Warmte uit poep en plas

milieukunde Het traditionele zuiveren van rioolwater kost energie. Vergisting levert juist energie op. Moeten we dus aan de vacuüm-wc?

Hester van Santen

Tientallen mensen in Sneek hebben sinds enkele maanden een soort vliegtuig-wc. Bij het doortrekken zuigt die – ssflrrp! – urine en poep op. Dat gaat niet met een golf water op weg naar het riool, maar geconcentreerd door een buis naar een moderne vergistingsinstallatie.

Het systeem produceert biogas, warmte en meststof. “Normaal gesproken kost waterzuivering energie. Nu levert het energie op”, zegt Grietje Zeeman tijdens een gesprek aan een tuintafel op de universiteitscampus in Wageningen.

Zeeman is sinds 1 maart aan de Wageningen Universiteit hoogleraar. Ze is specialist in ‘nieuwe sanitatie’: vernieuwende systemen voor riolering en afvalwaterzuivering. Ze ontwierp de zuiveringsinstallatie in Sneek tien, vijftien jaar geleden. In 2006 werden de eerste 32 huizen erop aangesloten – de lokale projectleider offerde zijn garage op om de vergister te plaatsen. Tot 2015 worden nog eens 250 nieuwbouwwoningen aangesloten op de installatie.

Wat is er mis met de gewone rioolwaterzuivering?

“Al het afvalwater komt in Nederland in één riool. Afvalwater van huishoudens, regenwater uit rioolputten en soms industrieel afvalwater. Dat water wordt ‘aeroob’ gezuiverd. Dat betekent dat organische stof met zuurstof omgezet wordt in CO2 en water.

“Dat gebeurt doorgaans in open bakken. Daarin groeien vanzelf bacteriën, die de omzetting uitvoeren. Om meer zuurstof toe te voegen, zitten er beluchters in de bakken. Dat kost energie. Dat moet eigenlijk niet. De waterschappen hebben juist afgesproken dat ze voor 2020 30 procent minder energie willen verbruiken.

“Bij de waterzuivering wordt ook heel veel slib geproduceerd, per persoon zo’n 15 kilo slib per jaar. Dat slib bestaat uit niet-afbreekbare deeltjes en levende bacteriën. Doordat iedereen alles in het riool kan gooien, zitten er veel zware metalen in rioolslib. Dat slib is dus niet bruikbaar als mest: het moet verbrand worden.

“Die rioolwaterzuiveringsinstallaties worden wel steeds efficiënter. Het slib gaat tegenwoordig eerst naar een vergistingsinstallatie, voor het naar de verbrandingsoven gaat. En stikstof en fosfaat worden verwijderd, maar niet teruggewonnen. Dat kost allemaal energie en apparatuur. Steeds komt er een stapje bij, maar er wordt geen fundamenteel ander concept bedacht. Ik ben een groot voorstander van ‘anaerobe zuivering’. Vergisting dus. Daar kun je energie mee opwekken, omdat er methaan, biogas dus, bij vrijkomt.”

Hoe werkt dat dan in Sneek?

“Om het afvalwater te kunnen vergisten, is het noodzakelijk dat het zo geconcentreerd mogelijk is. Daarom hebben de huizen vacuümtoiletten. In een normale wc gaat bij elke spoelbeurt zes liter water mee naar het riool. In een vacuümtoilet is dat maar één liter. En de huizen hebben een vermaler in de keuken voor groente- en fruitafval; dat gaat ook mee met het meest vervuilde water, het ‘zwart water’ omdat dit de biogasopbrengst verdubbelt.”

Wilden de bewoners dat wel?

“De gemeente Sneek zei: als het hier lukt, lukt het overal. Het is een heel gewone woonwijk, waar in 2006 vervangende nieuwbouw kwam na sloop. Van maar één huis wilden de bewoners destijds niet terugkeren omdat er een ander toilet kwam. Het enige waar de bewoners verder over klaagden, was het lawaai van het toilet. Maar dat heeft de fabrikant aangepast en toen was het over.”

Maar vergisten en biogas produceren, dat gebeurt toch al veel?

