Duurzaam fosfaat uit afvalwater filteren met een magnetisch veld

Momenteel wordt fosfaat voornamelijk verwijderd door middel van chemische precipitatie of biologische processen waarbij fosfaat accumulerende bacteriën betrokken zijn. Deze processen zijn effectief, maar het verwijderde fosfaat wordt zelden hergebruikt, bijvoorbeeld in de productie van kunstmeststoffen.

Hergebruik vormt een uitdaging bij precipitatiemethoden (neerslag), waarbij ijzer- en aluminiumzouten worden toegevoegd, omdat verschillende technieken nodig zijn om het fosfaat weer uit het slib vrij te maken. Bij biologische processen komt fosfor terecht in de bacteriecellen in het rioolslib. De directe toepassing van dit slib op landbouwgronden wordt steeds meer beperkt vanwege de aanwezigheid van persistente organische verontreinigende stoffen en zware metalen. Dat is zonde, want fosfaat is waardevol en schaars Reden genoeg dus om te onderzoeken of er andere effectieve methoden zijn voor het verwijderen en hergebruiken van deze stof.

"In een wereld waarin de fosfaatrichtlijnen steeds strenger worden en de beschikbaarheid van fosfaat steeds onzekerder wordt, kan dit een goede aanvulling zijn op de zuiveringsprocessen die al plaatsvinden", zegt onderzoeker Norbert Kuipers. "We maken gebruik van een volledig nieuw principe, waarbij alles draait om magnetische aantrekkingskracht."

De aantrekkingskracht van de magneet

In het MAD-proces spelen magnetietdeeltjes een cruciale rol bij de verwijdering van fosfaat uit afvalwater. Na adsorptie worden de fosfaathoudende deeltjes met behulp van een magnetisch veld van het water gescheiden. Het gebruik van magnetische scheiding is niet exclusief voor het MAD-proces: andere processen, zoals ViviMag, vertrouwen ook op deze methode om fosfor terug te winnen.

In het onderzoek van Wageningen Food & Biobased Research kan fosfaat echter direct uit water worden teruggewonnen (in plaats van door de vorming van fosfaatslib) zonder dat er extra afvalstromen ontstaan en zonder toevoeging van chemicaliën, zoals ijzerzouten. Norbert Kuipers: "Deze methode is niet alleen zeer energiezuinig en selectief (alleen fosfaat hecht zich aan de magnetische substantie), maar ook omkeerbaar: het fosfaat en magnetiet kunnen worden gescheiden. Hierdoor komt het waardevolle fosfaat, geïsoleerd en in originele vorm, weer beschikbaar voor de markt. Met dit principe kunnen we zowel onder aerobe als anaerobe omstandigheden fosfaat verwijderen, zonder toevoeging van zouten."

Ketensamenwerking voor een geïntegreerde oplossing

Dit onderzoek is een samenwerking tussen Wageningen University & Research en verschillende bedrijven die elk een rol spelen in de keten van fosforemissie en fosforterugwinning. Bijdragen zijn onder meer van Agristo, producent van aardappelproducten en specialiteiten, en de Koninklijke Swinkels Family Brewers, die fosfaatrijk afvalwater leveren.

Bakker Magnetics en Sidra Wasserchemie dragen respectievelijk bij aan het magnetische scheidingsproces en de magnetietsynthese. BiotaNutri onderzoekt manieren om het teruggewonnen fosfaat te hergebruiken in organische mestproducten, die Agristo vervolgens kan promoten binnen haar netwerk van aardappeltelers. Ondertussen onderzoekt Suez SA de mogelijke integratie van het MAD-proces in gemeentelijke afvalwaterzuiveringssystemen. Norbert Kuipers legt uit: "Door de hele keten erbij te betrekken, willen we een oplossing lanceren die echt voor iedereen werkt."

Informatie voor een optimaal proces

Het onderzoek, dat medio 2022 startte, heeft inmiddels alle belangrijke informatie in kaart gebracht. De afvalwaterstromen zijn gescreend op hun inhoud, de adsorptie-eigenschappen van magnetiet zijn bekend en het is duidelijk hoe de desorptie kan plaatsvinden. Nu is het tijd om deze bevindingen in de praktijk te brengen. Kuipers: "Dit adsorptie- en desorptieproces heeft echt de potentie om een heel mooi puzzelstukje te zijn bij het verduurzamen van zuiveringsprocessen en het hergebruiken van stoffen in afvalwater. Maar het blijft interessant hoe we de hele puzzel in elkaar gaan zetten: de mogelijkheden zijn immers eindeloos. Ik ben dus heel benieuwd voor welke andere afvalstromen dit een goede optie zou kunnen zijn."