BE1018196A3

BE1018196A3 - METHOD AND DEVICE FOR HANDLING AMMONIUM WASTE WATER.

Info

Publication number: BE1018196A3
Application number: BE2008/0347A
Authority: BE
Inventors: Davy Ringoot
Original assignee: Thenergo Nv
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-07-06
Also published as: NL2003086A1; NL2003086C2

Abstract

Een methode voor de verwerking van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom bevat een eerste stap van het onderwerpen van de waterige afvalstroom aan een aerobe biologische zuiveringstap die een beluchtingstap en een scheiding in slib en een effluent omvat. Een volgende stap omvat het indampen van het effluent waardoor een gecondenseerd ammoniumhoudend destillaat en een concentraat verkregen worden en waarin het indampen wordt uitgevoerd met damprecompressie van het destillaat. Vervolgens omvat de methode een stap van strippen van het gecondenseerd destillaat door middel van stoom, gevolgd door condenseren van de stoom om een waterige ammoniakoplossing te verkrijgen. Het stoomstrippen gebeurt bij voorkeur in onderdruk. Een inrichting voor het uitvoeren van stappen van de methode is voorzien. Methoden en inrichtingen van de uitvinding zijn bijzonder geschikt voor de behandeling van digestaten van vergisting van organisch materiaal en laten toe op een energie-efficiënte manier te werken.A method for processing an ammonium-containing aqueous waste stream comprises a first step of subjecting the aqueous waste stream to an aerobic biological purification step comprising an aeration step and a separation in sludge and an effluent. A further step comprises evaporating the effluent, whereby a condensed ammonium-containing distillate and a concentrate are obtained, and wherein evaporation is carried out with vapor recompression of the distillate. The method then comprises a step of stripping the condensed distillate with steam, followed by condensing the steam to obtain an aqueous ammonia solution. The steam stripping is preferably done under reduced pressure. A device for performing steps of the method is provided. Methods and devices of the invention are particularly suitable for the treatment of digestates from fermentation of organic material and allow to work in an energy-efficient manner.

Description

METHODE EN INRICHTING VOOR HET VERWERKEN VAN AMMONIUMRIJKEMETHOD AND DEVICE FOR PROCESSING AMMONIUM

AFVALWATERSWASTE WATERS

Technisch gebiedTechnical area

[0001] De uitvinding situeert zich in het gebied van de verwerking van waterige afvalstromen, die rijk zijn aan ammonium, zoals waterige afvalstromen van organische aard. In het bijzonder situeert de uitvinding zich in het gebied van de behandeling van het digestaat van vergistinginstallaties op basis van onder andere biomassa.The invention is in the field of processing aqueous waste streams rich in ammonium, such as aqueous waste streams of an organic nature. In particular, the invention is situated in the field of treatment of the digestate of fermentation plants based on, inter alia, biomass.

Stand van de techniekState of the art

[0002] Waterige afvalstromen die rijk zijn aan ammonium (NH4+) en/of ammoniak (NH3) moeten behandeld worden vooraleer deze als afvalwater geloosd mogen worden. In gekende behandelingstechnieken, wordt het ammonium typisch verwijderd door omvorming tot stikstofgas, dat in de atmosfeer kan ontsnappen. Het overgrote deel van het ammonium wordt bijgevolg als het ware weggegooid. Nochtans is ammonium een waardevolle grondstof voor landbouwkundige toepassingen en/of industriële processen. Wereldwijd wordt ammonium op grote schaal geproduceerd uit aardgas. Het winnen van ammonium uit ammoniumhoudende afvalstromen kan bijgevolg het verbruik van fossiele brandstoffen verminderen.Aqueous waste streams rich in ammonium (NH 4 +) and / or ammonia (NH 3) must be treated before they can be discharged as waste water. In known treatment techniques, the ammonium is typically removed by transformation into nitrogen gas, which can escape into the atmosphere. The vast majority of the ammonium is therefore, as it were, thrown away. However, ammonium is a valuable raw material for agricultural applications and / or industrial processes. Worldwide, ammonium is produced on a large scale from natural gas. The extraction of ammonium from ammonium-containing waste streams can therefore reduce the consumption of fossil fuels.

[0003] Ammoniumhoudende waterige afvalstromen worden voornamelijk geproduceerd door levende wezens, en door vergisting van materialen die een aanzienlijke organische fractie bevatten, zoals bv. biomassa. De vergisting van organisch materiaal (biomassa) levert een waardevolle energiedrager op (biogas) , die wordt aangewend als brandstof voor de productie van elektriciteit en/of warmte. Daarnaast echter blijft een min of meer waterige reststroom achter (het digestaat) met daarin overblijvende organische, minerale en niet afbreekbare componenten.Ammonium-containing aqueous waste streams are mainly produced by living creatures, and by fermentation of materials that contain a substantial organic fraction, such as, for example, biomass. The fermentation of organic material (biomass) provides a valuable energy carrier (biogas), which is used as a fuel for the production of electricity and / or heat. In addition, however, a more or less aqueous residual stream remains (the digestate) with residual organic, mineral and non-degradable components.

[0004] Japanse octrooiaanvrage met publicatienummer 59-160597, beschrijft een methode voor het behandelen van menselijk afval, waarin het afval een anaërobe vergisting ondergaat. Het daaruit voortvloeiend vloeibaar digestaat wordt eerst aëroob behandeld in een beluchtingsbekken en daarna onderworpen aan een indamping, waarin de dampfase gecondenseerd wordt. Het ammonium wordt uit dit condensaat verwijderd door het te strippen met lucht op hoge temperatuur (80°C) . De lucht wordt naderhand verbrand om ammonium (ammoniak) te oxideren tot stikstofgas (N2) .Japanese patent application with publication number 59-160597, describes a method for treating human waste, in which the waste undergoes an anaerobic fermentation. The resulting liquid digestate is first aerobically treated in an aeration basin and then subjected to an evaporation in which the vapor phase is condensed. The ammonium is removed from this condensate by stripping it with high temperature air (80 ° C). The air is subsequently burned to oxidize ammonium (ammonia) to nitrogen gas (N2).

[0005] Een nadeel van bovenstaande methode is dat ammonium niet wordt gewonnen, maar omgezet tot stikstof om het in de atmosfeer vrij te geven. De hoge temperaturen die nodig zijn om het indampen en het luchtstrippen uit te voeren, alsmede de ventilatie voor het beluchten van het beluchtingsbekken vereisen bovendien een grote hoeveelheid energie, die niet door aanwending van de thermische en elektrische energie uit de verbranding van het vergistinggas alleen kan worden geleverd. Niet alleen slaagt bovenvermelde methode er niet in om het ammonium op een waardevolle manier te recupereren, vanuit een energetisch standpunt blijkt ze ook weinig efficiënt.A disadvantage of the above method is that ammonium is not recovered, but converted to nitrogen to release it into the atmosphere. Moreover, the high temperatures required to carry out the evaporation and the stripping of air, as well as the ventilation for the aeration of the aeration basin, require a large amount of energy which cannot be obtained solely by the application of the thermal and electrical energy from the combustion of the fermentation gas. will be delivered. Not only does the above method fail to recover the ammonium in a valuable way, it also appears to be inefficient from an energetic point of view.

Hoofdkenmerken van de uitvindingMain features of the invention

[0006] Er is bijgevolg nood aan een methode en een inrichting die aan genoemde nadelen uit de stand der techniek verhelpt. Bijgevolg voorziet de uitvinding in een methode en een inrichting voor het behandelen van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom, zoals uiteengezet in bijgevoegde conclusies.There is therefore a need for a method and a device that overcomes the aforementioned disadvantages of the prior art. Accordingly, the invention provides a method and an apparatus for treating an ammonium-containing aqueous waste stream as set forth in the appended claims.

[0007] Overeenkomstig een eerste aspect van de uitvinding is er een methode voorzien voor de verwerking van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom. Deze afvalstroom bevat bij voorkeur organisch materiaal. De afvalstroom is bij voorkeur van organische aard.According to a first aspect of the invention, there is provided a method for processing an ammonium-containing aqueous waste stream. This waste stream preferably contains organic material. The waste stream is preferably of an organic nature.

[0008] De methode bevat een eerste stap van het onderwerpen van de waterige afvalstroom aan een aerobe biologische zuiveringstap die een beluchtingstap en een scheidingstap omvat. In de scheiding worden slib en een effluent verkregen. Een volgende stap omvat het indampen van het effluent waardoor een gecondenseerd ammoniumhoudend destillaat en een concentraat verkregen worden en waarin het indampen wordt uitgevoerd met damprecompressie van het destillaat. Vervolgens omvat de methode een stap van strippen van het gecondenseerd destillaat door middel van stoom, gevolgd door condenseren van de stoom om een waterige ammoniakoplossing te verkrijgen.The method includes a first step of subjecting the aqueous waste stream to an aerobic biological purification step that includes an aeration step and a separation step. Sludge and an effluent are obtained in the separation. A further step comprises evaporating the effluent, whereby a condensed ammonium-containing distillate and a concentrate are obtained, and wherein evaporation is carried out with vapor recompression of the distillate. The method then comprises a step of stripping the condensed distillate with steam, followed by condensing the steam to obtain an aqueous ammonia solution.

[0009] Bij voorkeur zetten stappen uit methoden van de uitvinding de ammoniumhoudende waterige afvalstroom om in water en een ammoniakoplossing. Bij grotere voorkeur wordt een deel van de waterige afvalstroom omgezet in een concentraat van stikstof, fosfor en kalium. Bij nog grotere voorkeur wordt een deel van de waterige afvalstroom omgezet in vaste mest- en/of brandstof.Preferably, steps from methods of the invention convert the ammonium-containing aqueous waste stream into water and an ammonia solution. More preferably, part of the aqueous waste stream is converted to a concentrate of nitrogen, phosphorus and potassium. Even more preferably, part of the aqueous waste stream is converted into solid manure and / or fuel.

[0010] Bij voorkeur gebeurt de stap van het strippen in onderdruk, bij voorkeur een onderdruk van ten minste 0,3 bar, bij grotere voorkeur ten minste 0,5 bar. Bij grotere voorkeur gebeurt de stap van het indampen in onderdruk, bij voorkeur een onderdruk van ten minste 0,3 bar, bij grotere voorkeur ten minste 0,5 bar.Preferably, the stripping step takes place under reduced pressure, preferably an under pressure of at least 0.3 bar, more preferably at least 0.5 bar. More preferably, the step of evaporating takes place under reduced pressure, preferably an under pressure of at least 0.3 bar, more preferably at least 0.5 bar.

[0011] Bij voorkeur omvat de aerobe biologische zuiveringstap bijkomend een contactorstap, in dewelke de waterige afvalstroom en ten minste een deel van het slib worden gemengd tot een contactorslib en waarin het contactorslib in de scheidingstap gescheiden wordt in het effluent en het slib. Hierin zijn de contactorstap en de beluchtingstap afzonderlijke stappen. Bij grotere voorkeur omvat de beluchtingstap het beluchten van het deel van het slib dat naar de contactorstap wordt gevoerd. Volgens een alternatief omvat de beluchtingstap het beluchten van het contactorslib en is de beluchtingstap geschakeld tussen de contactorstap en de scheidingstap. De scheidingstap omvat bij voorkeur een bezinkstap. Bijkomend of als alternatief kan de scheidingstap een filtratiestap omvatten (bv. membraanfiltratie) om slib en effluent te scheiden.Preferably, the aerobic biological purification step also comprises a contactor step, in which the aqueous waste stream and at least a portion of the sludge are mixed into a contactor sludge and in which the contactor sludge in the separation step is separated into the effluent and the sludge. The contactor step and the aeration step are separate steps in this. More preferably, the aeration step comprises aerating the portion of the sludge that is fed to the contactor step. According to an alternative, the aeration step comprises aeration of the contactor sludge and the aeration step is switched between the contactor step and the separation step. The separation step preferably comprises a settling step. Additionally or alternatively, the separation step may include a filtration step (e.g., membrane filtration) to separate sludge and effluent.

