Expansiekolom HU-Waternet · en Leiduin nu eigen kalk als grondstof. Ongeveer 10 procent van de...
1
Expansiekolom HU-Waternet Liquid-Solid Fluidisation, Filtration and Sedimentation Research Water en chemie Wat heeft een waterbedrijf met chemie te maken? Heel veel. In water spelen zich heel complexe chemische processen af. Daarnaast werken waterbedrijven veel met chemicaliën zoals zoutzuur, natronloog, koolzuur, ozon, polymeren etc. Als voorbeeld: water bevat van nature een zekere mate van kalk (hardheid). Bij koken slaat een gedeelte hiervan (CaCO 3 ) neer op huishoudelijke apparatuur. Dat is hinderlijk voor consumenten. Het is aan de waterbedrijven het water dusdanig te conditioneren dat er zo min mogelijk kalk neerslaat. Je zou aan zuurder water kunnen denken. Maar bij zuurder water is het water agressiever en neemt de corrosie van metalen leidingen toe. Hoe los jij dit op als HU ingenieur en maak je de juiste afwegingen voor de meest optimale waterkwaliteit? Contract ondertekening 3 juni 2016 HU en Waternet preferred partners In 2016 zijn Waternet en de HU een intensief samenwerkingsverband aangegaan. Dat klinkt mooi maar hoe doe je dat precies: samenwerken? Bij Waternet kijken we naar praktijkvraagstukken die we samen met bijzonderdere studenten en betrokken docenten gaan onderzoeken. Vraagstukken kunnen zijn bijvoorbeeld hoe kun je chemicaliën en grondstoffen besparen door optimalisaties of misschien zelfs vervangen door innovatieve duurzame alternatieven. Wat komt hier allemaal bij kijken? We werken samen in een driehoek: Onderzoek- Onderwijs-Praktijk. Onze motivatie wordt gevoed door nieuwsgierigheid en verwondering. Citaat Joep Hamerlinck: “Een preferred partnership relatie is een win-win situatie zonder kosten-baten plaatje van maatschappelijk verantwoord ondernemen, omdat rendement geen primaire drijfveer kan zijn.” Samen met experts onderzoeken Water op aarde De totale hoeveelheid water op de aarde wordt geschat op 1360 miljoen kubieke kilometer. Hiervan is 99,3% zout water dat ongeschikt is voor drinkwater. Van de 9 miljoen kubieke kilometer zoet water bevindt zich 3% in de atmosfeer en het oppervlaktewater; 97% in de bodem, waarvan 50% dieper dan 800 meter. Er is 4,37 miljoen kubieke kilometer grondwater en 0,27 miljoen kubieke kilometer oppervlaktewater beschikbaar. Niet al het zoete water is geschikt voor drinkwater vanwege verontreinigingen. In Nederland wordt per jaar meer dan een miljard kubieke meter water afgenomen. Dat is zo’n 250 liter per persoon per dag! 135 liter huishoudelijk, 115 liter industrieel. Ongeveer 2/3 van het menselijk lichaam bestaat uit water voor allerlei fysische functies te ondersteunen. Gezond drinkwater voor iedereen Drinken uit de gracht In de 19 e eeuw dronken mensen in de steden water uit de grachten. Het water was dusdanig vervuild geraakt door stedelijke overbevolking dat er steeds meer desastreuze ziektes uitbraken bij de bevolking. Schrijver en politicus Jacob van Lennep had een ingenieus plan om schoon water uit de duinen bij Haarlem naar Amsterdam te pompen. Zo ontstond het oudste drinkwaterbedrijf van Nederland. Het drinkwater werd aan de bewoners ter beschikking gesteld bij de Haarlemmerpoort en kostte in 1853 1 cent per emmer. Reken nu eens uit hoeveel een emmer met kraanwater anno 2017 kost… 1 cent per emmer! De gietijzeren leiding uit 1853 van Haarlem naar Amsterdam was zo goed dat deze pas in 2017 is vervangen. Water distributie in de 19e eeuw Watercyclus-bedrijf Waternet is de opvolger van de NV Duinwatermaatschappij uit 1853 en heeft een bijzondere positie als enige watercyclusorganisatie van Nederland, en een belangrijke publieke taak. Naast het produceren van schoon drinkwater voor meer dan een miljoen mensen, wordt afvalwater gezuiverd, het oppervlaktewater op peil gehouden en dijken verstevigen voor het houden van droge voeten. Waternet zorgt voor de hele waterkringloop en richt