Het water- en milieutechnologielaboratorium van Aalto University verspreidt een onmiskenbare geur van het riool - en deze stank heeft zijn wortels in een mislukt West-Afrikaans recyclingbedrijf.

Toen ik drie jaar geleden in Ghana werkte, postdoctoraal onderzoeker Surendra Pradhan moest erkennen dat zijn afvalwaterbedrijf weinig zin had.

"Recycling is altijd lovenswaardig, maar zelden economisch levensvatbaar. We lanceerden verschillende projecten en ontdekten dat het verrassend moeilijk was om ons product te verkopen. De gemiddelde boer gebruikte geen compost en vooral voor drijfmest met menselijk afval waren er weinig kopers. Uiteindelijk kwam ik tot de conclusie dat de meest verstandige optie was om iets te maken waar al een markt voor was."

Ontsnappen aan een zinloze cyclus

Pradhan begon de zaak te onderzoeken en ontdekte dat de beste manier om stikstof uit afvalwater te gebruiken was om het terug te winnen in ammoniumsulfaatvorm, dat wordt gebruikt in meststoffen en geen restchemicaliën en geneesmiddelen bevat die vaak in drijfmest aanwezig zijn. Als bonus, hetzelfde proces kan een ander eutrofiëringsmiddel terugwinnen, fosfor, die tot nu toe heeft zoals stikstof, meestal een probleem dat afvalwaterzuiveringsinstallaties moeten verwijderen.

traditioneel, de meststikstof die nodig is voor ammoniumsulfaat is gemaakt volgens de Haber-Bosch-methode, een proces dat honderd jaar geleden door Duitse wetenschappers is ontwikkeld en waarbij stikstof uit de lucht wordt omgezet in ammoniak. Het proces vereist hoge temperaturen en drukken, en is dus nogal een veelvraat voor energie:de productie van kunstmeststikstof is goed voor naar schatting twee procent van het wereldwijde energieverbruik.

Pradhan en zijn onderzoekscollega's aan de Aalto University ontwikkelden een methode voor het opvangen van voedingsstoffen die afvalwater naar een reactor leidt waar de pH-waarde wordt verhoogd met calciumhydroxide, zodat de ammoniakale stikstof van het water wordt omgezet in gasvormige ammoniak. Voor zijn deel, de ammoniak wordt via een semi-permeabel membraan afgescheiden waarna het wordt opgelost in zwavelzuur om ammoniumsulfaat te vormen. De fosfor in het water wordt met calciumzouten neergeslagen en kan dan als meststof worden gebruikt.

"Zoals calcium is, naast stikstof en fosfor, de belangrijkste voedingsstof die nodig is voor het verbouwen van gewassen in de zure grond van Finland, het gebruik van van calcium afgeleide stoffen om de pH-waarden te verhogen, verhoogt de kosten niet, omdat het uiteindelijk een onderdeel van het eindproduct wordt, ", zegt postdoctoraal onderzoeker Anna Mikola.

Het testen van de methode begon met een kleine containerversie en is nu uitgegroeid tot een iets grotere reactor. De resultaten zijn veelbelovend. Experimenten zijn erin geslaagd om tot 99% van de stikstof en 90-99% van het fosfor in de urine te scheiden, hoewel de methode aanzienlijk minder energie en chemicaliën verbruikt dan het gebruikelijke nitrificatie-denitrificatieproces voor afvalwaterzuivering.

"Daarin de stikstof, waarvan het herstel in de vorm van kunstmest enorm veel energie kost, gaat verloren aan de wind. Het proces zorgt ook voor het leeuwendeel van de energie die nodig is voor de waterzuivering. Ons doel is om te ontsnappen aan deze zinloze cyclus, ' zegt Mikola.

Van kleine container tot trailer en een pilot

Een octrooiaanvraag voor de methode is in behandeling, maar er is nog een lange weg te gaan voordat het industrieel wordt gebruikt. Professor Riku Vahala zegt dat het team liever kleine stapjes vooruit zet dan met volle snelheid tegen een muur aan te botsen.

"Te vaak leiden hoge verwachtingen tot een directe sprong van het laboratorium naar de fabriek, die al het geld opslokt en het vertrouwen in de hele technologie aantast. We gaan eerst van een kleine containerschaal naar een toepassing op trailerformaat en, als alles goed gaat, we zijn bereid om over twee jaar een demonstratiefaciliteit te bouwen."