[0012] Bij voorkeur is de ammoniumhoudende waterige afvalstroom minstens gedeeltelijk afkomstig van de vergisting van: biomassa, afval van dieren, urine en/of uitwerpselen. De ammoniumhoudende waterige afvalstroom kan minstens gedeeltelijk afkomstig zijn van de vergisting van slib. De ammoniumhoudende waterige afvalstroom kan minstens gedeeltelijk afkomstig zijn van de vergisting van (huishoudelijk) groente-, fruit- en tuinafval (ook wel "GFT" genoemd, dat biologisch afbreekbaar huishoudelijk af val kan omvatten, zoals etensresten) . De ammoniumhoudende waterige afvalstroom kan minstens gedeeltelijk percolaatwater van stortplaatsen bevatten.Preferably, the ammonium-containing aqueous waste stream originates at least in part from the fermentation of: biomass, animal waste, urine and / or excrement. The ammonium-containing aqueous waste stream can at least partly come from the fermentation of sludge. The ammonium-containing aqueous waste stream can at least partly come from the fermentation of (household) vegetable, fruit and garden waste (also referred to as "GFT", which may include biodegradable household waste, such as food waste). The ammonium-containing aqueous waste stream can at least partially contain percolate water from landfills.

[0013] Bij voorkeur omvatten methoden overeenkomstig de uitvinding een stap van het vergisten van organisch materiaal om een digestaat en een gasfase te produceren. De waterige afvalstroom is hierin ten minste een fractie van het digestaat. Bij grotere voorkeur omvatten methoden overeenkomstig de uitvinding een stap van het scheiden van het digestaat in een waterfractie en een slibfractie, waarin de waterfractie de waterige afvalstroom vormt.Preferably, methods according to the invention comprise a step of fermenting organic material to produce a digestate and a gas phase. The aqueous waste stream herein is at least a fraction of the digestate. More preferably, methods according to the invention comprise a step of separating the digestate into a water fraction and a sludge fraction, wherein the water fraction forms the aqueous waste stream.

[0014] Bij voorkeur wordt thermische energie opgewekt met de gasfase. Ten minste een deel van genoemde thermische energie wordt aangewend bij de stappen van het indampen en het strippen. Bij grotere voorkeur bevindt genoemd deel van de thermische energie zich op een temperatuur lager dan of gelijk aan 90°C. Bij nog grotere voorkeur is genoemd deel van de thermische energie beschikbaar onder de vorm van onderdrukstoom.Preferably, thermal energy is generated with the gas phase. At least a part of said thermal energy is used in the evaporation and stripping steps. More preferably, said part of the thermal energy is at a temperature lower than or equal to 90 ° C. Even more preferably, said part of the thermal energy is available in the form of underpressure steam.

[0015] Bij voorkeur wordt een ander deel van de thermische energie aangewend voor een droging van de slibfractie. Bij voorkeur bevindt genoemd ander deel van de thermische energie zich op een temperatuur hoger dan 100°C, bij voorkeur hoger dan 150°C.Preferably another part of the thermal energy is used for drying the sludge fraction. Preferably, said other part of the thermal energy is at a temperature higher than 100 ° C, preferably higher than 150 ° C.

[0016] Overeenkomstig een tweede aspect van de uitvinding, is er een inrichting voorzien voor de verwerking van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom, waarin de inrichting middelen omvat om stappen uit methoden van de uitvinding uit te voeren. De ammoniumhoudende waterige afvalstroom bevat bij voorkeur organisch materiaal. De afvalstroom kan van organische aard zijn.According to a second aspect of the invention, there is provided a device for processing an ammonium-containing aqueous waste stream, wherein the device comprises means for performing steps of methods of the invention. The ammonium-containing aqueous waste stream preferably contains organic material. The waste stream can be of an organic nature.

[0017] Bij voorkeur omvatten inrichtingen overeenkomstig de uitvinding: - een inrichting voor aerobe biologische zuivering, die een beluchtingsbekken en een scheider bevat en die voorzien is om de waterige afvalstroom te ontvangen, - een indamper met damprecompressie, die voorzien is om het effluent van de inrichting voor aerobe biologische zuivering te ontvangen, - een stoomstripper, die voorzien is om het destillaat van de indamper te ontvangen en - een condensor, voorzien om de stoom uit. de stoomstripper te condenseren.Devices according to the invention preferably comprise: - an aerobic biological purification device, which contains an aeration basin and a separator and which is provided to receive the aqueous waste stream, - a vapor recompression evaporator, which is provided around the effluent of to receive the aerobic biological purification device, - a steam stripper, which is provided to receive the distillate from the evaporator, and - a condenser, which is designed to extract the steam. to condense the steam stripper.

[0018] Bij grotere voorkeur omvat de inrichting een vergistingreactor, voorzien voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal om daaruit een gasfase (vergistinggas) en een digestaat te produceren, waarin de waterige afvalstroom ten minste een deel van het digestaat vormt,More preferably, the device comprises a fermentation reactor provided for anaerobically fermenting organic material to produce therefrom a gas phase (fermentation gas) and a digestate, in which the aqueous waste stream forms at least a part of the digestate,

[0019] Bij voorkeur bevat de inrichting voor aerobe biologische zuivering een contactor, voorzien om de waterige afvalstroom te mengen met slib van de scheider tot contactorslib. Bij grotere voorkeur is het beluchtingsbekken geschakeld in de stroom van het slib tussen de scheider en de contactor. Het beluchtingsbekken is in dit laatste geval voorzien om slib van de scheider te beluchten. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm is het beluchtingsbekken geschakeld tussen de contactor en de scheider en voorzien om het contactorslib te beluchten. De scheider kan een bezinktank omvatten. De scheider kan bijkomend of als alternatief een filtratie-eenheid omvatten.Preferably, the aerobic biological purification device comprises a contactor provided to mix the aqueous waste stream with sludge from the separator to contactor sludge. More preferably, the aeration basin is connected in the flow of the sludge between the separator and the contactor. The aeration basin is provided in the latter case to aerate sludge from the separator. According to an alternative embodiment, the aeration basin is connected between the contactor and the separator and provided to aerate the contactor sludge. The separator may comprise a settling tank. The separator may additionally or alternatively comprise a filtration unit.

[0020] Bij voorkeur bevat de inrichting bijkomend een inrichting voor het opwekken van thermische energie uit de gasfase. Bij grotere voorkeur bevat de inrichting middelen voor het in-situ aanwenden van de thermische energie.Preferably, the device also includes a device for generating thermal energy from the gas phase. More preferably, the device comprises means for applying the thermal energy in situ.

Beschrijving van de figurenDescription of the figures

[0021] Figuur 1 A toont een processchema overeenkomstig methoden van de uitvinding. Figuur 1 B toont een schema van de overeenkomstige inrichtingen.Figure 1 A shows a process diagram according to methods of the invention. Figure 1B shows a diagram of the corresponding devices.

[0022] Figuur 2 toont een aerobe biologische zuivering volgens een klassiek actief slibsysteem.Figure 2 shows an aerobic biological purification according to a classical active sludge system.

[0023] Figuur 3 toont een aerobe biologische zuivering overeenkomstig de uitvinding. Figuur 3A toont een schema van een inrichting voor contactstabilisatie. Figuur 3B toont een schema van een inrichting voor aerobe stabilisatie met voorgeschakelde contactor.Figure 3 shows an aerobic biological purification according to the invention. Figure 3A shows a diagram of a contact stabilization device. Figure 3B shows a diagram of a device for aerobic stabilization with a pre-switched contactor.

[0024] Figuur 4 toont een schema van een indamper met damprecompressie en stoomstripper overeenkomstig de uitvinding.Figure 4 shows a diagram of an evaporator with vapor recompression and steam stripper according to the invention.

[0025] Figuur 5 toont een schema van de opwekking van thermische energie (22, 29) en elektrische energie (154) uit de verbranding van het biogas (13). De kringlopen voor de thermische energie (op hoge en lage temperatuur) tussen opwekking en afname (respectievelijk droger en indamper/stoomstripper) zijn aangegeven.Figure 5 shows a diagram of the generation of thermal energy (22, 29) and electrical energy (154) from the combustion of the biogas (13). The cycles for thermal energy (at high and low temperature) between generation and collection (dryer and evaporator / steam stripper respectively) are indicated.

[0026] Figuur 6 toont een schema van de energie- en massabalans voor een voorbeeld van een proces overeenkomstig de uitvinding toegepast op de vergisting van biomassa.Figure 6 shows a diagram of the energy and mass balance for an example of a process according to the invention applied to the fermentation of biomass.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvindingDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0027] Waterige afvalstromen die organisch materiaal bevatten, zoals afkomstig van levende wezens (bv. afval van dieren zoals, varkens, urine, uitwerpselen) of zoals het restproduct van de vergisting (fermentatie) van organisch (biologisch) materiaal (biomassa), bevatten veelal niet geringe hoeveelheden ammonium. Onder andere de aanwezigheid van ammonium, maakt deze afvalstromen niet geschikt voor rechtstreekse lozing. Een behandeling dringt zich op.Aqueous waste streams containing organic material, such as from living creatures (e.g., animal waste such as, pigs, urine, droppings) or such as the residual product of the fermentation (fermentation) of organic (biological) material (biomass) often not small amounts of ammonium. Among other things, the presence of ammonium makes these waste streams not suitable for direct discharge. Treatment is urgent.

[0028] De uitvinding voorziet in methoden en inrichtingen voor de verwerking van deze waterige afvalstromen, die toelaten een dergelijke afvalstroom op te werken tot één of meerdere volgende, nuttige stromen: - water: voor hergebruik (bv. als proceswater) of lozing, - ammoniakoplossing, - een concentraat van stikstof, fosfor en kalium (NPK) en - vaste mest- en/of brandstof.The invention provides methods and devices for processing these aqueous waste streams that allow such a waste stream to be processed into one or more following useful streams: - water: for reuse (e.g. as process water) or discharge, - ammonia solution, - a concentrate of nitrogen, phosphorus and potassium (NPK) and - solid manure and / or fuel.

Een belangrijk deel van het ammonium en bij voorkeur van andere nutriënten (fosfor en kalium) uit de afvalstroom kan bijgevolg worden gewonnen als grondstof.An important part of the ammonium and preferably of other nutrients (phosphorus and potassium) from the waste stream can therefore be recovered as raw material.

[0029] Waterige afvalstromen die het uitgangspunt vormen in methoden van de uitvinding, bevatten . een aanzienlijke hoeveelheid ammoniakale stikstof, bij voorkeur ten minste 1000 mg/1 N en bij grotere voorkeur ten minste 1500 mg/1 N (op basis van de totale hoeveelheid NH3/NH4+) . Methoden voor het bepalen van de hoeveelheid ammoniakale stikstof, zoals colorimetrie (titratie) en/of spectroscopie, zijn beschreven door Nollet in "Handbook of Water Analysis", 2000, pp. 229-260, Marcel Dekker uitgever. Bij voorkeur bevatten deze waterige afvalstromen .een organische fractie (hoeveelheid organisch materiaal), die zodanig is dat de COD (chemische zuurs tof vraag) van de waterige afvalstroom ten minste 1000 mg/1 bedraagt, bij grotere voorkeur ten minste 1500 mg/1. De COD kan gemeten worden overeenkomstig de norm ISO 6060:1989. Deze waterige afvalstromen hebben bij voorkeur een gehalte aan droge stof kleiner dan of gelijk aan 40%, bij grotere voorkeur kleiner dan of gelijk aan 20% en in het bijzonder kleiner dan of gelijk aan 6% op gewicht.Contain aqueous waste streams that form the starting point in methods of the invention. a substantial amount of ammoniacal nitrogen, preferably at least 1000 mg / 1 N and more preferably at least 1500 mg / 1 N (based on the total amount of NH 3 / NH 4 +). Methods for determining the amount of ammoniacal nitrogen, such as colorimetry (titration) and / or spectroscopy, have been described by Nollet in "Handbook of Water Analysis", 2000, pp. 229-260, Marcel Dekker publisher. These aqueous waste streams preferably contain an organic fraction (amount of organic material) which is such that the COD (chemical oxygen demand) of the aqueous waste stream is at least 1000 mg / l, more preferably at least 1500 mg / l. The COD can be measured in accordance with the ISO 6060: 1989 standard. These aqueous waste streams preferably have a dry matter content of less than or equal to 40%, more preferably less than or equal to 20% and in particular less than or equal to 6% by weight.

[0030] Waar numerieke waarden worden gegeven met het oog op het beperken van een grootheid, of als resultaat van een meting, zal rekening worden gehouden met variaties die het gevolg zijn van onzuiverheden, meetmethoden, menselijke fout, statistische variatie, enz.Where numerical values are given for the purpose of limiting a quantity, or as a result of a measurement, variations due to impurities, measurement methods, human error, statistical variation, etc. will be taken into account.