zich op hergebruik van reststoffen en energie. Het grootste gedeelte van het wagenpark van Waternet rijdt op groen gas afkomstig van de afvalwaterslibverwerkingsinstallatie. Het is al mogelijk om bioplastics uit afvalwater te maken. Uit afvalwater wordt fosfaat teruggewonnen met struviet. Uit groen worden vezels gemaakt etc. etc. Amsterdamse Waterleiding Duinen De waterzuivering van de toekomst Als we als doel hebben dat alle mensen kunnen beschikken over gezond drinkwater dan moet er wel nog heel veel gebeuren. Meer dan een miljard mensen hebben geen beschikking over drinkwater. Hoe ziet de waterzuivering in de toekomst eruit die dit wel mogelijk maakt? Doorgaans zijn mensen niet echt goed in het voorspellen van de toekomst. Maar met veel inzet, creativiteit, innovaties, samenwerking kunnen we heel ver komen. Welk idee heb jij? Hoe ziet de waterzuivering van de toekomst eruit? Als je rekening houdt met onderwerpen als: big data, innovaties, circulaire economie, social media, klimaat en niet te vergeten de rol van de mens: de blije ingenieur. De wereld om ons heen verandert echter continu en razend snel. We kunnen ons nu niet voorastellen wat er over 10 jaar allemaal mogelijk is. Centrale Regelwacht Waternet Circulaire economie Van oudsher gebruiken we grondstoffen om een product te maken en zitten we daarna opgescheept met een hoop afval, oftewel de lineaire economie. Natuurlijk geven we om toekomstige generaties en kunnen we veel beter nuttig gebruik maken van afval. Bijvoorbeeld om weer grondstoffen te maken, oftewel de circulaire economie. Waternet wil in 2020 klimaatneutraal zijn en is een maatschappelijk verantwoord ondernemen noodzakelijk. Handel jij ook duurzaam? Weet jij van jezelf je koolstof of water footprint? Drinkwater maken is nu al behoorlijk duurzaam. De hoeveelheid energie, die nodig is om voor 1 persoon 1 jaar drinkwater te produceren en te distribueren, kun je vergelijken met de hoeveelheid energie die nodig is voor een autorit van Amsterdam naar Den-Haag. HU-ILC afstudeerders Duurzaam drinkwater maken Gezond drinkwater maken, oftewel drinkwater dat voldoet aan hoge kwaliteitseisen is niet in één stap te realiseren. Van oudsher bestaat een zuivering uit een aaneenschakeling van verschillen zuiveringsstappen; verschillende unit-operations. Je kunt als het ware spreken van een zuiverings-trein. Voorbeelden van processen zijn oxidatie (desinfectie), filtratie (scheiden), kristallisatie (verwijderen) etc. Dit berust op chemische, fysieke en biologische processen. Nu spreken we over duurzaam drinkwater maken. Dat klinkt heel mooi maar zo eenvoudig is het niet. Er is veel onderzoek en daadkracht nodig om alle processen duurzaam te maken. Hoe kunnen we energie en grondstoffen minimaliseren en reststoffen hergebruiken? Bij de ontharding van drinkwater is dat gelukt. Goed voor het milieu dus. HU docenten denken mee Kalk uit water halen met kalk Bij het ontharden van drinkwater komt kalk vrij. Waternet vond een manier om deze kalk opnieuw te gebruiken. Waternet zorgt dat het water van Amsterdam en omstreken minder hard wordt. Dat wil zeggen: dat er minder kalk in zit. Ontharden is misschien een wat misleidend woord. Want niet álle kalk wordt uit het water gehaald. Er blijft nog wat achter, maar dat is juist goed. Als kalk uit het water wordt gehaald heeft deze iets nodig om zich aan te hechten. Wanneer de kalk zich hieraan hecht, slaat deze neer. Vroeger kon de kalk zich hechten aan speciale zandkorrels die uit Australië werd geïmporteerd. Het proces verliep prima maar de afvalberg van kalkkorrels konden niet worden verkocht vanwege de zandkern in de kalkkorrel. Kalk uit drinkwater Hollandse calciet Sinds 2012 experimenteert Waternet met het opnieuw gebruiken van de kalkkorrels, calciet om precies te zijn. In het eerste deel van de test werd calciet uit Italië gehaald Dat werkte goed. Maar het doel was natuurlijk om calciet-korrels