Dankzij unieke filtratietechnologieën is hergebruik van industrieel afvalwater tegenwoordig niet alleen mogelijk, maar ook praktisch en winstgevend . Deze innovaties zorgen voor een revolutie in sectoren zoals de landbouw, bioverwerking, voedselproductie en de olie- en gasindustrie. Ze verhogen de capaciteit en levensduur van zuiveringsinstallaties, helpen bedrijven te voldoen aan nieuwe normen en richtlijnen en verlagen de CO2-uitstoot. Zo bespaart het waterzuiveringsproject van het East Bay Municipal Utility District in Californië jaarlijks ongeveer 5.5 miljard gallon zoet water.
Deze technologieën veranderen afval in winst door een hogere efficiëntie en betere nutriëntenopvang. Het mooiste is dat ze bedrijven een hoop zoet water besparen, kosten verlagen en de concurrentie om deze kostbare hulpbron verlichten.
Afvalwater en de noodzaak van oplossingen voor wereldwijde waterschaarste
Water is de levensader van onze planeet, maar toch is het een hulpbron die we vaak als vanzelfsprekend beschouwen. Dagelijks produceren industrieën wereldwijd enorme hoeveelheden afvalwater, waarvan 80% niet wordt gezuiverd of hergebruikt . Sterker nog, ongeveer een zesde van de wereldwijde zoetwaterinname eindigt als industrieel en agrarisch afvalwater , wat neerkomt op honderden miljarden liters per dag.
Wanneer bedrijven er verantwoord mee omgaan, hebben ze te maken met de hoge kosten en moeite die gepaard gaan met het verwijderen, verwerken en afvoeren van afvalwaterbijproducten. Helaas wordt het vaak gewoon weggegooid, wat leidt tot vervuiling en de concurrentie om zoet water tussen de industrie en de bevolking vergroot.
Het probleem opnieuw bekijken
Naarmate de wereldwijde waterschaarstecrisis verergert, heroverwegen veel industrieën hun relatie met deze kostbare hulpbron. Steeds meer bedrijven richten hun inspanningen op de behandeling en het hergebruik van industrieel afvalwater. Dit brengt echter nog steeds aanzienlijke uitdagingen met zich mee, en zeer kostbare.
Wat als het probleem in een oplossing zou kunnen worden omgezet? Wat als afvalwater zou kunnen worden omgezet in een waardevolle hulpbron, waardoor de bedrijfskosten zouden dalen, duurzaamheidsinitiatieven zouden worden ondersteund en de productrecuperatie zou worden verbeterd? Zou dat voldoende verschil maken?
De economische effecten van afvalwaterbeheer op de industrie
Slecht beheer van industrieel afvalwater heeft ernstige economische gevolgen, vooral voor de producenten ervan. Zo moet een pluimveebedrijf bijvoorbeeld vijf tot tien keer zoveel water zuiveren en afvoeren als de hoeveelheid eiwitproduct die het produceert. Dezelfde situatie geldt voor de olie- en gasindustrie, waar de hoeveelheid verwerkt water ten opzichte van het geproduceerde aardolieproduct kan variëren van vijf op één tot negentig op één. Dit probleem blijft vaak verborgen totdat waterschaarste de continuïteit of uitbreiding van de productie bedreigt.
Naarmate de klimaatverandering verergert, komt de beschikbaarheid van hulpbronnen steeds meer onder druk te staan. Zo stegen de waterkosten in 30 grote Amerikaanse steden tussen 2010 en 2015 met 41% . In Phoenix zouden watergebruikers tussen 2022 en 2025 een stijging van 48% kunnen zien als ze hun waterverbruik niet aanpassen. Deze trend heeft een aanzienlijke impact op de economische haalbaarheid van het beheer van voorzieningen, waardoor deze steeds meer afhankelijk worden van de energiekosten.
In de bloeiende bioproductiesector wijzen prognoses op een behoefte aan ongeveer tien keer de huidige vloeistofcapaciteit voor de productie van bioproducten en het beheer van de daaruit voortvloeiende afvalstoffen. Deze sector heeft veel aandacht getrokken van durfkapitaal, maar er is een waterbeperking voor duurzame resultaten in de bioproductiesector. Zorgvuldiger waterbeheer gedurende het hele productieproces verhoogt de levensvatbaarheid van deze sector.
In sommige regio's hebben watertekorten geleid tot enorme voedselinflatie. Dit geldt met name voor de staten rond het stroomgebied van de Colorado en de Central Valley in Californië, een belangrijke bron van gespecialiseerde landbouwproducten in de VS. In 2022 stegen de voedselprijzen met 9.9% – de snelste stijging in een jaar tijd sinds 1979. Vanwege de historisch lage waterbeschikbaarheid voor industrie en landbouw worden momenteel bezuinigingen op het watergebruik opgelegd of besproken, wat de economische druk verder verhoogt.