[0031] Bij wijze van voorbeeld wordt de uitvinding beschreven aan de hand van een afvalstroom van de vergisting van biomassa volgens het processchema voorgesteld in figuur IA. Het overeenkomstig schema van de installaties is voorgesteld in figuur 1B. Voor andere (organische) ammoniumhoudende afvalstromen kan eenzelfde traject worden gevolgd. Naast afvalstromen van de vergisting van biomassa, kunnen methoden van de uitvinding worden toegepast op onder andere waterige afvalstromen van slibvergisting, vergisitng van GFT-afval en percolaatwater van stortplaatsen.By way of example, the invention is described on the basis of a waste stream from the fermentation of biomass according to the process diagram shown in Figure 1A. The corresponding diagram of the installations is shown in Figure 1B. The same route can be followed for other (organic) ammonium-containing waste streams. In addition to waste streams from the fermentation of biomass, methods of the invention can be applied to, inter alia, aqueous waste streams from sludge fermentation, fermentation of organic waste and leachate water from landfills.

[0032] De uitvinding is echter in het bijzonder van toepassing op waterige afvalstromen afkomstig van de vergisting van biomassa of gelijkaardige grondstoffen van organische (biologische) aard. Dergelijke afvalstromen kunnen als volgt worden verkregen.However, the invention is particularly applicable to aqueous waste streams from the fermentation of biomass or similar raw materials of an organic (biological) nature. Such waste streams can be obtained as follows.

[0033] Biomassa 10 wordt, na een eventuele voorbehandelingstap 11 (zoals bv. hygiënisatie door pasteurisatie) in een voorbehandelingeenheid 110 (bv. een pasteurisatie-eenheid, zeef, verkleiner, ontijzering-installatie, en/of verzuringeenheid - dit in functie van het type grondstof) , onderworpen aan een anaërobe vergisting 12 in een vergistingreactor 120. De vergisting gebeurt bij voorkeur op een temperatuur tussen 30°C en 40°C (mesofiel) of op een temperatuur tussen 50°C en 60°C (thermofiel) . Ze levert een gas 13 (biogas) op, dat methaan en C02 bevat, en een waterig restproduct: het digestaat 14. De energetische inhoud van het biogas kan worden aangewend voor de productie van elektriciteit en warmte.Biomass 10, after an optional pre-treatment step 11 (such as, for example, pasteurization sanitation) in a pre-treatment unit 110 (e.g., a pasteurization unit, screen, shredder, de-ironing plant, and / or acidification unit - this depends on the raw material type), subjected to anaerobic fermentation 12 in a fermentation reactor 120. The fermentation preferably takes place at a temperature between 30 ° C and 40 ° C (mesophilic) or at a temperature between 50 ° C and 60 ° C (thermophilic). It yields a gas 13 (biogas), which contains methane and CO2, and an aqueous residual product: the digestate 14. The energetic content of the biogas can be used for the production of electricity and heat.

[0034] Het digestaat 14 is een waterig restproduct. Het is een mengsel van organische en anorganische stoffen dat ammonium (NH4+) bevat en kan bijkomend het volgende bevatten: - opgeloste organische verbindingen zoals vetzuren en humuszuren, - niet opgeloste organische verbindingen (zwevende stoffen), zoals bacteriën en niet afbreekbare biomassa (vb. vezels), - zouten zoals van K, Cl, S04, Na, Ca en Mg, - overige nutriënten (naast ammonium), zoals fosfaat (P043') , - opgeloste gassen, zoals C02.The digestate 14 is an aqueous by-product. It is a mixture of organic and inorganic substances that contains ammonium (NH4 +) and may additionally contain the following: - dissolved organic compounds such as fatty acids and humic acids, - undissolved organic compounds (suspended solids), such as bacteria and non-degradable biomass (e.g. fibers), - salts such as K, Cl, SO 4, Na, Ca and Mg, - other nutrients (in addition to ammonium), such as phosphate (PO43 '), - dissolved gases, such as CO 2.

Typisch komt tussen 60% en 80% (molair) van de stikstof in het digestaat voor onder ammoniumvorm (NH4+) . Het overige deel komt doorgaans voor onder organisch gebonden vorm. Door het anaëroob vergistingsproces komt doorgaans geen stikstof voor onder nitraatvorm. Dit betekent dat bij voorkeur minder dan 10%, bij grotere voorkeur minder dan 5% • en bij grootste voorkeur minder dan 1% (molair) van de stikstof in het digestaat voorkomt onder nitraatvorm. De pH van het digestaat bedraagt bij voorkeur tussen 7 en 9, bij grotere voorkeur tussen 7,4 en 8.Typically, between 60% and 80% (molar) of the nitrogen in the digestate occurs in ammonium form (NH 4 +). The remainder usually occurs in organically bound form. Due to the anaerobic fermentation process, nitrogen is generally not available in nitrate form. This means that preferably less than 10%, more preferably less than 5% and most preferably less than 1% (molar) of the nitrogen in the digestate occurs under nitrate form. The pH of the digestate is preferably between 7 and 9, more preferably between 7.4 and 8.

[0035] Typisch bevat het digestaat een groot aantal vaste (zwevende) deeltjes. Digestaat kan tussen 2% en 40% op gewicht aan droge stof bevatten, bij voorkeur tussen 4% en 20%. Droge stof verwijst naar het residu na verdamping van water bij 105°C. Het organische stofgehalte bedraagt bij voorkeur tussen 30% en 8 0% op gewicht van de droge stof. De vaste (zwevende) stoffen in het digestaat hebben typisch een zeer brede deeltjesgrootteverdeling, aangezien het restanten zijn van het toegevoerde materiaal in een mindere of verdere gevorderde vorm van ontbinding.Typically, the digestate contains a large number of solid (floating) particles. Digestate can contain between 2% and 40% by weight of dry matter, preferably between 4% and 20%. Dry matter refers to the residue after evaporation of water at 105 ° C. The organic matter content is preferably between 30% and 80% by weight of the dry matter. The solid (floating) substances in the digestate typically have a very broad particle size distribution, since they are remnants of the supplied material in a lesser or further advanced form of decomposition.

[0036] Het organische stofgehalte kan worden bepaald door het verschil te maken tussen de droge stof en de asrest. De droge stof kan bepaald worden overeenkomstig NBN 357.01 (november 1954). De asrest kan bepaald worden overeenkomstig NBN 357.02 (november 1954).The organic matter content can be determined by making the difference between the dry matter and the ash residue. The dry matter can be determined in accordance with NBN 357.01 (November 1954). The ash residue can be determined in accordance with NBN 357.02 (November 1954).

[0037] Om de methode stappen van de uitvinding te ontlasten, wordt een groot deel van de vaste deeltjes bij voorkeur gescheiden. Daartoe wordt bij voorkeur een scheidingstap 16 voorzien, waarin het digestaat 14 in een scheider 160 gescheiden wordt in twee stromen: een slibfractie 17 of "dikke fractie" met daarin het grootste deel van de zwevende stoffen en daarnaast een waterfractie 18 of "dunne fractie" . De scheiding 16 kan mechanisch gebeuren. Scheider 160 kan bv. een centrifuge, een schroefpers, een filterpers of een zeefbandpers zijn.To relieve the method steps of the invention, a large part of the solid particles is preferably separated. For this purpose, a separation step 16 is preferably provided, in which the digestate 14 is separated into two streams in a separator 160: a sludge fraction 17 or "thick fraction" containing the majority of the suspended solids and in addition a water fraction 18 or "thin fraction". . The separation 16 can be done mechanically. Separator 160 can be, for example, a centrifuge, a screw press, a filter press or a sieve belt press.

[0038] De slibfractie 17 kan verder worden verwerkt tot een vaste stof, zoals meststof en/of brandstof. Deze verwerking kan een droging 19 van de slibfractie in een droger 190 omvatten. Daarna kan het gedroogde slib eventueel worden omgevormd [20] in een omvormeenheid 200 tot pellets 21 van (organische) meststof en/of brandstof.The sludge fraction 17 can be further processed into a solid, such as fertilizer and / or fuel. This processing may include drying 19 of the sludge fraction in a dryer 190. Thereafter, the dried sludge can optionally be converted [20] in a conversion unit 200 into pellets 21 of (organic) fertilizer and / or fuel.

[0 039] De drogingstap 19 kan een directe droging zijn, maar is bij voorkeur een indirecte droging, waarin het te drogen product gescheiden blijft van het droogmedium. De warmte-uitwisseling gebeurt dan onrechtstreeks, over een oppervlak. Indirecte drogers hebben het voordeel compacter te zijn en voeren het verdampte water af als waterdamp en niet als vochtige lucht. Door condensatie 35 van de waterdamp in een condensor 35 0, kan een groot deel van de ingebrachte energie teruggewonnen worden. Dit is in tegenstelling tot de directe drogers waar geen warmteterugwinning door condensatie mogelijk is. Door het ontbreken van vochtige lucht is ook geen luchtbehandeling vereist.The drying step 19 can be a direct drying, but is preferably an indirect drying, in which the product to be dried remains separate from the drying medium. The heat exchange then takes place indirectly, over a surface. Indirect dryers have the advantage of being more compact and remove the evaporated water as water vapor and not as moist air. By condensing 35 the water vapor in a condenser 35, a large part of the energy introduced can be recovered. This is in contrast to the direct dryers where no heat recovery through condensation is possible. Due to the lack of moist air, no air treatment is required either.

[0040] De waterfractie 18 van het digestaat is een ammoniumhoudende waterige afvalstroom. Overeenkomstig de uitvinding wordt deze afvalstroom 18 onderworpen aan een aantal stappen, die kenmerkend zijn voor de uitvinding: aerobe stabilisatie, indamping en strippen van het condensaat. De waterfractie dient verpompbaar te zijn om genoemde stappen te kunnen uitvoeren. Het doel van deze stappen is het scheiden van de waterfractie in ten minste één geconcentreerde fractie en een waterfase. De geconcentreerde fractie(s) bevat(ten) het hoofddeel van de zouten en opgeloste verbindingen, waaronder die van stikstof. De waterfase kan voldoen aan de wettelijke lozingsnormen, of is voldoende zuiver om als proceswater te worden gebruikt.The water fraction 18 of the digestate is an ammonium-containing aqueous waste stream. According to the invention, this waste stream 18 is subjected to a number of steps which are characteristic of the invention: aerobic stabilization, evaporation and stripping of the condensate. The water fraction must be pumpable in order to be able to perform said steps. The purpose of these steps is to separate the water fraction into at least one concentrated fraction and an aqueous phase. The concentrated fraction (s) contains (s) the major part of the salts and dissolved compounds, including those of nitrogen. The water phase can meet the legal discharge standards, or is sufficiently pure to be used as process water.

[0041] Een eerste stap overeenkomstig de methode van de uitvinding is dus een aerobe stabilisatie 23, waarin de waterfractie (dunne fractie) een aerobe biologische zuivering ondergaat in een daartoe voorziene inrichting 230. De aerobe stabilisatie omvat een beluchting in een belucht ingsbekken 231 en een (na) bezinking in een bezinktank 232. De beluchting verwijst naar het voeren van een afvalstroom in een bekken en het blazen van lucht doorheen deze stroom. De beluchting doet specifieke micro-organismen ontwikkelen, die de organische vervuiling in het afvalwater ten minste gedeeltelijk verwijderen. Meer bepaald wordt ten minste een deel van de afbreekbare opgeloste organische verbindingen verwijderd.Thus, a first step according to the method of the invention is an aerobic stabilization 23, in which the water fraction (thin fraction) undergoes an aerobic biological purification in a device 230 provided for this purpose. The aerobic stabilization comprises aeration in an aeration basin 231 and a (post) settling in a settling tank 232. The aeration refers to the introduction of a waste stream into a basin and the blowing of air through this stream. The aeration causes specific micro-organisms to develop, which at least partially remove the organic pollution in the waste water. In particular, at least a portion of the degradable dissolved organic compounds is removed.

[0042] Door een aantal specifieke voorwaarden tijdens de aerobe biologische zuivering kan nitrificatie worden vermeden, waardoor in methoden overeenkomstig de uitvinding bij voorkeur nitrificatie afwezig is. Dit kan verkregen worden door één of een combinatie van volgende voorwaarden.Due to a number of specific conditions during aerobic biological purification, nitrification can be avoided, so that nitrification is preferably absent in methods according to the invention. This can be achieved by one or a combination of the following conditions.