uit eigen water opnieuw te gebruiken. Dat scheelt veel boottochten met tonnen granaatzand. Daarom werd er in 2015 een experiment met het Britse bedrijf Advanced Minerals opgestart. Dat bedrijf droogde de Waternet kalkkorrels en vermaalde deze. Daarna konden deze kalk opnieuw worden gebruiken in het onthardingsproces. Ook dit experiment was een succes. Vele HU studenten zijn op dit onderwerp afgestudeerd met mooi resultaat. Ze hebben allemaal een mooie baan als ingenieur! Onderzoek in de proefinstallatie Lineair naar circulaire ontharding De experimenten waren geslaagd. Daarom gebruikt onze installatie in Weesperkarspel en Leiduin nu eigen kalk als grondstof. Ongeveer 10 procent van de kalk wordt hergebruikt. De overige 90 procent wordt verkocht aan de industrie. Bijvoorbeeld de tapijtindustrie, maar ook de papierindustrie en glasindustrie. We kijken dan naar veel aspecten zoals kwaliteit, kwantiteit, kosten, bedrijfszekerheid, imago en duurzaamheid. Je kunt je vast voorstellen dat deze aspecten elkaar flink in de weg kunnen zitten. Van oudsher denkt men dat milieu altijd geld kost. Maar wat dacht je van profitable sustainability? Er is zo veel meer mogelijk. De toekomstige HU ingenieur wordt uitgedaagd om slim aan de juiste knoppen te draaien. Onderzoek op de HU Met Hollandse kalk de markt op Kalk uit drinkwater wordt in een nieuwe fabriek in de Amsterdamse haven vermalen tot grondstof voor tapijt en glas. In de Calcite Factory worden zandvrije calcietkorrels uit de onthardingsreactoren van drinkwaterbedrijven gedroogd, gemalen, gezeefd en gehygiëniseerd. Hiervan wordt entmateriaal gemaakt dat de waterbedrijven opnieuw kunnen inzetten voor ontharding. Een grote stap richting een circulair productieproces en ook nog winstgevend. De fabriek is gebouwd door Advanced Minerals, een dochteronderneming van het Britse drinkwaterbedrijf SES Water. De voorbereiding en uiteindelijke bouw kwam tot stand in nauwe samenwerking en afstemming met Waternet en Aquaminerals. Drinkwater kalkkorrels Fluïdisatie Fluïdisatie is een proces waarbij korrelmateriaal wordt omgezet van een vaste toestand naar een dynamische vloeibaar- achtige toestand. Deze omzetting vindt plaats wanneer een fluïdum door het korrelmateriaal passeert. Het voordeel van fluïdisatie is dat er een groot relatief oppervlakte per volume wordt gecreëerd. Fluïdisatie wordt in de industrie veel gebruikt. Voorbeelden ervan zijn productie van kunstmest korrels, plastic granulaten, voedingsmiddelen, katalysatoren in olieraffinage, krakers, verbranding, warmteoverdracht, om vaste stoffen transporteerbaar te maken en waterzuivering. Een fluïdum kan zowel een gas als een vloeistof zijn. Combinaties van gas-vloeistof- vast komt ook voor. Zwevende kalkkorrels Fluïd bed reactor In een gefluïdiseerde bed proces worden korrels in een cilindrische kolom in een zwevende toestand gebracht. In een vloeistof-vast fluïd bed reactor stroomt water van onder door de korrels naar boven. Grote en zwaardere korrels classificeren meer naar de onderste zone van de reactor en kleine en lichtere korrels migreren naar de bovenste zone. Voor het beheersen van de reactor worden belangrijke fysische grootheden online gemeten. Naast de water flow en temperatuur worden ook de gefluïdiseerde bed-hoogte gemeten en het drukverschil over het reactor-bed. L-S fluidisation reactor Fluïd bed classificatie van korrels Pellet onthardingsreactor Bij de ontharding van drinkwater wordt er natronloog gedoseerd in de reactor met zwevende korrels van ent-materiaal. Door het relatief grote oppervlakte kan kalk (calciumcarbonaat) zich afzetten op deze korrels. Dit specifieke oppervlakte zorgt ervoor dat kalk op de korrels kristalliseert en niet precipiteert in de waterfase. De aangegroeide korrels nemen toe in omvang en migreren naar de onderste zone van de reactor waar ze periodiek worden afgetapt en worden vervangen door nieuw ent-materiaal. De