“Uit mest wel. En bij agrarische industrieën met afvalwater met veel organische resten, zoals bierbrouwerijen en papierfabrieken. Maar niet met huishoudelijk afvalwater. Ik begon mijn onderzoek naar anaerobe zuivering met dierlijke mest. Dat is mooi geconcentreerd, zodat je veel biogas produceert. Een deel van dat gas kun je gebruiken om de reactorinhoud op te warmen tot 30 à 40 graden. Dat is heel belangrijk. Want methaanbacteriën, die voor die vergisting zorgen, groeien heel langzaam.

“Daarom is vergisting van normaal huishoudelijk afvalwater niet kosteneffectief. Wij reken in COD [Chemical Oxygen Demand, HvS], dat is een maat voor het gehalte organische stof. Ons zwart water in Sneek heeft een COD van 10 à 15 gram per liter. Gewoon huishoudelijk afvalwater heeft een COD van 0,5 g/l. Dat scheelt gigantisch. In de winter is dat rioolwater maar 6 of 7 graden. Het biogas dat je daaruit produceert, levert te weinig energie om de reactor op te warmen. Dus heb je een heel grote reactor nodig omdat het heel langzaam gaat. In de jaren negentig deed ik er onderzoek naar en besefte: dit is niet de weg. In Brazilië, Indië of Colombia gebeurt het trouwens wel, want daar is het warmer.”

Waarom vergisten we niet gewoon het slib uit een conventionele rioolwaterzuivering?

“Dat wordt wel gedaan, maar het levert minder op [zie ook kader]. Je moet dan alsnog het slib verwarmen en onder hoge druk werken, wat energie kost. En bacteriën zijn veel slechter verteerbaar dan poep, zodat het minder biogas oplevert.

“Daarnaast levert de installatie meststof doordat we stikstof en fosfaat terugwinnen. In Nederland hebben we een mestoverschot, maar dat is in grote delen van de wereld niet zo. Ik vind daarom dat je stikstof en fosfaat altijd moet terugwinnen. Fosfaat is eindig. Het is een delfstof, het overgrote deel komt uit China en Marokko. De voorspelling is dat over honderd jaar de goede kwaliteit fosfaat op is. Stel dat we dit concept in de hele wereld zouden toepassen, dan kunnen we circa 25 procent van de gebruikte kunstmest vervangen.

“In Sneek produceren we op twee manieren meststof. Na vergisting zitten de stikstof en fosfaat uit urine nog in de waterfractie. We winnen die terug in een struvietinstallatie. Struviet is een mineraal [ammonium-magnesiumfosfaat, HvS]. Het ontstaat als we magnesium aan het water toevoegen. Struvietkorrels zijn een bekende kunstmestvervanger. Het staat in Nederland alleen nog niet op de lijst van toegelaten meststoffen.

“Ook het slib uit de vergister zou een goede meststof zijn. Alleen: dat slib bevat wat te veel koper en zink, volgens de norm. Maar ik vind dat de regelgeving veranderd moet worden. Ik wil aantonen dat die hoge concentraties koper en zink in het slib natuurlijk zijn: die metalen komen uit ons voedsel. Het slib uit de vergister in Sneek bevat veel minder zware metalen dan gewoon rioolslib, al weten we niet precies hoe dat komt.”

Stel dat de regelgeving wordt aangepast, kan dat slib dan in de landbouw gebruikt worden?

“Ziektekiemen zijn ook nog een probleem. Zwart water is infectueus. We doen nu onderzoek naar de vraag: hoe maak je hygiënisch betrouwbare meststof? We denken dat het systeem met nóg minder water moet werken. Dan kan de reactor nog kleiner, en kunnen we het tot een hogere temperatuur opwarmen, zodat we bacteriën doden. Zowel poep als plas worden nu nog met 1 liter water weggezogen. Voor urine is het eigenlijk niet nodig om een liter te gebruiken.”

Gaan de methaanbacteriën niet dood als de reactor zo warm wordt?

“We moeten de balans zoeken. We kunnen kiezen voor thermofiele methaanbacteriën, die bij 50 tot 60 graden werken. In Denemarken wordt mest al thermofiel vergist, om ziektekiemen te verwijderen. Een andere optie is dat je het slib composteert met tuinafval.”