[0043] De aerobe zuivering en de beluchting in het bijzonder gebeurt bij voorkeur bij een temperatuur tussen 30°C en 50°C, bij grotere voorkeur tussen 35°C en 45°C en bij grootste voorkeur tussen 40°C en 42°C. Deze hoge temperaturen garanderen een hoge activiteit en onderdrukken de nitrificatie. Bij te hoge temperaturen wordt het risico op strippen van NH3 echter te hoog.The aerobic purification and the aeration in particular is preferably carried out at a temperature between 30 ° C and 50 ° C, more preferably between 35 ° C and 45 ° C and most preferably between 40 ° C and 42 ° C . These high temperatures guarantee high activity and suppress nitrification. At too high temperatures, however, the risk of stripping NH3 becomes too high.

[0044] De aerobe zuivering en de beluchting in het bijzonder gebeurt bij voorkeur bij een hoge pH (pH > 7,5), bij grotere voorkeur een pH i 8 en bij nog grotere voorkeur een pH ^ 8,5. Bij voorkeur is de pH niet groter dan 11.The aerobic purification and the aeration in particular are preferably carried out at a high pH (pH> 7.5), more preferably at a pH of 8 and even more preferably at a pH of 8.5. Preferably the pH is no greater than 11.

[0045] Bij voorkeur hebben de uittredende stromen na de aerobe zuivering (effluent en bezonken slib) een pH ^ 7.5, bij grotere voorkeur een pH ^ 8 en bij nog grotere voorkeur een pH > 8.5. Bij voorkeur is de pH niet groter dan 11.Preferably the emerging streams after the aerobic purification (effluent and settled sludge) have a pH ^ 7.5, more preferably a pH ^ 8 and even more preferably a pH> 8.5. Preferably the pH is no greater than 11.

[0046] Door de beluchting treedt er immers een stripping op van C02 (koolzuurgas) waardoor een pH-stijging optreedt. Door het afbreken van organische zuren stijgt bovendien de pH. Door het onderdrukken van nitrificatie is er ook geen verzuring van het water. Anderzijds heeft de hoge pH ook een remmend effect op de nitrificatie.After all, as a result of the aeration, a stripping of CO2 (carbon dioxide gas) occurs, as a result of which a pH rise occurs. Moreover, the pH rises due to the breakdown of organic acids. By suppressing nitrification there is also no acidification of the water. On the other hand, the high pH also has an inhibitory effect on nitrification.

[0047] De verblijftijd van de waterfractie in de aerobe zuiveringstap 23 wordt bij voorkeur beperkt tot ten hoogste 10 dagen, bij grotere voorkeur tot ten hoogste 5 dagen, waardoor de traag groeiende nitrificeerders minder kans krijgen tot ontwikkeling. De verblijftijd van de waterfractie in de aerobe zuiveringstap 23 is bij voorkeur ten minste een halve dag, bij grotere voorkeur ten minste één dag. De verblijftijd kan bepaald worden door het volume van de installatie te delen door het instroomdebiet.The residence time of the water fraction in the aerobic purification step 23 is preferably limited to a maximum of 10 days, more preferably to a maximum of 5 days, so that the slow-growing nitrifying agents are less likely to develop. The residence time of the water fraction in the aerobic purification step 23 is preferably at least half a day, more preferably at least one day. The residence time can be determined by dividing the volume of the installation by the inflow flow.

[0048] De bovengenoemde voorwaarden bieden een aantal voordelen. Ten eerste wordt het overgrote deel van het ammonium in de waterfractie behouden, wat toelaat om dit terug te winnen overeenkomstig de uitvinding. Daarnaast vermijdt een hoge pH een corrosieve omgeving, waardoor de materiaalkeuze gemakkelijker wordt en leidt tot een kleinere materiaalkostprijs van de installaties. Ook resulteert het vermijden van nitrificatie in een gering energieverbruik voor beluchting. Immers, de omzetting van NH4+ tot N03' vraagt veel energie. Ten slotte is er geen externe koolstofbron nodig voor een denitrificatiestap, daar een nitrificatie praktisch afwezig is.The above-mentioned conditions offer a number of advantages. First, the vast majority of the ammonium in the water fraction is retained, which allows it to be recovered in accordance with the invention. In addition, a high pH avoids a corrosive environment, making the choice of materials easier and leading to a lower material cost of the installations. Also, avoiding nitrification results in low energy consumption for aeration. After all, the conversion of NH4 + to NO3 'requires a lot of energy. Finally, no external carbon source is needed for a denitrification step, since a nitrification is practically absent.

[0049] Methoden van de uitvinding omvatten bij voorkeur geen nitrificatie en denitrificatiestap.Methods of the invention preferably do not include a nitrification and denitrification step.

[0050] De aerobe stabilisatie 23 kan worden uitgevoerd in een actief slibsysteem. Dit kan een "klassiek" actief slibsysteem 230 zijn, zoals uitgebeeld in figuur 2, met een beluchtingsbekken 231 en nageschakelde bezinktank 232 met retour van slib naar het beluchtingsbekken. Het actief slibsysteem kan voordeligerwijze en overeenkomstig de uitvinding ook een contactor bevatten, zoals verder in deze tekst wordt uiteengezet.The aerobic stabilization 23 can be carried out in an active sludge system. This can be a "classic" active sludge system 230, as depicted in Figure 2, with an aeration basin 231 and downstream sedimentation tank 232 with a return of sludge to the aeration basin. The active sludge system can advantageously and according to the invention also contain a contactor, as is further explained in this text.

[0051] De bezinking in bezinktank 232 levert een effluent 24 en een bezonken slib op. De grootste fractie van het bezonken slib wordt terug naar het beluchtingsbekken teruggevoerd (retourslib 234) . Een eventuele overblijvende fractie (spuislib 233) wordt af gevoerd. Het spuislib 233 kan worden gemengd met de slibfractie 17 van de scheidingstap 16 en verder worden verwerkt zoals hoger beschreven. Het spuislib kan worden teruggevoerd naar de vergister 12.The settling in settling tank 232 yields an effluent 24 and a settled sludge. The largest fraction of the settled sludge is returned to the aeration basin (return sludge 234). Any remaining fraction (waste sludge 233) is discarded. The sludge sludge 233 can be mixed with the sludge fraction 17 of the separation step 16 and further processed as described above. The waste sludge can be returned to the digester 12.

[0052] De aerobe stabilisatie (ongeacht de procesconfiguratie) heeft volgende effecten op de instroom (waterige afvalstroom 18). Aangezien er voordeligerwijze geen of nauwelijks nitrificatie optreedt in de aerobe stabilisatie, blijft het ammonium onder ongewijzigde vorm in het afvalwater. Echter, gezien de hoge pH en de relatief hoge temperatuur kan een strippingseffeet optreden: het ammonium vervluchtigt (tot ammoniak) en wordt meegenomen met de lucht die doorheen het beluchtingsbekken wordt geblazen. Het ammonium kan uit de lucht gerecupereerd worden door de lucht uit te wassen 33 in een luchtwasser 330 met een zuur, zoals zwavelzuur of fosforzuur, waardoor een geconcentreerd ammoniumzout 34, zoals bv. ammoniumsulfaat ( (NH4) 2S04) , wordt gevormd dat kan aangewend worden als kunstmeststof. Als alternatief kan de lucht ook sterk gekoeld worden en kan het ammonium door condensatie worden teruggewonnen. Een ander alternatief is een verbranding van de afgasstroom. Ten slotte kan de ammoniak worden verwijderd in een biofilter. De bovenvermelde stappen laten toe om de ammoniumvracht naar de indamper te verminderen. Een combinatie van bovenstaande processen is ook mogelijk. Voordeligerwijze wordt de ammoniakvrijgave beperkt door de aerobe zuivering uit te voeren onder de voorwaarden zoals hoger beschreven.The aerobic stabilization (regardless of the process configuration) has the following effects on the inflow (aqueous waste stream 18). Since advantageously no or hardly any nitrification occurs in the aerobic stabilization, the ammonium remains in the waste water under unchanged form. However, given the high pH and the relatively high temperature, a stripping gap may occur: the ammonium volatilizes (to ammonia) and is carried along with the air that is blown through the aeration basin. The ammonium can be recovered from the air by washing out the air 33 in an air washer 330 with an acid, such as sulfuric acid or phosphoric acid, thereby forming a concentrated ammonium salt 34, such as, for example, ammonium sulfate ((NH 4) 2 SO 4) that can be used be used as fertilizer. Alternatively, the air can also be highly cooled and the ammonium can be recovered by condensation. Another alternative is combustion of the waste gas stream. Finally, the ammonia can be removed in a biofilter. The above-mentioned steps make it possible to reduce the ammonium load to the evaporator. A combination of the above processes is also possible. Advantageously, the ammonia release is limited by performing the aerobic purification under the conditions as described above.

[0053] De aerobe biologische zuivering 23 verwijdert afbreekbare organische verbindingen, zoals vetzuren en alcoholen, die restproducten zijn van het vergistingsproces 12.The aerobic biological purification 23 removes degradable organic compounds, such as fatty acids and alcohols, which are residual products of the fermentation process 12.

[0054] Een bijkomend voordeel van de aerobe stabilisatie is dat door biologische afbraak en door inkapseling zwevende stoffen worden verwijderd uit het water. Deze stoffen worden mee afgevoerd met het bezonken slib van de bezinktank.An additional advantage of aerobic stabilization is that substances are removed from the water by biodegradation and encapsulation suspended matter. These substances are also taken away with the settled sludge from the settling tank.

[0055] Door de hoge pH tijdens de aerobe stabilisatie, wordt in het beluchtingsbekken een deel van de Ca en Mg ionen neergeslagen, waardoor een biologische ontharding van het effluent wordt verkregen. Het zachtere water geeft vervolgens minder risico op neerslagvorming in de nageschakelde processen (bv. in de indamper 250) . Dit verhoogt de levensduur van de installaties en vermindert het energieverbruik.Due to the high pH during aerobic stabilization, a portion of the Ca and Mg ions are deposited in the aeration basin, whereby a biological softening of the effluent is obtained. The softer water then gives less risk of precipitation in the downstream processes (eg in the evaporator 250). This increases the service life of the installations and reduces energy consumption.

[0056] Verder vormt het beluchtingsbekken 231 een buffer tussen de fermentatiereactor 120 en de nageschakelde installaties. Bij een plots optreden van procesproblemen (uitspoeling van slib door problemen met de centrifuge, verhoging vetzuurconcentratie door biologische verstoring in de vergisting, pH schommelingen,...) en in afwezigheid van een buffer, kunnen er onmiddellijk belangrijke storingen optreden stroomafwaarts. De aerobe stabilisatiestap vlakt deze problemen uit en laat toe bij te sturen. De verblijftijd in de aerobe stabilisatie, zoals hoger aangegeven, is voldoende lang om afwijkingen bij te sturen.Furthermore, the aeration basin 231 forms a buffer between the fermentation reactor 120 and the downstream installations. In the event of a sudden occurrence of process problems (leaching of sludge due to problems with the centrifuge, increase in fatty acid concentration due to biological disruption in the fermentation, pH fluctuations, ...) and in the absence of a buffer, important disruptions downstream can occur immediately. The aerobic stabilization step smoothes out these problems and allows you to make adjustments. The residence time in the aerobic stabilization, as indicated above, is long enough to correct deviations.

[0057] Mits een bijkomende polymeerdosering, zoals bv. van kationische polyelektrolieten, kan een hoge graad van afscheiding van zwevende stoffen worden bekomen en bekomt men een water dat (ten dele) als laagwaardig proceswater kan ingezet worden (vb. voor polymeerverdunning, reinigen, bevochtigen, enz.).Provided an additional polymer dosage, such as, for example, from cationic polyelectrolytes, a high degree of separation of suspended solids can be obtained and a water can be obtained which can be used (in part) as low-value process water (e.g. for polymer dilution, cleaning, humidifying, etc.).

[0058] Eventueel kan de bezinktank 232 vervangen worden door een membraanfiltratie. Op deze wijze wordt een nog betere effluentkwaliteit bekomen.Optionally, the settling tank 232 can be replaced by a membrane filtration. In this way an even better effluent quality is obtained.

