Onderzoeksthema:
Terugwinning van koolstof, stikstof en fosfor op rioolwaterzuiveringsinstallaties
Een zuiveringsproces dat op rioolwaterzuiveringsinstallaties koolstof, stikstof en fosfor terugwint
Rioolwaterzuivering is naar schatting goed voor ongeveer 1% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik. Beluchting kost veel energie en bij de verwijdering van stikstof ontstaat ook N₂O. Met een opgeschaalde Bloomo willen wij, via vier lagen (minder beluchting, CO₂-opname, terugwinning van stikstof en fosfor en beperking van N₂O), een deel van deze zuiveringskosten vervangen door terugwinning van grondstoffen. De toepassing op rioolwater bevindt zich momenteel in de fase van onderzoek en kleinschalige validatie.
Achtergrond, product, vooruitzichten
Achtergrond
Rioolwaterzuivering is naar schatting goed voor ongeveer 1% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik. Bij het actiefslibproces vraagt beluchting 50–60% van de energie, en bij de verwijdering van stikstof ontstaat N₂O, met een aardopwarmingsvermogen (GWP) van 273.
Product
Bloomo for Sewage wordt ontwikkeld met het oog op inpassing in bestaande zuiveringsprocessen. Het combineert zuurstoftoevoer via fotosynthese, CO₂-opname en de assimilatie van NH₄⁺ tot aminozuren, met als doel een verwijdering van meer dan 90% voor zowel stikstof als fosfor (streefwaarden, nog niet gevalideerd).
Vooruitzichten
Wij beginnen met gezamenlijk onderzoek met exploitanten van rioolwaterzuiveringen en onderhoudsbedrijven in Japan en beoordelen de technologie als aanvulling op bestaande zuivering, op voorwaarde dat aan de lozingsnormen wordt voldaan. Ook onderzoeken wij hoe CO₂-opname als milieuwaarde kan worden aangetoond.
Gebruikers en product
USER
Gemeenten en infrastructuurbedrijven
- Hoog energieverbruik bij rioolwaterzuivering
- Eis om N₂O- en CH₄-emissies te kwantificeren en te beperken
- Stikstof en fosfor terugwinnen als grondstoffen
- Decarbonisatie bij de vernieuwing van verouderde installaties
PRODUCT
Bloomo for Sewage
Een geïntegreerd algenproces dat in bestaande installaties moet passen (onderzoeksfase)
- Fotosynthese die een deel van de beluchtingsenergie vervangt
- Opname van CO₂ uit rookgas
- Stikstofterugwinning door assimilatie van NH₄⁺ tot aminozuren
- Beperking van N₂O door toevoeging van biochar (wordt onderzocht)
Kerntechnologie en kenmerken
Minder beluchtingsenergie
Zuurstof uit fotosynthese vervangt een deel van de O₂ die aan aerobe bacteriën wordt geleverd (het netto energiesaldo, inclusief mengen en oogsten, wordt in de demonstratie beoordeeld)
CO₂-opname
Benut CO₂ uit rookgas van fabrieken. De theoretische opname is circa 1,83 t CO₂ per ton biomassa; dat is geen netto reductie
Terugwinning van N en P
NH₄⁺ wordt geassimileerd tot aminozuren en eiwit. Studies met PBR+MPBR melden een verwijdering van meer dan 90%
Beperking van N₂O
Studies melden lagere N₂O-emissies uit microbiële denitrificatie bij toevoeging van biochar (bij Novelgen in onderzoek)
Rioolwaterzuivering: van kostenpost naar grondstofterugwinning
Rioolwaterzuivering is onmisbare infrastructuur voor de volksgezondheid, maar is naar schatting goed voor ongeveer 1% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik[1]. Bij het actiefslibproces vraagt beluchting 50–60% van de energie[2], en bij de verwijdering van stikstof ontstaat N₂O (GWP 273)[3][4]. Hier schetsen wij het concept van een proces op basis van een opgeschaalde Bloomo, waarmee wij een deel van deze kosten willen vervangen door terugwinning van grondstoffen (onderzoeksfase).