pellet-onthardingsreactor is in de jaren 80 ontwikkeld door Waternet en RHDHV. Deze Crystalactor wordt naast waterbehandeling ook in heel veel andere industrieën toegepast. Drinkwater pellet-reactoren Expansiekolom In de expansiekolom op de HU en bij Waternet onderzoeken we hoe we het fluïd- bed proces kunnen verbeteren en onze kennis kunnen vergroten. De meetopstelling is helemaal vanuit het niets ontstaan door intensieve samenwerking tussen studenten en Waternetters. Bij elke praktijk, stage- of afstudeeropdracht wordt de expansiekolom verder geoptimaliseerd. Steeds weer worden onderdelen en meetprocedures verbeterd door kritische en gemotiveerde studenten met nieuwe ideeën. Naast fluïdisatie kan ook filtratie en sedimentatie worden onderzocht. Er liggen geen standaard proefjes op de plank. De studenten doen mee met het ontwikkelen van innovatieve onderzoeksvragen die voor de praktijk van belang zijn. In de expansiekolom kunnen natuurlijk ook chemische proefjes worden gedaan of met water en lucht worden bedreven. Het is tenslotte een fluïd bed reactor. HU praktijkopdracht 2017 Wat is de diameter van een banaan? Tijdens het malen en breken van kalkkorrels ontstaan korrels met een onregelmatige vorm. Deze niet ronde deeltjes gedragen zich anders in het fluïd bed proces dan perfect ronde deeltjes. De wiskundige voorspellingsmodellen voor het besturen van deze processen zijn afgeleid voor perfect ronde bollen. Met ons onderzoek wordt bekeken hoe de modellen moeten worden aangepast voor natuurlijk niet ronde deeltjes. De afmeting van een perfecte ronde bol is eenvoudig. De vraag wordt lastiger als je de afmeting van een gebroken kalkkorrels wilt gebruiken in een rekenmodel. Legenda’s bij de foto’s: Links: kalkpellets d=1 mm, granaatzand d=0,25 mm, gebroken NH- calciet d=0,5 mm. Midden: snelfilterzand d=1 mm. Rechts: glasparel d=1 mm. Stage of afstuderen Als jij een invulling wilt geven aan het verbeteren van de driehoek onderzoek- onderwijs-praktijk op het onderwerp fluïdisatie, filtratie of sedimentatie in de waterzuivering neem dan contact op met ons. Elke vraag roept steeds weer nieuwe deelvragen op. De vragen uit de praktijk vertalen we naar onderzoeksvragen zodat deze geschikt zijn voor stage, of afstudeerprojecten. Omdat de onderwerpen nieuw zijn, houdt dat in dat er geen kant en klare antwoorden op de plank liggen. Afstuderen is voor studenten en een spannende periode maar voor ons is de onbekende component ook spannend. Immers weten wij ook niet van te varen wat het antwoord is. Daarom gaan wij samen op weg naar de richtring van het antwoord aan de horizon… een duurzame horizon met een mooie toekomst voor ons allemaal. Informatie: [email protected] of tel. 06- 42147123. Expansiekolom onderzoek Hydraulische modellering Dit onderzoek is een onderdeel van het promotieonderzoek van Onno Kramer 2016-2020. Hydraulic modelling of liquid- solid fluidisation in drinking water treatment processes. Dit project is ontstaan vanuit een samenwerkingsovereenkomst tussen de HU en Waternet. De expansiekolom is door Waternet gebouwd en gezamenlijk gefinancierd. Waternet en HU hechten er sterk aan bij het aanschouwelijk maken van de theorie en met deze proefopstelling is dat mogelijk. Onno is gemiddeld 1 dag per week op de HL7 te vinden; meestal in de proceshal (020). Op 6 november 2017 was de formele overdracht van de expansiekolom van Waternet naar de HU. Immers samenwerken betekent ook afbakenen. Na de fase van verkennen en in bedrijfsnemen zijn zwevende de korreltjes nu van het ILC. Onno Kramer Waternet www.waternet.nl Hogeschool Utrecht Institute for Life Sciences and Chemistry www.ilc.hu.nl TUDelft Civiele Techniek en Geowetenschappen Watermanagement www.sanitaryengineering.tudelft.nl Dit informatiebord downloaden Processchema downloaden
Transcript of Expansiekolom HU-Waternet · en Leiduin nu eigen kalk als grondstof. Ongeveer 10 procent van de...