[0059] Het effluent 24 van de aerobe stabilisatie bevat een lagere concentratie aan ammonium dan het digestaat. Hierdoor kan een deel van het effluent 24 van de aerobe stabilisatie worden teruggestuurd naar de vergistingreactor 120 om aldaar door middel van verdunning een verlaging van de ammoniumconcentratie in de vergistingreactoren te bewerkstelligen, wat leidt tot een daling van de ammoniumtoxiciteit.The aerobic stabilization effluent 24 contains a lower concentration of ammonium than the digestate. A part of the aerobic stabilization effluent 24 can hereby be sent back to the fermentation reactor 120 to effect a reduction in the ammonium concentration in the fermentation reactors there, which leads to a decrease in the ammonium toxicity.

[0060] De aerobe stabilisatiestap 23 geeft ook aanleiding tot het vrijstellen van de in het afvalwater 18 opgeloste gassen, met name C02, dat anders aanleiding kan geven tot zeer sterke schuimvorming in de indamper 250. De aerobe stabilisatie beperkt bijgevolg de schuimvorming in de indamper en kan zorgen voor een (gedeeltelijke) ontgassing van het afvalwater (effluent).The aerobic stabilization step 23 also gives rise to the release of the gases dissolved in the waste water 18, in particular CO2, which may otherwise give rise to very strong foaming in the evaporator 250. The aerobic stabilization consequently limits the foaming in the evaporator and can ensure a (partial) degassing of the waste water (effluent).

[0061] Het effluent 24 van de aerobe stabilisatie 23 is een waterige oplossing van zouten en organisch materiaal (waaronder organische verbindingen die niet in de voorgaande processen zijn afgebroken en niet bezinkende deeltjes). Het effluent 24 bevat nog diverse voedingselementen (kalium, fosfaten en organische stikstof) en heeft dus een landbouwkundige waarde. Door de sterke verdunning is de logistieke kost voor het op het land brengen van deze laatste nutriënten echter te hoog. De economische waarde van het effluent is aldus laag.The effluent 24 of the aerobic stabilization 23 is an aqueous solution of salts and organic material (including organic compounds that have not degraded in the previous processes and non-settling particles). The effluent 24 still contains various nutritional elements (potassium, phosphates and organic nitrogen) and therefore has an agricultural value. However, due to the strong dilution, the logistics cost for bringing the latter nutrients onto the land is too high. The economic value of the effluent is therefore low.

[0062] Daarom voorziet de uitvinding in een indampen 25 (of destilleren) van het effluent 24 in een indamper 250. Door middel van indamping wordt het effluent gescheiden in een destillaat 26 en een concentraat 27. Minder vluchtige verbindingen blijven achter in het concentraat 27. Het concentraat 27 bevat daardoor voordeligerwij ze nutriënten (N, P, K) . Daar een groot deel van de vluchtige componenten (zoals vetzuren en C02) reeds verwijderd zijn (biologisch of door stripping) in de aerobe stabilisatie, kan een destillaat worden verkregen, dat hoofdzakelijk uit ammonium en water bestaat. Doordat het destillaat ammonium bevat, is het niet geschikt voor lozing in oppervlaktewateren.Therefore, the invention provides for an evaporation 25 (or distillation) of the effluent 24 in an evaporator 250. By evaporation, the effluent is separated into a distillate 26 and a concentrate 27. Fewer volatile compounds remain in the concentrate 27 The concentrate 27 therefore advantageously contains nutrients (N, P, K). Since a large part of the volatile components (such as fatty acids and CO2) have already been removed (biologically or by stripping) in the aerobic stabilization, a distillate can be obtained that consists mainly of ammonium and water. Because the distillate contains ammonium, it is not suitable for discharge into surface waters.

[0063] Het concentraat 27 van de indamping bevat niet vluchtige componenten onder een geconcentreerde vorm. Kalium, fosfor en (organische) stikstof - drie voedingszouten voor planten - zijn voordeligerwij ze de belangrijkste elementen in het concentraat 27. Kalium is een goed oplosbaar zout en is niet vluchtig. Het grootste deel van de kalium afkomstig uit de biomassa komt terecht in de dunne fractie en finaal in het concentraat 27. Praktisch alle opgeloste fosforverbindingen uit het digestaat blijven achter in de dunne fractie, alsook een klein deel van het particulair fosfor. De vluchtige stikstofverbindingen (ammonium) worden ofwel door de voorgeschakelde stappen verwijderd (strippen door beluchting in de aerobe stabilisatie) , ofwel destilleren deze tijdens de indamping. Het concentraat kan evenwel een belangrijke fractie organisch gebonden stikstof bevatten. Het concentraat kan dus worden omgevormd tot een NPK meststof.Concentration 27 of the evaporation contains non-volatile components in a concentrated form. Potassium, phosphorus and (organic) nitrogen - three nutrient salts for plants - are advantageously the most important elements in the concentrate 27. Potassium is a highly soluble salt and is not volatile. Most of the potassium originating from the biomass ends up in the thin fraction and finally in the concentrate 27. Practically all dissolved phosphorus compounds from the digestate remain in the thin fraction, as well as a small part of the particulate phosphorus. The volatile nitrogen compounds (ammonium) are either removed by the preliminary steps (stripping by aeration in the aerobic stabilization) or distilled during evaporation. However, the concentrate can contain a significant fraction of organically bound nitrogen. The concentrate can therefore be transformed into an NPK fertilizer.

[0064] De indamping 25 wordt bij voorkeur op een energie-efficiënte manier uitgevoerd. Immers, verdamping van water vereist grote hoeveelheden thermische energie. Om het energieverbruik te beperken wordt de indamping 25 uitgevoerd met (mechanische) damprecompressie. Het verdampte water wordt door middel van een compressor of ventilator gecomprimeerd, waarbij naast de druk ook de temperatuur verhoogt. Wanneer de temperatuur van de dampfase tot boven het kookpunt van water wordt verhoogd, kan de verdampingswarmte van de gecomprimeerde damp op een efficiënte manier overgedragen worden aan het te verdampen effluent. Daarbij condenseert het destillaat. Bijna eenzelfde hoeveelheid effluent kan worden verdampt.The evaporation 25 is preferably carried out in an energy-efficient manner. After all, evaporation of water requires large amounts of thermal energy. To limit energy consumption, evaporation is carried out with (mechanical) vapor recompression. The evaporated water is compressed by means of a compressor or fan, whereby the temperature also increases in addition to the pressure. When the temperature of the vapor phase is raised above the boiling point of water, the heat of vaporization of the compressed vapor can be efficiently transferred to the effluent to be vaporized. The distillate condenses. Almost the same amount of effluent can be evaporated.

[0065] Door de drukverhoging van de damprecompressie te beperken en dus door een klein temperatuurverschil te onderhouden tussen effluent 24 (te verdampen water) en condenserende damp, wordt het energieverbruik van de mechanische damprecompressie sterk verminderd (minder dan 20 kWh per m3 te verdampen water, bij voorkeur minder dan 10 kWh per m3 te verdampen water. Het temperatuurverschil tussen effluent 24 en condenserende damp ligt bij voorkeur tussen 4°C en 10°C, bij grotere voorkeur tussen 5°C en 9°C en bij nog grotere voorkeur tussen 6°C en 8°C.By limiting the pressure increase of the vapor recompression and thus by maintaining a small temperature difference between effluent 24 (water to be evaporated) and condensing vapor, the energy consumption of the mechanical vapor recompression is greatly reduced (less than 20 kWh per m3 of water to be evaporated) , preferably less than 10 kWh per water to be evaporated The temperature difference between effluent 24 and condensing vapor is preferably between 4 ° C and 10 ° C, more preferably between 5 ° C and 9 ° C and even more preferably between 6 ° C and 8 ° C.

[0066] Bij voorkeur ligt de pH van het concentraat in de indamper tussen 7,5 en 11, bij grotere voorkeur tussen 8 en 10 en bij nog grotere voorkeur tussen 8 en 9,5.Preferably the pH of the concentrate in the evaporator is between 7.5 and 11, more preferably between 8 and 10 and even more preferably between 8 and 9.5.

[0067] Een uitvoeringsvorm van indamper is afgebeeld in figuur 4. De indamper 250 is een indamper met damprecompressie, bij voorkeur mechanische damprecompressie (met behulp van een ventilator of compressor 251) . De indamper 250 is voorzien om het effluent 24 van de inrichting 230 voor aerobe biologische zuivering te scheiden in een destillaat 26 en een concentraat 27. De indamper kan een meertrapsindamper zijn, zoals een drietrapsindamper afgebeeld in fig. 4.An embodiment of evaporator is shown in Figure 4. The evaporator 250 is an evaporator with vapor recompression, preferably mechanical vapor recompression (using a fan or compressor 251). The evaporator 250 is provided to separate the effluent 24 from the aerobic biological purification device 230 into a distillate 26 and a concentrate 27. The evaporator may be a multi-stage evaporator, such as a three-stage evaporator shown in FIG. 4.

[0068] De indamper 250 bevat een kringloop 253 voor de circulatie van ten minste een deel van de dampfase. De compressor of ventilator 251 voor damprecompressie is in deze kringloop geschakeld.The evaporator 250 contains a circuit 253 for the circulation of at least a portion of the vapor phase. The compressor or fan 251 for vapor recompression is connected in this cycle.

[0069] De indamping met damprecompressie laat bijgevolg toe het effluent 24 te scheiden in een concentraat 27 en een gecondenseerd destillaat 26, met een gering verbruik van thermische energie. Het destillaat is echter nog niet geschikt voor lozing, aangezien het overgrote deel van het ammonium mee overdestilleert.The vapor recompression evaporation thus allows the effluent 24 to be separated into a concentrate 27 and a condensed distillate 26, with a low consumption of thermal energy. However, the distillate is not yet suitable for discharge, since the vast majority of the ammonium co-distils.

[0070] Het ammonium in het gecondenseerd destillaat 26 wordt vervolgens verwijderd in een strippingstap 28. De uitvinding voorziet in het strippen van het ammonium door stoom 29 doorheen het destillaat te blazen. De stoom neemt het ammonium op uit het destillaat. Het strippen 28 door stoom laat toe om het ammonium op eenvoudige manier terug te winnen.The ammonium in the condensed distillate 26 is then removed in a stripping step 28. The invention provides for stripping the ammonium by blowing steam 29 through the distillate. The steam absorbs the ammonium from the distillate. Steam stripping 28 allows the ammonium to be recovered in a simple manner.

[0071] Het strippen van ammonium gebeurt in een stripper 280. De stripper 280 kan een stripkolom zijn, die voorzien is om het destillaat 26 van de indamper 250 te ontvangen. De stripper 280 is voorzien om op stoom te werken, bij voorkeur onderdrukstoom. Stripper 280 en indamper 250 staan bij voorkeur in verbinding om thermisch in evenwicht te zijn.The stripping of ammonium takes place in a stripper 280. The stripper 280 can be a stripping column which is provided to receive the distillate 26 from the evaporator 250. The stripper 280 is provided to operate on steam, preferably underpressure steam. Stripper 280 and evaporator 250 are preferably in communication to be thermally balanced.

[0072] De stripper is voorzien voor het scheiden van een vloeibare instroom 26 in een (water) dampfase 281 en een effluent 32. Het ammonium in de instroom 26 wordt gestript en belandt bijna volledig in de dampfase 281.The stripper is provided for separating a liquid inflow 26 in a (water) vapor phase 281 and an effluent 32. The ammonium in the inflow 26 is stripped and ends up almost completely in the vapor phase 281.

[0073] In een volgende stap 30 wordt de stoom gecondenseerd, waardoor een geconcentreerde ammoniakoplossing 31 wordt bekomen. Daartoe is een condensor 300 na de stripper 280 geschakeld om de dampfase 281 te condenseren en zodoende een condensaat 31 te produceren. De condensor 300 kan een koeltoren zijn, waar de dampfase 281 in één of meerdere trappen wordt afgekoeld en condenseert, al dan niet met energieterugwinning.In a subsequent step 30, the steam is condensed, whereby a concentrated ammonia solution 31 is obtained. To this end, a condenser 300 is connected after the stripper 280 to condense the vapor phase 281 and thus produce a condensate 31. The condenser 300 can be a cooling tower, where the vapor phase 281 is cooled and condensed in one or more stages, with or without energy recovery.

[0074] De bekomen oplossing (condensaat) 31 bevat bij voorkeur tussen 5% en 3 0% op gewicht ammoniak, bij grotere voorkeur tussen 10% en 25% en bij nog grotere voorkeur tussen 15% en 25% ammoniak.The solution (condensate) 31 obtained preferably contains between 5% and 30% by weight of ammonia, more preferably between 10% and 25% and even more preferably between 15% and 25% ammonia.

