Polishing pellets

Tijdens het productieproces van drinkwater wordt (opgelost) ijzer uit het water gehaald. Een veelgebruikte zuiveringstechniek hiervoor is zandfiltratie. Bij het schoonspoelen van de zandfilters ontstaat er ‘waterijzer’; een slib dat relatief veel geoxideerd ijzer bevat. Door het hoge gehalte en de chemische eigenschappen van vers-gevormde ijzeroxiden is dit slib in staat waterstofsulfide, fosfaat en arseen te kunnen adsorberen. Wanneer het waterijzer vrijkomt, bevat het echter nog veel water wat de praktische inzetbaarheid beperkt en een milieuvriendelijk transport belemmert. In dit project worden korrels gemaakt van het geoxideerde ijzer om in te kunnen zetten als circulair adsorptiemateriaal.

Voor succesvolle toepassing van deze ‘Polishing Pellets’ zijn drie eigenschappen van bijzonder belang:

1. de maximale beladingscapaciteit geeft aan hoeveel stof er opgenomen kan worden en wordt voor een belangrijk deel bepaald door het beschikbare oppervlakte voor adsorptie;
2. de mechanische sterkte bepaald in grote mate of de pellets geschikt zijn voor toepassing in bijvoorbeeld (rook)gasbehandeling, filters, oppervlaktewater, vergisters en/of in de landbouw;
3. de pellets mogen geen ongewenste stoffen afgeven afhankelijk van de specifieke locatie- of procesomstandigheden.

Uitdaging

Het nadeel van waterijzer – slib met een hoog gehalte aan ijzer(hydr)oxide – is, dat het materiaal vrijkomt in de vorm van een slurry (ca. 8% vastestofgehalte) of als ‘steekvast’ materiaal (ca. 30% vastestofgehalte). Dit maakt transport en hanteerbaarheid lastig. In eerste instantie wordt een korte bureaustudie uitgevoerd naar eventueel toepasbare pelletisatietechnieken en bindmiddelen. Vervolgens doen we praktijktesten met de meest veelbelovende techniek, in combinatie met enkele bindmiddelen. De focus ligt hierbij op zowel het effect op de sterkte als op de adsorptiecapaciteit van de gevormde pellets. Bovendien wordt onderzocht of een wasprocedure nodig is om ongewenste materialen uit te wassen, en zo ja hoe dit zo optimaal mogelijk plaatsvindt.

Technologie

De sleutel tot poreuze, stabiele pellets met een hoog intern oppervlak ligt in het vermijden van hoge mechanische druk en temperaturen tijdens het productieproces. Binnen dit project is een ‘pellet-recept’ ontwikkeld om op kleine schaal (enkele tientallen kilo’s) hoogwaardige pellets te produceren uit waterijzer met een hoge fosfaat-adsorptiecapaciteit. Om de mechanische sterkte te verbeteren zijn diverse bindmiddelen inclusief hun variaties getest. Daarnaast is er gekeken naar een thermische nabehandelingsstap welke de pellets mogelijk versterkt. Op basis van onder gecontroleerde omstandigheden vastgestelde i) mechanische sterkte en ii) maximale fosfaat-adsorptiecapaciteit is het huidige productierecept vastgesteld.

Uitdagingen

Verdere doorontwikkeling richting praktijktoepassing van de Polishing Pellets kent drie resterende uitdagingen in het bijzonder:

1. Vertaling naar- en validatie van het huidige productierecept naar grotere productieschaal;
2. Onderzoeken van langdurige (>1 maand) toepassing met mechanische- en chemische stabiele bedrijfsvoering onder praktijk-relevante procescondities en belasting;
3. Ontwikkeling van een was-procedure waarmee met name de afgifte van natuurlijk organisch materiaal succesvol kan worden beperkt maakt de korrels ook potentieel toepasbaar voor drinkwatertoepassingen.

Huidige onderzoeksactiviteiten en tijdspad ontwikkeling

De bestaande ervaring met het wassen van de korrels zal verder ontwikkeld en geoptimaliseerd worden. Met oog op de KRW doelen voor oppervlaktewaterkwaliteit ligt toepassing van de Polishing Pellets voor fosfaatverwijdering uit oppervlaktewater en/of behandeld effluent voor de hand. Middels een 6 maanden durende kolomtest op een zuiveringslocatie van Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier zal de verwijdering van fosfaat uit gezuiverd afvalwater beproefd worden. Bij deze proef worden korrels afkomstig van verschillende type waterijzer meegenomen. In het parallel lopende opschalingsinitiatief zal de receptuur van de Polishing Pellets verder worden geoptimaliseerd door onder andere alternatieve, groene bindmiddelen te testen.

Getracht wordt in het derde kwartaal van 2024 een definitief pellet-recept ontwikkeld te hebben welke gebruikt wordt voor het produceren van enkele honderden kilogrammen korrels. De ambitie is om in 2025 eenmalig tienduizend kilo korrels te produceren. Vervolgonderzoek zal zich richten op regeneratie van de beladen korrels waarmee een duurzame, multi-cycli manier van inzetten mogelijk wordt. Terugwinning en hergebruik van fosfaat, een steeds schaarser wordende grondstof, biedt aanvullende mogelijkheden richting de circulaire economie.