–
Gasproductie mogelijk van 1,9 miljoen m3 CH4;
–
In de huidige situatie kost het zuiveren 9,2 miljoen kWh, met anaërobe zuivering levert de zuivering
9,9 miljoen kWh per jaar;
In 2006 is in Duitsland bij een newspaper producent met een vergelijkbare zuivering de voorbeluchting
omgebouwd tot een anaërobe zuivering om zo te kunnen voldoen aan toenemende vracht naar de
6
zuivering . Ook hier werd de zuivering van energie consument, producent. Aandachtspunt is wel de
veranderende slibeigenschappen in de actief slib installatie achter de anaërobie.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 14 -
6.2Huthamaki
Huidige status
Huhtamaki Nederland B.V., voorheen Leopack, is gevestigd in Franeker en produceert Eierverpakkingen
en Fruit & Groenteschalen uit vormkarton. Jaarlijks wordt ongeveer 35.000 ton product geproduceerd uit
oud papier. Huthamaki heeft geen waterzuivering waar CZV uit het water wordt verwijderd. De locatie in
Franeker draait vrijwel gesloten. Een kleine stroom proceswater wordt gespuid naar een communale
zuivering.
Het grootste gedeelte van de CZV in het water zal met het product worden afgevoerd.
De samenstelling van het proceswater is als volgt:
Proceswater
3
Debiet
m /d
10
CZV
mg/l
9000
Temperatuur
°C
45-60
karton
ton/j
35000
DS na pers
%
37
Productie
tabel 8: Proceswater samenstelling Huthamaki
In figuur 2 is schematisch het huidige proces weergegeven.
Het proceswater wordt niet gezuiverd. Doordat na vorming van het karton het droge stof gehalte 36% is zal
per ton papier 1,6 m3 water moeten worden verdampt. Een deel van de CZV die met de grondstof in het
water komt zal daardoor met het product afgevoerd worden en dit zorgt ervoor dat het CZV gehalte in het
afvalwater niet verder oploopt. Verdamping van water kost echter veel energie
Anaëroob zuiveren
Door het proceswater in de cyclus anaëroob te gaan zuiveren kan de bestaande CZV concentratie verder
omlaag worden gebracht zonder dat meer water moet worden verdampt of water moet worden geloosd.
In figuur 2 is schematisch weergegeven waar een anaërobe zuivering in de waterkringloop kan worden
geïntegreerd. Het biogas kan worden toegepast in de droogsectie van de kartonmachine.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 15 -
Huidige situatie
oud papier
schoon water
verdampen
kartonmachine
pulper
droger
product
spui naar RWZI
waterkringloop
Zuivering met anaërobe reactor
schoon water
oud papier
pulper
kartonmachine
anaërobe reactor
verdampen
droger
product
gas
waterkringloop
spui naar RWZI
Figuur 2: Waterkringloop met en zonder anaërobe zuivering bij Huthamaki
Door de sluiting van de kringloop en innovatieve maatregelen om energie te besparen is de temperatuur
van het proceswater in de huidige kringloop opgelopen tot boven de 45 °C. Dit betekent dat de anaërobe
zuivering in de kringloop bij Huthamaki ook bij deze temperatuur moet werken om niet te veel energie te
verliezen bij het afkoelen van het water voor zuivering. Onder deze condities (thermofiel) draait momenteel
geen anaërobe korrelreactor. Wel zijn pilot testen uitgevoerd onder thermofiele condities en heeft bij Eska
Graphic Board Hoogezand jaren lang een anaërobe korrelreactor onder deze condities gedraaid.
Nadat het proces water anaëroob is gezuiverd zijn veel verbindingen in het water gereduceerd. Om het
water opnieuw in te kunnen zetten dient het water eerst te worden geoxideerd zodat gereduceerde
verbindingen als waterstofsulfide geen stank problemen veroorzaken. Dit kan in een nageschakelde
beluchte tank. Bij VPK in Oudegem wordt sinds 1999 het proceswater in een interne kringloop behandeld
met een anaërobe reactor en een nageschakelde beluchting zonder slib.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 16 -
Exploitatie kosten
Om een economisch vergelijk te kunnen maken zijn van deze twee opties in tabel 8 de belangrijkste
exploitatie kosten uitgezet.