Juridische uitdagingen en de EPA
De EPA-regelgeving rond afvalwaterzuivering en hergebruik wordt steeds strenger. Hoewel ze noodzakelijk zijn om het milieu en de volksgezondheid te beschermen, kunnen ze ook uitdagingen voor het bedrijfsleven opleveren.
Er ontstaan nieuwe regelgevingen op twee belangrijke gebieden: waterrechten en industriespecifieke verontreinigingen. Staten zoals Californië, Arizona en Nevada hebben afgesproken het waterverbruik de komende drie jaar aanzienlijk te verminderen, wat vooral gevolgen heeft voor de landbouw. Daarnaast werkt de vlees- en pluimveesector samen met de EPA om de lozing van vetten en oliën in afvalwater te verbeteren. De door de EPA voorgestelde regelgeving omvat drie opties, waarbij de voorkeursoptie strengere lozingslimieten voor stikstof en fosfor vaststelt en nieuwe voorbehandelingsnormen introduceert voor olie, vetten, zwevende deeltjes en biochemische zuurstofbehoefte.
Ondanks strikte naleving van de regelgeving kunnen lokale gezondheidsproblemen en milieuvervuiling nog steeds tot publieke verontwaardiging leiden. In april 2023 spande een coalitie van 13 groepen een rechtszaak aan tegen de EPA om de regelgeving inzake industriële watervervuiling aan te scherpen, met als doel de volksgezondheid te verbeteren. Zelfs als de rechtszaak succesvol is, blijven de publieke perceptie en het vertrouwen in de overheid voor verbetering vatbaar. Eerder in 2023 veroorzaakte een treinontsporing in Ohio niet alleen directe milieuschade, maar riep ook zorgen op over de waterveiligheid en de effectiviteit van de regelgeving op de lange termijn. Dit onderstreepte de dringende noodzaak voor meer maatregelen om toekomstige milieucrisissen te voorkomen.
De weg vooruit: hergebruik van afvalwater
In sommige regio's is water in het verleden niet zo duur of een zo groot probleem geweest, waardoor het zelden de eerste duurzame hulpbron is die ter sprake komt in zakelijke gesprekken. Maar ook dat verandert nu waterschaarste meer aandacht krijgt en leidt tot de ontwikkeling van intergouvernementele doelstellingen voor waterveiligheid.
De weg vooruit is duidelijk: hergebruik water ter plaatse. Voer geavanceerde waterbehandeling uit die resulteert in water van verschillende kwaliteit – sommige geschikt voor hergebruik als drinkwater, andere voor hergebruik als niet-drinkwater, zoals voor het schoonmaken van vloeren, het doorspoelen van toiletten of het reinigen van vrachtwagens. Beweeg de industrie richting beter milieubeheer en meer op natuurbehoud gerichte praktijken voor waterhergebruik om de schaarste aan te pakken.
Het begint allemaal met het creëren van de technologie die dit mogelijk maakt.
De achilleshiel van filtratietechnologieën
De technologie voor afvalwaterzuivering was in het verleden ontoereikend. Veel methoden vernietigen waardevolle bijproducten en zijn duur in installatie en onderhoud. Membraanbioreactoren (MBR's) verwijderen bijvoorbeeld organische stoffen en stikstof, waardoor waardevolle voedingsstoffen en verbindingen uit de afvalwaterstroom verdwijnen.
Membranen behoren tot de beste methoden voor het filteren van afvalwater. Net als een koffiefilter werkt industriële membraanfiltratie op basis van grootte-uitsluiting, waardoor alleen bepaalde stoffen, afhankelijk van hun molecuulgrootte, worden doorgelaten. Ontziltingsinstallaties gebruiken bijvoorbeeld membranen om zout uit zeewater te verwijderen en zo drinkwater te produceren. Membranen werken door de toevoerstroom te scheiden in twee stromen: een schone, gezuiverde "permeaat" en een meer geconcentreerde "afvalstroom" die vaak ook hergebruikt kan worden als deze waardevolle voedingsstoffen bevat.
Hoewel effectief, heeft membraanfiltratie een groot nadeel: verstopping. Vetten, oliën, smeermiddelen (FOG) en andere kleverige materialen in zware industriële afvalstromen verstoppen de poriën. Dit leidt tot frequente reiniging, stilstand en vervanging, waardoor membraantechnologie minder haalbaar werd – tot nu toe. ZwitterCo heeft het eerste membraan ontwikkeld dat bestand is tegen onomkeerbare vervuiling en dat 5% FOG kan verwerken.
Zijn membraanfiltratieoplossingen de kosten waard?
Om als industrie deel uit te maken van de oplossing, moet het traject winstgevend zijn. Filtersystemen die niet permanent vervuild raken en dus geen dure vervanging vereisen, zijn essentieel voor de economische levensvatbaarheid.