[0075] De opgeloste ammoniak (het ammonium) in de geconcentreerde ammoniakoplossing 31 kan worden omgevormd tot een ammoniumzout, zoals ammoniumsulf aat, ammoniumnitraat of ammoniumfosfaat, door toevoeging.van een corresponderend zuur.The dissolved ammonia (the ammonium) in the concentrated ammonia solution 31 can be converted to an ammonium salt, such as ammonium sulfate, ammonium nitrate or ammonium phosphate, by adding a corresponding acid.

[0076] Het effluent 32 van de stoomstripstap 28 bestaat uit water met een hoge zuiverheidgraad. Het ammoniumgehalte van het effluent 32 bedraagt bij voorkeur ten hoogste 50 mg/1, bij grotere voorkeur ten hoogste 30 mg/1, bij nog grotere voorkeur ten hoogste 15 mg/1. Bij voorkeur voldoet het effluent 32 aan de wettelijke normen inzake lozing van afvalwater.The effluent 32 of the steam stripping step 28 consists of water with a high degree of purity. The ammonium content of the effluent 32 is preferably at most 50 mg / l, more preferably at most 30 mg / l, even more preferably at most 15 mg / l. Preferably, the effluent 32 complies with the legal standards regarding the discharge of waste water.

[0077] Het effluent 32 bevat bij voorkeur een totaal gehalte aan stikstof dat kleiner is dan 15 mg/1, bij grotere voorkeur kleiner dan 12 mg/1. Het effluent kan gebruikt worden als proceswater. Het totaal gehalte aan stikstof kan bepaald worden op basis van het Kjeldahl stikstofgehalte, zoals beschreven door Greenberg, Clesceri en Eaton in "Standard Methods for the examination of water and wastewater", 1992, 18de uitgave, pp. 4-94 tot 4-96.The effluent 32 preferably contains a total nitrogen content of less than 15 mg / l, more preferably less than 12 mg / l. The effluent can be used as process water. The total nitrogen content can be determined based on the Kjeldahl nitrogen content, as described by Greenberg, Clesceri and Eaton in "Standard Methods for the examination of water and wash water", 1992, 18th edition, pp. 4-94 to 4-96.

[0078] Het is een aspect van de uitvinding dat het verwijderen van ammonium uit waterige afvalstromen op een energie-efficiënte manier gebeurt. De uitvinding voorziet in het bijzonder één of meerdere van de volgende maatregelen, die toelaten om op een energie-efficiënte manier te werken.It is an aspect of the invention that the removal of ammonium from aqueous waste streams is done in an energy efficient manner. The invention in particular provides one or more of the following measures, which allow to work in an energy-efficient manner.

[0079] Het stoomstrippen van het gecondenseerde destillaat vereist uiteraard stoom en dus bijkomende thermische energie. Indien het stoomstrippen onder atmosferische voorwaarden verloopt, is stoom op hoge temperatuur 100°C) nodig. Om de benodigde thermische energie tot een minimum te beperken, worden bij voorkeur het stoomstrippen en optioneel ook het indampen in onderdrukbedrijf uitgevoerd. De onderdruk (ten opzichte van omgevingsdruk) bedraagt bij voorkeur ten minste 0,3 bar, bij grotere voorkeur ten minste 0,5 bar en bij bijzondere voorkeur ten minste 0,7 bar. Bij onderdrukbedrijf wordt bij voorkeur de volledige (indamp- en) stoomstripinstallatie in onderdruk geplaatst (lager dan atmosferische druk). Als alternatief kan het indampen op atmosferische druk gebeuren en het stoomstrippen in onderdruk worden bedreven.The steam stripping of the condensed distillate naturally requires steam and thus additional thermal energy. If steam stripping takes place under atmospheric conditions, high temperature steam (100 ° C) is required. In order to keep the required thermal energy to a minimum, steam stripping and optionally also evaporation are carried out in reduced pressure mode. The underpressure (with respect to ambient pressure) is preferably at least 0.3 bar, more preferably at least 0.5 bar and particularly preferably at least 0.7 bar. In underpressure operation, the entire (evaporation and) steam stripping installation is preferably placed in underpressure (lower than atmospheric pressure). Alternatively, the evaporation can take place at atmospheric pressure and the steam stripping can be operated under reduced pressure.

[0080] De stoom heeft betrekking op een dampfase dat ten minste 70% op gewicht water (H20) bevat, bij voorkeur ten minste 80% en bij grotere voorkeur ten minste 90%.The steam refers to a vapor phase that contains at least 70% by weight of water (H 2 O), preferably at least 80% and more preferably at least 90%.

[00 81] De temperatuur van de stoom tijdens het stoomstrippen bedraagt bij voorkeur ten hoogste 90°C, bij grotere voorkeur ten hoogste 80°C en bij nog grotere voorkeur ten hoogste 75°C.The temperature of the steam during steam stripping is preferably at most 90 ° C, more preferably at most 80 ° C and even more preferably at most 75 ° C.

[0082] De stripper 28 0 en bij voorkeur ook de indamper 250 zijn bijgevolg voordeligerwijze voorzien om in onderdrukbedrijf te werken. Dit kan verwezenlijkt worden door een vacuümpomp 282 te voorzien stroomafwaarts van de stripper 28 0, die de stripper, en bij voorkeur ook de indamper in onderdruk trekt.The stripper 28 and preferably also the evaporator 250 are therefore advantageously provided for operating in underpressure operation. This can be achieved by providing a vacuum pump 282 downstream of the stripper 28, which draws the stripper, and preferably also the evaporator, into underpressure.

[0083] Bij onderdruk ligt het kookpunt van water bij een temperatuur beneden 100°C. Door het bedrijven van de stooms trips tappen en optioneel ook de indampstappen in onderdruk, kan restwarmte 29 (bv. gewonnen uit het koelwater van motoren) aangewend worden voor de productie van onderdrukstoom. De onderdruk wordt zodanig gekozen dat de temperatuur van de restwarmte 29 hoger is dan het kookpunt van water bij genoemde onderdruk. Deze onderdruk stoom kan worden gebruikt voor het voeden van de indampinstallatie 250 (compenseren van de thermische verliezen) en/of voor het stoomstrippen van ammoniak. Dit levert een energiebesparing op. Daar in onderdruk op lagere temperaturen gewerkt wordt, treedt er ook minder aanslagvorming op, wat de levensduur van de indamper verhoogt.At reduced pressure, the boiling point of water is below 100 ° C. By operating the steam trips and optionally also the evaporation steps in vacuum, residual heat 29 (e.g. extracted from the cooling water of engines) can be used for the production of vacuum. The underpressure is chosen such that the temperature of the residual heat 29 is higher than the boiling point of water at said underpressure. This underpressure steam can be used to feed the evaporation installation 250 (compensating for the thermal losses) and / or for steam stripping ammonia. This provides an energy saving. Since the pressure is operated at lower temperatures, less deposit formation occurs, which increases the lifespan of the evaporator.

[0084] In het bijzondere geval van vergisting van grondstoffen die organisch materiaal bevatten, kunnen bijkomende synergiën worden bekomen op het vlak van energie-efficiëntie. Figuur 1 toont in stippellijnen uitvoeringsvormen van in-situ aanwending van thermische energie, die door het proces zelf opgewekt is.In the special case of fermentation of raw materials containing organic material, additional synergies can be obtained in the field of energy efficiency. Figure 1 shows in dotted lines embodiments of in-situ application of thermal energy generated by the process itself.

[0085] Ten eerste, het biogas 13 gevormd bij vergisting kan worden aangewend voor de productie van elektriciteit en thermische energie (warmte) door bv. verbranding 15 in een warmte-krachtkoppelinginstallatie (WKK) 150. WKK-inrichting 150 bevat bijvoorbeeld één of meerdere gasmotoren 151, zoals afgebeeld op figuur 5.First, the biogas 13 formed during fermentation can be used for the production of electricity and thermal energy (heat) by, for example, combustion 15 in a combined heat and power plant (CHP) 150. CHP device 150 contains, for example, one or more gas engines 151, as shown in Figure 5.

[0086] De opgewekte thermische energie kan warmte 22 zijn op een hogere temperatuur (hoger dan 100 °C, bij voorkeur hoger dan 150°C) , zoals onder de vorm van stoom en/of warmte 29 zijn op een lagere temperatuur (lager dan of gelijk aan 90°C, bij voorkeur lager dan of gelijk aan 80°C, bij nog grotere voorkeur lager dan of gelijk aan 75°C) . De warmte 22 op hogere temperatuur kan uit de rookgassen 152 van de gasmotoren 151 worden gerecupereerd, bv. onder de vorm van stoom. De warmte 2 9 op lagere temperatuur kan uit het koelwater 153 van genoemde gasmotor 151 worden gewonnen (bv. uit de restwarmte van het koelwater).The thermal energy generated may be heat 22 at a higher temperature (higher than 100 ° C, preferably higher than 150 ° C), such as in the form of steam and / or heat 29 at a lower temperature (lower than or equal to 90 ° C, preferably lower than or equal to 80 ° C, even more preferably lower than or equal to 75 ° C). The higher temperature heat 22 can be recovered from the flue gases 152 of the gas engines 151, e.g. in the form of steam. The lower temperature heat can be extracted from the cooling water 153 of said gas engine 151 (e.g. from the residual heat of the cooling water).

[0087] De warmte 22 op hogere temperatuur wordt voordeligerwijze ten minste gedeeltelijk aangewend in de droger 190, voor het drogen van de slibfractie. Het dragermedium voor warmte 22 is bij voorkeur stoom. In het geval van indirecte droging, kan de drager van de warmte 22 in een gesloten kringloop stromen tussen warmteopwekking (warmtewisselaar 152 van de rookgassen) en warmteafgifte (droger 190), zoals afgebeeld op figuur 5. Bij voorkeur wordt, na de droger 190, serieel een tweede warmteafgiftepunt voorzien voor de warmte 22, namelijk de voorbehandelingeenheid 110 (bv. pasteurisatie). Het dragermedium voor warmte 22 stroomt in dit laatste geval in een kringloop tussen warmtewisselaar 152 van de rookgassen, droger 190, voorbehandelingeenheid 110 en terug, naar de rookgaswarmtewisselaar 152.The higher temperature heat 22 is advantageously used at least partially in the dryer 190 for drying the sludge fraction. The carrier medium for heat 22 is preferably steam. In the case of indirect drying, the carrier of heat 22 can flow in a closed circuit between heat generation (heat exchanger 152 of the flue gases) and heat emission (dryer 190), as shown in Figure 5. Preferably, after the dryer 190, serially a second heat delivery point provided for the heat 22, namely the pre-treatment unit 110 (e.g., pasteurization). The carrier medium for heat 22 flows in the latter case in a circuit between heat exchanger 152 of the flue gases, dryer 190, pre-treatment unit 110 and back, to the flue gas heat exchanger 152.

[0088] Ten tweede, bij droging van de slibfractie 17 wordt waterdamp afgevoerd. De energetische inhoud van de afgevoerde waterdamp kan voordeligerwijze voor een groot deel worden teruggewonnen in een condensatiestap 35. Deze stap levert warmte 36 en (condens)water 37. De teruggewonnen energie (warmte) 36 kan worden aangewend voor de pasteurisatie 11. Het condenswater 37 wordt bij voorkeur bijgevoegd in de aerobe biologische zuiveringstap 23, dit voor zuivering daar het veel ammonium en andere verontreinigingen gelijkaardig aan de dunne fractie bevat.Secondly, upon drying of the sludge fraction 17, water vapor is discharged. The energetic content of the discharged water vapor can advantageously be recovered to a large extent in a condensation step 35. This step supplies heat 36 and (condensed) water 37. The recovered energy (heat) 36 can be used for pasteurization 11. The condensed water 37 is preferably added to the aerobic biological purification step 23, this for purification as it contains a lot of ammonium and other impurities similar to the thin fraction.

[0089] Ten derde, de warmte 29 op lagere temperatuur, bv. onder de vorm van onderdrukstoom, bekomen uit de restwarmte van het koelwater 153 van de gasmotor 151, kan worden aangewend als onderdrukstoom bij het stoomstrippen 28 en bij voorkeur ook het indampen 25, zoals reeds hoger aangegeven. Ook in dit geval wordt bij voorkeur een gesloten kringloop onderhouden voor het medium dat warmte 29 draagt (water).Thirdly, the heat 29 at a lower temperature, e.g. in the form of underpressure steam, obtained from the residual heat of the cooling water 153 of the gas engine 151, can be used as underpressure steam in the steam stripping 28 and preferably also in the evaporation 25 , as already indicated above. Also in this case, a closed circuit is preferably maintained for the medium that carries heat (water).

