Casestudy: Joshua Tree Brewery

Veel vraag en uitdagingen

Joshua Tree, Californië, staat bekend om de ruige woestijnschoonheid van het gelijknamige nationale park en de marinebasis bij het nabijgelegen 29 Palms. De stad met 10.000 inwoners is een ware ‘craft beer desert’, met de dichtstbijzijnde brouwerij op meer dan tachtig kilometer afstand.

Joshua Tree Brewery zag de kans om de gemeenschap te bedienen en hun populaire bieren uit te breiden van een garage naar een fysieke taproom, maar moest uitdagingen overwinnen met betrekking tot het opzetten van een afvalwaterzuiveringssysteem ter plaatse om te voldoen aan de lozingseisen van de staat, de provincie en de lokale overheid. In samenwerking met Aquacycl konden ze een kosteneffectieve manier demonstreren om hun afvalwater te zuiveren volgens de irrigatienormen.

Het openen van een nieuwe brouwerij

Joshua Tree Brewery vond de ideale locatie voor hun eerste taproom vlakbij de ingang van het nationale park. In een “craft beer desert” waar de dichtstbijzijnde brouwerij meer dan tachtig kilometer verderop lag, leek het een logische stap voor de zes partners die een fysieke locatie wilden openen waar ze hun lokale craftbieren aan de gemeenschap konden verkopen. De craft beer scene had zich niet zo goed ontwikkeld als in de nabijgelegen gemeenschappen van San Diego en de medeoprichters waren ervan overtuigd dat er voldoende vraag was.

Zelfs zonder fysieke locatie was Joshua Tree Brewery actief in de gemeenschap door hun bier te doneren aan diverse fondsenwervers en proeverijen te organiseren tijdens lokale evenementen. Ze hadden talloze prijzen gewonnen met hun bieren en wilden een locatie openen waar mensen konden genieten van ambachtelijk bier in kleine hoeveelheden, gemaakt met lokale ingrediënten zoals witte salie en cactusvrucht.

Toen ze begonnen met de planning voor de opening van de taproom, spraken ze met verschillende afdelingen binnen de county San Bernardino. Ze realiseerden zich al snel dat milieuhygiëne de grootste uitdaging zou worden, aangezien het afvalwater van het brouwproces ter plaatse gezuiverd moest worden volgens de irrigatiekwaliteitsnormen.

Brouwerijen en producenten van voedingsmiddelen en dranken hebben tijdens hun productieproces grote hoeveelheden water nodig.

Joshua Tree Brewery minimaliseerde al haar waterverbruik door een brouwproces met drie vaten te gebruiken om 75-80% van de suikers uit granen te halen. Eén gallon bier produceert ongeveer 3 gallon afvalwater, en het geproduceerde afvalwater heeft een organische koolstofgehalte dat tot 50 keer hoger is dan wat in een gemiddeld riool wordt gemeten.

De hoge concentratie organische koolstof, gemeten als chemisch zuurstofverbruik (CZV), kan stroomafwaarts problemen veroorzaken en toxiciteit veroorzaken bij lokale nutsbedrijven. De meeste gemeenten vereisen slipstreaming (verdunning) of rekenen hoge toeslagen om dit te verwerken.

In het geval van Joshua Tree Brewery werd hen geen van beide opties geboden.

De stad Joshua Tree is aangesloten op een septictank en de voorgestelde locatie ligt boven een watervoerende laag die drinkwater levert aan de stad Joshua Tree. De county maakte zich zorgen over nieuwe verontreiniging van de watervoerende laag; nieuwe bedrijven moesten voldoen aan strenge waterkwaliteitsnormen voor lozing.

De staat houdt toezicht op de waterkwaliteit en vooral de provincie San Bernardino maakt zich zorgen over de stikstoflozingen.

De eisen van de county zijn om het chemische of biologische zuurstofverbruik (CZV/BZV) te verlagen van 30.000 naar minder dan 30 milligram per liter (mg/l), het totale zwevende stofgehalte (TSS) van 700 naar minder dan 30 mg/l en het totale stikstofgehalte van 100 naar minder dan 10 mg/l. Dit is in overeenstemming met de eisen van Titel 22 van Californië voor het lozen van water voor bodemtoepassing.

Toen Joshua Tree Brewery op zoek ging naar opties om hun afvalwater te zuiveren, realiseerden ze zich al snel dat standaard zuiveringssystemen onbetaalbaar waren voor een klein bedrijf. Als onafhankelijke brouwer was afvalwaterzuivering iets onbekends voor de brouwerijpartners, en de zuiveringsvereisten leidden bijna tot de sluiting van het hele bedrijf. Ze onderzochten standaard anaerobe vergisters, maar de opties waren beperkt vanwege het kleine volume dat gezuiverd moest worden.

Conventionele zuiveringssystemen zijn rendabel voor brouwerijen die grote hoeveelheden afvalwater produceren. Joshua Tree Brewery schatte de productie echter op slechts 1890-5800 liter per dag (GPD).

De oplossing

Een afvalwaterconsultant die Joshua Tree Brewery kende, bracht hen in contact met Aquacycl, een startup uit San Diego die microbiële brandstofcellen gebruikt om kleine hoeveelheden zeer geconcentreerd afvalwater op een kosteneffectieve manier te zuiveren.

De BioElectrochemical Treatment Technology (BETT™) van Aquacycl gebruikt natuurlijke, lokaal geproduceerde bacteriën om de afvalwaterzuivering te versnellen, primair slib te elimineren en secundair slib te minimaliseren. De BioElectrochemical Treatment Technology (BETT™) van Aquacycl minimaliseert secundair slib en produceert direct elektriciteit. Het afvalwater en de bijbehorende bacteriën worden naar de BETT™-reactoren geleid en de bacteriën vormen biofilms op de binnenoppervlakken van elke BETT™-reactor.

Terwijl de bacteriën het organische materiaal in het afvalwater consumeren, geven ze elektronen af ​​als onderdeel van hun ademhalingsproces. Met andere woorden, deze bacteriën geven elektronen af ​​tijdens het ademen. Naarmate de microben sneller ademen, geven ze meer elektronen af, die worden opgevangen in de BETT™-reactorcircuits en gelijkstroom produceren. De elektrische stroom kan worden opgevangen door druppelladen van accu’s en deze te gebruiken om Aquacycl-apparatuur van stroom te voorzien, waardoor BETT™ een energieneutraal systeem is. Belangrijk is dat hoe meer elektrische stroom er wordt geproduceerd, hoe sneller de bacteriën ademen, wat betekent dat ze sneller eten en de zuiveringssnelheid verhogen. Kortom, meer elektriciteitsproductie betekent een hogere zuiveringssnelheid.

Het systeem is modulair, met BETT™-reactoren die ongeveer zo groot zijn als een standaard autoaccu. Ze zijn allemaal als LEGO® op elkaar gestapeld in een 6 meter lange zeecontainer die buiten de brouwerij staat.

Vergeleken met een conventioneel zuiveringssysteem kostte de standaard zuiveringsinstallatie van Aquacycl ongeveer de helft en nam hij een kleinere oppervlakte in beslag. Het systeem wordt aangeboden als servicemodel, wat de initiële investering voor Joshua Tree Brewery verlaagde. Het systeem wordt op afstand bewaakt en aangestuurd, waardoor Joshua Tree Brewery zich kan concentreren op het brouwen van bier, zonder een operator voor afvalwaterzuivering in te hoeven huren. De Aquacycl BETT™-gebruikersinterface stelt zowel Joshua Tree Brewery als Aquacycl in staat om de prestaties van elke afzonderlijke BETT™-reactor te bekijken en de operationele prestaties van het systeem als geheel te observeren, waardoor toezichthouders, operators en brouwers realtime informatie krijgen. Het zuiveringssysteem vereist eenmaal per jaar onderhoud, dat wordt uitgevoerd als onderdeel van het Aquacycl-servicecontract.

Met behulp van fondsen van het Innovative Conservation Program (ICP), een subsidieprogramma van het Metropolitan Water District of Southern California, het U.S. Bureau of Reclamation en diverse andere wateragentschappen in het zuidwesten, installeerden Joshua Tree Brewery en Aquacycl een demonstratiesysteem dat de verwijderingspercentages aan de county en lokale wateragentschappen liet zien. Het demonstratiesysteem was opgezet om 150 gallons (570 liter) ruw afvalwater van de brouwerij per dag (zonder voorbehandeling) te behandelen onder batch- en continue operationele omstandigheden. Terwijl de brouwpartners de laatste hand legden aan de uitbreiding van de brouwerij, zouden ze het afvalwater dat tijdens het brouwen werd gegenereerd, naar hun garage brengen en door de Aquacycl-demonstratie-unit laten stromen.

Het BETT™-systeem werd opgeschaald om tot 99% van de COD, TSS, totale zwavel en ongeveer een derde van de totale stikstof te verwijderen, maar vereiste een polijststap en denitrificatie om de COD en stikstof verder te verlagen. Aquacycl werkte samen met BioLargo™, een beursgenoteerd watertechnologiebedrijf dat technologie aanbood om de polijststappen uit te voeren.

De resultaten

De demonstratie-unit was aanzienlijk kleiner dan het volledige systeem dat nodig was voor Joshua Tree Brewery. Zelfs met de kleinere omvang en het gebrek aan een consistente hoeveelheid afvalwater, kon het systeem een ​​verwijderingspercentage aantonen waarmee toezichthouders de kwaliteit van het afvalwater voorlopig konden goedkeuren en Joshua Tree Brewery de ontwikkeling konden voortzetten. Resultaten De goedkeuring van de county is afhankelijk van het testen van de influent- en effluentpercentages tijdens de volledige exploitatie, wanneer de brouwerij operationeel is.

Het volledige zuiveringssysteem is ontworpen om 99% van de COD te verwijderen, van 30.000 mg/l tot 300 mg/l. De polijsttechnologie verwijdert de resterende COD tot 30 mg/l en stikstof (van 50 mg/l tot 10 mg/l). Het volledig geïntegreerde zuiveringssysteem behandelt tussen 500 en 1500 GPD.

Wat nu?

Joshua Tree Brewery bevindt zich in de laatste plannings- en ontwikkelingsfase voor de opening en de partners zien licht aan het einde van de tunnel. Na het uitgebreide proces van afvalwaterzuivering ter plaatse te hebben doorlopen, willen ze hun systeem presenteren als onderdeel van de brouwerijbeleving. Klanten die Joshua Tree bezoeken, zijn milieubewust en de partners willen laten zien dat ze water terugwinnen en de impact van het bier verminderen. Het water dat door het systeem wordt gezuiverd, wordt geloosd in uitloogputten en kan in de toekomst mogelijk worden gebruikt voor landschapsbevloeiing.

Uiteindelijk zijn de brouwers van plan uit te breiden tot een coöperatie, zodat andere lokale brouwers hun bieren kunnen presenteren zonder dezelfde investeringen als Joshua Tree Brewery. Dit geeft kleine thuisbrouwers de kans om hun recepten op grotere apparatuur uit te proberen en nieuwe bieren aan de gemeenschap te presenteren.

Zonder het BETT-systeem zou de stad ons onze brouwerij niet laten openen, omdat ze niet over de infrastructuur beschikten om het zeer sterke afvalwater te zuiveren. We hebben gekeken naar kant-en-klare systemen, maar die waren niet betaalbaar voor kleine bedrijven. Het systeem van Aquacycl is geweldig voor het milieu en we zijn onder de indruk van de gebruiksvriendelijkheid, de klantenservice en de betaalbaarheid ervan.

Dario Guerra
Joshua Tree Brouwerij