Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie«roob...2014/01/25 · 4 ANAEROOB ZUIVERINGEN IN...

Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie Mogelijkheden en Kansen

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.

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.

KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie 18 juni 2009, versie Eindversie

B7434 1

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 energie-

conversieprocessen, 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

DHV B.V.


B7434 2

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

verhoging mogelijk. Dit komt overeen met 0,7 miljoen m3 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.

DHV B.V.


B7434 3

Aantal Potentieel biogas opwekking in proceswater m3/jaar

– Uitermate geschikt 8 8.6 miljoen

– Minder geschikt 3 1.1 miljoen

– Niet geschikt 5 -

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.

DHV B.V.


B7434 4

INHOUD BLAD

1 VOORWOORD 1

2 SAMENVATTING 2

3 INLEIDING 5 3.1 Achtergrond 5 3.2 Doelstelling 5 3.3 Opzet van het onderzoek 5

4 ANAEROOB ZUIVERINGEN IN DE PAPIER INDUSTRIE 6 4.1 Vergelijk anaëroob en aëroob 7 4.2 Anaëroob zuiveren in de Nederlandse en Vlaamse P&K Industrie 8

5 OPTIMALISATIE MOGELIJKHEDEN IN DE HUIDIGE INSTALLATIES 9 5.1 Procesbeheersing 9 5.2 Inschatting potentie huidige installaties 7 5.3 Nieuwe mogelijkheden voor verbetering huidige zuivering 8

6 NIEUWE MOGELIJKHEDEN VOOR ANAEROBE ZUIVERINGEN 10 6.1 Norske Skog Parenco 12 6.2 Huthamaki 15

7 CONCLUSIES EN AANBEVELING 17

8 COLOFON 19

BIJLAGEN 1 Getallen Enquete deelnemende bedrijven 2 Voorbeeld enquête inventarisatie toepasbaarheid anaërobe zuivering 3 Literatuurverwijzingen

DHV B.V.


B7434 5

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.

DHV B.V.


B7434 6

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

oppervlakte water1.

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

DHV B.V.


B7434 7

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

In tabel 1 is een overzicht gegeven van de energie balansen van de twee processen.2

Aërobe

installatie

Anaëroob

aëroob

Verschil

MJ/ton MJ/ton MJ/ton

Energy absorbed - 90 - 18 + 72

Energy yield ----- + 275 + 275

Total - 90 + 257 + 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.

DHV B.V.


B7434 8

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,

DHV B.V.


B7434 9

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 optimalisatie-

mogelijkheden 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 Min Max Gemiddeld

CZV rendement % 75

BZV rendement % 85

Volume belasting kg CZV / m3/dag 5 30

Hydraulische verblijftijd uur 4 6

Slibbelasting kg CZV/kg slib/d 0,25 2

CZV/N infl - 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 EGS

VPK Oudegem VPK IC

Smurfit Kappa Roermond Papier (2x) SKRP 4 en SKRP 5

KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie bijlage 0

b4645 - 2 -

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

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.

Rendementen

50%

60%

70%

80%

90%

100%

IWE SKN EGB Sap. SKRP 4 SKRP 5 VPK

UASB

VPK IC GP

CZV BZV

Grafiek 1: Het CZV rendement en BZV Rendement


b4645 - 3 -

Belasting

In grafiek 2 zijn de volgende getallen uitgezet:

– CZV belasting : De hoeveelheid gram CZVtotaal per kg slib in de reactor per dag;

– CZV vol belasting : kg CZV per m3 reactor per dag;

– Hydraulische verblijftijd : Uren.

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

hoger wordt belast. Ook de volume belasting van de IC bij VPK ligt een stuk hoger op 25 kg CZV/m3dag

wat voor een IC reactor een typische ontwerp parameter is. De IC reactoren van SKR draaien op lagere

waarden van beneden de 15 kg CZV/m3dag. Ook de meeste UASB draaien op 10-15 kg CZV/m

3dag 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

wordt ook in andere onderzoeken genoemd3

grafiek 3: CZV efficiency uitgezet tegen de ingaande CZV (+ literatuur getallen)

Belasting

0

50

100

150

200

250

300

350

400

IWE SKN EGB Sap. SKRP 4 SKRP 5 VPK UASB VPK IC GP

CZ

V b

ela

sti

ng

[g

CZ

V /

kg

sli

b]

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Vo

l b

ela

sti

ng

[k

g C

ZV

/m3

da

g]

Ve

rbli

jfti

jd [

u]

CZV belasting CZV vol.belasting retentie tijd


b4645 - 4 -

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

chemische formule4:

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.