[0090] Uit het voorgaande blijkt dat methoden volgens de uitvinding er voordeligerwijze in kunnen slagen om de benodigde thermische energie volledig intern op te wekken en aan te wenden.From the foregoing it appears that methods according to the invention can advantageously succeed in generating and using the required thermal energy completely internally.

[0091] Volgens een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van methoden en van inrichtingen van de uitvinding, omvat de aerobe stabilisatiestap 23 een bijkomende stap van het contacteren van de waterige afvalstroom in een (biologische) contactor. Dit is weergegeven in figuur 3, die twee mogelijke uitvoeringsvormen van een verbeterde aerobe stabilisatie 23 weergeeft, overeenkomstig de uitvinding. In een contactor 235 wordt de waterige afvalstroom met (gestabiliseerd) slib gemengd om gedurende een korte tijd te reageren tot een contactorslib. Gedurende deze tijd nemen bacteriën, die in het slib reeds aanwezig zijn en/of door het slib sneller kunnen groeien, opgeloste verbindingen op uit de afvalstroom. De verblijftijd in de contactor ligt bij voorkeur tussen 5 uren en 15 minuten, bij grotere voorkeur tussen 4 uren en 30 minuten en bij nog grotere voorkeur tussen 3 uren en 60 minuten. De contactor is steeds vóór de bezinktank geschakeld. Het gebruik van een contactor laat toe om goed bezinkend slib te verkrijgen. Bovendien kunnen vluchtige componenten verregaand worden verwijderd zonder noodzaak van een intensieve beluchting. Vergeleken met een klassiek actief slibsysteem (zie fig. 2) vereist de beluchtingstap in hogervermelde systemen minder energie en kan deze in een compactere installatie worden uitgevoerd.According to a preferred embodiment of methods and devices of the invention, the aerobic stabilization step 23 comprises an additional step of contacting the aqueous waste stream in a (biological) contactor. This is shown in Figure 3, which shows two possible embodiments of an improved aerobic stabilization 23, according to the invention. In a contactor 235 the aqueous waste stream is mixed with (stabilized) sludge to react for a short time to a contactor sludge. During this time, bacteria that are already present in the sludge and / or can grow faster due to the sludge absorb dissolved compounds from the waste stream. The residence time in the contactor is preferably between 5 hours and 15 minutes, more preferably between 4 hours and 30 minutes and even more preferably between 3 hours and 60 minutes. The contactor is always connected before the settling tank. The use of a contactor makes it possible to obtain good settling sludge. Moreover, volatile components can be largely removed without the need for intensive aeration. Compared to a classical active sludge system (see fig. 2), the aeration step in the aforementioned systems requires less energy and can be carried out in a more compact installation.

[0092] Figuur 3A toont een uitvoeringsvorm 238 van een aerobe stabilisatie door contactor, of contactstabilisatie. In een contactstabilisatie wordt de beluchtingstap toegepast op bezonken slib (retourslib 234), terwijl de waterige afvalstroom gezuiverd wordt in een contactor 235 met nageschakelde bezinktank 232. Het beluchtingsbekken 231 is dan geschakeld in de stroom van het retourslib 234, van de bezinktank 232 naar de contactor 235. De bezinktank 232 kan onmiddellijk na de contactor 235 geschakeld zijn.Figure 3A shows an embodiment 238 of aerobic stabilization by contactor, or contact stabilization. In a contact stabilization, the aeration step is applied to settled sludge (return sludge 234), while the aqueous waste stream is purified in a contactor 235 with downstream settling tank 232. The aeration basin 231 is then switched in the flow of the return sludge 234, from the settling tank 232 to the contactor 235. The settling tank 232 may be connected immediately after the contactor 235.

[0093] Bijgevolg wordt de waterige afvalstroom (de waterfractie 18 van het digestaat na scheiding) naar een contactor 235 gevoerd. In de contactor 235 worden de waterige afvalstroom en belucht (gestabiliseerd) slib 234 afkomstig van het beluchtingsbekken 231 gemengd om gedurende de korte tijd, zoals hoger vermeld, te reageren. Gedurende deze tijd nemen bacteriën opgeloste verbindingen op uit het afvalwater. Vervolgens wordt het mengsel uit de contactor 235 naar de bezinktank 232 gevoerd, waarin de bacteriën afgescheiden worden en met vaste deeltjes bezinken. De bezinktank 232 produceert een effluent 24 en bezonken slib: spuislib 233 en retourslib 234. Het effluent 24 gaat verder naar de indamping. Ten minste een deel van het bezonken slib, het retourslib 234, wordt verpompt naar het beluchtingsbekken 231. Een overblijvende deel 233 kan verder volgens gekende technieken behandeld worden. Het overblijvende deel van het bezonken slib (spuislib 233) kan gemengd worden met het digestaat 14 van de vergisting of kan naar de vergistingstap 12 (vergistingreactor) worden gevoerd.Consequently, the aqueous waste stream (the water fraction 18 of the digestate after separation) is fed to a contactor 235. In the contactor 235, the aqueous waste stream and aerated (stabilized) sludge 234 from the aeration basin 231 are mixed to react for the short time, as mentioned above. During this time bacteria absorb dissolved compounds from the waste water. The mixture is then fed from the contactor 235 to the settling tank 232, in which the bacteria are separated and settled with solid particles. The settling tank 232 produces an effluent 24 and settled sludge: waste sludge 233 and return sludge 234. The effluent 24 proceeds to the evaporation. At least a portion of the settled sludge, the return sludge 234, is pumped to the aeration basin 231. A remaining portion 233 can be further treated according to known techniques. The remaining part of the settled sludge (waste sludge 233) can be mixed with the digestate 14 of the fermentation or can be fed to the fermentation step 12 (fermentation reactor).

[0094] In het beluchtingsbekken 231 wordt de slibmassa 234 belucht, waardoor de bacteriën de opgenomen organische verbindingen kunnen afbreken en omzetten tot C02 en water. Het beluchte slib wordt vervolgens naar de contactor 235 gevoerd om gemengd te worden met de afvalstroom 18. In de contactor 235 wordt bij voorkeur geen verdere voeding voor de bacteriën meer toegediend, waardoor zeer hongerige bacteriën ontstaan die na contact met het afvalwater 18 in de contactor 235 snel organische verbindingen uit het afvalwater opnemen. Het contactstabilisatieproces levert zeer goed bezinkend slib 233, 234 op. De hoge slibconcentratie laat toe een zeer compact beluchtingsbekken te bouwen.In the aeration basin 231, the sludge mass 234 is aerated, whereby the bacteria can degrade the organic compounds taken up and convert them into CO2 and water. The aerated sludge is then fed to the contactor 235 to be mixed with the waste stream 18. In the contactor 235, it is preferable that no further feed is supplied to the bacteria, as a result of which very hungry bacteria are created which after contact with the waste water 18 in the contactor 235 quickly absorb organic compounds from the waste water. The contact stabilization process yields very good settling sludge 233, 234. The high sludge concentration makes it possible to build a very compact aeration basin.

[0095] Figuur 3B toont een uitvoeringsvorm 239 van een aerobe stabilisatie met een voorgeschakelde contactor. In deze uitvoeringsvorm wordt de contactor 235 vóór het beluchtingsbekken 231 geschakeld. De contactor 235, het beluchtingsbekken 231 en de bezinktank 232 zijn bijgevolg in serie geschakeld, in de stroom van de waterige afvalstroom.Figure 3B shows an embodiment 239 of an aerobic stabilization with a pre-switched contactor. In this embodiment, the contactor 235 is connected before the aeration basin 231. The contactor 235, the aeration basin 231 and the settling tank 232 are therefore connected in series, in the stream of the aqueous waste stream.

[0096] In dit laatste geval worden in de contactor 235 de waterige afvalstroom 18 en ten minste een deel (retourslib) 234 van het bezonken slib uit de bezinktank 232 gemengd om te reageren onder de voorwaarden zoals hoger aangeduid tot contactorslib 236. Vervolgens wordt het contactorslib 236 naar het beluchtingsbekken 231 gebracht voor beluchting. Daardoor worden organische verbindingen afgebroken. Vervolgens stroomt het slib naar een bezinktank 232, waar vaste deeltjes bezinken en een effluent 24 afgescheiden wordt. Het effluent 24 gaat verder naar de indamping. Het retourslib 234 wordt verpompt naar de contactor 235. Het overblijvende deel (spuislib) 233 kan verder behandeld of gebruikt worden, zoals vermeld in de voorgaande uitvoeringsvorm.In the latter case, in the contactor 235, the aqueous waste stream 18 and at least a portion (return sludge) 234 of the settled sludge from the settling tank 232 are mixed to react under the conditions as indicated above into contactor sludge 236. Next, the contactor sludge 236 to the aeration basin 231 for aeration. Organic compounds are thereby broken down. The sludge then flows to a settling tank 232, where solid particles settle and an effluent 24 is separated. The effluent 24 continues to the evaporation. The return sludge 234 is pumped to the contactor 235. The remaining part (waste sludge) 233 can be further treated or used, as mentioned in the previous embodiment.

[0097] In alle uitvoeringsvormen van de aerobe zuiveringstap is de fractie retourslib bij voorkeur groter dan de fractie spuislib. Bij voorkeur bedraagt de fractie retourslib minstens 60% op gewicht van het totaal spuislib en retourslib, bij grotere voorkeur minstens 70% (tot 100%).In all embodiments of the aerobic purification step, the return sludge fraction is preferably larger than the waste sludge fraction. The fraction of return sludge is preferably at least 60% by weight of the total waste sludge and return sludge, more preferably at least 70% (up to 100%).

[0098] Het contactstabilisatieproces 238 is een ver doorgedreven selectieproces, dat zeer goed bezinkend slib en een compact beluchtingsbekken oplevert. In een aerobe stabilisatie met voorgeschakelde contactor (239) is de concentratie van slib lager waardoor een groter beluchtingsbekken vereist is. Dit laatste systeem levert echter een betere effluentkwaliteit op (hoger zuiveringsrendement) doordat al het water lange tijd in het beluchtingsbekken verblijft. In een contactstabilisatie-proces verblijft een deel van het water slechts korte tijd in de contactor, om daarna onmiddellijk via de bezinktank uit het proces te stromen. In beide processen kan het energieverbruik voor beluchting beperkt worden, omdat minder beluchting nodig is vanwege de afwezigheid van nitrificatie.The contact stabilization process 238 is a highly advanced selection process, which yields very good settling sludge and a compact aeration basin. In an aerobic stabilization with pre-switched contactor (239), the concentration of sludge is lower, so that a larger aeration basin is required. The latter system, however, yields a better effluent quality (higher purification efficiency) because all the water stays in the aeration basin for a long time. In a contact stabilization process, part of the water remains in the contactor for only a short time, after which it flows immediately out of the process via the settling tank. In both processes the energy consumption for aeration can be limited, because less aeration is required due to the absence of nitrification.

[0099] Methoden en inrichtingen volgens de uitvinding laten bijgevolg toe om praktisch al het ammonium uit waterige afvalstromen van organische aard te winnen als nuttige grondstoffen, zoals ammoniak, ammoniumzout of NPK-meststof. Voordeligerwijze bevat het overgebleven destillaat, na het stoomstrippen, een onbelangrijke hoeveelheid ammonium, zoals hoger aangeduid.Methods and devices according to the invention therefore make it possible to recover practically all the ammonium from aqueous waste streams of an organic nature as useful raw materials, such as ammonia, ammonium salt or NPK fertilizer. Advantageously, after steam stripping, the remaining distillate contains an unimportant amount of ammonium, as indicated above.

[0100] Inrichtingen, zoals in voorgaande uiteengezet, voor de verwerking van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom (die organische verbindingen bevat) overeenkomstig de uitvinding zijn voorzien voor het uitvoeren van methoden overeenkomstig de uitvinding.Devices, as set forth above, for processing an ammonium-containing aqueous waste stream (containing organic compounds) according to the invention are provided for carrying out methods according to the invention.

VoorbeeldExample

[0101] Het volgend voorbeeld geeft de energie- en massabalans weer van een vergistinginstallatie voor biomassa overeenkomstig de uitvinding. Figuur 6 geeft de stromen schematisch weer.The following example shows the energy and mass balance of a biomass fermentation plant according to the invention. Figure 6 shows the flows schematically.

[0102] De instroom 10 naar een vergister bestaat in dit voorbeeld uit een eerste fractie 101 van 60000 ton/jaar drijfmest, pluimveemest en bijhorende dikke fractie en een tweede fractie 102 van 60000 ton/jaar industriële en agrarische biomassa en ruwe glycerine. Het drijfmest heeft een energetische inhoud van 20 Nm3 CH4/ton en het pluimveemest en dikke fractie van 100 Nm3 CH4/ton. De industriële en agrarische biomassa heeft een energetische inhoud schommelend tussen 50 en 500 Nm3 CH4/ton en de ruwe glycerine van 24 0 Nm3 CH4/ton. De totale instroom 10 bedraagt bijgevolg 120000 ton op jaarbasis met een gemiddelde energetische inhoud van 56 Nm3 CH4/ton.The inflow 10 to a digester in this example consists of a first fraction 101 of 60000 tonnes / year of slurry, poultry manure and associated thick fraction and a second fraction 102 of 60000 tonnes / year of industrial and agricultural biomass and crude glycerine. The slurry has an energetic content of 20 Nm3 CH4 / ton and the poultry manure and thick fraction of 100 Nm3 CH4 / ton. The industrial and agricultural biomass has an energetic content fluctuating between 50 and 500 Nm3 CH4 / ton and the raw glycerine of 24 0 Nm3 CH4 / ton. The total inflow 10 therefore amounts to 120000 tons on an annual basis with an average energy content of 56 Nm3 CH4 / tonne.

[0103] Deze instroom 10 wordt eerst aan een hygiënisatie 11 onderworpen in een pasteurisatie-eenheid, waarna het een vergistingsproces 12 ondergaat in een vergistingseenheid. De vergistinginstallatie bevat reactoren met geïntegreerde lage druk gasopslag en werkt met een biogasdruk van ongeveer 10 mbar overdruk. De reactortemperatuur bedraagt 55°C. De vergisting levert een biogas 13 op met een energie-inhoud van 67000 MWh (onderste verbrandingswaarde), dat wordt verbrand 15 in een warmte-krachtkoppelingsinstallatie (WKK). Uit het digestaat van de vergisting wordt, na een scheidingstap in een centrifuge, 26000 ton/jaar dikke fractie 17 (slib) verkregen en 100000 ton/jaar dunne fractie 18.This inflow 10 is first subjected to a hygienization 11 in a pasteurization unit, after which it undergoes a fermentation process 12 in a fermentation unit. The fermentation installation contains reactors with integrated low-pressure gas storage and works with a biogas pressure of approximately 10 mbar overpressure. The reactor temperature is 55 ° C. The fermentation yields a biogas 13 with an energy content of 67000 MWh (lower combustion value), which is burned in a combined heat and power plant (CHP). After digestion in a centrifuge, 26,000 tons / year thick fraction 17 (sludge) and 100,000 tons / year thin fraction 18 are obtained from the digestate from the fermentation.

[0104] De WKK installatie bevat drie gasmotoren van elk 1095 kW mechanisch vermogen (Jenbacher type 320) en een stoomaggregaat dat stoom op 10 bar kan opwekken in waterpijpketels van het type Clayton. De gasmotoren zijn voorzien van een dubbele gas'straat (biogas en aardgas) , waardoor aardgas kan worden bij gemengd indien er te weinig biogasproductie is. De verbranding 15 van het biogas in de WKK installatie levert 26700 MWh elektrische energie 154, 15600 MWh stoom 22 door warmtewisseling met de rookgassen (temperatuur rookgassen 450°C), 14480 MWh warm water 29 op ongeveer 90°C en ook een hoeveelheid warm water op ongeveer 50°C.The CHP installation comprises three gas engines of 1095 kW mechanical capacity each (Jenbacher type 320) and a steam generator that can generate steam at 10 bar in clay pipe water pipe boilers. The gas engines are equipped with a double gas line (biogas and natural gas), so that natural gas can be mixed if there is too little biogas production. The combustion of the biogas in the CHP installation supplies 26700 MWh of electrical energy 154, 15600 MWh of steam 22 through heat exchange with the flue gases (temperature of flue gases 450 ° C), 14480 MWh of hot water 29 at approximately 90 ° C and also an amount of hot water at approximately 50 ° C.

[0105] Het warm water op 50°C wordt gebruikt voor het voorverwarmen van opgeslagen biomassa. Op deze wijze wordt het bevriezen van de opslag tijdens koudere perioden voorkomen. Ook wordt hierdoor een voldoende vloeibare biomassa bekomen, wat het verpompen ervan vergemakkelijkt.The hot water at 50 ° C is used for preheating stored biomass. In this way the freezing of the storage during colder periods is prevented. A sufficient liquid biomass is hereby also obtained, which facilitates pumping thereof.

[0106] De stoom 22 wordt gebruikt voor het drogen 19 van de dikke fractie 17 in een droger. De droger is een indirecte schijvendroger dat als warmtemedium stoom op 180°C en 8 bar gebruikt. De droging produceert 7500 ton/jaar gedroogd slib 21, dat als organische meststof kan worden gebruikt (na bv. omvorming tot pellets) en 18000 ton/jaar waterdamp, waaruit door condensatie [35] 10900 MWh thermische energie 36 teruggewonnen wordt, dat gebruikt wordt voor het op temperatuur houden van het hygiënisatieproces (pasteurisatie) 11.The steam 22 is used to dry the thick fraction 17 in a dryer. The dryer is an indirect disk dryer that uses steam at 180 ° C and 8 bar as the heat medium. The drying process produces 7500 tonnes / year of dried sludge 21, which can be used as organic fertilizer (after, for example, pelletizing) and 18000 tonnes / year water vapor, from which by condensation [35] 10900 MWh of thermal energy 36 is recovered and used. for keeping the hygiene process (pasteurization) at the right temperature 11.

[0107] De stoom 22 die voor het drogen 19 wordt gebruikt, wordt daarna en in serie ook gebruikt voor het op temperatuur houden van het hygiënisatieproces 11. Dit gebeurt met volledige retour van het stoomcondensaat (gesloten kringloop).The steam 22 used for drying 19 is then also used in series to maintain the temperature of the hygienization process 11. This is done with full return of the steam condensate (closed cycle).

[010 8] Het warm water op 90°C wordt gebruikt voor het indampen 25 van de biologisch gezuiverde dunne fractie 24 en voor het stoomstrippen 28. Dit levert 7500 ton/jaar NPK concentraat 27, 3500 ton/jaar ammoniak onder de vorm van een 10%-25% (gew.) geconcentreerde ammoniakoplossing 31 en een effluent 32, dat voldoet aan de lozingnormen. De indamper is een "falling film" verdamper.The hot water at 90 ° C is used for evaporating 25 the biologically purified thin fraction 24 and for steam stripping 28. This yields 7500 tons / year NPK concentrate 27, 3500 tons / year ammonia in the form of a 10% -25% (wt.) Concentrated ammonia solution 31 and an effluent 32 that meets the discharge standards. The evaporator is a "falling film" evaporator.

[0109] De geproduceerde elektriciteit wordt aangewend voor het dekken van het eigen verbruik, alsook voor injectie op het openbare net op 15 kV. De in-situ afnamepunten zijn de installaties die zich stroomopwaarts van de WKK installatie bevinden (voorbehandeling 11 van de instroom 10, vergister en voedingspompen) en de installaties voor het verwerken van de dunne en dikke digestaatfractie (aerobe biologische zuivering, indamper, stoomstripper, centrifuge, droger en pelletiseerder).The electricity produced is used to cover own consumption, as well as for injection into the public grid at 15 kV. The in-situ collection points are the installations upstream of the CHP installation (pre-treatment 11 of the inflow 10, digester and feed pumps) and the installations for processing the thin and thick digestate fraction (aerobic biological purification, evaporator, steam stripper, centrifuge) , dryer and pelletizer).

Claims

A method for processing an ammonium-containing aqueous waste stream, which comprises the following steps: - subjecting the aqueous waste stream to an aerobic biological purification step (23), comprising an aeration step and a separation in sludge and an effluent (24), - evaporation (25) of the effluent, whereby a condensed ammonium-containing distillate (26) and a concentrate (27) are obtained and in which evaporation is carried out with vapor recompression of the distillate, - stripping (28) of the condensed distillate by means of steam, followed by - condensing (30) the steam to obtain an aqueous ammonia solution (31).

The method according to claim 1, wherein the stripping step (28) occurs in negative pressure, preferably a negative pressure of at least 0.3 bar.

The method according to claim 2, wherein the step of evaporating (25) takes place under reduced pressure, preferably an under pressure of at least 0.3 bar.

The method according to any preceding claim, wherein the aerobic biological purification step additionally comprises a contactor step, in which the aqueous waste stream and at least a portion (234) of the sludge are mixed into a contactor sludge (236) and wherein the contactor sludge in the separation step is separated into the effluent (24) and the sludge and wherein the contactor step and the aeration step are separate steps.

The method of claim 4, wherein the aeration step comprises aeration of the portion (234) of the sludge being fed to the contactor step.

The method of claim 4, wherein the aeration step comprises aeration of the contactor sludge (236) and the aeration step is connected between the contactor step and the separation step.

The method according to any preceding claim, wherein the separation in the aerobic biological purification step is achieved at least in part by settling of the sludge.

The method of any preceding claim, wherein the separation in the aerobic biological purification step is at least partially achieved by filtration.

The method according to any preceding claim, wherein the ammonium-containing aqueous waste stream originates at least in part from the fermentation of: biomass, animal waste, urine and / or droppings.

The method according to any preceding claim, wherein the ammonium-containing aqueous waste stream originates at least partially from the fermentation of sludge.

The method according to any preceding claim, wherein the ammonium-containing aqueous waste stream contains at least partially percolate water from landfills.

The method of any preceding claim, comprising a step of fermenting (12) organic material to produce a digestate (14) and a gas phase (13) and wherein the aqueous waste stream is at least a fraction of the digestate .

The method of claim 12, comprising a step of separating the digestate into a water fraction (18) and a sludge fraction (17), wherein the water fraction forms the aqueous waste stream.

The method according to claim 12 or 13, wherein thermal energy (22, 29) is generated with the gas phase and wherein at least a portion (29) of said thermal energy is used in the evaporation and stripping steps.

The method of claim 14, wherein said portion of the thermal energy is at a temperature lower than or equal to 90 ° C.

The method according to claim 14 or 15, wherein said part of the thermal energy is available in the form of underpressure steam.

The method according to any of claims 14 to 16 and 13, wherein another part (22) of the thermal energy is used for a drying (19) of the sludge fraction.

The method of claim 17, wherein said other part of the thermal energy is at a temperature higher than 100 ° C, preferably higher than 150 ° C.

A device for processing an ammonium-containing aqueous waste stream, wherein the device comprises means for carrying out the steps of any preceding claim.

The device of claim 19, the device comprising: - a fermentation reactor (120) provided for anaerobically fermenting organic material to produce therefrom a gas phase (13) and a digestate (14), wherein the aqueous waste stream comprises at least a portion (18) of the digestate, - an aerobic biological purification device (230), comprising an aeration basin (231) and a separator (232) and which is provided to receive the aqueous waste stream, - an evaporator (250) with vapor compression, which is provided to receive the effluent (24) from the aerobic biological purification device, - a steam stripper (280), which is provided to receive the distillate (26) from the evaporator and - a condenser (300), provided to condense the steam from the steam stripper.

The device of claim 20, wherein the aerobic biological purification device comprises a contactor (235) provided to mix the aqueous waste stream with sludge (234) from the separator to contactor sludge (236).

The apparatus of claim 21, wherein the aeration basin (231) is connected to the flow of sludge (234) between the separator and the contactor and is provided to aerate sludge from the separator.

The device of claim 21, wherein the aeration basin (231) is connected between the contactor and the separator and is provided to aerate the contactor sludge (236).

The device of any one of claims 20 to 23, wherein the separator comprises a settling tank (232).

The device of any one of claims 20 to 24, wherein the separator comprises a filtration unit.

The device according to any of claims 20 to 25, further comprising a device (150) for generating thermal energy (22, 29) from the gas phase, and wherein the device includes means for applying the thermal in situ energy.