Vivimag is een van de kandidaten van de Water Innovator of the Year-verkiezing. Onderzoekers van Wetsus ontdekten dat ze eenvoudig viviantiet uit afvalwater konden verwijderen met behulp van een magneet uit de mijnbouw. Dit mineraal ontstaat bij het doseren van ijzerzouten voor fosfaatverwijdering en heeft een aantal interessante eigenschappen. Vivimag is dan ook een volgende stap in urban mining.  Bekijk hier de film van Vivimag

Hoewel fosfaat een waardevolle en steeds zeldzamere grondstof is, vormt de meststof een probleem als het in groten getale in de natuur terechtkomt. Teveel fosfaat in oppervlaktewater leidt tot ongebreidelde algenbloei waardoor het waterleven verstikt. Afvalwaterzuiveringen zijn dan ook verplicht fosfaat te verwijderen. De Nederlandse afvalwaterzuiveringen kozen daarbij grotendeels voor biologische verwijdering van fosfaten, maar het gros van de wereldwijde zuiveringen gebruikt een andere methode. Ze doseren ijzerzouten aan het afvalwater waardoor de fosfaten zich binden en neerslaan. De fosfaten kunnen uiteindelijk wel uit het slib worden verwijderd, maar dat is redelijk ingewikkeld. In de meeste gevallen verbrandt men het slib en dus ook het fosfaat. 

Vivianiet

Onderzoekers van Wetsus ontdekten dat de combinatie van ijzer en fosfaat reageert tot het mineraal vivianiet. Dit gehydrateerde ferro–fosfaat is vooral opvallend vanwege zijn kleur. Het begint kleurloos en wordt dan blauw. Het mineraal wordt dan ook gebruikt als blauwe kleurstof.  

Een van de eigenschappen van Vivianiet is dat het paramagnetisch is. Dat wil zeggen dat het materiaal magnetisch wordt zodra er een sterke magneet in de buurt wordt gehouden. Het idee ontstond al snel om deze eigenschap te gebruiken om het fosfaat te scheiden van het slib. Verscheidene pogingen met sterke magneten mislukten, tot men een uitstapje maakte naar de mijnbouw. Daar zet men magneten in om zwak magnetische metalen en mineralen te winnen uit waterige oplossingen. Iets wat de onderzoekers wel heel bekend voorkwam.  

Minder slib 

Leon Korving is als wetenschappelijk projectmanager betrokken bij het Europese project. ‘Nederland is redelijk uniek in de manier waarop wij fosfaten verwijderen uit afvalwater’, zegt Korving. ‘Het doseren van ijzerzouten is een stuk eenvoudiger en wordt veel vaker gebruikt als oplossing. De potentie van het Vivimag-concept is dan ook behoorlijk groot.

Hoewel op de traditionele manier ook een deel van het fosfaat kan worden teruggewonnen, doet Vivimag dat een stuk efficiënter en sneller. Het voordeel van de mijnbouwtechniek is dat we het slib niet eerst hoeven te drogen voordat we het fosfaat er uit kunnen halen. Doordat we al waardevolle stoffen aan het slib onttrekken, blijft er bovendien minder slib over. Waterschappen betalen geld voor het afvoeren en verbranden van slib, ze besparen dus ook nog eens kosten. Het slib heeft ook nog eens een hogere verbrandingswaarde, aangezien het vivianiet niet brandbaar is en we dit deel uit het slib halen.’ 

Magneet 

De magneet komt van het Finse mijnbouwbedrijf Outotec. Het principe is redelijk eenvoudig. Een ring met metalen staafjes draait door het slib. Het deel van de ring dat in het slib gedompeld wordt, wordt van buiten gemagnetiseerd met een sterke elektromagneet waardoor het vivianiet aan de ring gaat plakken.  Na een halve omwenteling komt de ring buiten het magnetisch veld en laat het vivianiet los zodat het kan worden opgevangen. Korving noemt Vivimag dan ook een perfect voorbeeld van urban mining. 

Grondstoffen 

Korving: ‘We onderzoeken bovendien hoe we het fosfaat en ijzer weer zo efficiënt mogelijk kunnen scheiden. Dan kan de landbouw het fosfaat inzetten als meststof terwijl de afvalwaterzuivering het ijzerpoeder opnieuw kan gebruiken. Daarmee maak je fosfaatverwijdering een stuk milieuvriendelijker.  

Het vivianiet kan ook rechtstreeks in de landbouw worden ingezet als ijzerkunstmest. Met name olijfbomen, wijnranken en citrusbomen hebben vaak last van ijzertekorten.’ 

Brandvertrager

Korving onderzoekt ook nog andere hoogwaardige toepassingen van vivianiet. Zo kijkt Wetsus samen met de Susphos naar omzetting in een fosfaathoudende brandvertraging. Fosfaathoudende brandvertragers vormen een milieuvriendelijk alternatief voor broomhoudende brandvertragers. Broomhoudende brandvertragers zijn toxisch en worden daardoor steeds minder vaak toegepast. 

Ook wijst literatuuronderzoek uit dat vivianiet bruikbaar is als grondstof voor lithium-ijzer-fosfaat batterijen.  Korving: ‘Beide toepassingen hebben een fors hogere toegevoegde waarde dan fosfaat en ijzer, dus dit is zeker het onderzoeken waard. Bovendien hoeven we de stoffen dan ook niet meer te scheiden.’ 

Pilot 

Inmiddels is de werking van de magnetische fosfaatverwijdering ook in de praktijk getest. Een proefopstelling bij rioolwaterzuivering Nieuwveer van waterschap Brabantse Delta bewees de werking van het principe. De magneet verwijderde tachtig procent van het vivianiet in het slibresidu dat uit de vergistingstank kwam. Dit betekent dat zuiveringen die voldoende ijzer doseren tot wel zeventig procent van het fosfaat uit het inkomende rioolwater kunnen terugwinnen als vivianiet. Het fosfaatgehalte van het vivianiet was elf procent. Wat dicht tegen het fosfaatgehalte van puur vivianiet zit. Bovendien waren er geen negatieve effecten te zien op de ontwaterbaarheid van het slib.  

Na de succesvolle pilot willen de onderzoekers de werking aantonen in een langere duurproef. Korving: ‘Als het langere tijd lukt om één kuub slib per uur te kunnen verwerken, wordt het interessant om de technologie toe te passen op bestaande RWZI’s. Als ze het dan ook nog voor elkaar te krijgen om meer fosfaat als vivianiet te laten neerslaan en af te scheiden, is dit een belangrijke stap naar circulaire rioolwaterzuiveringen.’