Voor het vergelijk van de exploitatie kosten tussen de huidige situatie en de waterzuivering met een
anaërobe stap zijn de volgende aannames gemaakt:
–
Energie prijs
0,07 €/kWh
–
Gasprijs
0,25€ kWh
–
Anaëroob rend.
70 % Zie grafiek 333 bij ingaande CZV van 3 g/l
–
Lozing
3500 m3/jaar;
–
VE prijs
50 € per verontreinigingseenheid;
–
Verdamping
0,7 kWh/ kg water;
–
Rendement gas
50 % rendement bij de droging;
–
Arbeidskosten
Geen verschil tussen de twee situaties;
–
Onderhoud
Geen verschil tussen de twee situaties;
–
Chemicaliën
Om anaërobe bacteriën te laten groeien zijn nutriënten nodig die aan het
water moeten worden gedoseerd.
kosten
Lozing
Gas
Machine
CZV
DS pers
verdampen
verdampen
chemicaliën
m3/j
VE
m3/j
g/l
%
ton/j
6
10 kWh
Huidig
3.500
644
Anaëroob
3.500
210
135.878
9,1
37%
59.595
43
3,0
37%
59.595
43
Huidig
Anaëroob
32.184
10.492
-33.970
2.151.861
2.151.861
€/j
kosten
2.500
2.184.045
2.130.883
per jaar bespaard
53.161
tabel 9: Exploitatie kosten met en zonder anaërobe reactor bij Huthamaki
Een schatting voor de benodigde zuivering geeft een reactor van 150 m3 waar 30 m3/h wordt behandeld.
Door de interne zuivering van het proceswater zal de CZV concentratie aan de machine dalen van ruim 9
naar 3 gram per liter. Deze verlaging zou kunnen leiden tot een verbeterde ontwatering aan de machine.
Op het moment dat 1% verbetering gehaald wordt hoeft 2500 m3 water minder te worden verdampt per
jaar. Dit scheelt 350.000 m3 gas.
Conclusies
–
Door anaëroob zuiveren zal gas worden geproduceerd uit stoffen die nu voornamelijk met het
product worden afgevoerd.
–
De CZV concentratie in de kringloop zal sterk dalen. Dit kan verschillende voordelen bieden;
–
Op het moment dat de verlaging van de CZV leidt tot verbetering van de ontwatering aan de karton
machine zal dit leiden tot drastische vermindering van het huidige gas verbruik;
–
Echter thermofiel proces nodig, etc.
7 CONCLUSIES EN AANBEVELING
De volgende hoeveelheden biogasproductie zijn haalbaar:
3
Optimalisatie huidige installaties
0,7 miljoen m per jaar
3
Nieuwe installaties
8,6 miljoen m per jaar
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 17 -
De huidige toepassingen van anaëroob zuivering in de Nederlandse en Vlaamse papier en karton
Industrie bewijzen dat de toepassing van deze techniek prima aansluit bij de procescondities in deze
industrie. Over het algemeen draaien deze installaties zonder veel problemen en bij een te verwachten
rendement. Kleine optimalisaties zijn soms mogelijk, deze zullen echter niet leiden tot sterke verhoging
van de huidig behaalde gasproductie. Maximaal 5 % verbetering is haalbaar.
