2. Seizoenale effecten op mesofiele methaanopbrengst
3.4. AB-proces met AD had beste energiebalans, maar
Scenario 3a en 3b staken in Figuur 17 ver boven de andere scenario’s uit op vlak van de energiebalans. In combinatie met het AB-proces kon immers met mesofiele vergisting 205% en met thermofiele vergisting zelfs 332% van de elektriciteit nodig om het afvalwater te zuiveren herwonnen worden via AD. Netto kon dus meer energie herwonnen worden dan wat moest geïnvesteerd worden om het afvalwater te zuiveren. Hieruit kon geconcludeerd worden dat energieneutrale RWZI’s gebaseerd op het AB-proces met AD in de nabije toekomst zeker mogelijk zijn, o.a. in Grass (Oostenrijk) werd dit reeds gerealiseerd (Gandiglio et al., 2017). Een ander voordeel van het gebruik van het AB-proces in combinatie met mesofiele of thermofiele vergisting was de snellere conversie naar biogas en de compactheid van de vergister. Bij BMP experimenten gerapporteerd in Trzcinski et al. (2019) was de methaanproductie steeds afgerond na 2 weken vergisten in plaats van een HRT van gemiddeld 30 dagen voor ingedikt actief slib. Dit betekende dat AD van A-slib aanleiding gaf tot veel kleinere vergisters dan de standaard slibvergisters (Trzcinski, 2019).
De zeer positieve energiebalans en andere voordelen die gepaard gaan met het AB-proces moeten echter met een kritische blik bekeken worden. Enkele negatieve punten of bemerking werden geformuleerd als 5 belangrijke aandachtspunten voor scenario 3a en 3b.
Een eerste aandachtspunt was de oorsprong van de data voor het elektriciteitsverbruik van het AB- proces. Het AB-proces, bestaande uit een high-rate A-stage en een B-stage met CAS nitrificatie- denitrificatie, had immers een elektriciteitsverbruik van slechts 18.5 kWh/IE/j (Meerburg, 2016). Deze waarde voor het elektriciteitsverbruik was een theoretische, berekende waarde uit het doctoraat van Francis Meerburg (2016). Enkel het elektriciteitsverbruik van volgende parameters werd hiervoor in beschouwing genomen: slib ontwatering, bezinking, pompen, aeratie van de zijstromen, aeratie van de B-stage voor N en COD verwijdering en aeratie van de A-stage. Het reële elektriciteitsverbruik van een volle schaal RWZI die het AB-proces toepast, zal naar alle waarschijnlijk hoger liggen dan wat hier berekend werd. Wegens een gebrek aan data hierover in de literatuur werd met deze berekende, theoretische waarde voor het elektriciteitsverbruik van het AB-proces gewerkt. Voor het elektriciteitsverbruik van een CAS RWZI was wel voldoende volle schaal data beschikbaar, waardoor de resultaten van scenario 1a, 1b en 2 betrouwbaarder waren dan van scenario 3a en 3b.
