Search

Jaarlijkse kopen de waterschappen circa 9 miljoen kg poly-elektrolyt (PE) in voor de indikking en eindontwatering van het zuiveringsslib dat vrijkomt bij de rioolwaterzuiveringen in Nederland. De kosten hiervan bedragen naar schatting 14 miljoen euro per jaar. De milieu-impact die samengaat met de productie van deze hulpstof is daarnaast significant en heeft een groot aandeel (typisch 10-15%) van de totale CO2-voetafdruk van een rioolwaterzuivering. De goede werking van dit PE is verder van belang om een goed ontwateringsresultaat te bereiken en daardoor de kosten voor slibafzet zoveel mogelijk te beperken. Helaas is de keuze van het PE type vaak een zaak van uitproberen en daarnaast is er weinig inzicht in eventuele variaties in de kwaliteit van het PE zoals dat door de waterschappen wordt ingekocht. Daarom is in 2016 en 2017 door STOWA onderzoek uitbesteed aan Wetsus, Rijksuniversiteit Groningen en Aiforo om een methode te ontwikkelen om de kwaliteit van het PE te kunnen meten. Deze studie liet zien dat een combinatie van element-analyse en viscositeitsbepaling aan deze wens kon voldoen. De Vereniging van Zuiveringsbeheerders heeft de resultaten van deze studie opgepakt en na een openbare aanbesteding juni 2019 het laboratorium Intertek opdracht gegeven deze meetmethode verder uit te werken en te operationaliseren. In de tweede helft van 2019 heeft Intertek de methode verder verbeterd en gereed gemaakt voor accreditatie, waarna de waterschappen vanaf januari 2020 op reguliere basis PE monsters zijn gaan aanleveren voor analyse. Inmiddels zijn er gedurende bijna 4 jaar monsters genomen en geanalyseerd met de ontwikkelde methode. Deze rapportage geeft een samenvatting van de ontwikkelingen, inzichten en resultaten die sindsdien zijn verkregen.

Hybrid anion exchange adsorbents (HAIX) seem promising to prevent eutrophication and recover phosphate (P). HAIX consist of an anion exchange resin (AIX) backbone, promoting anion physisorption (outer-sphere complex), impregnated with iron (hydr)oxide nanoparticles (NPs), for selective P chemisorption (inner-sphere complex). In this work, for the first time, as far as we know, Zn-doped iron (hydr)oxide NPs were embedded in AIX, and the performances compared with conventional HAIX, both commercial and synthesized. Zn-doped HAIX displayed improved P adsorption performances. Mössbauer spectroscopy (MS) revealed the goethite nature of the NPs, against the “amorphous hydrous ferric oxide” claimed in literature. The P adsorption comparisons, made in synthetic solution and real wastewater, underlined the crucial role of the NPs for selective P adsorption, while improving the understanding on the competition between physisorption and chemisorption. In pure P synthetic solutions, especially at high P concentrations, physisorption can “hide” chemisorption. This depends also on the anion form of the AIX, due to their higher affinity for multivalent anions, which affects HAIX adsorption selectivity and P desorption. In fact, a mild alkaline regeneration over three adsorption–desorption cycles revealed a complex interaction between the regenerant OH− and the adsorbed P. OH− molecules are consumed to transform phosphate speciation, causing (stronger) P re-adsorption and preventing desorption. Finally, Mössbauer spectroscopy revealed NPs agglomeration/growth after the three cycles plus final regeneration at pH 14. This study provides further understanding on the P adsorption–desorption mechanism in HAIX, drawing attention on the choice of experimental conditions for reliable performance assessment, and questioning HAIX consistent P removal and efficient P recovery in the long-term., RST/Fundamental Aspects of Materials and Energy, RID/TS/Instrumenten groep

In a wastewater treatment plant (WWTP), several sludge streams exist and the composition of their liquid phase varies with time and place. For evaluating the potential for formation of precipitates and equilibria for weak acids/bases, the ionic strength and chemical composition need to be known. This information is often not available in literature, and even neglected in chemical model-based research. Based on a literature review, we proposed three ranges of concentration (low, typical and high) for the major constituents of the liquid phase of the different streams in a WWTP. The study also discusses the reasons for the concentration evolution, and the exceptional cases, to allow readers to consider the right range depending on their situation. The ionic strength of the different streams and the contribution of its constituents were calculated based on the ionic composition. The major contributors to the ionic strength for the wastewater-based streams (influent, effluent and mixed sludge) were Na+, Cl-, Mg2+ and Ca2+, representing 50-70% of the ionic strength. For digestate, NH4+ and HCO3- accounted for 65-75% of the ionic strength. Even though the ionic strength is recognized to impact several important wastewater treatment processes, its utilization in literature is not always adequate, which is discussed in this study., BT/Environmental Biotechnology