PROBLEMStructurele problemen van de conventionele rioolwaterzuivering
Hoog energieverbruik en CO₂-uitstoot
Beluchting neemt 50–60% van het elektriciteitsverbruik van het actiefslibproces voor haar rekening. De wereldwijde sector voor rioolwaterzuivering is goed voor ongeveer 1% van het elektriciteitsverbruik, en dat verbruik zal naar verwachting tot 2030 met 20% stijgen.
Literatuur: [2][5]
N₂O-emissies
Onvolledige nitrificatie en denitrificatie leveren N₂O als bijproduct. N₂O is een uiterst sterk broeikasgas met een GWP van 273 over 100 jaar, en de emissiefactor verschilt sterk per installatie.
Literatuur: [3][4][6]
Terugwinning van stikstof en fosfor
Bij nitrificatie en denitrificatie ontsnapt veel stikstof als N₂ naar de atmosfeer. Voor fosfor wordt al gewerkt aan terugwinning uit slib. Terugwinning met algen wordt onderzocht als aanvulling daarop.
Literatuur: [7]
SOLUTIONEen concept met vier lagen met Bloomo
Minder beluchtingsenergie
Zuurstof uit fotosynthese vervangt een deel van de zuurstof die aan aerobe bacteriën wordt geleverd. In systemen waarin algen samen met actief slib worden gekweekt, is verwijdering van stikstof, fosfor en CZV (COD) gemeld. Fotosynthetische zuurstof ontstaat echter alleen bij daglicht; het netto energiesaldo, inclusief mengen en oogsten, wordt in de demonstratie beoordeeld.
Literatuur: [8]
CO₂-opname
Microalgen nemen via fotosynthese CO₂ op in hun biomassa. Bij een koolstofaandeel van 50% van het drooggewicht is de theoretische opname circa 1,83 t CO₂ per ton biomassa (een bruto cijfer, geen netto reductie). Rookgas kan CO₂ in hoge concentratie leveren. Sommige studies gebruiken rookgas met NOx/SOx, maar de effecten daarvan moeten ook nog worden beoordeeld.
Literatuur: [9]
Terugwinning van stikstof en fosfor
De algen assimileren NH₄⁺ tot aminozuren en eiwit. Studies met een PBR in combinatie met membraanscheiding (MPBR) en vergelijkbare opstellingen melden een verwijdering van meer dan 90% voor stikstof en fosfor. Wij streven ernaar het grootste deel van de stikstof als biomassa terug te winnen, maar de stikstofbalans, inclusief N₂O van de algen zelf en ammoniakvervluchtiging, wordt in de demonstratie vastgesteld. Biomassa uit rioolwater is niet bedoeld als voer; wij beogen haar te gebruiken voor meststoffen, biochar en dergelijke (onder voorbehoud van analyses op onder meer zware metalen en ziekteverwekkers en van naleving van de relevante wetgeving).
Literatuur: [10][11][14]
Het gebruik van de teruggewonnen biomassaBeperking van N₂O-emissies
In aangelegde wetlands waaraan biochar is toegevoegd, zijn lagere N₂O-emissies gemeld. Wij onderzoeken hoe biochar uit de biomassa die Bloomo terugwint, kan worden teruggevoerd naar het zuiveringssysteem (het effect is niet gevalideerd).
Literatuur: [12][13]
Vergelijking van de systeemopzet
BENCHMARKPrestatie-indicatoren (streefwaarden, in validatie)
| Kengetal | Conventioneel proces | Bloomo geïntegreerd (streefwaarde) |
|---|---|---|
| Stikstofverwijdering | Afhankelijk van het zuiveringsproces | > 90% (streefwaarde) |
| Fosforverwijdering | Afhankelijk van het zuiveringsproces | > 90% (streefwaarde) |
| Aandeel van beluchting in het energieverbruik | 50–60% van het totaal | Deels vervangen door fotosynthese (netto nog te beoordelen) |
| N₂O-emissiefactor | 1,01% kg N₂O-N/kg TN (mediaan) | Streven naar beperking (inclusief N₂O van de algen) |
Opmerking: in de kolom Bloomo geïntegreerd staan streefwaarden die nog niet zijn gevalideerd (de genoemde bronnen zijn de studies waarop de streefwaarden berusten). De toepassing op rioolwater bevindt zich in de fase van onderzoek en kleinschalige validatie; er is nog geen ervaring met grootschalige toepassing.