Er wordt bij het toepassen van anaëroob zuiveren nog geen voorgeschakelde techniek gebruikt om
rendementen in de anaërobe reactor te verhogen. Het rendement wordt voor een deel bepaald door
moeilijk afbreekbare CZV in het water bijvoorbeeld lignines en hemi-cellulose die vanuit het hout in de
papierkringloop komen. Door deze verbindingen af te breken zou het rendement kunnen worden
verhoogd. Momenteel zijn er onderzoeken om uit allerlei (afval) stoffen van organische oorsprong
hernieuwbare grondstoffen, energie en energiedragers te maken. Ook hierbij is het belangrijk om de
moeilijk afbreekbare ligno-cellulose verbindingen om te zetten. Deze technieken zullen in de toekomst
wellicht ook voor verbeterde afbreekbaarheid kunnen leiden bij anaërobe behandeling van proceswater in
de P&K industrie
Bij veel van de papier en karton fabrieken die momenteel nog geen anaërobe zuivering hebben, zou dit
technologisch gezien prima mogelijk zijn. De samenstelling van het afvalwater is geschikt voor deze
zuiveringsstap.
Per locatie moet worden uitgezocht hoe deze techniek kan worden toegepast en wat de voordelen kunnen
zijn voor deze locatie. Naast de productie van biogas kunnen dat bijvoorbeeld verbetering van de
runnabillity van de papiermachine en verlaging van de geurbelasting zijn.
Een eerste inschatting geeft een verhoging van bijna 10 miljoen m3 biogas per jaar door het toepassen
van anaërobe technologieën.
Aanbevelingen
Voor verhoging van hoeveelheid geproduceerd biogas in de huidige anaërobe reactoren zijn nieuwe
innovatieve technieken nodig om ook moeilijk afbreekbare te kunnen omzetten in biogas. Momenteel wordt
er onderzoek gedaan naar dergelijke techniek maar niet in combinatie met een anaërobe korrelreactor.
Afbraak van deze materialen biedt echter naast de hogere gasproductie in de huidige anaërobe reactoren
7
ook andere voordelen (bijvoorbeeld reductie van de afvalstroom) op. Het verdient dan ook aanbeveling om
de mogelijkheden hiervan verder te inventariseren/onderzoeken.
Anaëroob zuiveren heeft zich de laatste tien jaar bewezen als kosten en energie gunstig zuivering in de
Nederlandse en Vlaamse P&K industrie. Op veel van de huidige locaties is anaëroob zuiveren prima
toepasbaar en zal het leiden tot een drastische reductie van het energieverbruik van de toegepaste
zuivering. Door enerzijds hoge investeringskosten voor anaërobe technologieën en anderzijds relatief lage
operationele kosten van de huidige zuiveringen is het lastig om tot de implementatie van meer anaërobe
reactoren in de Nederlandse P&K industrie te komen.
Door verder te kijken dan de eigen productie locaties is symbiose mogelijk met andere partijen waardoor
toepassing van anaërobe technologie wel interessant kan worden en daardoor een bijdrage kan leveren
aan de Energie transitie binnen de Nederlandse Papier Industrie. Hierbij kun je denken aan het
produceren van biogas uit organische reststromen van derden en zuivering van afvalwater in de anaërobe
zuivering van een P&K industrie
Daarnaast kan het toepassen van een anaërobe zuivering in de interne kringloop van de papier en karton
industrie leiden tot verlaging van de CZV concentratie in de fabriek en zo eventuele runnabillity problemen
of geuroverlast verlagen.
Per locatie zou een inschatting moeten worden gemaakt voor de toepassing van anaëroob zuiveren In een
dergelijke studie kan in kaart kan worden gebracht wat de voordelen voor deze locatie kunnen zijn.
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 0
- 18 -
8 COLOFON
Kenniscentrum Papier en Karton (KCPK)
Contactpersoon: dr.ir. Annita Westenbroek
IJsselburcht 3
6825 BS Arnhem
Telefoon +31 (0) 26-36 53 515
www.kcpk.nl
Koninklijke Vereniging van Nederlandse Papier- en kartonfabrieken (VNP)
Contactpersoon: Marco Diekstra MBA
Postbus 731
2130 AS Hoofddorp
Kruisweg 761
2132 NE Hoofddorp
Telefoon +31 (0) 20-65 43 055
www.vnp-online.nl
DHV B.V.