It was recently discovered that vivianite (Fe3(PO4)2.8H2O) could be magnetically extracted from digested activated sludge which opened a new route for phosphorus recovery (Wijdeveld et al. 2022). While its formation in digested sludge is regularly reported, it is not yet studied for fresh, undigested activated sludge. In particular, the extent to which vivianite could form during sludge storage is missing. The current research showed that iron reduction was completed after 2–4 days of anaerobic storage, and the vivianite appeared to form quickly from the pool of reduced iron made available. After sludge thickening at the wastewater treatment plant (30 h retention time), around 11% of the iron was vivianite. With subsequent 1–3 days of anaerobic storage, this fraction increased to 50–55%. After this storage, almost all the vivianite that could potentially form did form. This research concluded that efficient vivianite formation can be achieved without a sludge digester, showing phosphorus recovery potential from undigested sludge via vivianite recovery. Besides, the recovery of vivianite from undigested sludge presents advantages like the reduction of the sludge to dispose of and mitigation of the vivianite scaling formation., BT/Environmental Biotechnology, RST/Fundamental Aspects of Materials and Energy, Instrumenten groep, Team Amarante Bottger

Phosphorus (P) is an essential resource for food production and chemical industry. Phosphorus use has to become more sustainable and should include phosphorus recycling from secondary sources. About 20% of P ends up in sewage sludge, making this a substantial secondary P source. There is currently a technological gap to recover P from sludge locally at wastewater treatment plants (WWTP) that remove P by dosing iron. Vivianite (Fe3(PO4)2•8(H2O)) is the main iron phosphate mineral that forms during anaerobic digestion of sewage sludge, provided that enough iron is present. Vivianite is paramagnetic and can be recovered using a magnetic separator. In this study, we have scaled up vivianite separation from lab-scale to bench- and pilot-scale. Bench-scale tests showed good separation of vivianite from digested sewage sludge and that a pulsation force is crucial for obtaining a concentrate with a high P grade. A pilot-scale magnetic separator (capacity 1.0 m3/h) was used to recover vivianite from digested sewage sludge at a WWTP. Recirculating and reprocessing sludge allows over 80% vivianite recovery within three passes. A concentrated P-product was produced with a vivianite content of up to 800 mg/g and a P content of 98 mg/g. P recovery is limited by the amount of P bound in vivianite and can be increased by increased iron dosing. With sufficient iron dosing, the vivianite content can be increased, and subsequently more P can be recovered. This would allow compliance with existing German legislation, which requires a P recovery larger than 50%., BT/Environmental Biotechnology

The presence of soluble iron and phosphorus in wastewater sludge can lead to vivianite scaling. This problem is not often reported in literature, most likely due to the difficult identification and quantification of this mineral. It is usually present as a hard and blue deposit that can also be brown or black depending on its composition and location. From samples and information gathered in 14 wastewater treatment plants worldwide, it became clear that vivianite scaling is common and can cause operational issues. Vivianite scaling mainly occurred in 3 zones, for which formation hypotheses were discussed. Firstly, iron reduction seems to be the trigger for scaling in anaerobic zones like sludge pipes, mainly after sludge thickening. Secondly, pH increase was evaluated to be the major cause for the formation of a mixed scaling (a majority of oxidized vivianite with some iron hydroxides) around dewatering centrifuges of undigested sludge. Thirdly, the temperature dependence of vivianite solubility appears to be the driver for vivianite deposition in heat exchanger around mesophilic digesters (37 °C), while higher temperatures potentially aggravate the phenomenon, for instance in thermophilic digesters. Mitigation solutions like the use of buffer tanks or steam injections are discussed. Finally, best practices for safe mixing of sludges with each other are proposed, since poor admixing can contribute to scaling aggravation. The relevance of this study lays in the occurrence of ironphosphate scaling, while the use of iron coagulants will probably increase in the future to meet more stringent phosphorus discharge limits., BT/Environmental Biotechnology, Instrumenten groep, RST/Technici Pool