Expansiekolom HU-WaternetLiquid-Solid Fluidisation, Filtration and Sedimentation Research
Water en chemie
Wat heeft een waterbedrijf met chemie te maken? Heel veel. In water spelen zich heel complexe chemische processen af. Daarnaast werken waterbedrijven veel met chemicaliën zoals zoutzuur, natronloog, koolzuur, ozon, polymeren etc. Als voorbeeld: water bevat van nature een zekere mate van kalk (hardheid). Bij koken slaat een gedeelte hiervan (CaCO3) neer op huishoudelijke apparatuur. Dat is hinderlijk voor consumenten. Het is aan de waterbedrijven het water dusdanig te conditioneren dat er zo min mogelijk kalk neerslaat. Je zou aan zuurder water kunnen denken. Maar bij zuurder water is het water agressiever en neemt de corrosie van metalen leidingen toe. Hoe los jij dit op als HU ingenieur en maak je de juiste afwegingen voor de meest optimale waterkwaliteit?
Contract ondertekening 3 juni 2016
HU en Waternet preferred partners
In 2016 zijn Waternet en de HU een intensief samenwerkingsverband aangegaan. Dat klinkt mooi maar hoe doe je dat precies: samenwerken? Bij Waternet kijken we naar praktijkvraagstukken die we samen met bijzonderdere studenten en betrokken docenten gaan onderzoeken. Vraagstukken kunnen zijn bijvoorbeeld hoe kun je chemicaliën en grondstoffen besparen door optimalisaties of misschien zelfs vervangen door innovatieve duurzame alternatieven. Wat komt hier allemaal bij kijken? We werken samen in een driehoek: Onderzoek-Onderwijs-Praktijk. Onze motivatie wordt gevoed door nieuwsgierigheid en verwondering. Citaat Joep Hamerlinck: “Een preferred partnership relatie is een win-win situatie zonder kosten-baten plaatje van maatschappelijk verantwoord ondernemen, omdat rendement geen primaire drijfveer kan zijn.”
Samen met experts onderzoeken
Water op aarde
De totale hoeveelheid water op de aarde wordt geschat op 1360 miljoen kubieke kilometer. Hiervan is 99,3% zout water dat ongeschikt is voor drinkwater. Van de 9 miljoen kubieke kilometer zoet water bevindt zich 3% in de atmosfeer en het oppervlaktewater; 97% in de bodem, waarvan 50% dieper dan 800 meter. Er is 4,37 miljoen kubieke kilometer grondwater en 0,27 miljoen kubieke kilometer oppervlaktewater beschikbaar. Niet al het zoete water is geschikt voor drinkwater vanwege verontreinigingen. In Nederland wordt per jaar meer dan een miljard kubieke meter water afgenomen. Dat is zo’n 250 liter per persoon per dag! 135 liter huishoudelijk, 115 liter industrieel. Ongeveer 2/3 van het menselijk lichaam bestaat uit water voor allerlei fysische functies te ondersteunen.
Gezond drinkwater voor iedereen
Drinken uit de gracht
In de 19e eeuw dronken mensen in de steden water uit de grachten. Het water was dusdanig vervuild geraakt door stedelijke overbevolking dat er steeds meer desastreuze ziektes uitbraken bij de bevolking. Schrijver en politicus Jacob van Lennep had een ingenieus plan om schoon water uit de duinen bij Haarlem naar Amsterdam te pompen. Zo ontstond het oudste drinkwaterbedrijf van Nederland. Het drinkwater werd aan de bewoners ter beschikking gesteld bij de Haarlemmerpoort en kostte in 1853 1 cent per emmer. Reken nu eens uit hoeveel een emmer met kraanwater anno 2017 kost… 1 cent per emmer! De gietijzeren leiding uit 1853 van Haarlem naar Amsterdam was zo goed dat deze pas in 2017 is vervangen.
Water distributie in de 19e eeuw
Watercyclus-bedrijf
Waternet is de opvolger van de NV Duinwatermaatschappij uit 1853 en heeft een bijzondere positie als enige watercyclusorganisatie van Nederland, en een belangrijke publieke taak. Naast het produceren van schoon drinkwater voor meer dan een miljoen mensen, wordt afvalwater gezuiverd, het oppervlaktewater op peil gehouden en dijken verstevigen voor het houden van droge voeten. Waternet zorgt voor de hele waterkringloop en richt zich op hergebruik van reststoffen en energie. Het grootste gedeelte van het wagenpark van Waternet rijdt op groen gas afkomstig van de afvalwaterslibverwerkingsinstallatie. Het is al mogelijk om bioplastics uit afvalwater te maken. Uit afvalwater wordt fosfaat teruggewonnen met struviet. Uit groen worden vezels gemaakt etc. etc.
