Kan de nieuwe waterzuiveringstechniek AndicosTM de heilige Ganges redden?
Heilige rivier de Ganges in India is een open riool
De Ganges is in India een heilige rivier vernoemd naar een hindoe-godin. Bijna een miljard hindoes geloven dat ze van hun zonden bevrijd worden als ze erin baden. Ook zijn honderden miljoenen mensen in de rivierbekken afhankelijk van de Ganges voor drinkwater en de irrigatie van hun akkers.
Door de pijlsnelle economische en demografische groei in Noord-India is deze regio ook een grote vervuiler geworden. De ontwikkeling van zuiveringsinstallaties heeft echter de snelgroeiende afvalwaterproductie nog niet bijgebeend, waardoor miljoenensteden ongezuiverd rioolwater rechtstreeks afvoeren in de Ganges. Nog gevaarlijker is dat er giftige industriële reststromen in de rivier geloosd worden. Hierdoor transformeert het kristalheldere water van de Ganges langzaam maar zeker tot een openbaar riool. Veel Indiërs zeggen daarom: "Moeder Ganges is stervende."
Momenteel wordt slechts 20% van het stedelijke afvalwater gereinigd door zuiveringsinstallaties met als gevolg dat rioolwater en chemische effluenten rechtstreeks in het rivierwater terechtkomen met enorme gezondheidsrisico’s tot gevolg. Zo sterven er naar schatting jaarlijks een half miljoen kinderen in India door vervuild drinkwater. Daarnaast is de onverwerkte productie van stedelijk organisch afval een grote bedreiging voor de ecologische staat van de Ganges.
Kanpur: hoofdstad der vervuiling
De hoogste verontreinigingsgraden van de Ganges worden waargenomen in de riviersectie rondom de stad Kanpur. Zo produceert Kanpur ongeveer 600 miljoen liter afvalwater per dag waarvan er slechts 100 miljoen liter kan gereinigd worden door de bestaande zuiveringsinstallaties. Dit afvalwater wordt niet enkel geproduceerd door de 3 miljoen inwoners, maar is ook afkomstig van de honderden leerlooierijen op de oevers van de Ganges die hun giftige chemicaliën in de rivier lozen en daarmee de gevaarlijkste veroorzaker van de vervuilde rivier zijn.
Om de Ganges te herstellen is er een urgente nood aan een verhoogde afvalwaterverwerkingscapaciteit. De uitbreiding van de conventionele waterzuiveringsinstallaties zou echter gepaard gaan met enkele grote nadelen zoals minderwaardige verwijderingsefficiënties, hoge investeringskosten, grootschalig grondgebruik en een aanzienlijk energiegebruik. De hoogdringende expansie van de Indiase waterzuiveringssector blijft dan ook tot op de dag van vandaag uit.
AndicosTM: een nieuwe zuiveringstechniek
Het gebrek aan zuiveringstechnieken aangepast aan de context van ontwikkelingslanden is dus de voornaamste oorzaak van de sputterende implementatie van waterzuiveringsinstallaties. Om mijn steentje bij te dragen in de strijd tegen de teloorgang van de heilige Ganges, trok ik naar India om een nieuwe waterzuiveringstechniek te vinden aangepast aan het decor van metropool Kanpur.
Naar anaeroob-gebaseerde zuivering?
Traditioneel wordt er gefocust op aerobe zuiveringsinstallaties, echter werd het al snel duidelijk dat een anaeroob-gebaseerd conversie proces enkele voordelen heeft tot traditionele aerobe conversie. Het anaerobe vergistingsproces wordt geassocieerd met een gereduceerd energieverbruik en slibproductie door de afwezigheid van beluchting. Dit verlaagt de kosten van energie en slibverwerking. Gedurende het vergistingsproces wordt er bovendien een methaanrijk biogas geproduceerd dat kan dienen als een waardevolle energiebron. Ondanks de voordelen van anaerobe digestie en het tropische Indische klimaat dat de rendabiliteit van het vergistingsproces stimuleert, zijn de gebruikelijke anaerobe vergisters niet rechtstreeks toepasbaar op rioolwater door de lage organische belasting van dit water dat de efficiëntie van dit proces reduceert.
Aerobe conversie vs anaerobe conversie
De nieuwe waterzuiveringstechniek AndicosTM, dat ultrafiltratie van afvalwater combineert met anaerobe digestie van het organisch-rijke retentaat en organisch stedelijk afval in één systeem, kan de problemen gerelateerd met de implementatie van anaerobe digestie overwinnen en de omschakeling naar anaerobe conversie stimuleren. Gedurende de ultrafiltratie kan enerzijds een goede effluentkwaliteit gegenereerd worden en anderzijds produceert het een geconcentreerd retentaat. Het geconcentreerde retentaat gecombineerd met organisch stedelijk afval resulteert in een organisch-rijke stroom geschikt voor vergisting.
