NL1002311C2 - Werkwijze voor het voorspellen van het resultaat van een reinigings- proces. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET VÓÓRSPELLEN VAN HET RESULTAAT VAN EEN REINIGINGSPROCES

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het voorspellen van het eindresultaat van een biotechnologisch reinigingsproces van water, grond en organische reststromen.

5 Bodemvervuiling en waterverontreiniging zijn ernstige milieuproblemen. Om deze problemen aan te pakken kunnen vervuilde grond, eventueel na afgraving, en water gereinigd worden door de verontreinigingen te verwijderen. Daarna kunnen de grond opnieuw gestort en het water 10 geloosd of hergebruikt worden.

Organische reststromen, zoals GFT-afval, al dan niet na compostering, (vergiste) mest, (steekvast) zuiveringsslib en bermgras, kunnen alvorens voor verder gebruik of hergebruik in aanmerking te komen ook nog ver-15 ontreinigingen bevatten. Uiteraard dienen ook die eerst verwijderd te worden.

Voor het verwijderen van verontreinigingen uit de diverse substraten kunnen verschillende reinigingstechnieken worden toegepast. Naast thermische en fysi-20 sch/mechanische methoden worden steeds vaker bio(techno) logische reinigingsmethoden gebruikt. Jaarlijks wordt in Nederland bijvoorbeeld ruim 200.000 ton, meestentijds met minerale olie verontreinigde, grond biotechnologisch gereinigd.

25 Bij dergelijke biotechnologische reinigingsme thoden worden de verontreinigingen microbiologisch afgebroken. Het voordeel van biotechnologische reiniging is dat de grond min of meer zijn oorspronkelijke structuur behoudt, dat de eindprodukten van de reiniging (H20 en 30 C02) onschadelijk zijn en dat er weinig energie bij nodig is.

Biotechnologische reiniging is gebaseerd op de activiteit van reeds in de grond aanwezige micro-organis-men. Hoewel de verontreiniging van de grond meestal 35 bestaat uit olie en dit voor reeds aanwezige micro-orga- 1002311; 2 nismen een vrij eenvoudig substraat is verloopt olie-afbraak in de grond echter niet of nauwelijks spontaan. Biotechnologische reiniging vindt daarom na afgraving onder gecontroleerde omstandigheden plaats in een instal-5 latie, waarin de omgevingsomstandigheden, zoals temperatuur, vochtgehalte en zuurstofconcentratie, precies op de behoeften van de gewenste micro-organismen afgestemd worden. Het gevolg is dat hierdoor de afbraak-processen wel of beter verlopen.

10 De keuze van de juiste reinigingsmethode en daarbij behorende omstandigheden voor een bepaald type materiaal (grond of water) hangt af van een aantal factoren. Zo is de soort verontreiniging van belang en ook de ouderdom van de verontreiniging, de deeltjesgrootte-15 verdeling en dergelijke. Of er überhaupt overgegaan moet worden tot het reinigen van het verontreinigde materiaal hangt af van het resultaat dat met de reiniging verkregen kan worden. Grond die zelfs na reiniging niet aan de wettelijke voorschriften voldoet kan beter opgeslagen dan 20 gereinigd worden.

Het is daarom van belang om het resultaat van de reiniging te kunnen voorspellen. Zo kan een nauwkeuriger kostenraming worden gemaakt en de kwaliteit van het eindprodukt voorspeld worden. Slechts wanneer een gefun-25 deerde verwachting over de eindkwaliteit van de grond na de reiniging bestaat kan vastgesteld worden of het zinvol is de reiniging te starten.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding een werkwijze te verschaffen, waarmee de eindkwaliteit 30 van de gereinigde grond voorspeld kan worden, en eventueel een gefundeerde schatting gegeven kan worden van de tijd, die de daadwerkelijke reiniging op grote schaal in beslag zal gaan nemen.

Dit wordt door de uitvinding bereikt door een 35 werkwijze, omvattende de stappen: a) het nemen van een representatief monster van te reinigen materiaal; 10 023 1 3 b) het karakteriseren van het monster door het bepalen van een aantal kenmerkende parameters; c) het eventueel op grootte scheiden van het monster ter verkrijging van een fractie met grove veront- 5 reinigingen en een fractie met bodemmateriaal; d) het scheiden van het bodemmateriaal in een de verontreinigingen bevattende fractie en een relatief schone fractie; e) het indien nodig conditioneren van de de 10 verontreinigingen bevattende fractie; f) het incuberen van de geconditioneerde fractie; g) het een aantal malen tijdens de incubatie meten van een aantal reinigingsparameters ter verkrijging 15 van meetwaarden; en h) het op basis van de in stap g) verkregen meetwaarden vaststellen van de kwaliteit van de grond na reiniging.