Amsterdamse Waterleiding Duinen
De waterzuivering van de toekomst
Als we als doel hebben dat alle mensen kunnen beschikken over gezond drinkwater dan moet er wel nog heel veel gebeuren. Meer dan een miljard mensen hebben geen beschikking over drinkwater. Hoe ziet de waterzuivering in de toekomst eruit die dit wel mogelijk maakt? Doorgaans zijn mensen niet echt goed in het voorspellen van de toekomst. Maar met veel inzet, creativiteit, innovaties, samenwerking kunnen we heel ver komen. Welk idee heb jij? Hoe ziet de waterzuivering van de toekomst eruit? Als je rekening houdt met onderwerpen als: big data, innovaties, circulaire economie, social media, klimaat en niet te vergeten de rol van de mens: de blije ingenieur. De wereld om ons heen verandert echter continu en razend snel. We kunnen ons nu niet voorastellen wat er over 10 jaar allemaal mogelijk is.
Centrale Regelwacht Waternet
Circulaire economie
Van oudsher gebruiken we grondstoffen om een product te maken en zitten we daarna opgescheept met een hoop afval, oftewel de lineaire economie. Natuurlijk geven we om toekomstige generaties en kunnen we veel beter nuttig gebruik maken van afval. Bijvoorbeeld om weer grondstoffen te maken, oftewel de circulaire economie. Waternet wil in 2020 klimaatneutraal zijn en is een maatschappelijk verantwoord ondernemen noodzakelijk. Handel jij ook duurzaam? Weet jij van jezelf je koolstof of water footprint? Drinkwater maken is nu al behoorlijk duurzaam. De hoeveelheid energie, die nodig is om voor 1 persoon 1 jaar drinkwater te produceren en te distribueren, kun je vergelijken met de hoeveelheid energie die nodig is voor een autorit van Amsterdam naar Den-Haag.
HU-ILC afstudeerders
Duurzaam drinkwater maken
Gezond drinkwater maken, oftewel drinkwater dat voldoet aan hoge kwaliteitseisen is niet in één stap te realiseren. Van oudsher bestaat een zuivering uit een aaneenschakeling van verschillen zuiveringsstappen; verschillende unit-operations. Je kunt als het ware spreken van een zuiverings-trein. Voorbeelden van processen zijn oxidatie (desinfectie), filtratie (scheiden), kristallisatie (verwijderen) etc. Dit berust op chemische, fysieke en biologische processen. Nu spreken we over duurzaam drinkwater maken. Dat klinkt heel mooi maar zo eenvoudig is het niet. Er is veel onderzoek en daadkracht nodig om alle processen duurzaam te maken. Hoe kunnen we energie en grondstoffen minimaliseren en reststoffen hergebruiken? Bij de ontharding van drinkwater is dat gelukt. Goed voor het milieu dus.
HU docenten denken mee
Kalk uit water halen met kalk
Bij het ontharden van drinkwater komt kalk vrij. Waternet vond een manier om deze kalk opnieuw te gebruiken. Waternet zorgt dat het water van Amsterdam en omstreken minder hard wordt. Dat wil zeggen: dat er minder kalk in zit. Ontharden is misschien een wat misleidend woord. Want niet álle kalk wordt uit het water gehaald. Er blijft nog wat achter, maar dat is juist goed. Als kalk uit het water wordt gehaald heeft deze iets nodig om zich aan te hechten. Wanneer de kalk zich hieraan hecht, slaat deze neer. Vroeger kon de kalk zich hechten aan speciale zandkorrels die uit Australië werd geïmporteerd. Het proces verliep prima maar de afvalberg van kalkkorrels konden niet worden verkocht vanwege de zandkern in de kalkkorrel.
