NL1005343C1 - Werkwijze voor het behandelen van ammoniak-houdend afvalwater. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het behandelen van amraoniak-houdend afvalwater

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het behandelen van ammoniak-houdend afvalwater, waarbij in een eerste stap onder gebruikmaking van een nitrificerend microörganisme en onder toevoeren van zuurstof 5 ammoniak-houdend afvalwater aan een nitrificatiebehandeling wordt onderworpen onder oplevering van een een oxydatiepro-duct van ammoniak-bevattende oplossing, en in een tweede stap het oxydatieproduct van ammoniak tezamen met ammoniak onder invloed van een denitrificerend microörganisme tot stikstof-10 gas worden omgezet.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 5.078.884. Bij de oxidatie van ammoniak gevormd nitraat wordt benut als oxydator om nog af te breken ammoniak, dat als elektronendonor fungeert, met behulp 15 van een microörganisme onder in hoofdzaak anaërobe omstandigheden om te zetten. Daarbij wordt stikstof gevormd dat aan de atmosfeer wordt afgegeven.

Deze werkwijze heeft als nadeel dat deze geen betrouwbare afbraak van ammoniak geeft, zoals ook te zien in 20 (de rechter helft van) fig. 2 van de genoemde publikatie. Dit betekent dat ongewenste lozingen op het oppervlaktewater kunnen plaatsvinden. Het vermijden hiervan vergt allerlei investeringen, waaronder in regel- en meetapparatuur. Tenslotte wordt bij deze werkwijze loog toegevoegd (zie reactieverge-25 lijking 5 van de genoemde publikatie), hetgeen eveneens dient te worden geregeld.

De onderhavige uitvinding beoogt de werkwijze van de in de aanhef genoemde soort te verbeteren en in het bijzonder een kosten-effectieve, meer betrouwbare werkwijze te 30 verschaffen die geen toevoegingen vereist en, mede daardoor, regeltechnisch eenvoudiger is.

Dit doel kan verrassenderwijze worden bereikt met een werkwijze die wordt gekenmerkt doordat bicarbonaat-houdend afvalwater wordt toegepast dat door het toevoeren van 35 lucht in hoofdzaak van bicarbonaat wordt ontdaan, en in de eerste stap ammoniak wordt omgezet tot nitriet onder opleve- 10 0 5343 2 ring van een nitriet-houdende oplossing, en in de tweede stap het denitrificerende microörganisme nitriet als oxydator voor ammoniak gebruikt.

Aldus wordt een werkwijze verschaft die aanmerkelij-5 ke voordelen biedt, waaronder een groot zelfsturend karakter. Verder wordt het gebruik van toevoegingen vermeden.

Uit de stand van de techniek is een werkwijze bekend waarbij in een nitritificatiestap ammoniak tot nitriet wordt omgezet. Het nitriet wordt in een denitritificatiestap, onder 10 toevoeging van een organische koolstofbron als substraat voor een denitritificerend organisme, tot stikstof omgezet. Als organische koolstofbron wordt methanol toegepast. Bij de afbraak daarvan wordt tijdens de nitritificatiestap gevormd zuur verbruikt, op welke wijze de pH van het denitritifica-15 tieproces wordt geregeld. Deze niet-continue werkwijze heeft als nadeel dat er een toevoeging nodig is en er veel regelingen nodig zijn, zoals tijdregeling en substraattoevoerrege-ling. De totale omzetting van ammoniak is niet onder alle omstandigheden bevredigend en blijft beperkt tot ten hoogste 20 ca. 90% en dient om die reden veelal te worden gevolgd door een nabehandeling.

Een eerste gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt gekenmerkt doordat in de eerste stap het ammoniak-hou-dende afvalwater aan een nitritificatiereactor wordt toege-25 voerd in een zodanige hoeveelheid dat de nitritificatiereactor zonder slibretentie wordt bedreven, de temperatuur van een aan de nitritificatiebehandeling onderworpen oplossing tussen 25 en 60°C wordt gehouden en de pH tussen 6 en 9.

Aldus worden gunstige omstandigheden verschaft voor 30 het tot nitriet, en niet tot nitraat, omzetten van ammoniak.

Bij voorkeur wordt in de tweede stap de temperatuur van de zich in een denitritificatiereactor bevindende, aan de denitritificatiebehandeling onderworpen oplossing tussen 25 en 60°C gehouden en de pH tussen 6 en 9.

35 Aldus worden gunstige omstandigheden verschaft voor het omzetten van nitriet en ammoniak tot stikstof.

Volgens een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de eerste stap en de tweede stap gelijktijdig in één bioreactor uitgevoerd, waarbij in de bio- '10053 4 3 3 reactor nitrificerende en denitrificerende microörganistnen in een vaste fase aanwezig zijn, waarbij het nitrificerende mi-croórganisme zich in hoofdzaak in het buitenste, aërobe deel van de vaste fase bevindt en het denitrificerende micro-orga-5 nisme zich in hoofdzaak in het anaërobe binnenste deel van de vaste fase bevindt en zuurstof afhankelijk van de concentratie ammoniak in de bioreactor in een de eerste stap beperkende hoeveelheid wordt toegevoerd.