Dergelijke lokale zuiveringsprojecten waren er al. Waarom is er nog steeds niets grootschaligs?

“Ruim tien jaar geleden liep er een project in Utrecht, in het Groene Dak [ecologische woonwijk, HvS]. Dat is helemaal mislukt. Daar waren composttoiletten geïnstalleerd. Op de dag dat ik mijn eigen voorstel voor het project in Sneek indiende, stond op de voorpagina van de Volkskrant zo’n maanmannetje dat stront uit het systeem moest scheppen.

“Een composteringssysteem is op zich heel mooi. Heb je ooit op een composttoilet gezeten? Nee? In het toilet zit een heel groot gat, als je naar beneden kijkt zie je een hoop poep. Als het goed gaat en je schept dat af en toe om, dan kan er zuurstof naar binnen treden en wordt het mooie compost. En het produceert ook nog veel warmte. Maar die toiletten in Utrecht waren niet goed ontworpen: er kwam ook urine bij. Dan gaat het spontaan ongecontroleerd anaeroob omzetten en dan gaat het stinken.

“Composttoiletten zullen niet makkelijk geaccepteerd worden. Je gebruikt een trommel die je moet rondroeren – je moet dus altijd zelf iets doen met de poep. De meeste mensen willen dat niet. We hadden een Tanzaniaanse promovenda, die heeft onderzocht of compostering zou aanslaan in Tanzania. Maar mensen zijn niet gewend aan scheiding van urine en feces. En ze gebruiken water in plaats van wc-papier. Composteren mislukte daar dus. Vacuümtoiletten bieden hetzelfde comfort als de huidige toiletsystemen.” 

Worden in Sneek ook medicijnresten uit het water gehaald?

“Nee, dat is nog een uitdaging. Bijna alle resten van medicijnen komen in urine of poep terecht. Die resten komen – in heel lage concentraties – allemaal in het oppervlaktewater: er is helemaal geen regelgeving voor. Het is bekend dat op de plaats waar het effluent van een gewone rioolwaterzuivering geloosd wordt, meer tweeslachtige en vrouwelijke vissen leven. Dat komt door de hormonen uit de anticonceptiepil. Je kunt ze wel verwijderen, maar het is duur omdat je de rioolwaterzuivering moet aanpassen. Wij kunnen efficiënter zuiveren, omdat we het zwart water gescheiden houden.”

Juist afgelopen donderdag publiceerde Nature een commentaar van twee Britse milieukundigen over de vervuiling door anticonceptie. ‘Dat het nodig is om ons milieu te beschermen tegen de schadelijke effecten snapt iedereen, maar dat we daar als maatschappij ook voor moeten betalen dringt nog niet door’, schrijven ze. Binnen de EU wordt dit jaar overlegd of er een verbod komt op het lozen van water met het vrouwelijke hormoon. De rioolwaterzuivering Horstermeer in Gelderland wordt momenteel voorzien van actieve-koolfilters om medicijnresten te verwijderen. Het is een van de eerste waterzuiveringsinstallaties in Europa met zo’n systeem.

Hebben we straks in Nederland geen riolen meer nodig?

“Nou, we zijn natuurlijk volledig gerioleerd in Nederland. Je kunt moeilijk al die riolen gaan uitgraven. Maar ik vind dat we afvalwater per wijk moeten zuiveren. Als je dat dan bij elk nieuwbouw- en sloopproject invoert, kun je in veertig, vijftig jaar alles vernieuwen.

“Je kunt beginnen met het vervangen van gewone toiletten door vacuümtoiletten. In Deventer wordt nu een nieuwbouwwijk gebouwd vrijwel naast een conventionele waterzuiveringsinstallatie. In die huizen komen vacuümtoiletten. Die worden aangesloten op de traditionele slibvergister. Ik denk dat het in een nieuwbouwwijk niet eens zo veel extra kost, en het bespaart water. Ik heb net een huis gekocht dat helemaal verbouwd moet worden. Daar nemen we ook vacuümtoiletten. En die sluiten we aan op onze eigen anaerobe zuivering.”