Kalk uit drinkwater
Hollandse calciet
Sinds 2012 experimenteert Waternet met het opnieuw gebruiken van de kalkkorrels, calciet om precies te zijn. In het eerste deel van de test werd calciet uit Italië gehaald Dat werkte goed. Maar het doel was natuurlijk om calciet-korrels uit eigen water opnieuw te gebruiken. Dat scheelt veel boottochten met tonnen granaatzand. Daarom werd er in 2015 een experiment met het Britse bedrijf Advanced Minerals opgestart. Dat bedrijf droogde de Waternet kalkkorrels en vermaalde deze. Daarna konden deze kalk opnieuw worden gebruiken in het onthardingsproces. Ook dit experiment was een succes. Vele HU studenten zijn op dit onderwerp afgestudeerd met mooi resultaat. Ze hebben allemaal een mooie baan als ingenieur!
Onderzoek in de proefinstallatie
Lineair naar circulaire ontharding
De experimenten waren geslaagd. Daarom gebruikt onze installatie in Weesperkarspel en Leiduin nu eigen kalk als grondstof. Ongeveer 10 procent van de kalk wordt hergebruikt. De overige 90 procent wordt verkocht aan de industrie. Bijvoorbeeld de tapijtindustrie, maar ook de papierindustrie en glasindustrie. We kijken dan naar veel aspecten zoals kwaliteit, kwantiteit, kosten, bedrijfszekerheid, imago en duurzaamheid. Je kunt je vast voorstellen dat deze aspecten elkaar flink in de weg kunnen zitten. Van oudsher denkt men dat milieu altijd geld kost. Maar wat dacht je van profitable sustainability? Er is zo veel meer mogelijk. De toekomstige HU ingenieur wordt uitgedaagd om slim aan de juiste knoppen te draaien.
Onderzoek op de HU
Met Hollandse kalk de markt op
Kalk uit drinkwater wordt in een nieuwe fabriek in de Amsterdamse haven vermalen tot grondstof voor tapijt en glas. In de Calcite Factory worden zandvrije calcietkorrels uit de onthardingsreactoren van drinkwaterbedrijven gedroogd, gemalen, gezeefd en gehygiëniseerd. Hiervan wordt entmateriaal gemaakt dat de waterbedrijven opnieuw kunnen inzetten voor ontharding. Een grote stap richting een circulair productieproces en ook nog winstgevend. De fabriek is gebouwd door Advanced Minerals, een dochteronderneming van het Britse drinkwaterbedrijf SES Water. De voorbereiding en uiteindelijke bouw kwam tot stand in nauwe samenwerking en afstemming met Waternet en Aquaminerals.
Drinkwater kalkkorrels
Fluïdisatie
Fluïdisatie is een proces waarbij korrelmateriaal wordt omgezet van een vaste toestand naar een dynamische vloeibaar-achtige toestand. Deze omzetting vindt plaats wanneer een fluïdum door het korrelmateriaal passeert. Het voordeel van fluïdisatie is dat er een groot relatief oppervlakte per volume wordt gecreëerd. Fluïdisatie wordt in de industrie veel gebruikt. Voorbeelden ervan zijn productie van kunstmest korrels, plastic granulaten, voedingsmiddelen, katalysatoren in olieraffinage, krakers, verbranding, warmteoverdracht, om vaste stoffen transporteerbaar te maken en waterzuivering. Een fluïdum kan zowel een gas als een vloeistof zijn. Combinaties van gas-vloeistof-vast komt ook voor.
Zwevende kalkkorrels
Fluïd bed reactor
In een gefluïdiseerde bed proces worden korrels in een cilindrische kolom in een zwevende toestand gebracht. In een vloeistof-vast fluïd bed reactor stroomt water van onder door de korrels naar boven. Grote en zwaardere korrels classificeren meer naar de onderste zone van de reactor en kleine en lichtere korrels migreren naar de bovenste zone. Voor het beheersen van de reactor worden belangrijke fysische grootheden online gemeten. Naast de water flow en temperatuur worden ook de gefluïdiseerde bed-hoogte gemeten en het drukverschil over het reactor-bed.
L-S fluidisation reactor Fluïd bed classificatie van korrels
Pellet onthardingsreactor
Bij de ontharding van drinkwater wordt er natronloog gedoseerd in de reactor met zwevende korrels van ent-materiaal. Door het relatief grote oppervlakte kan kalk (calciumcarbonaat) zich afzetten op deze korrels. Dit specifieke oppervlakte zorgt ervoor dat kalk op de korrels kristalliseert en niet precipiteert in de waterfase. De aangegroeide korrels nemen toe in omvang en migreren naar de onderste zone van de reactor waar ze periodiek worden afgetapt en worden vervangen door nieuw ent-materiaal. De pellet-onthardingsreactor is in de jaren 80 ontwikkeld door Waternet en RHDHV. Deze Crystalactor wordt naast waterbehandeling ook in heel veel andere industrieën toegepast.