CZV verwijdering t.o.v. de ingaande CZV concentratie

y = 4E-05x + 0,6127

y = 4E-05x + 0,5841

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

CZV influent[ mg/l]

CZ

V r

endem

ent

trendlijn eerder onderzoek trendlijn

IWE SKN

VPK IC

VPK

UASBEska S

SKRP 4

SKRP 5

GP


b4645 - 5 -

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.

grafiek 4: CZV rendement uitgezet tegen CZV/ Ntot in het effluent

In grafiek 4 is het CZV rendement uitgezet tegen CZV/N tot. Voor Ntot 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).

CZV Rendement t.o.v. CZV/N tot in effluent

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

0 10 20 30 40 50 60

CZV/N effluent [-]

CZ

V r

en

de

me

nt

IWE

SKN

VPK IC

VPK UASB

Eska S

SKRP 4

SKRP 5

GP


b4645 - 6 -

grafiek 5: CZV Rendement uitgezet tegen de CZV/Ptot in het effluent van de reactor.

CZV Rendement t.o.v. CZV/Ptot concentratie

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

CZV/P effluent [-]

CZ

V r

en

de

me

nt

IWESKN

VPK IC

VPK UASBEska S

SKRP 4

SKRP 5

GP


b4645 - 7 -

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.


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.


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

m3/d meer gas oftewel € 0,7 miljoen m

3/jaar.


b4645 - 8 -

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 CZV aan de machine gasproductie per ton geproduceerd

SKR 7000 mg/l 6,3 m3 CH4/ ton

VPK 4000 mg/l 7,5 m3 CH4/ ton


b4645 - 9 -

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.


b4645 - 10 -

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)

– Enquête papier industrie in 20055


b4645 - 11 -

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:

Geschikt 8 8.6 miljoen m3/jaar

Minder geschikt 2 1.1 miljoen m3/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.

Locatie Proceswater

lozing CZV

Potentiële

gasproductie

CZV aan de

machine

m3/d m/l m

3/d

Geschikt

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

Minder geschikt

Papierfabriek Doetinchem 3400 2100 2200 2000

Van Houtum Swalmen 740 3100 880 2000

Niet geschikt

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


b4645 - 12 -

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

Debiet m3/d 14000

CZV mg/l 2000

Temperatuur °C 35-45

Effluent zuivering

CZV mg/l 275

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.


b4645 - 13 -

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.

kosten in €

Huidig Anaëroob Huidig Anaëroob

debiet m3/j 5.554.570 5.554.570

Voorbeluchting

CZV in 1.950

E-verbruik 103 kWh/j 1.950 136 0

CZV reductie % 30%

Voorbezinker

slibindikker

biotoren

beluchter

nabezinker rivier

Voorbezinker/

slibindikker

beluchter

nabezinker

anaërobe reactor biogas

Huidige situatie

Zuivering met anaërobe reactor

rivier

Figuur 1: Proces waterzuivering bij Norske Skog Parenco


b4645 - 14 -

Anaëroob

CZV in mg/l 1.950

gas prod. kNm3CH4/j 1.942 -526

CZV reductie % 65%

Nabeluchting

CZV in mg/l 1.365 780

CZV uit mg/l 285 285

E-verbruik 103 kWh/j 3.599 1.650 252 115

slibgroei gDS/gCZV 0,4 0,4

slibgroei 103kgDS/j 2.400 1.100

ontwatering % 50 50

afvoer 103kgDS/j 4.799 2.200 0 0

Kosten

arbeid 103 €/j 300 300

onderhoud 103 €/j 65 65

heffing 103 €/j 200 200

chemicalien 103 €/j 250 200

expl. kost. 103 €/j 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

zuivering6. Ook hier werd de zuivering van energie consument, producent. Aandachtspunt is wel de

veranderende slibeigenschappen in de actief slib installatie achter de anaërobie.


