Afvalwaterbehandeling met forward osmosis spaart energie
|
 |
Forward osmosis, ook wel directe osmose genoemd, is een betrekkelijk nieuwe techniek voor (afval)waterbehandeling, die mogelijkheden biedt voor bredere toepassing. TU Delft, KWR Watercycle Research, Waternet, Triqua en het Amerikaanse HTI onderzoeken of de techniek kan worden ingezet bij afvalwaterzuivering. “De mogelijkheden voor forward osmosis zijn legio”, stelt Hans Ramaekers van Triqua. “Zo wordt de techniek al ingezet om (afval)waterstromen te concentreren en om proceswater te produceren. Er vindt nog veel onderzoek plaats naar andere toepassingen, zoals het energieneutraal afvalwater zuiveren.” Hoewel er overeenkomsten zijn, is forward osmosis (FO) een duidelijk andere techniek dan het alom bekende reversed osmosis (omgekeerde osmose, RO).
Water scheiden met osmotische membranen
Zowel forward als reversed osmosis scheiden waterstromen met behulp van zogenaamde osmotische membramen. Dit zijn membranen die water doorlaten en andere stoffen tegenhouden en daarbij streven naar een gelijke concentratie stoffen aan beide kanten van het membraan. Bij een membraan met aan één zijde schoon water en aan de andere zijde zout water, gaat water door het membraan naar de kant van de zoutoplossing. Deze eigenschap van de membranen is de oorsprong van zowel forward osmosis als reversed osmosis.
Het principe van FO: water gaat 'vanzelf' door membraan naar zijde met hoogste zoutconcentratie.
Ontwateren of water produceren
Er zijn verschillen tussen FO en RO, zowel in eindresultaat als wat betreft het energiegebruik. Bij RO wordt met (veel) energie het water door met membraan geperst naar de kant met de laagste concentratie stoffen, zodat schoon water wordt gemaakt. Bij FO is geen extra energie nodig. (Afval)water wordt direct langs het membraan geleid, waarbij zich aan de andere kant een zoutrijke oplossing bevindt. Ramaekers legt het principe uit: "De hoge zoutconcentratie zorgt ervoor dat water aan het afvalwater wordt onttrokken en door het osmotische membraan gaat. Hierdoor wordt het afvalwater geconcentreerder en de zoutoplossing verdund. Doordat de drijvende kracht de osmotische druk is, is er geen energie nodig voor dit proces. Als je er maar voor zorgt dat de concentratie van de zoutoplossing hoger blijft dan het afvalwater, anders valt het proces stil."
Uitgebreid onderzoek naar verdere optimalisatie
Het onderzoek naar de mogelijkheden en verbeteringen van FO is nog lang niet ten einde volgens Ramaekers. “De voordelen zijn duidelijk want FO is een vrij eenvoudige techniek, energiezuinig en de membranen vervuilen amper. Er is echter nog genoeg winst te halen. Zo moet beperking van het zoutverlies de techniek een hoger rendement geven en zijn de membranen voor FO nog vrij kwetsbaar. Door dit verder te verbeteren, komen er meer mogelijkheden. Er zijn echter in de wereld al diverse installaties die FO in de praktijk toepassen.” Nog niet voor alle toepassingen zijn passende membranen ontwikkeld. HTI,de grondlegger van de techniek, is nu nog het enige bedrijf dat de membranen vervaardigt.
Koppeling van FO en RO: de te behandelen afvalstroom wordt met FO geconcentreerd. Zoutolossing wordt behandeld met RO, wat schoon water oplevert.
FO in de praktijk
Binnen Nederland wordt FO nog nauwelijks toegepast, maar Ramaekers kent wel enkele internationale praktijktoepassingen. “De meeste toepassingen zijn gericht op het ontwateren van (afval)waterstromen, zoals behandeling van water bij stortplaatsen of bij olie en gaswinningen.” Door koppeling van FO met een andere behandeling worden de mogelijkheden groter, zoals het produceren van zuiver water. “Na de FO is de zoutoplossing verdund. Door dit met bijvoorbeeld RO te behandelen, verkrijg je zuiver water en een geconcentreerde zoutoplossing die weer als voeding voor de FO bruikbaar is.”
Proceswater en energie uit afvalwater
In Amsterdam loopt een proef met toepassing van forward osmosis bij het zuiveren van afvalwater. Bij dit concept, sewer mining genoemd, zorgt FO voor het concentreren van afvalwater. Uit het geconcentreerde afvalwater wordt energie gewonnen. Uit de verdunde zoutoplossing door FO wordt met RO zuiver proceswater gemaakt. De vragen die onderzocht worden met de testopstelling zijn onder andere hoe ver je afvalwater kunt concentreren, hoeveel energie uit deze stroom is te winnen en wat de gevolgen zijn voor de osmotische oplossing (zoutoplossing). Na onderzoek op laboratoriumschaal bij KWR, bouwt Triqua nu aan een pilotopstelling, waarbij het Amerikaanse HTI de membranen levert. Het project ontving in 2010 al de AGV-innovatieprijs waarbij FO als een zeer kansrijke ontwikkeling is aangeduid. Het gebruik van FO bij rwzi’s ligt voor de hand, bij de zuivering van industriële stromen is de bestendigheid van de membranen tegen chemicaliën nog onderwerp van aandacht.
Vergelijking van reversed osmoses (RO) en forward osmosis (FO); Bij RO is veel energie(druk) nodig om water te verplaatsen van te behandelen stroom naar schoon water; bij FO nauwelijks energie nodig en gaat water van te behandelen vloeistof naar zoutoplossing.
(WaterForum Online, 30 januari 2012) |