Drinkwater pellet-reactoren
Expansiekolom
In de expansiekolom op de HU en bij Waternet onderzoeken we hoe we het fluïd-bed proces kunnen verbeteren en onze kennis kunnen vergroten. De meetopstelling is helemaal vanuit het niets ontstaan door intensieve samenwerking tussen studenten en Waternetters. Bij elke praktijk, stage- of afstudeeropdracht wordt de expansiekolom verder geoptimaliseerd. Steeds weer worden onderdelen en meetprocedures verbeterd door kritische en gemotiveerde studenten met nieuwe ideeën. Naast fluïdisatie kan ook filtratie en sedimentatie worden onderzocht. Er liggen geen standaard proefjes op de plank. De studenten doen mee met het ontwikkelen van innovatieve onderzoeksvragen die voor de praktijk van belang zijn. In de expansiekolom kunnen natuurlijk ook chemische proefjes worden gedaan of met water en lucht worden bedreven. Het is tenslotte een fluïd bed reactor.
HU praktijkopdracht 2017
Wat is de diameter van een banaan?
Tijdens het malen en breken van kalkkorrels ontstaan korrels met een onregelmatige vorm. Deze niet ronde deeltjes gedragen zich anders in het fluïd bed proces dan perfect ronde deeltjes. De wiskundige voorspellingsmodellen voor het besturen van deze processen zijn afgeleid voor perfect ronde bollen. Met ons onderzoek wordt bekeken hoe de modellen moeten worden aangepast voor natuurlijk niet ronde deeltjes. De afmeting van een perfecte ronde bol is eenvoudig. De vraag wordt lastiger als je de afmeting van een gebroken kalkkorrels wilt gebruiken in een rekenmodel.Legenda’s bij de foto’s: Links: kalkpellets d=1 mm, granaatzand d=0,25 mm, gebroken NH-calciet d=0,5 mm. Midden: snelfilterzand d=1 mm. Rechts: glasparel d=1 mm.
Stage of afstuderen
Als jij een invulling wilt geven aan het verbeteren van de driehoek onderzoek-onderwijs-praktijk op het onderwerp fluïdisatie, filtratie of sedimentatie in de waterzuivering neem dan contact op met ons. Elke vraag roept steeds weer nieuwe deelvragen op. De vragen uit de praktijk vertalen we naar onderzoeksvragen zodat deze geschikt zijn voor stage, of afstudeerprojecten. Omdat de onderwerpen nieuw zijn, houdt dat in dat er geen kant en klare antwoorden op de plank liggen. Afstuderen is voor studenten en een spannende periode maar voor ons is de onbekende component ook spannend. Immers weten wij ook niet van te varen wat het antwoord is. Daarom gaan wij samen op weg naar de richtring van het antwoord aan de horizon… een duurzame horizon met een mooie toekomst voor ons allemaal.Informatie: [email protected] of tel. 06-42147123.
Expansiekolom onderzoek
Hydraulische modellering
Dit onderzoek is een onderdeel van het promotieonderzoek van Onno Kramer 2016-2020. Hydraulic modelling of liquid-solid fluidisation in drinking water treatment processes. Dit project is ontstaan vanuit een samenwerkingsovereenkomst tussen de HU en Waternet. De expansiekolom is door Waternet gebouwd en gezamenlijk gefinancierd. Waternet en HU hechten er sterk aan bij het aanschouwelijk maken van de theorie en met deze proefopstelling is dat mogelijk. Onno is gemiddeld 1 dag per week op de HL7 te vinden; meestal in de proceshal (020). Op 6 november 2017 was de formele overdracht van de expansiekolom van Waternet naar de HU. Immers samenwerken betekent ook afbakenen. Na de fase van verkennen en in bedrijfsnemen zijn zwevende de korreltjes nu van het ILC.
Onno Kramer
Waternetwww.waternet.nl
Hogeschool UtrechtInstitute for Life Sciences and Chemistrywww.ilc.hu.nl
TUDelftCiviele Techniek en GeowetenschappenWatermanagementwww.sanitaryengineering.tudelft.nl
Dit informatieborddownloaden
Processchemadownloaden
