De hoeveelheid slib afkomstig van de biologische zuivering van afvalwater neemt zowel in Vlaanderen als in de rest van Europa sterk toe, enerzijds door een uitbreiding van de waterzuiveringscapaciteit, anderzijds door de striktere normen voor het gezuiverde water.
Huidige problemen met betrekking tot het afvalwaterzuiveringsslib betreffen de risico?s voor het milieu en de menselijke gezondheid en de hoge verwerkingskosten.
In het kader van deze scriptie werd de mogelijkheid onderzocht om hydrothermale conversie (HTC) te gebruiken voor de verwerking van waterzuiveringsslib met terugwinning van nuttige energie en/of nuttige grondstoffen. Het hydrothermaal conversieproces vindt plaats bij hoge temperaturen (150 - 360 °C) en overeenkomstige hoge drukken (50 ? 185 bar). Het voordeel van het hydrothermaal conversieproces is dat het waterzuiveringsslib niet vooraf ontwaterd moet worden. Het slib dat ontstaat in de waterzuiveringsinstallatie heeft een droge stofgehalte van ca. 3 % en kan het HTC-proces zonder voorbehandeling ingaan.
Er werd getracht inzicht te verwerven in het hydrothermaal conversieproces zelf en tevens werd het potentieel van de hydrothermale conversie van waterzuiveringsslib als leverancier van nuttige energie en/of nuttige grondstoffen onderzocht.
De invloed van verschillende reactieomstandigheden werd uitgetest, met name wijzigende reactietemperatuur en ?tijd, toevoeging van base en toevoeging van een oxidans. De invloed van het droge stofgehalte van het gebruikte waterzuiveringsslib werd eveneens onderzocht.
Of het proces nuttige energie kan leveren, werd onderzocht via solventextractie en bepaling van de calorische waarde van een oliefase. Chemische analyses werden uitgevoerd ter bepaling van de mogelijkheid van het HTC-proces voor de levering van nuttige grondstoffen.
Uit het onderzoek blijkt dat het HTC-proces aanleiding geeft tot een koek met een hoger droge stofgehalte ten opzichte van de koek van waterzuiveringsslib, wat een verbetering van de ontwaterbaarheid van de koek betekent. Het HTC-proces zorgt tevens voor een overgang van componenten en energie vanuit de koek naar het supernatans en de gasfase.
Een hogere reactietemperatuur van het HTC-proces leidt tot een koek met een hoger droge stofgehalte. Een hogere reactietemperatuur en een langere reactietijd leiden beiden tot een hogere graad van vervluchtiging van organische stof en tot een vermindering van energie in het HTC-slib.
Toevoeging van 8,40 % Na2CO3 op droge stofbasis zorgt ervoor dat er een dubbel zoveel droge stof en anderhalf keer zoveel energie vanuit de koek in het supernatans terechtkomt in vergelijking met hetzelfde HTC-proces zonder toevoeging van Na2CO3.
De toevoeging van H2O2 heeft tegen de verwachtingen in, weinig effect op de hydrothermale conversie van waterzuiveringsslib.
Het toevoegen van Na2CO3 heeft het grootste effect op de terugwinning van nuttige energie via het HTC-proces. Bij HTC van waterzuiveringsslib met ca. 3,5 % droge stof bij 300 °C gedurende 30 minuten en met toevoeging van 8,40 % Na2CO3 op droge stofbasis, wordt 26,8 % van de oorspronkelijke energie aanwezig in het waterzuiveringsslib teruggevonden in de oliefase. Op droge stofbasis en op organische stofbasis komt dit overeen met een olieopbrengst van respectievelijk 12,3 % (m/m) en 19,5 % (m/m). De oliefase bezit een energiedichtheid van 31 MJ kg-1. Ongeveer 12 % van de energie nodig om het slib op te warmen tot 300 °C wordt teruggewonnen in de olie.
Dezelfde HTC-reactie zonder toevoeging van Na2CO3 resulteert in olieopbrengsten die ongeveer de helft bedragen van de hierboven vermelde opbrengsten en resulteert in een olie met een energiedichtheid van 29 MJ kg-1.
Het effect van een hoger droge stofgehalte van het uitgangsmateriaal werd enkel onderzocht op de graad van terugwinning in de oliefase. Een hoger droge stofgehalte heeft een positief effect op de energiebalans van het HTC-proces. Bij dezelfde HTC-reactie als hierboven beschreven met waterzuiveringsslib met een droge stofgehalte van ca. 14 %, wordt immers 31,4 % van de oorspronkelijke energie aanwezig in het waterzuiveringsslib teruggevonden in de oliefase. Op droge stofbasis en op organische stofbasis komt dit overeen met een olieopbrengst van respectievelijk 15,1 % (m/m) en 24,0 % (m/m). Ca. 44 % van de energie nodig om het slib op te warmen tot 300 °C wordt teruggewonnen in de olie.
Wanneer waterzuiveringsslib met een droge stofgehalte van 14 % hydrothermaal geconverteerd wordt, bedraagt de netto kost van de energie nodig om het slib op te warmen tot 300 °C 70 ? per ton droge stof als de gewonnen olie gebruikt wordt voor de opwarming van het slib en de overige energie geleverd wordt door aardgas (0,05 ? kWh-1).
De kost om slib met een droge stofgehalte van 25 % tot 300 °C op te warmen werd theoretisch berekend en komt neer op 15 ? per ton droge stof na gebruik van de gewonnen olie. Hierbij werd nog geen rekening gehouden met het gebruik van warmtewisselaars.
Uit het onderzoek in het kader van deze scriptie blijkt dat de mogelijkheid om nuttige grondstoffen andere dan brandstof terug te winnen uit het HTC-slib eerder gering is, hoewel hier nog verder onderzoek op verricht dient te worden.
Het potentiële gebruik van de hydrothermale conversie van waterzuiveringsslib ligt hoofdzakelijk in de terugwinning van nuttige energie. De stijgende olieprijzen en de trend om over te schakelen naar biobrandstoffen van de tweede generatie maken het HTC-proces van waterzuiveringsslib aantrekkelijker. Er dient echter verder onderzoek verricht te worden naar de totale kostenbalans om de economische haalbaarheid van het proces beter in te schatten.

Auteur: Ellen Krott
Herkomst: Universiteit Gent, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen