Mogelijkheden om urine van varkens via omgekeerde osmose te ontwateren

Aanleiding
Scheiden van mest aan de bron staat sterk in de aandacht. Door te voorkomen dat feces en urine bij elkaar komen worden emissies van onder andere ammoniak en methaan sterk verminderd. En mogelijk is er ook een economisch voordeel omdat er twee zuivere stromen ontstaan. Dit geldt voor zowel de vaste (feces-) fractie als de dunne (urine-) fractie.

Voor wat betreft de urinefractie kan het interessant zijn om de OO-techniek te blijven gebruiken. Hiermee wordt het gehalte aan nutriënten (stikstof, kalium e.d.) verhoogd waardoor de bemestende waarde hoger wordt en de logistieke kosten voor opslag, transport en aanwending worden verlaagd. Ook zou het een noodzakelijke stap kunnen zijn om de meststof op te waarderen tot kunstmestvervanger (Renure).

Onderzoek
In opdracht van NL Next Level Mestverwaarding heeft TU Eindhoven de technische mogelijkheden geïnventariseerd om urine van varkens via bestaande OO-installaties te concentreren. Het onderzoek is verricht door de Membrane Materials and Processes groep (MMP). De studie is gebaseerd op een analyse van de beschikbare literatuur, aangeleverde samenstelling van verschillende urinefracties en filtratie experimenten op lab schaal met verschillende urine en mestfracties.  

In het literatuurreview worden de factoren beschreven die de effectiviteit van urinefiltratie door OO beïnvloedden: 1) osmotische druk van de voeding; 2) aanwezigheid van ureum, ammoniak en ammonium; 3) vervuiling; 4) prestatie (flux) van OO-membranen voor urinefiltratie.
Vervolgens werden de resultaten van de lab schaal experimenten geëvalueerd m.b.t filtreerbaarheid van de verschillende urine/mest monsters. De volgende vier meststromen zijn beschouwd:

1. Zuivere urine afkomstig van vleesvarkens 
2. Urine afkomstig van een transportband, vervuild met vaste mestdelen  
3. Dunne mestfractie na een mechanische scheiding, voeding van OO 
4. Dunne digestaatfractie na een mono-vergister en scheider 

De belangrijkste conclusies:
Vervuiling van membranen en en voorbehandeling:
Zelfs verse zuivere urine bevat al behoorlijk veel neerslag en vaste delen. Hoewel verwerking middels OO mogelijk is, zorgen deze voor snelle vervuiling van de membranen. Frequente reiniging van de membranen zal sowieso nodig zijn. Bovendien is urine instabiel van aard wat dit probleem verergert.
Consequentie hiervan is dat ook zuivere urine niet zo maar in een OO-installatie kan maar een voorbehandeling nodig heeft om grotere deeltjes en vlokken te verwijderen. Mogelijk leidt deze verwijdering van de grovere vaste delen weer tot een ander soort vervuiling door vorming van een dunnere maar compactere “vervuilingskoek” door de “kleinere” deeltjes die resteren na de voorbehandeling. 

Naast de vervuiling door organische deeltjes in de urine is er ook sprake van vervuiling door calcium, magnesium en silica. Concentraties kunnen bij het opconcentreren zo hoog worden dat deze als zout neerslaan in de OO-membranen. Men noemt dat ‘scaling’. Uit eerder onderzoek van TUe en van WUR blijkt dat de silica-gehaltes in urine juist hoger zijn dan in dunne fracties van drijfmest. In de vier meststromen dit in dit onderzoek zijn onderzocht was het silica-gehalte overigens het hoogste in de dunne digestaatfractie.

Concentratie factor:
De maximale concentratiefactor van een mineralenconcentraat hangt af van de effectieve transmembraandruk: het verschil tussen de druk over het membraan en de osmotische druk van de mineralenstroom (de voeding). Hoe hoger de concentratie mineralen (deeltjes en ionen) in de mineralenstroom hoe hoger de osmotische druk zal zijn. Een goede maat voor de osmotische druk is de geleidbaarheid van het concentraat. De meeste mestverwerkingsinstallaties gebruiken een voedingsdruk van ca 40 bar in de eerste trap waarbij een concentraat wordt gemaakt met een geleidbaarheid van 50mS (concentratie factor 2 à 3). Aangezien de geleidbaarheid van zuiver urine vergelijkbaar is met die van drijfmest wordt geschat dat de maximale concentratiefactor van urine ook 2 à 3 zal zijn. 

Stabiliteit van de voeding van de OO-installatie:
Tijdens de experimenten op lab schaal werd snel duidelijk dat de zuivere urinemonsters niet stabiel zijn in de tijd. Zelfs tijdens opslag in de koelkast neemt de troebelheid van de monsters door vlokvorming en sedimentatie iedere dag toe wat in de experimenten resulteerde in een hogere mate van vervuiling. Het wordt daarom aanbevolen om de urine direct na opvang te verwerken.

Flux waarden (capaciteit)
Ook de verwerkingssnelheid is van belang. TUe stelt dat het op basis van de weinige (literatuur-) gegevens die beschikbaar zijn het moeilijk is om over urinefiltratie een uitspraak te doen.
De werkelijke capaciteit (flux) zal sterk afhankelijk zijn van de kwaliteit van de voeding, de toegepaste voorbehandeling, gebruikte additieven bij de voorbehandeling en de procescondities tijdens filtratie. Het lijkt er niet op dat de flux tijdens filtratie van zuivere urine veel hoger zal zijn dan die van goed voorbehandelde drijfmest.

NH₃-emissie en verlies van ureum naar het permeaat
In urine zit geen ammoniak maar ureum. Door het enzym urease wordt dit ureum echter toch omgezet naar ammoniak. Dit enzym zit in de feces, en wanneer wordt voorkomen dat feces en urine bij elkaar komen zal de ammoniakvorming dus niet plaatsvinden.
Hiervoor is overigens een zeer goede scheiding van feces en urine nodig, en de vraag is in hoeverre de beschikbare systemen van ‘scheiden aan de bron’ in de stal hieraan voldoen. Hierover is nog lang niet alles bekend.

Bij de verwerking van urine via OO is het goed om te weten dat ureum een zeer klein molecuul is dat door de membranen in het permeaat (het water) terechtkomt. Een nabehandeling zal daarom nodig zijn wanneer men het water wil lozen op het oppervlaktewater.


Conclusie:
Urine is weliswaar schoner dan dunne fractie van drijfmest, het is echter niet zo dat de urinestroom zonder voorbehandeling in een OO kan worden ingevoerd. Ook zal de urine niet verder kunnen worden geconcentreerd dan andere meststromen.


NL Next Level Mestverwaarding