b4645 - 15 -

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

Debiet m3/d 10

CZV mg/l 9000

Temperatuur °C 45-60

Productie

karton ton/j 35000

DS na pers % 37

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.


b4645 - 16 -

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.

anaërobe reactor

Huidige situatie

Zuivering met anaërobe reactor

kartonmachinepulper

oud papier

verdampen

droger product

waterkringloop spui naar RWZI

schoon water

kartonmachinepulper

oud papier

verdampen

droger product

waterkringloop

spui naar RWZI

schoon water

gas

Figuur 2: Waterkringloop met en zonder anaërobe zuivering bij Huthamaki


b4645 - 17 -

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

Huidig

Anaëroob Huidig Anaëroob

Lozing m3/j 3.500 3.500

VE 644 210 32.184 10.492

Gas m3/j 135.878 -33.970

Machine

CZV g/l 9,1 3,0

DS pers % 37% 37%

verdampen ton/j 59.595 59.595

verdampen 106 kWh 43 43 2.151.861 2.151.861

chemicaliën €/j 2.500

kosten 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:

Optimalisatie huidige installaties 0,7 miljoen m3 per jaar

Nieuwe installaties 8,6 miljoen m3 per jaar


b4645 - 18 -

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

ook andere voordelen (bijvoorbeeld reductie van de afvalstroom)7op. 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.


b4645 - 19 -

8 COLOFON

KCPK/Anaerobe zuivering in de P&K Industrie

b4645

Opdrachtgever : Energietransitie Papierketen, P2 Energie Neutraal Papier

Project : Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie

Dossier : WA-WT 20092054

Omvang rapport : 19 pagina's

Auteur : Peter Luimes

Bijdrage : IWE, VPK GP SKR SKN en EGS

Interne controle :

Projectleider : Frans Horjus

Projectmanager :

Datum : 18 juni 2009

Naam/Paraaf :