Operationeel schema van de AndicosTM-technologie
Zoektocht naar optimale instellingen
Om de AndicosTM-technologie te kunnen implementeren in Kanpur moest er gezocht worden naar de optimale instellingen van deze technologie met respect tot de Indiase context. Om de gewenste continuïteit van de membraanfiltratie te bekomen bij een zo hoog mogelijke flux, moest het membraanverstoppingsproces bestudeerd worden. Daarnaast moest er ook gekeken worden naar een optimale balans tussen effluentkwaliteit en organische concentratie in de membraantank om zowel ecologische als economische incentives te bevredigen. De filtratie experimenten met het afvalwater van Kanpur toonde aan dat de optimale filtratieflux gelijk was aan 25 L.h-1.m-2 om zoveel als mogelijk effluent te genereren met minimale vuilafzetting tegen het membraan.
Membraanverstopping in functie van filtratieflux
Het ultrafiltratie proces was instaat om efficiënt organische materie vast te houden van het rioolwater (91.4%). Een deel van het vastgehouden organisch materiaal ging verloren door biodegradatie in de membraantank (32.8%), maar het overige gedeelte van de geaccumuleerde organische materie kon gebruikt worden voor anaerobe vergisting. Doordat de effluentkwaliteit sterk gecorreleerd was met de concentratiefactor van het organisch materiaal in de membraantank, was de hoogst haalbare organische concentratie in de tank gelijk aan 9096mg.L-1 om in overeenkomst te blijven met de Indische milieuwetgeving doch een economisch rendabele vergisting te creëren.
Van energieverslinder tot energieproducent
Om de assumptie van de gereduceerde operationele kosten door biogas productie te valideren, werd de biologische afbreekbaarheid getest in een vergistingstest. Anaerobe digestie van het retentaat gecombineerd met organisch stedelijk afval toonde een biologische afbreekbaarheid van 71%. Met behulp van de anaerobe digestie kan er 3.66kWh stroom geproduceerd worden per kubieke meter gezuiverd afvalwater bij een elektrische conversie van 40%, wat beduidend meer is als de stroomverbruik door membraan filtratie (0.4kWh/m3rioolwater). Dus, de AndicosTM-technologie kan afvalwaterzuivering verschuiven van een netto-energieverbruiker naar een netto-energieleverancier wat het een winstgevende investering kan maken.
Effluentkwaliteit in functie van concentratiefactor in membraantank
Van energieverslinder tot energieproducent
Om de assumptie van de gereduceerde operationele kosten door biogasproductie te valideren, werd de biologische afbreekbaarheid getest in een vergistingstest. Anaerobe digestie van het retentaat gecombineerd met organisch stedelijk afval toonde een biologische afbreekbaarheid van 71%. Met behulp van de anaerobe digestie kan er 3.66kWh stroom geproduceerd worden per kubieke meter gezuiverd afvalwater bij een elektrische conversie van 40%, wat beduidend meer is dan het stroomverbruik door membraanfiltratie (0.4kWh/m3rioolwater). Dus, de AndicosTM-technologie kan afvalwaterzuivering verschuiven van een netto-energieverbruiker naar een netto-energieleverancier wat het een winstgevende investering kan maken.
De Ganges terug kristalhelder?
Het filtratieproces liet hogere verwijderingsefficienties op tekenen voor de belangrijkste milieucontaminanten dan de bestaande zuiveringsinstallaties in Kanpur. Ook werden de toxische chemicaliën van de leerlooierijen beduidend efficiënter verwijderd door de AndicosTM-technologie dan de huidige waterzuiveringsinstallaties van Kanpur (100% vs 77.1%). De implementatie van een full-scale AndicosTM faciliteit kan dan ook de vervuilingsbelasting van rioolwater van Kanpur verminderen van 786 ton per dag tot 128 ton per dag, waardoor de kwaliteit van de Ganges drastisch kan verbeteren.
Dus?!
Er kan geconcludeerd worden dat de AndicosTM-technologie een economische en duurzame afvalwaterzuiveringstechniek is die een excellente effluentkwaliteit creëert om de Ganges te herstellen waarbij het tevens een netto-energieleverancier kan zijn.
Economische en ecologische vergelijking van waterzuiveringstechnieken