Met de "kwaliteit" wordt onder andere bedoeld 20 de restconcentratie verontreinigingen, maar kan ook tevens het organische-stofgehalte, de "rijpheid" (stabiliteit) van de grond en de eventuele aanwezigheid van zware metalen omvatten.

Het monster kan een water- of grondmonster 25 zijn, maar ook een monster organisch materiaal. De werkwijze volgens de uitvinding kan namelijk gebruikt worden voor het voorspellen van het eindresultaat van een bio-technologische reiniging van grond, grondwater, afvalwater en waterbodems, maar ook zuiveringsslib, en al dan 30 niet vergiste mest, bermgras of GFT-afval.

De kenmerkende parameters, die bepaald worden voordat het monster gescheiden wordt, omvatten bijvoorbeeld de deeltjesgrootte-verdeling, organisch-stofgehalte en soort en ouderdom van de verontreinigingen. Op basis 35 van deze gegevens wordt een scheidingsschema opgesteld. Afhankelijk van de waarden kan bijvoorbeeld gekozen worden voor het wel of niet toepassen van bepaalde scheidingstechnieken .

10 02;· ’ 4

Het op grootte scheiden van het monster ter verkrijging van een fractie met grove verontreinigingen en een fractie met bodemmateriaal wordt bijvoorbeeld uitgevoerd door middel van zeven. Grind, stenen, takken 5 en dergelijke worden daarmee verwijderd.

De scheiding in een de verontreinigingen bevattende fractie en een relatief schone fractie betekent in de praktijk vaak een scheiding in een fijne fractie en een grove fractie. De grove fractie omvat voornamelijk 10 zand, terwijl de fijne fractie in hoofdzaak bestaat uit fijn slib. Het is bekend dat de meeste verontreinigingen zich verzamelen in de slibfractie. Vandaar dat deze meestal verder gebruikt zal worden in de test.

Het scheiden van het bodemmateriaal in een 15 fijne fractie en een grove fractie wordt bijvoorbeeld uitgevoerd door middel van hydrocyclonage.

Indien nodig wordt het slib vervolgens geconditioneerd. Dit betekent dat additieven worden toegevoegd en eventueel de pH en temperatuur worden aangepast. De 20 additieven zijn bijvoorbeeld nutriënten voor de micro-organismen of middelen om de pH op een bepaalde waarde te brengen. De conditionering heeft tot doel omstandigheden te creëren, waarbij de micro-organismen optimaal functioneren. Daarnaast kan door het variëren van de omstandig-25 heden bepaald worden welke condities het best bij de reiniging op grote schaal gebruikt kunnen worden.

Na de conditionering volgt de incubatie, tijdens welke de daadwerkelijke microbiologische afbraak plaats vindt. De incubatie kan al naar gelang de veront-30 reiniging en de aanwezige micro-organismen aëroob of anaëroob worden uitgevoerd.

Tijdens de incubatie wordt wederom een aantal parameters gemeten, die in deze aanvrage worden aangeduid met de term "reinigingsparameters". De reinigingsparame-35 ters kunnen één of meer van de volgende zijn: 02-gebruik, C02-produktie, CH4-produktie, concentratie verontreinigingen. 02-gebruik en C02-produktie worden gemeten wanneer de reiniging door aërobe micro-organismen wordt uitgevoerd.

10 02 3 1 i7 5

In geval van een anaërobe reiniging wordt de produktie van biogas (CHA) gemeten. Het meten van het verloop van de concentratie van de verontreinigingen kan bij beide typen reiniging worden uitgevoerd.

5 De reinigingsparameters geven belangrijke informatie over de aanwezigheid van een actieve bacteriepopulatie in het monster, de potentiële microbiologische afbreekbaarheid en toxiciteit van de verontreiniging, het bereiken van een bepaalde restconcentratie en de.optimale 10 waarde van de condities, zoals pH, temperatuur en voedingsstoffen.

Wanneer de bacteriepopulatie klein of inactief is zal er weinig respiratie of biogasproduktie plaatsvinden. Wanneer de verontreiniging toxisch is zullen de 15 micro-organismen sterven en zal er dientengevolge ook weinig activiteit waarneembaar zijn. Gebleken is dat de op kleine schaal gevonden restconcentratie van de verontreinigen representatief is voor de restconcentratie, die ook op grote schaal haalbaar is. Bovendien kan aan de 20 hand van de reinigingsparameters voorspeld worden hoe snel het reinigingsproces op grote schaal uitgevoerd kan worden.