Jaarlijkse kopen de waterschappen circa 9 miljoen kg poly-elektrolyt (PE) in voor de indikking en eindontwatering van het zuiveringsslib ter waarde van 14 miljoen euro per jaar. De milieu impact van dit PE verbruik is significant en bovendien helpt een goed ontwateringsresultaat om de afzetkosten voor het zuiveringsslib te beperken. Er is nog géén methode beschikbaar om de kwaliteit van een type PE te monitoren. De kwaliteit is van belang om continuïteit van de ontwateringsresultaten te borgen en daarmee de afzetkosten voor zuiveringsslib te beperken. Daarom is in 2016 en 2017 door STOWA onderzoek uitbesteed aan Wetsus, Rijksuniversiteit Groningen en Aiforo om een methode te ontwikkelen om de kwaliteit van het PE te kunnen meten. Deze studie liet zien dat een combinatie van element-analyse en viscositeitsbepaling aan deze wens kon voldoen. Na een openbare aanbesteding juni 2019 heeft het laboratorium Intertek opdracht gekregen van de Vereniging van Zuiveringsbeheerders om deze meetmethode verder uit te werken, gereed te maken voor accreditatie en te operationaliseren. Vanaf januari 2020 zijn de waterschappen op reguliere basis PE monsters gaan aanleveren voor analyse. Inmiddels zijn er gedurende een jaar meer dan 322 monsters aangeleverd door de waterschappen. Dit rapport geeft een tussentijdse analyse van de resultaten.

The recovery of phosphorus from secondary sources like sewage sludge is essential in a world suffering from resources depletion. Recent studies have demonstrated that phosphorus can be magnetically recovered as vivianite (Fe(II)3(PO4)2∗8H2O) from the digested sludge (DS) of Waste Water Treatment Plants (WWTP) dosing iron. To study the production of vivianite in digested sludge, the quantity of Fe dosed at the WWTP of Nieuwveer (The Netherlands) was increased (from 0.83 to 1.53 kg Fe/kg P in the influent), and the possible benefits for the functioning of the WWTP were evaluated. Higher Fe dosing is not only relevant for P-recovery, but also for maximal recovery of organics from influent for e.g. biogas production. The share of phosphorus present as vivianite in the DS increased from 20% to 50% after the increase in Fe dosing, making more phosphorus available for future magnetic recovery. This increase was directly proportional to the increase of Fe in DS, suggesting that vivianite could be favored not only thermodynamically, but also kinetically. Interestingly, analyses suggest that several types of vivianite are formed in the WWTP, and could differ in their purity, oxidation state or crystallinity. These differences could have an impact on the subsequent magnetic separation. Following the Fe dosing increase, P in the effluent and H2S in the biogas both decreased: 1.28 to 0.42 ppm for P and 26 to 8 ppm for H2S. No negative impact on the nitrogen removal, biogas production, COD removal or dewaterability was observed. Since quantification of vivianite in DS is complicated, previous studies were reviewed and we proposed a more accurate Mössbauer spectroscopy analysis and fitting for sludge samples. This study is important from a P recovery point of view, but also because iron addition can play a crucial role in future resource recovery wastewater facilities., BT/Environmental Biotechnology, Instrumenten groep, RST/Technici Pool

Sulfide is frequently suggested as a tool to release and recover phosphate from iron phosphate rich waste streams, such as sewage sludge, although systematic studies on mechanisms and efficiencies are missing. Batch experiments were conducted with different synthetic iron phosphates (purchased Fe(III)P, Fe(III)P synthesized in the lab and vivianite, Fe(II)3(PO4)2*8H2O), various sewage sludges (with different molar Fe:P ratios) and sewage sludge ash. When sulfide was added to synthetic iron phosphates (molar Fe:S = 1), phosphate release was completed within 1 h with a maximum release of 92% (vivianite), 60% (purchased Fe(III)P) and 76% (synthesized Fe(III)P). In the latter experiment, rebinding of phosphate to Fe(II) decreased net phosphate release to 56%. Prior to the re-precipitation, phosphate release was very efficient (P released/S input) because it was driven by Fe(III) reduction and not by, more sulfide demanding, FeSx formation. This was confirmed in low dose sulfide experiments without significant FeSx formation. Phosphate release from vivianite was very efficient because sulfide reacts directly (1:1) with Fe(II) to form FeSx, without Fe(III) reduction. At the same time vivianite-Fe(II) is as efficient as Fe(III) in binding phosphate. From digested sewage sludge, sulfide dissolved maximally 30% of all phosphate, from the sludge with the highest iron content which was not as high as suggested in earlier studies. Sludge dewaterability (capillary suction test, 0.13 ± 0.015 g2(s2m4)−1) dropped significantly after sulfide addition (0.06 ± 0.004 g2(s2m4)−1). Insignificant net phosphate release (1.5%) was observed from sewage sludge ash. Overall, sulfide can be a useful tool to release and recover phosphate bound to iron from sewage sludge. Drawbacks -deterioration of the dewaterability and a net pho, BT/Environmental Biotechnology, RST/Technici Pool

