BE1018196A3 - Methode en inrichting voor het verwerken van ammoniumrijke afvalwaters. - Google Patents

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.

Description

METHODE EN INRICHTING VOOR HET VERWERKEN VAN AMMONIUMRIJKE

AFVALWATERS

Technisch gebied

[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.

Stand van de techniek

[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.

[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.

[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) .

[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.

Hoofdkenmerken van de uitvinding

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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,

[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.

[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.

Beschrijving van de figuren

[0021] Figuur 1 A toont een processchema overeenkomstig methoden van de uitvinding. Figuur 1 B toont een schema van de overeenkomstige inrichtingen.

[0022] Figuur 2 toont een aerobe biologische zuivering volgens een klassiek actief slibsysteem.

[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.

[0024] Figuur 4 toont een schema van een indamper met damprecompressie en stoomstripper overeenkomstig de uitvinding.

[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.

[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.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

[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.

[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.

Een belangrijk deel van het ammonium en bij voorkeur van andere nutriënten (fosfor en kalium) uit de afvalstroom kan bijgevolg worden gewonnen als grondstof.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

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.

[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.

[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).

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[0049] Methoden van de uitvinding omvatten bij voorkeur geen nitrificatie en denitrificatiestap.

[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.

[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.

[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.

[0053] De aerobe biologische zuivering 23 verwijdert afbreekbare organische verbindingen, zoals vetzuren en alcoholen, die restproducten zijn van het vergistingsproces 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.

[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.

[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.

[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.).

[0058] Eventueel kan de bezinktank 232 vervangen worden door een membraanfiltratie. Op deze wijze wordt een nog betere effluentkwaliteit bekomen.

[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.

[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).

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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%.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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).

[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.

[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.

[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).

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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%).

[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.

[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.

[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.

Voorbeeld

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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).

[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.

[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).

Claims (26)

1. Een methode voor de verwerking van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom, die de volgende stappen omvat: - onderwerpen van de waterige afvalstroom aan een aerobe biologische zuiveringstap (23), die een beluchtingstap en een scheiding in slib en een effluent (24) omvat, - indampen (25) van het effluent waardoor een gecondenseerd ammoniumhoudend destillaat (26) en een concentraat (27) verkregen worden en waarin het indampen wordt uitgevoerd met damprecompressie van het destillaat, - strippen (28) van het gecondenseerd destillaat door middel van stoom, gevolgd door - condenseren (30) van de stoom om een waterige ammoniakoplossing (31) te verkrijgen.

2. De methode volgens conclusie 1, waarin de stap van het strippen (28) gebeurt in onderdruk, bij voorkeur een onderdruk van ten minste 0,3 bar.

3. De methode volgens conclusie 2, waarin de stap van het indampen (25) gebeurt in onderdruk, bij voorkeur een onderdruk van ten minste 0,3 bar.

4. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, waarin de aerobe biologische zuiveringstap bijkomend een contactorstap omvat, in dewelke de waterige afvalstroom en ten minste een deel (234) van het slib worden gemengd tot een contactorslib (236) en waarin het contactorslib in de scheidingstap gescheiden wordt in het effluent (24) en het slib en waarin de contactorstap en de beluchtingstap afzonderlijke stappen zijn.

5. De methode volgens conclusie 4, waarin de beluchtingstap het beluchten van het deel (234) van het slib dat naar de contactorstap wordt gevoerd, omvat.

6. De methode volgens conclusie 4, waarin de beluchtingstap het beluchten van het contactorslib (236) omvat en de beluchtingstap geschakeld is tussen de contactorstap en de scheidingstap.

7. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, waarin de scheiding in de aerobe biologische zuiveringstap minstens ten dele verkregen wordt door bezinken van het slib.

8. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, waarin de scheiding in de aerobe biologische zuiveringstap minstens ten dele verkregen wordt door filtratie.

9. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, waarin de ammoniumhoudende waterige afvalstroom minstens gedeeltelijk afkomstig is van de vergisting van: biomassa, afval van dieren, urine en/of uitwerpselen.

10. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, waarin de ammoniumhoudende waterige afvalstroom minstens gedeeltelijk afkomstig is van de vergisting van slib.

11. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, waarin de ammoniumhoudende waterige afvalstroom minstens gedeeltelijk percolaatwater van stortplaatsen bevat.

12. De methode volgens eender welke voorgaande conclusie, die een stap omvat van het vergisten (12) van organisch materiaal om een digestaat (14) en een gasfase (13) te produceren en waarin de waterige afvalstroom ten minste een fractie van het digestaat is.

13. De methode volgens conclusie 12, die een stap omvat van het scheiden van het digestaat in een waterfractie (18) en een slibfractie (17), waarin de waterfractie de waterige afvalstroom vormt.

14. De methode volgens conclusie 12 of 13, waarin thermische energie (22, 29) wordt opgewekt met de gasfase en waarin ten minste een deel (29) van genoemde thermische energie aangewend wordt bij de stappen van het indampen en het strippen.

15. De methode volgens conclusie 14, waarin genoemd deel van de thermische energie zich op een temperatuur lager dan of gelijk aan 90°C bevindt.

16. De methode volgens conclusie 14 of 15, waarin genoemd deel van de thermische energie beschikbaar is onder de vorm van onderdrukstoom.

17. De methode volgens eender welke conclusie 14 tot 16 en 13, waarin een ander deel (22) van de thermische energie aangewend wordt voor een droging (19) van de slibfractie.

18. De methode volgens conclusie 17, waarin genoemd ander deel van de thermische energie zich op een temperatuur hoger dan 100°C bevindt, bij voorkeur hoger dan 150°C.

19. Een inrichting voor de verwerking van een ammoniumhoudende waterige afvalstroom, waarin de inrichting middelen omvat om de stappen uit eender welke voorgaande conclusie uit te voeren.

20. De inrichting volgens conclusie 19, de inrichting omvattend: - een vergistingreactor (120) voorzien voor het anaëroob vergisten van organisch materiaal om daaruit een gasfase (13) en een digestaat (14) te produceren, waarin de waterige afvalstroom ten minste een deel (18) van het digestaat vormt, - een inrichting (230) voor aerobe biologische zuivering, die een beluchtingsbekken (231) en een scheider (232) bevat en die voorzien is om de waterige afvalstroom te ontvangen, - een indamper (250) met damprecompressie, die voorzien is om het effluent (24) van de inrichting voor aerobe biologische zuivering te ontvangen, - een stoomstripper (280) , die voorzien is om het destillaat (26) van de indamper te ontvangen en - een condensor (300), voorzien om de stoom uit de stoomstripper te condenseren.

21. De inrichting volgens conclusie 20, waarin de inrichting voor aerobe biologische zuivering een contactor (235) bevat, voorzien om de waterige afvalstroom te mengen met slib (234) van de scheider tot contactorslib (236).

22. De inrichting volgens conclusie 21, waarin het beluchtingsbekken (231) geschakeld is in de stroom van het slib (234) tussen de scheider en de contactor en voorzien is om slib van de scheider te beluchten.

23. De inrichting volgens conclusie 21, waarin het beluchtingsbekken (231) geschakeld is tussen de contactor en de scheider en voorzien is om het contactorslib (236) te beluchten.

24. De inrichting volgens eender welke conclusie 20 tot 23, waarin de scheider een bezinktank (232) bevat.

25. De inrichting volgens eender welke conclusie 20 tot 24, waarin de scheider een filtratie- eenheid bevat.

26. De inrichting volgens eender welke conclusie 20 tot 25, die bijkomend een inrichting (150) bevat voor het opwekken van thermische energie (22, 29) uit de gasfase, en waarin de inrichting middelen bevat voor het in-situ aanwenden van de thermische energie.