De reinigingsparameters zijn vastgesteld op basis van ervaring. Deze ervaring leert, dat de snelheid 25 die op laboratoriumschaal gemeten wordt, hoger ligt dan de werkelijke snelheid op praktijkschaal. De mate waarop deze snelheid op praktijkschaal lager ligt hangt af van de omgevingsfactoren (temperatuur, zuurstofgehalte), de bodemeigenschappen, het type verontreiniging (bijvoor-30 beeld soort olie) en de ouderdom (dat wil zeggen de periode vanaf het ontstaan van de verontreiniging tot het moment van reinigen). Op basis van ervaring in de praktijk is de snelheid die in het laboratorium wordt vastgesteld om te rekenen met een empirische wiskundige formu-35 le. De algemene vorm van de formule is: T(t) = VVfos*feUb*fver*ften**f02' Waarin 100231 1.

6 T(t) = werkelijke reinigingsperiode (in dagen) TQ = snelheid, bepaald met BAT-methode (in dagen) de dimensieloze snelheidsfactoren (getalswaarde altijd groter dan 0 en kleiner gelijk als 1): 5 ft = lutumgehalte van de grond fos = factor organische stofgehalte van de grond fellb = correctiefactor slibgehalte van de grond ft = type olieverontreiniging ftefflp = temperatuurfactor 10 f o2 = be lucht ings fact or

Statistische analyse van de testresultaten heeft laten zien, dat de eindconcentratie van biotechno-logische grondreiniging niet goed is te voorspellen op basis van de getalswaarde van een aantal specifieke 15 parameters, zoals organische stof, slibgehalte en oliegehalte. Analoog aan de voorspelling van de renigingssnel-heid op grote schaal is hier een empirische formule voor op te stellen. Gezien de complexe relatie tussen de restconcentratie en de bodemeigenschappen, is alleen op 20 basis van een groot aantal data van de gereinigde gronden de nauwkeurigheid van de empirische formule voldoende groot. De data worden verzameld in een databank.

C(P) = (fi*a1+fos*a2+fellb*a3+foud*a4+ftype*a6+C0*a8) , waarin 25 a1-n = empirisch bepaalde constante C(p) = [eindconcentratie op grote schaal]

Co = beginconcentratie verontreiniging foud = ouderdom van de verontreiniging ft = lutumgehalte van de grond 3 0 fos = factor organische stofgehalte van de grond fellb = correctiefactor slibgehalte van de grond ft = type olieverontreiniging

De onderhavige uitvinding zal verder worden 35 verduidelijkt aan de hand van het bijgaande voorbeeld, dat niet bedoeld is om de uitvinding te beperken, maar slechts gegeven is als illustratie.

10 023 1 1.

7

VOORBEELD

Er wordt uitgegaan van een representatief grondmonster van 5 kg. Met behulp van een zeef wordt daarvan een fractie van > 1 mm afgescheiden. In een 5 hydrocycloon wordt verder het zand verwijderd om een goede monstername mogelijk te maken en slijtage van de installatie tegen te gaan.

Het overblijvende slib wordt in de vorm van een slurry met een droge-stofgehalte van 1-5% in reactoren 10 van 9 liter gebracht. De pH wordt ingesteld op 7,0 met HC1 of NaOH.

Vervolgens worden ook voedingsstoffen toegevoegd. De hoeveelheid wordt gebaseerd op de hoeveelheid verontreiniging, in dit geval olie, die in het monster is 15 aangetroffen. In 9 liter slurry bevindt zich 0,0045 kg olie. Hieruit kan 1,35 g biomassa geproduceerd worden. De bruto biomassaformule is C5H7O2NP1/30S1/100. Per experiment wordt dan 0,2 g N (N03-N:NH4+-N = 1:1 mol/mol) , 0,02 g P en 0,02 g S (als S042') toegevoegd.

20 Om een goede balans van de olie-afbraak te kunnen maken worden deelmonsters genomen van het uit-gangsmonster, de fractie van > l mm, het zand (onderloop hydrocycloon), spoelwater, slib (bovenloop hydrocycloon) en slib in de reactoren enige malen gedurende de duur van 25 de test (1-2 weken). Van deze monsters worden het drogestofgehalte, organische-stofgehalte en het gehalte aan minerale olie bepaald. Het slib dat als bovenloop uit de cycloon komt wordt eveneens als nul-monster voor de slurry-reactoren gebruikt.

30 De incubatie vindt plaats bij ongeveer 30°C.

Hierdoor wordt een snelle afbraak verkregen.