To prevent eutrophication of surface water, phosphate needs to be removed from sewage. Iron (Fe) dosing is commonly used to achieve this goal either as the main strategy or in support of biological removal. Vivianite (Fe(II) 3 (PO 4 ) 2 * 8H 2 O) plays a crucial role in capturing the phosphate, and if enough iron is present in the sludge after anaerobic digestion, 70–90% of total phosphorus (P) can be bound in vivianite. Based on its paramagnetism and inspired by technologies used in the mining industry, a magnetic separation procedure has been developed. Two digested sludges from sewage treatment plants using Chemical Phosphorus Removal were processed with a lab-scale Jones magnetic separator with an emphasis on the characterization of the recovered vivianite and the P-rich caustic solution. The recovered fractions were analyzed with various analytical techniques (e.g., ICP-OES, TG-DSC-MS, XRD and Mössbauer spectroscopy). The magnetic separation showed a concentration factor for phosphorus and iron of 2–3. The separated fractions consist of 52–62% of vivianite, 20% of organic matter, less than 10% of quartz and a small quantity of siderite. More than 80% of the P in the recovered vivianite mixture can be released and thus recovered via an alkaline treatment while the resulting iron oxide has the potential to be reused. Moreover, the trace elements in the P-rich caustic solution meet the future legislation for recovered phosphorus salts and are comparable to the usual content in Phosphate rock. The efficiency of the magnetic separation and the advantages of its implementation in WWTP are also discussed in this paper., Accepted Author Manuscript, BT/Environmental Biotechnology, Instrumenten groep, RST/Technici Pool, Sanitary Engineering, Resources & Recycling

Dit onderzoek ging over de invloed van toegevoegde kationen en beluchting op de ontwaterbaarheid van uitgegist zuiveringsslib. Labtesten werden gecombineerd met praktijktesten op de rwzi’s Nieuwgraaf, Beverwijk en Amsterdam West. Effecten bleken te verschillen van locatie tot locatie. Op rwzi Nieuwgraaf kan de toevoeging van ijzerzouten naar verwachting leiden tot een besparing van ca € 200.000,- per jaar. Op rwzi Amsterdam West bleek dat extra beluchting van slib voor verhoging van de struvietproductie, de positieve effecten van magnesium op de ontwaterbaarheid kan beperken. Op de locatie Beverwijk bleek er een optimum te zitten in de PE-dosering. Voorbij dit optimum leidt dosering van kationen juist tot hogere slibverwerkingskosten. Daarom is het belangrijk om op elke locatie verkennende lab- en praktijktests te doen om in te schatten wat het te verwachten effect is en welke dosering nodig is om een bepaald effect te bereiken. Locaties met een hoog PE verbruik komen als eerste in aanmerking voor verkennend onderzoek.

Iron is an important element for modern sewage treatment, inter alia to remove phosphorus from sewage. However, phosphorus recovery from iron phosphorus containing sewage sludge, without incineration, is not yet economical. We believe, increasing the knowledge about iron-phosphorus speciation in sewage sludge can help to identify new routes for phosphorus recovery. Surplus and digested sludge of two sewage treatment plants was investigated. The plants relied either solely on iron based phosphorus removal or on biological phosphorus removal supported by iron dosing. Mössbauer spectroscopy showed that vivianite and pyrite were the dominating iron compounds in the surplus and anaerobically digested sludge solids in both plants. Mössbauer spectroscopy and XRD suggested that vivianite bound phosphorus made up between 10 and 30% (in the plant relying mainly on biological removal) and between 40 and 50% of total phosphorus (in the plant that relies on iron based phosphorus removal). Furthermore, Mössbauer spectroscopy indicated that none of the samples contained a significant amount of Fe(III), even though aerated treatment stages existed and although besides Fe(II) also Fe(III) was dosed. We hypothesize that chemical/microbial Fe(III) reduction in the treatment lines is relatively quick and triggers vivianite formation. Once formed, vivianite may endure oxygenated treatment zones due to slow oxidation kinetics and due to oxygen diffusion limitations into sludge flocs. These results indicate that vivianite is the major iron phosphorus compound in sewage treatment plants with moderate iron dosing. We hypothesize that vivianite is dominating in most plants where iron is dosed for phosphorus removal which could offer new routes for phosphorus recovery., Accepted Author Manuscript, BT/Environmental Biotechnology, RST/Fundamental Aspects of Materials and Energy

Om flow binnen hedendaagse primetime RTL 4 programmering aan te tonen is er een analyse uitgevoerd aan de hand van Raymond Williams’ analysemethode uit 1974. Ondanks technologische en culturele ontwikkelingen sinds de introductie van het concept flow door Williams is er nog steeds een planned flow binnen de RTL 4 primetime broadcasting te herkennen. Deze wordt bewerkstelligt door middel van verschillende strategieën en methodes die ook inspelen op deze verschillende ontwikkelingen.