Een vaak over het hoofd gezien voordeel van het verwijderen van deeltjes en andere materialen uit afvalwater is de winst die deze materialen kunnen opleveren. Afvalwater bevat vaak waardevolle voedingsstoffen die kunnen worden opgevangen en hergebruikt als meststoffen en grondstoffen, waardoor extra inkomstenstromen ontstaan, afval wordt verminderd en een uitstekend rendement op de investering (ROI) wordt behaald.
Wanneer landbouwbedrijven en aanverwante industrieën hun afvalwater zuiveren en hergebruiken, waarborgen ze hun waterzekerheid. Voedselverwerkers kunnen teruggewonnen water hergebruiken voor niet-drinkbare doeleinden, waardoor de behoefte aan zoet water afneemt en de waterbeschikbaarheid voor toekomstige groei wordt gegarandeerd.
De voordelen zijn duidelijk, maar hoe kunnen we de beperkingen van de huidige filtratietechnologieën overwinnen?
Slick Chemistry: Zwitterionische copolymeren
ZwitterCo heeft een oplossing ontwikkeld: een unieke membraantechnologie met behulp van zwitterionische copolymeren , een innovatief materiaal dat is ontstaan uit onderzoek aan de Tufts University. Hoewel zwitterionen al bekend waren, lag de doorbraak in het functioneel maken ervan in waterige oplossingen. Deze copolymeren zijn extreem hydrofiel en binden watermoleculen zo sterk dat kleverige stoffen zoals oliën en vetten het membraan niet kunnen binnendringen. Deze hydrofiele, of waterminnende, eigenschap maakt een nieuw membraan mogelijk – een membraan dat onomkeerbare vervuiling kan weerstaan.
Geavanceerde membraantechnologie
Omdat deze membranen een compleet andere chemische samenstelling hebben, raken ze niet snel verstopt in afvalstromen die voorheen niet gefilterd konden worden. Ze spoelen gemakkelijk schoon met water of milde chemicaliën, waardoor hun filtratie-efficiëntie behouden blijft alsof ze nieuw zijn. Dit maakt het veel kosteneffectiever om organisch materiaal uit deze stromen te extraheren of te concentreren en om te zetten in iets waardevols, terwijl de waterwinning optimaal presteert.
Deze revolutionaire membranen bieden een duurzame oplossing voor afvalwaterbeheer door verstopping te voorkomen en de noodzaak voor frequente vervanging te verminderen. In de digestaatindustrie verhogen ze de opvang van waardevolle bijproducten voor gebruik als meststof of verkoop, waardoor de noodzaak voor transport naar andere locaties en verspreiding over land, een stinkend proces met potentieel voor vervuiling, afneemt. Dit is slechts één voorbeeld van hoe onze technologie effectief kan worden ingezet in verschillende scenario's.
Het verkleinen van de industriële watervoetafdruk: de stroom beweegt zich in de goede richting
De uitdagingen op het gebied van afvalwaterbeheer zijn aanzienlijk, maar met innovatieve oplossingen zoals de nieuwe membranen die ZwitterCo ontwikkelt, kunnen bedrijven hun watervoetafdruk verkleinen door hun afvalwater effectief te zuiveren en te hergebruiken. Op die manier kunnen ze beter voldoen aan de steeds strengere regelgeving, waardevolle bijproducten terugwinnen en dit alles op een kostenefficiënte manier doen. Het verminderen van de milieubelasting kan ook de relaties met investeerders en klanten verbeteren en het vertrouwen van het publiek versterken. Recente ontwikkelingen, zoals de inspanningen van Kazachstan om het waterbeheer te verbeteren, zijn bemoedigende tekenen dat bedrijven en overheden het belang van dit vraagstuk erkennen.
BRONNEN:
- https://www.epa.gov/east-palestine-oh-train-derailment
- https://bayoucitywaterkeeper.org/were-suing-over-billions-of-gallons-of-industrial-wastewater/
- https://www.ers.usda.gov/data-products/food-price-outlook/summary-findings/#:~:text=In%202022%2C%20food%20prices%20increased,prices%20increased%20by%207.7%20percent.
- https://www.azcentral.com/story/news/local/phoenix/2023/07/07/phoenix-water-rates-increase-sharply-2023-what-you-need-to-know/70371017007/
- https://www.circleofblue.org/2015/world/price-of-water-2015-up-6-percent-in-30-major-u-s-cities-41-percent-rise-since-2010/
- https://concernusa.org/news/global-water-crisis-causes/#:~:text=At%20a%20global%20scale%2C%2044,other%20contaminants%20that%20can%20prove
- https://eurasianet.org/kazakhstan-prioritizing-water-management-measures-in-2024