Een tweede aandachtspunt was de sterk variërende methaanopbrengst en COD omzettingsefficiëntie voor mesofiele vergisting van het A-slib in de literatuur. Volgens De Vrieze et al. (2016) had mesofiele vergisting van A-slib in een BMP test een COD omzettingsefficiëntie van 51-77%. In Choo-Kun et al. (2017) rapporteerde men een mesofiele methaanopbrengst van 290 mL CH4/gVS en een COD omzettingsefficiëntie van 43% bij het uitvoeren van een BMP experiment met A-slib (Choo-Kun et al., 2017). In Trzcinski et al. (2019) was de mesofiele methaanopbrengst van A-slib in het uitgevoerde BMP experiment 205 ± 56 mL CH4/gVS en de COD omzettingsefficiëntie 30 ± 10% (Trzcinski, 2019). Deze 3 auteurs rapporteerden sterk variërende waarden voor de COD omzettingsefficiëntie. Er werd daarom besloten om in de scenarioanalyse een COD omzettingsefficiëntie te gebruiken van 51% voor mesofiele
vergisting van A-slib (De Vrieze et al., 2016b). Voor thermofiele vergisting van A-slib was zeer weinig data beschikbaar in de literatuur. In De Vrieze et al. (2016) werd een thermofiele COD omzettingsefficiëntie van 85-90 % gerapporteerd. Naar analogie met de variatie aan COD omzettingsefficiëntie van mesofiele slibvergisting tussen verschillende papers en wegens een gebrek aan andere data om mee te vergelijken, werd voor thermofiele slibvergisting een COD omzettingsefficiëntie van 85% aangenomen (De Vrieze et al., 2016b). De variabiliteit van de COD omzettingsefficiëntie bij mesofiele en thermofiele vergisting op laboratoriumschaal en het gebrek aan volle schaal data moesten dus zeker in rekening gebracht worden bij de vergelijking en evaluatie van de performantie van de verschillende scenario’s.
Als derde aandachtspunt mocht ook de warmtebalans niet uit het oog verloren worden. Hiervoor was het noodzakelijk een onderscheid te maken tussen de zomer en de winter, aangezien de temperatuur van het ingaande slib sterk verschilde naargelang het seizoen. Bij mesofiele vergisting kon in de zomer 154% van de noodzakelijke warmte voorzien worden door de WKK. In de winter was net niet voldoende warmte beschikbaar van de WKK, slechts 86% van de warmte kon voorzien worden door valorisatie van het biogas. Dit kon opgelost worden door een kleine, extra boiler te voorzien en deze enkel te gebruiken tijdens de koudste maanden van het jaar wanneer er een klein warmte deficiënt was. Met de extra boiler kon gegarandeerd worden dat er altijd voldoende warmte voorhanden was om het ingaande A-slib op te warmen. Deze boiler zou kunnen werken op aardgas of op biogas indien deze hiervoor geschikt was. Het zou minder efficiënt zijn om de elektriciteit die gegenereerd werd in de WKK in een elektrische boiler te gebruiken. Dan zou immers een extra conversiestap nodig zijn, waardoor de efficiëntie onnodig zou dalen. Bij thermofiele vergisting kon zowel in de zomer (261%) als in de winter (146%) meer dan voldoende warmte voorzien worden door de WKK.
Als vierde aandachtspunt moest het verband tussen A-slib en opgeloste zuurstof (DO) concentratie nader bekeken worden. De lage energie-input van het AB-proces was immers deels te wijten aan het feit dat beluchting in de A-stage zo laag mogelijk gehouden werd. Een lage DO concentratie gaf echter aanleiding tot de groei van filamenteuze bacteriën en slib dat moeilijk bezonk, wat nadelig was voor de performantie van de bezinker (Trzcinski, 2019). Dit kon uiteraard verholpen worden door meer te beluchten, maar dan zou de elektriciteitsconsumptie van het AB-proces uiteraard hoger worden dan 18.5 kWh/IE/j.
Als laatste aandachtspunt waren dezelfde nadelen van kracht bij thermofiele vergisting van A-slib als van actief slib, met als belangrijkste punt de hogere procesinstabiliteit.
Scenario 3a en 3b waren de meest interessante scenario’s op vlak van energie- en warmtebalans. Bij toepassing van het AB-proces met mesofiele of thermofiele vergisting werd immers in beide gevallen 2 tot 3 keer zo veel elektriciteit gerecupereerd als moest geïnvesteerd worden. Ook de warmtebalans
lagere methaanopbrengst dan verwacht. Algemeen kon echter geconcludeerd wel geconcludeerd worden dat door het gebruik van het AB-proces in RWZI’s een netto energiewinst kon behaald worden (Liu et al., 2020a). Of die vergisting mesofiel of thermofiel zou moeten gebeuren, kon op basis van de huidige status van het onderzoek in de literatuur niet besloten worden.