De microbiologische activiteit wordt bepaald door middel van het meten van het zuurstofverbruik. Dit is een relatieve maat voor de aanwezigheid van bacteriën, 35 die olie kunnen afbreken, en de aanwezigheid van giftige stoffen. De activiteit wordt gemeten door de reactor gedurende een periode van enige uren af te sluiten en de afname in het zuurstofgehalte te meten. Door de afname 10 023 11' δ van zuurstof tegen de tijd uit te zetten en de richtings-coëfficiënt te berekenen is het zuurstofgebruik per liter slurry of kilogram grond te bepalen. Uit de literatuur is bekend dat normale actieve grond bij 20°C ongeveer 0,2 mg 5 zuurstof per kg per uur gebruikt, en bij 30°C ongeveer 0,4 mg per kg per uur. Dit zijn de waarden, die minimaal gevonden moeten worden voor het zuurstofgebruik.

Figuur 1 toont een drietal curves, die het zuurstofverbruik op verschillende tijdstippen weergeven. 10 De helling van de curves komt overeen met de maximale zuurstofverbruikssnelheid. Hieruit blijkt dat het zuurstofverbruik in de tijd sterk afneemt. Dit hangt uiteraard samen met een afname in olieconcentratie in de tijd.

Er werd gecontroleerd of het verdwijnen van de 15 olie te wijten zou kunnen zijn aan verdamping. Hiervoor werden het zuurstofgebruik en de olieafbraak gemeten in monsters (A), waarin door middel van natrium-azide de micro-organismen gedood waren, in vergelijking met gewone monsters (B), waarin de micro-organismen normaal actief 20 waren. Het resultaat wordt getoond in figuur 2. Hieruit blijkt uit de afwezigheid van enig zuurstofgebruik door monsters (A) dat daarin inderdaad geen micro-organismen meer aanwezig waren. Deze monsters lieten ook geen afname in olieconcentratie zien.

25 Figuur 3 toont de correlatie tussen het reini- gingsresultaat na uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding en na reiniging op grote schaal. Hieruit blijkt de voorspellende waarde van de werkwijze volgens de uitvinding.

10 023Π,

Claims (10)

1. Werkwijze voor het voorspellen van het eindresultaat van een biologisch reinigingsproces, omvattende de stappen: a) het nemen van een representatief monster van 5 te reinigen materiaal; b) het karakteriseren van het monster door het bepalen van een aantal kenmerkende parameters; c) het eventueel op grootte scheiden van het monster ter verkrijging van een fractie met grove veront- 10 reinigingen en een fractie met bodemmateriaal; d) het scheiden van het bodemmateriaal in een de verontreinigingen bevattende fractie en een relatief schone fractie; e) het, indien nodig, conditioneren van de de 15 verontreinigingen bevattende fractie; f) het incuberen van de geconditioneerde fractie; g) het een aantal malen tijdens de incubatie meten van een aantal reinigingsparameters ter verkrijging 20 van meetwaarden; en h) het op basis van de in stap g) verkregen meetwaarden vaststellen van de kwaliteit van de grond na reiniging.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 25 kenmerk, dat de de verontreinigingen bevattende fractie de fijne slibfractie is en de relatief schone fractie de zandfractie.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de de verontreinigingen bevattende fractie 30 voor verdere verwerking de vorm heeft van een slurry met een droge-stofgehalte tussen 0,1 en 20%, bij voorkeur tussen 0,5 en 10%, meer bij voorkeur tussen 1 en 5%. 10 02 3 M.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het de tijdens de incubatie gemeten reinigingsparameters bestaan uit één of meer van de volgende: 02-gebruik, C02-produktie, CH^-produktie, concentra- 5 tie verontreinigingen.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het conditioneren van de de verontreinigingen bevattende fractie bestaat uit het toevoegen van nutriënten en eventueel het op een gewenste waarde 10 instellen van de pH en/of temperatuur.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de kenmerkende parameters worden gekozen uit deeltjes-grootteverdeling, organische-stofgehalte, soort verontreiniging, ouderdom van de verontrei- 15 niging.

7. Werkwijze volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het te reinigen materiaal grond, grondwater, waterbodems, afvalwater, zuiveringsslib, al dan niet vergiste mest, bermgras, al dan niet vergist

20 GFT-afval of een combinatie daarvan is.

8. Werkwijze volgens één der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het op grootte scheiden van het monster ter verkrijging van een fractie met grove verontreinigingen en een fractie met bodemmateriaal wordt 25 uitgevoerd door middel van zeven.

9. Werkwijze volgens één der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat het scheiden in een de verontreinigingen bevattende fractie en een relatief schone fractie wordt uitgevoerd door middel van hydrocyclonage.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de voorspelling van het eindresultaat van de reiniging op grote schaal wordt gebaseerd op de correlatie tussen een aantal parallel aan elkaar uitgevoerde reinigingen op kleine en grote schaal. 1002" 1,