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


b4645 - 1 -

BIJLAGE 1 Getallen Enquete deelnemende bedrijven

IWE SKN EGBS SKRP 4 SKRP 5 VPK UASB

VPK IC

GP

Influent

Debiet m3/h 488 65 52 100 100 143 400 99

pH 7,1 6,4 5,9 5,9 6,84 6,84

Geleiding Ms/cm 3210 - - 3450 3450

Zwevend stof mg/l 1138 2017 - - 136 136

CZV mg/l 3052 3756 6725 6725 3930 3930 1478

BZV mg/l 1529 3412 3412 2605 2605

Vetzuren mg/l 1014 1484 1484

NO3 N mg/l 1 4,9(fout) - -

Ammonium N mg/l - - 3,4 3,4

KjN N mg/l 17,4 34 34 85,3 85,3

totaal P P mg/l 2 4,1 1,0 1,0 9,7 9,7

T °C 41,0 36,6 36,6 39,2 39,2

VBT

Volume m3/h 3665 350 350 225 225 nvt nvt 99

Gemiddelde verblijftijd h 7,5 0,8 4 1 1

Effluent vbt is influent AR

pH 6,5 6,3 6,4 5,9 5,9

Zwevend stof mg/l 122 108 7 318 318

CZV mg/l 3086 4035 2400 6760 6760 3930 3930 1478

BZV mg/l 1609 2227 3417 3417 2605 2605

Vetzuren mg/l 1200 26,8 700 1484 1484

NO3 N mg/l 0 5,1(fout) 3 - -

Ammonium N mg/l 0,3 13,1 13,1 3,4 3,4

KjN N mg/l 20,3 12 81 81 85,3 85,3

P P mg/l 3,3 4,1 2,5 16,5 16,5 9,7 9,7

en als ortho P P mg/l 12,5 12,5

T C 37,1 37 30,5 30,5 39,2 39,2

Hardheid DH 73 71 50 92 92

Alkaliteit meq 1,1 2,2 - -


b4645 - 2 -


VPK IC

GP

Anaerobie

Type UASB UASB UASB ic-reactor IC Reactoren ** IC Reactoren ** UASB IC

Volume m3 2500 285 250 1250 1250 2200 1400 699

Oppervlakte 454 66,3 12 50 50 440 30 139,8

Opstroomsnelheid m/h 1,40 1,00 80,00 2,25 2,25 0,50 5,50 0,71

Slib

Asgehalte slib % 21 36,9 16 17,4 18,1 44 58,8 22,8

Ds gehalte reactor % 15 12 8,7 9 8 12 19,73 8

slibhoogt 2,75 3,5 11 18,6 19 2,5 18 4

Hoeveelheid slib kg 187000 27600 13000 65518 65518 122090 110898

Gas productie

CO2 % 19 26 26 16 16

H2S % 0,8 0,1 0,1 0,6 0,6

CH4 % 82 85 80 74 74 83 83

Hoeveelheid gas m3/dag 11000 1050 900 7294 7100 3360 8760 975

Anaerobie uit

Zwevend stof mg/l 190 11,5 100 470 1418 170 209

pH 7,1 7,1 6,8 6,8 6,8 7,18 7,22

CZV mg/l 956 1303 650 945 1081 1140 1608 556

BZV mg/l 334 401 195 229 540 765

Vetzuren mg/l 918 186 0 92 145

Ammonium N mg/l 7,1 0,8 4,8 4,9 22 8,1

KjN N mg/l 21,1 24,2 11 42 45 39 43 18

totaal P P mg/l 2,02 6,9 2 10,2 11,3 8,5 10,1 4,9

ortho P P mg/l 4,2 8,7 8,7

T °C 30,8 36,9 32 35 35 35 40

SO4 mg/l 11 95 - - 0 0

Sulfide mg/l 62 - -

Hardheid DH 69 55 31 86 86 61 60

Alkaliteit meq 30,3 20 - -


b4645 - 3 -


VPK IC

GP

Rendementen

CZV rendement % 69% 68% 73% 86% 84% 71% 59% 62%

BZV rendemnent % 79% 82% 94% 93% 79% 71%

kJN rendement % -21% 8% -24% -32% 54% 50%

Gasproduktie

m3/d 11000 1050 900 7294 7100 3360 8760 975

m3CH4/d 9020 892,5 720 5397,56 5254 2788,8 7270,8

m3/volume 4,4 3,7 3,6 5,8 5,7 1,5 6,3

m3CH4 /CZV

verwijderd 362 209 330 387 385 291 326

met temp correctie 325 184 295 343 342 258 284

Reactor belasting

retentie tijd h 5,1 4,4 4,8 12,5 12,5 15,4 3,5 7,0

CZV vol.belasting kg czv/m3 dag 14,5 22,1 12,0 13,0 13,0 6,1 26,9 5,0

CZV belasting g czv/kg slib/d 193 226 261 194 213 102 354 79

g CZV /kg VSS

slib/d 244 358 310 235 261 182 859 102

Nutriënten

CZV/BZV in zuivering 2,0 2,0 2,0 1,5 1,5

CZV/BZV in ar 1,9 1,8 2,0 2,0

CZV/BZV uit 2,9 3,2 4,8 4,7 2,1 2,1

verzuring in zuivering 40% 46% 46%

verzuring in AR 50% 40% 41% 49% 49% 38% 38%

verzuring uit 18% 14% 16% 4% 4% 8% 9%

in CZV/N verhouding 152 200 83 83 46 46

CZV/P verhouding 935 984 960 410 410 405 405

uit CZV/N verhouding 45 54 59 23 24 29 37 31

CZV/ N-NH4 184 813 197 221 52 199

CZV/P verhouding 473 189 325 93 96 134 159 113


b4645 - 1 -

BIJLAGE 2 Voorbeeld enquête inventarisatie toepasbaarheid anaërobe zuivering

grootheid

Grondstof

soort

hoeveelheid ton/dag

Water

soort( oppervlakte, grondwat. etc)

hoeveelheid m3/dag

Zuivering

soort zuivering

concentratie begin zuivering mg CZV/l

concentratie uit mg CZV/l

hoeveelheid m3/d

Machine

CZV concentratie mg CZV/l

productie

ton per

dag

droge stof na de pers %

Bijzonderheden


b4645 - 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

http://www.lenntech.com/water-zuivering-FAQ.htm

Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie«roob...2014/01/25 · 4 ANAEROOB ZUIVERINGEN IN...

Documents

Transcript of Anaëroob zuiveren in papier en karton industrie«roob...2014/01/25 · 4 ANAEROOB ZUIVERINGEN IN...