Water zuiverten is kostbaar. In 2009 bedroegen alleen al de operationele kosten voor het ontwateren van zuiveringsslib 43 miljoen euro, waarvan 40 procent werd besteed aan chemicaliën (polymeren), die de ontwatering verbeteren. STOWA onderzocht de trends in de ontwatering van het zuiveringsslib. Het polymeerverbruik blijkt fors toe te nemen, terwijl het ontwateringsresultaat gelijk blijft. Hoe kan dat?

Het ontwateren van zuiveringslib van rioolwaterzuiveringen is een belangrijke kostenpost. De operationele kosten voor het ontwateren van slib bedroegen 43 miljoen euro in 2009. Hiervan werd 18 miljoen euro uitgegeven aan de inkoop van chemicaliën voor de verbetering van de ontwatering. In opdracht van de STOWA is een onderzoek uitgevoerd naar trends in de ontwatering van het slib. Het onderzoek laat zien dat er vanaf 2008 sprake is van een forse toename van het polymeerverbruik terwijl het ontwateringsresultaat gelijk blijft.

STOWA heeft samen met Waterschap Regge en Dinkel, Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden en Slibverwerking Noord-Brabant (SNB) een onderzoek laten uitvoeren om inzicht te krijgen in de rol van zwavel in een rioolwaterzuivering. Deze studie had twee specifieke doelen. Ten eerste het verkennen van mogelijkheden voor het toepassen van denitrificatie op basis van zwavel en ten tweede vaststellen of het mogelijk is de aan zwavel gerelateerde kosten in de slibverwerkingsketen te verlagen. Uit metingen op rwzi Hengelo bleek dat zwavel hoofdzakelijk aanwezig is als sulfaat in het afvalwater en dat het grotendeels onveranderd door de zuivering gaat. Gereduceerd zwavel voor denitrificatie (sulfide of elementair zwavel) moet dus, in geconcentreerde vorm, van buiten de rwzi worden gehaald. Van de doorgerekende scenario’s blijkt het doseren van een sulfiderijke afvalstroom het meest kansrijk. Opvallend is dat uit de kostenanalyse van zwavelbehandeling in de slibverwerkingsketen blijkt dat ijzerdosering aan de slibgisting voor de verlaging van het sulfidegehalte van het biogas maar in een beperkt aantal gevallen de voordeligste keus is. Biogasbehandeling is in veel gevallen kosteneffectiever.

In Nederland wordt circa de helft van het communale zuiveringsslib verbrand in speciale verbrandingsinstallatie's in Moerdijk (Slibverwerking Noord-Brabant) en Dordrecht (DRSH). Het overige slib wordt na droging of compostering meeverbrand in kolencentrales of cementovens. Fosfaat komt in de as terecht en wordt daarmee aan de natuurlijke kringloop onttrokken. Zowel in Nederland als in de rest van Europa wordt onderzoek verricht om het waardevolle fosfaat uit stedelijk afvalwater en/of zuiveringsslib terug te winnen. Slibverbrandingsas kan dienen als een vervanger van de normale fosfaatdelfstof als het ijzergehalte voldoende laag is. Slibverwerking Noord-Brabant (SNB) heeft in twee grootschalige proeven met beperkte investeringen as met een lager ijzergehalte geproduceerd die vervolgens door het internationale bedrijf Thermphos als grondstof voor de fosforproductie gebruikt wordt. SNB en STOWA hebben gezamenlijk de haalbaarheid van deze fosfaatroute in een bureaustudie in kaart gebracht

Slibverwerking Noord-Brabant (SNB) en Thermphos International BV voeren deze winter een grootschalige proef uit om na te gaan of rioolslibas een grondstof is voor de productie van fosfor. Voor deze proef zal SNB in een periode van vijf maanden 2000 ton speciale, ijzerarme as produceren die vervolgens ingezet wordt bij Thermphos als grondstof. Naar verwachting kan hiermee ca. 200 ton fosfor worden hergebruikt. De proef volgt op een eerdere, kleinere proef begin 2006 waarbij 350 ton speciale as werd geproduceerd. Tegelijk met deze proef onderzoeken SNB en de STOWA of het mogelijk is om het potentieel voor deze techniek nog te vergroten