BUSINESSHoe het zou worden aangeboden (concept)
Bloomo for Sewage zal naar verwachting worden aangeboden via samenwerking en licenties met infrastructuurbedrijven en gemeenten. Concrete voorwaarden bespreken wij tijdens het gezamenlijk onderzoek.
- ▸ Het technologiepakket Algal Bloom Capture (stammenbibliotheek, kweekprotocollen, kennis van AI-regeling)
- ▸ Bloomo Cloud Service (monitoring op afstand en optimalisatie)
- ▸ Samenwerkingsmodellen met partnerbedrijven (infrastructuurbedrijven, gemeenten)
ROADMAPOntwikkelroadmap
- 1.Demonstratie in de aquacultuur: de prestaties van de eenheden en van de kweekregeling bevestigen met Bloomo voor aquacultuurbedrijven en broedkwekerijen
- 2.Validatie met afvalwater en rioolwater (huidige fase): de toepassing op rioolwater bevindt zich in de fase van onderzoek en kleinschalige validatie; na een demonstratie met echt afvalwater streven wij naar bedrijfsmatige inzetbaarheid
- 3.Invoering: aanbieden via licenties of als dienst, bevestigen dat aan de Japanse lozingsnormen wordt voldaan en onderzoeken hoe de milieuwaarde kan worden berekend
Referenties
- Maktabifard M., et al. Achieving energy neutrality in wastewater treatment plants. Rev. Environ. Sci. Bio/Technol., 2018, 17, 655–689. DOI →
- Pathways to a net-zero-carbon water sector through energy-extracting wastewater technologies. npj Clean Water, 2022, 5, 49. DOI →
- Kampschreur M.J., Temmink H., Kleerebezem R., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M. Nitrous oxide emission during wastewater treatment. Water Research, 2009, 43(17), 4093–4103. DOI →
- Stylianou M., et al. Factors Affecting N₂O Emissions from Activated Sludge WWTP — A Review. Resources, 2023, 12(10), 114. DOI →
- Mizuta K., Shimada M. Benchmarking energy consumption in municipal WWTPs in Japan. Water Science and Technology, 2010, 62(10), 2256–2262. DOI →
- Song C., et al. Oversimplification and misestimation of nitrous oxide emissions from WWTPs. Nature Sustainability, 2024, 7, 1348–1358. DOI →
- Mayer B.K., et al. Total Value of Phosphorus Recovery. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(13), 6606–6620. DOI →
- Abdelfattah A., et al. Microalgae-based wastewater treatment: Mechanisms, challenges, recent advances, and future prospects. Environmental Science and Ecotechnology, 2022, 13, 100205. DOI →
- Cheah W.Y., Show P.L., Chang J.-S., Ling T.C., Juan J.C. Biosequestration of atmospheric CO₂ and flue gas-containing CO₂ by microalgae. Bioresource Technology, 2015, 184, 190–201. DOI →
- Goh P.S., et al. Microalgae-Enabled Wastewater Remediation and Nutrient Recovery through Membrane Photobioreactors: Recent Achievements and Future Perspective. Membranes, 2022, 12(11), 1094. DOI →
- Bezerra S.S., Fontana L., Arantes C.C., de Jesus T.A. Phosphorus removal from wastewater by microalgal cultivation in photobioreactors: a systematic literature review and multivariate analysis. Environ. Monit. Assess., 2025, 197(11), 1182. DOI →
- Huang L., Xiong H., Jiang C., He J., Lyu W., Chen Y. Pathways and biological mechanisms of N₂O emission reduction by adding biochar in the constructed wetland based on ¹⁵N stable isotope tracing. J. Environ. Manage., 2023, 342, 118359. DOI →
- Zhang Y., Zhang Z., Chen Y. Biochar Mitigates N₂O Emission of Microbial Denitrification. Environ. Sci. Technol., 2021, 55(12), 8068–8078. DOI →
- Plouviez M., et al. The biosynthesis of nitrous oxide in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. The Plant Journal, 2017, 91(1), 45–56. DOI →
Bespreek de verbetering van uw zuiveringsproces
Neem contact met ons op over een pilotdemonstratie of gezamenlijk onderzoek. Gedetailleerde documentatie is beschikbaar na een geheimhoudingsovereenkomst (NDA).
Neem contact op →