Voor dit, de onderzoekers moeten uitzoeken hoe, bijvoorbeeld, de methode werkt met verschillende soorten afvalwater – de soorten die door huishoudens worden geproduceerd, biogasinstallaties en, zeggen, jachthavens zijn radicaal anders, ten slotte. De volgende experimenten zullen worden uitgevoerd op afvalwater dat ontstaat in combinatie met het drogen van slib in de Viikinmäki afvalwaterzuiveringsinstallatie van de Viikinmäki-afvalwaterzuiveringsinstallatie van de regio Helsinki en bij Gasum-biogasinstallaties.

Het enorme belang van waterbehandeling draagt ​​bij aan de uitdaging.

"Bij het behandelen van een probleem dat een impact heeft op het milieu en de menselijke gezondheid, de betrokken partijen willen geen risico nemen en gebruiken liever oude vertrouwde methoden, ook al zijn ze duurder en minder effectief, " Vahala vat het samen.

Ook de manier waarop de methode wordt geïntegreerd met de operaties op faciliteiten blijft open. De trend in de industrie is om sterk te focussen op de core business en, overeenkomstig, afvalwaterzuivering wordt vaak uitbesteed. In aanvulling, veel gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties hebben de verantwoordelijkheid voor de verdere verwerking van slib overgedragen aan externe bedrijven. Pradhan, Mikola en Vahala geloven dat, zodra de technologie klaar is, de beste manier om het zo breed mogelijk te introduceren is via derden.

"Het heeft geen zin dat elke grote of kleine afvalverwerkingsinstallatie ook een verkoper van kunstmest wordt. Het zou veel verstandiger zijn als een of meer bedrijven onze technologie commercialiseren, bewerkingen en ook het eindproduct dat het oplevert, ', denkt Mikola.

Goed voor de Baltische Zee

De methode heeft naast energiebesparing nog andere positieve milieueffecten. Onderzoekers schatten dat het terugwinnen van nutriënten uit gemeentelijk afvalwater de vervanging van zes procent van de industrieel geproduceerde ammoniakale stikstof en tien procent van de fosfor die als meststof wordt gebruikt, mogelijk maakt. Momenteel, kunstmest fosfor wordt gewonnen uit mijnen, die in de komende eeuw dreigen op te drogen, tenzij het herstel efficiënter wordt. Bij behandelcentra, echter, fosfor komt terecht in slib, dat voornamelijk wordt gebruikt als groeimedium voor gras en bermen, omdat voorschriften voor voedselproductie en imagoproblemen het gebruik ervan als voedingsstof voor gewassen belemmeren.

Een doeltreffend en economisch aantrekkelijk herstel zou ook de Oostzee en andere watersystemen in Finland ten goede komen. De verwijdering van fosfor uit gemeentelijk afvalwater verloopt goed in Finland, maar als het om stikstof gaat, de verschillen tussen behandelingsfaciliteiten en plaatsen zijn groot. Voor het grootste gedeelte, De Finse wetgeving verplicht tot verbeterde stikstofverwijdering alleen in stikstofgevoelige kustgebieden, ook al kunnen voedingsstoffen grote afstanden afleggen om de Oostzee te eutrofiëren. De stikstofverwijderingscapaciteit van afvalwaterzuiveringsinstallaties kan van tijd tot tijd ook tekortschieten vanwege pieken van zeer krachtig afvalwater afkomstig van biogasinstallaties.

"We hebben ook deelgenomen aan verschillende projecten voor het behoud van de Oostzee, waaruit is gebleken dat sommige biogasinstallaties in de Baltische staten, Oost-Europa en Wit-Rusland lozen onbehandeld afvalwater in waterwegen van waaruit het stroomafwaarts in de Oostzee stroomt, ' zegt Mikola ongelukkig.

Economische belangen en groei in milieubewustzijn zijn een goed voorteken voor het exportpotentieel van de methode. Vahala merkt op dat het ontstaan ​​van een markt voor hun product ook sterk afhankelijk is van wetgeving.

"Als en wanneer het naar voren komt, we willen voorbereid zijn en bijten om door te gaan."