Kwaliteit van mineralenconcentraat (resultaten monitoring)

Doel van de monitoring
Deze monitoring heeft de samenstelling van verschillende deelstromen uit 17 mestverwerkingsinstallaties met OO in beeld gebracht, onder andere het concentraat en het permeaat (permeaat is het overtollige water dat meestal wordt geloosd op het oppervlaktewater).

Ten aanzien van het concentraat is de analyse verricht om in beeld te hebben of de stikstof in het mineralenconcentraat voldoende goed wordt benut door de gewassen zonder schadelijke gevolgen voor het milieu (nitraatverliezen). Deze informatie is ook gebruikt ter ondersteuning van het Europese SAFEMANURE-onderzoek, waar de criteria voor kunstmestvervangers (RENURE) zijn vastgesteld, en die moeten leiden tot een definitieve erkenning van kunstmestvervangers.

De monitoring bracht ook de kwaliteit van het permeaat uit de OO in beeld. Dit is van belang om er zeker van te zijn dat dit geloosde water geen ongewenste negatieve effecten heeft op het oppervlaktewater. Op dit moment is het zo dat de meeste waterschappen alleen een vergunning om overtollig water te lozen afgeven als er een specifieke techniek, omgekeerde osmose, wordt gebruikt. Beter zou zijn als wordt uitgegaan van de kwaliteit van het permeaat. Dit biedt meer zekerheid voor het milieu, en geeft ondernemers de ruimte om ook andere technieken te gebruiken in hun mestverwerkingsproces.

Eerdere resultaten
Resultaten van eerdere monitoringscampagnes, tussen 2009 en 2014, en een momentopname in 2018 laten zien dat slechts een deel van de mineralenconcentraten voldeden aan de criteria van de pilot MC. De monitoring is in 2019 voortgezet met 9 producenten van mineralenconcentraten, waarvan 8 een samenwerking waren aangegaan met een andere producent, totaal 17 productie-installaties.

Gebruikte technieken, bemonstering en onderzochte componenten
Het algemene productieproces bestond uit 3 processtappen: (1) mechanische scheiding van ruwe drijfmest in een vaste en vloeibare fractie, met toevoeging van één of meer vlokmiddelen, (2) verwijdering van gesuspendeerde vaste stoffen uit de vloeibare fractie door middel van dissolved air flotation (DAF) en filtratie en (3) concentratie van de vloeibare fractie middels omgekeerde osmose met als eindproducten een concentraat en een permeaat (water). Bij de 17 installaties werden 3 tot 6 monstername- en meetrondes uitgevoerd, waarbij de belangrijkste processtromen werden bemonsterd: ruwe mest, vaste fractie, OO-invoer (dunne fractie na zuivering), OO-concentraat en OO-permeaat. Bij 9 installaties werden alle processtromen bemonsterd, bij 8 installaties alleen het OO-concentraat.

Tot het monitoringsprogramma behoorden primaire en secundaire nutriënten, zware metalen, antibiotica, pathogene bacteriën en virussen.

Resultaten
De resultaten van de monitoringscampagne (zie het bijgevoegde rapport) laten zien dat OO-concentraat beschouwd kan worden als een grotendeels minerale meststof met N en K als belangrijkste waardegevende bestanddelen. Het grootste deel van de stikstof bestaat uit ammonium (NH₄-N). Verder zijn totaal organisch koolstof (TOC), S en Cl- in hoge concentraties aanwezig. Het concentratieverschil tussen OO-invoer en OO-concentraat bedraagt gemiddeld ongeveer een factor 2.4.
In OO-concentraat zijn meetbare concentraties aan Ba, Cr, Ni, Pb en Zn aangetroffen, met de hoogste concentraties voor Cu en Zn (> 1mg/kg), wat gezien het gebruik als additieven in varkensvoer mocht worden verwacht.
Van de antibiotica zijn oxytetracycline, doxycycline en sulfadiazine het meest frequent aangetroffen, in concentraties variërend van 1 tot 100 µg/kg.
Bacteriën en virussen werden in bijna alle OO-concentraten aangetoond. De gevonden concentraties zijn sterk gecorreleerd aan de concentraties in de OO-invoer.

Verschillen tussen soorten installaties
Er zijn significante verschillen gevonden in de concentraties van algemene parameters tussen de OO-concentraten van verschillende installaties. Dit lijkt afhankelijk te zijn van het gebruik van toevoegmiddelen die gebruikt worden om een beter scheidingsrendement te realiseren, in de eerste stap van mestscheiding in een dikke en dunne fractie.
In de zogenaamde type 1-installaties werd poly-acrylamide (PAM) en ijzer- en/of aluminiumsulfaat als vlokmiddelen gebruikt, en in type 2-installaties alleen PAM.
De bevindingen laten zien dat de scheiding bij type 1 installaties efficiënter plaatsvindt dan van type 2 installaties. Met andere woorden: in de voorscheidingsstappen wordt er bij type 1-installaties meer organisch materiaal uit de dunne fractie gehaald. Dit is van belang om het mineralenconcentraat te laten voldoen aan de criteria van kunstmestvervangers. Concreet: OO-concentraat uit type 1-installaties heeft:

• hogere concentraties aan droge stof, N-totaal, NH4-N, S, Na en Cl- en
• lagere concentratie aan organische stof, C-totaal, TOC en P.
• lagere concentraties aan zware metalen, antibiotica en E.coli en enterokokken

Voldoen de installaties aan de pilot Mineralenconcentraat en aan de RENURE-criteria?
De gemiddelde verhouding NH₄-N/N_totaal van de OO-concentraten van type 1 en type 2 installaties was 0,90 resp. 0,78.
Slechts een minderheid van de pilot-installaties produceert een OO-concentraat dat voldoet aan het pilot kwaliteitscriterium NH₄-N/N_totaal ≥ 0.90. Van de type 2-installaties voldeed geen enkele aan dit criterium.
In de huidige pilot mineralenconcentraat zijn er nog andere criteria: N_totaal/ P₂O₅ ≥ 15 en EC ≥ 50 mS/cm. De concentraten van twee type 2-installaties voldoen ook niet aan deze pilot-criteria. Van de type 1-installaties de meeste wel.

Momenteel werken de Europese en Nederlandse overheid eraan om kunstmestvervangers definitief te kunnen erkennen. Hiervoor zijn vorig jaar de inhoudelijke criteria bekendgemaakt. Dit is gebeurd middels het SAFEMANURE-onderzoek, kunstmestvervangers worden hier RENURE genoemd. Een belangrijk verschil met de huidige pilot mineralenconcentraat is ten aanzien van stikstofefficiëntie de RENURE-meststoffen moeten voldoen aan één van de volgende twee voorwaarden:

• of N_mineraal/N_totaal ≥ 0.90 (dit is vergelijkbaar met de huidige pilot)
• of totale organische koolstof (TOC) / N_totaal ≤ 3 (dit is een extra mogelijkheid om eraan te voldoen)

Daarnaast zijn er voorwaarden aan maximale gehaltes aan koper en zink, en aanvullend worden er voorwaarden gemaakt over de productiewijze, de opslag, de aanwending en de voorspelbaarheid / transparantie van het productieproces.
Het blijkt dat het mineralenconcentraat bij alle installaties wel voldoet aan de criteria voor RENURE.

Figuren: de gemiddelde gemeten waardes en hun variatie van concentraat bij de 17 gemonitorde OO-installaties t.a.v. stikstofcriteria RENURE en pilot mineralenconcentraat. De oranje lijn  geeft de drempelwaarde weer (drempelwaarde TOC/N_totaal is maximum, drempelwaarde NH₄/N_totaal is minimum). 

Permeaat (resterend water)
Bij OO-permeaat wordt de dunne fractie gescheiden in twee eindproducten: het concentraat en resterend water, het permeaat. De meeste mestverwerkers willen dit overtollige water lozen op het oppervlaktewater, en daar is een lozingsvergunning voor nodig van het bevoegde gezag (een waterschap of Rijkswaterstaat). Voor lozing gelden hoge kwaliteitseisen om schade aan het watermilieu en risico’s voor de humane gezondheid te voorkomen. Deze eisen zijn afhankelijk van het waterlichaam waar men op wil lozen: een klein beekje is gevoeliger dan een groot kanaal. Gebaseerd op o.a. eerdere studies wordt omgekeerde osmose momenteel gekwalificeerd als best beschikbare techniek (BBT). In de meeste lozingsvergunningen is de techniek van omgekeerde osmose daarom verplicht gesteld.

De monitoring concentreerde zich op het concentraat, maar ook aan het permeaat is een aantal analyses verricht. Deze hebben aangetoond dat de meeste pilot installaties in staat zijn een OO-concentraat te produceren dat voldoet aan de kwaliteitseisen, maar ook dat er tussen de installaties aanzienlijke verschillen zijn.
Ook hier wordt door de onderzoekers de relatie gelegd met de bedrijfsvoering van de installaties. Specifiek noemt men een suboptimale voorbehandeling van de OO-invoer, gebrekkige constructie (membraankwaliteit) van de OO-unit en ontoereikende reiniging van de OO-membranen.

Daarom wordt het volgende geadviseerd:

• verbeter de voorbehandelingstechniek en -exploitatie;
• streef naar een ‘schone’ OO-invoer, voor minimaliseren van vervuiling en beschadiging en verhogen van duurzaamheid van OO-membranen;
• kies zorgvuldig het juiste type en de juiste dosering van vlokmiddelen en ondersteunende additieven, die afgestemd zijn op de te verwerken mest (het gebruik van uitsluitend PAM wordt afgeraden);
• verbeter de reinigingsprocedure van de OO-unit, voor optimaal presteren van de OO-membranen;
• gebruik hoge kwaliteit RO-membranen die ontwikkeld zijn voor dit type invoer.