Contactpersoon: Peter Luimes
Laan 1914 nr. 35
3818 EX Amersfoort
Postbus 1132
3800 BC Amersfoort
T (033) 468 20 00
F (033) 468 28 01
www.dhv.nl
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
Opdrachtgever
: Energietransitie Papierketen, P2 Energie Neutraal Papier
Project
Dossier
Omvang rapport
Auteur
Bijdrage
Interne controle
Projectleider
Projectmanager
Datum
Naam/Paraaf
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie
WA-WT 20092054
19 pagina's
Peter Luimes
IWE, VPK GP SKR SKN en EGS
Frans Horjus
18 juni 2009
bijlage 0
- 19 -
BIJLAGE 1 Getallen Enquete deelnemende bedrijven
IWE
Influent
Debiet
pH
Geleiding
Zwevend stof
CZV
BZV
Vetzuren
NO3
Ammonium
KjN
totaal P
T
VBT
Volume
Gemiddelde verblijftijd
Effluent vbt is influent AR
pH
Zwevend stof
CZV
BZV
Vetzuren
NO3
Ammonium
KjN
P
en als ortho P
T
Hardheid
Alkaliteit
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
m3/h
Ms/cm
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
N mg/l
N mg/l
N mg/l
P mg/l
°C
m3/h
h
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
N mg/l
N mg/l
N mg/l
P mg/l
P mg/l
C
DH
meq
SKN
488
7,1
1138
3052
1529
1014
1
17,4
2
EGBS
65
6,4
3210
2017
3756
SKRP 4
52
4,9(fout)
4,1
41,0
SKRP 5
100
5,9
6725
3412
100
5,9
6725
3412
34
1,0
36,6
34
1,0
36,6
3665
7,5
350
0,8
350
4
225
1
225
1
6,5
122
3086
1609
1200
0
6,3
108
4035
2227
26,8
5,1(fout)
6,4
7
2400
5,9
318
6760
3417
5,9
318
6760
3417
13,1
81
16,5
12,5
30,5
92
-
13,1
81
16,5
12,5
30,5
92
-
20,3
3,3
73
4,1
700
3
0,3
12
2,5
37,1
71
1,1
37
50
2,2
bijlage 1
-1-
VPK
UASB
VPK
IC
143
6,84
3450
136
3930
2605
1484
400
6,84
3450
136
3930
2605
1484
3,4
85,3
9,7
39,2
3,4
85,3
9,7
39,2
nvt
nvt
3930
2605
1484
3930
2605
1484
3,4
85,3
9,7
3,4
85,3
9,7
39,2
39,2
GP
99
1478
99
1478
Anaerobie
Type
Volume
Oppervlakte
Opstroomsnelheid
Slib
Asgehalte slib
Ds gehalte reactor
slibhoogt
Hoeveelheid slib
Gas productie
CO2
H2S
CH4
Hoeveelheid gas
Anaerobie uit
Zwevend stof
pH
CZV
BZV
Vetzuren
Ammonium
KjN
totaal P
ortho P
T
SO4
Sulfide
Hardheid
Alkaliteit
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
UASB
m3
m/h
%
%
kg
%
%
%
m3/dag
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
N mg/l
N mg/l
P mg/l
P mg/l
°C
mg/l
mg/l
DH
meq
IWE
SKN
EGBS
SKRP 4
SKRP 5
UASB
2500
454
1,40
UASB
285
66,3
1,00
ic-reactor
250
12
80,00
IC Reactoren **
1250
50
2,25
IC Reactoren **
1250
50
2,25
21
15
2,75
187000
36,9
12
3,5
27600
16
8,7
11
13000
17,4
9
18,6
65518
85
1050
80
900
11,5
7,1
1303
401
186
7,1
24,2
6,9
4,2
36,9
100
6,8
650
55
30,3
31
20
19
0,8
82
11000
190
7,1
956
334
918
21,1
2,02
30,8
11
62
69
0
0,8
11
2
32
95
VPK
UASB
VPK
IC
UASB
2200
440
0,50
IC
1400
30
5,50
18,1
8
19
65518
44
12
2,5
122090
58,8
19,73
18
110898
26
0,1
74
7294
26
0,1
74
7100
16
0,6
83
3360
16
0,6
83
8760
470
6,8
945
195
1418
6,8
1081
229
4,8
42
10,2
8,7
35
86
-
4,9
45
11,3
8,7
35
86
-
170
7,18
1140
540
92
22
39
8,5
209
7,22
1608
765
145
8,1
43
10,1
35
0
40
0
61
60
bijlage 1
-2-
GP
699
139,8
0,71
22,8
8
4
975
556
18
4,9
IWE
Rendementen
CZV rendement
BZV rendemnent
kJN rendement
Gasproduktie
m3/d
m3CH4/d
m3/volume
m3CH4 /CZV
verwijderd
met temp correctie
Reactor belasting
retentie tijd
CZV vol.belasting
CZV belasting
%
%
%
h
kg czv/m3 dag
g czv/kg slib/d
g CZV /kg VSS
slib/d
Nutriënten
CZV/BZV in zuivering
CZV/BZV in ar
CZV/BZV uit
verzuring in zuivering
verzuring in AR
verzuring uit
in CZV/N verhouding
CZV/P verhouding
uit CZV/N verhouding
CZV/ N-NH4
CZV/P verhouding
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
SKN
EGBS
69%
79%
-21%
68%
82%
11000
9020
4,4
SKRP 4
VPK
UASB
VPK
IC
GP
84%
93%
-32%
71%
79%
54%
59%
71%
50%
62%
8%
86%
94%
-24%
1050
892,5
3,7
900
720
3,6
7294
5397,56
5,8
7100
5254
5,7
3360
2788,8
1,5
8760
7270,8
6,3
975
362
325
209
184
330
295
387
343
385
342
291
258
326
284
5,1
14,5
193
4,4
22,1
226
4,8
12,0
261
12,5
13,0
194
12,5
13,0
213
15,4
6,1
102
3,5
26,9
354
7,0
5,0
79
244
358
310
235
261
182
859
102
2,0
2,0
4,7
46%
49%
4%
83
410
24
221
96
1,5
1,5
2,1
2,1
41%
16%
200
960
59
813
325
2,0
2,0
4,8
46%
49%
4%
83
410
23
197
93
38%
8%
46
405
29
52
134
38%
9%
46
405
37
199
159
2,0
1,9
2,9
40%
50%
18%
152
935
45
473
73%
SKRP 5
1,8
3,2
40%
14%
984
54
184
189
bijlage 1
-3-
31
113
BIJLAGE 2 Voorbeeld enquête inventarisatie toepasbaarheid anaërobe zuivering
grootheid
Grondstof
soort
hoeveelheid
ton/dag
Water
soort( oppervlakte, grondwat. etc)
hoeveelheid
Zuivering
soort zuivering
concentratie begin zuivering
concentratie uit
hoeveelheid
Machine
CZV concentratie
productie
droge stof na de pers
m3/dag
mg CZV/l
mg CZV/l
m3/d
mg CZV/l
ton per
dag
%
Bijzonderheden
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 2
-1-
BIJLAGE 3 Literatuurverwijzingen
1
www.lenntech.com/water-zuivering-FAQ.htm
2
The value of anaerobic purification for pulp and paper effluents, Leo Habets, Michael Zumbrägel and
Martin Tielbaard
3
Anaerobic treatment of recycled papermill effluent with internal circulation reactor
W.J.B.M. Driessen*, L.H.A. Habets*, M. Zumbrägel*, C-O Wasenius**
4
Wastewater Engineering 3th edition; Metcalf en Eddy; McGraw Hill; NewYork 1991
5
Enquete Nederlandse papier en karton Industrie 2005 door C. Wientjes
6
Ombouw Reactor UPM. PTS presentatie
7
Vergisting van reststromen in de Nederlandse papier- en kartonindustrie, Eindrapportage Durest
projectonderdeel vergisting, SenterNovem
KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie
b4645
bijlage 3
-1-

Download Report