Deze werkwijze heeft als voordeel dat slechts één 10 reactor nodig is. Op de bij voorkeur enigszins ruwe drager bevindt zich een biofilm, dat wil zeggen een de nitrificerende en denitrificerende microörganismen bevattende laag, en de eerste stap vindt plaats in het buitenste, aërobe deel van de biofilm. Door te zorgen voor zuurstoflimitatie is dit buiten-15 ste, aërobe deel van de biofilm niet in staat om meer dan 50% van de toegevoerde hoeveelheid ammoniak om te zetten, en het ammoniak zal tezamen met in het buitenste, aërobe deel van de biofilm gevormd nitriet in het binnenste, aërobe deel van de biofilm worden omgezet tot stikstof. De vaste fase kan be-20 staan uit een spontaan gevormd aggregaat.

Bij voorkeur wordt als vaste fase een fase gekozen uit een biofilmdragende deeltjesvormige drager en een bio-filmdragende immobiele drager wordt toegepast.

Indien de drager deeltjesvormig is, heeft de drager 25 bij voorkeur een grootte van 0,1 tot 1 mm. Aldus kan een hoge biomassadichtheid worden verschaft en de omvang van de bioreactor beperkt worden gehouden. In een kenmerkend geval is de ammoniakbelasting van het biofilmoppervlak meer dan 2-3 g N/m2.dag. Enige ruwheid van het drageroppervlak is gunstig.

30 Bij voorkeur wordt in de tweede stap de temperatuur van een in de reactor aanwezige, aan een denitritificatie-ni-trificatiereactor onderworpen oplossing tussen 5 en 60°C gehouden en de pH tussen 6 en 9.

Aldus worden gunstige omstandigheden verschaft voor 35 het omzetten van ammoniak tot stikstof.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de navolgende gedetailleerde beschrijving met een voorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding waarvan de parameters in de bijgaande figuur zijn weergegeven.

1005343 4

De werkwijze volgens omvat een nitritificatiereactie en een denitritificatiereactie. Zoals uit de overall-reactie-vergelijking I, weergegeven op het formuleblad, blijkt en zoals hierna zal worden toegelicht, is het toevoegen van de 5 pH-regelende middelen overbodig. De nitritificatiereactie volgens reactievergelijking II levert twee equivalenten protonen per omgezet equivalent ammoniak. In voor de uitvinding geschikt te behandelen afvalwater is HC03‘ het tegen-ion van het ammoniumion. Voorbeelden van dergelijk afvalwater zijn 10 het percolatiewater van afvalstortplaatsen en het effluent van anaërobe zuiveringen. Het toevoeren van lucht tijdens de nitritificatiereactie, nodig voor het oxyderen van ammoniak, zorgt er tevens voor dat C02 wordt verwijderd, volgens de reactievergelijking III. Derhalve levert de nitritificatiereac-15 tie één equivalent zuur per omgezet equivalent ammoniak netto. De denitritificatiereactie volgens reactievergelijking IV vraagt één equivalent zuur per omgezet equivalent ammoniak.

Dat betekent dat door gebruik van het van C02-ontdane effluent van de nitrititificatiereactor geen pH-regeling noodzakelijk 20 is.

Door het verwijderen van C02 wordt de aan nitritifi-catie onderworpen oplossing van HC03' ontdaan en gaat het bufferend vermogen van de oplossing omlaag. Dat betekent dat de pH daarin kan variëren, in het bijzonder kan dalen door vor-25 ming van zuur in deze stap. De pK van HC03', d.w.z. de pH

waarbij HC03* het beste buffert, is 6,37. De daling van de pH remt het nitritificatieproces, en ammoniak wordt slechts ten dele, maar volgens het door de onderhavige uitvinding verschafte inzicht in de gewenste mate (te weten tot 50%), 30 omgezet. Daardoor is er automatisch een geschikte hoeveelheid ammoniak beschikbaar voor het daaropvolgende denitritificatieproces, dat zuur verbruikt, en dus van de lage pH profiteert .

Voorbeeld 35 Een geroerde batch-reactor (2,4 1) werd bedreven zonder slibretentie en gevoed met ammoniumrijk afvalwater (41 mM; pH»8,0). Gedurende de dag werd 80% van het reactorvolume ververst. De temperatuur werd op 33°C gehouden en de concentratie opgeloste zuurstof was 20%. Onder deze omstandigheden Ί005343 5 bedroeg de biomassaconcentratie 140 mg drooggewicht per liter. De pH van het effluent van de reactor was ongeveer 6,7. De pH werd niet geregeld. Ammoniak in het afvalwater werd voor 40-50% omgezet.

5 Het effluent werd met 1,2 ml/min. toegevoerd aan een gefluïdiseerd-bedreactor (inhoud 21). De pH in de gefluïdi-seerd-bedreactor was stabiel en bedroeg ongeveer 7,9. De mate van omzetting van Kjeldahl-stikstof in de gefluïdiseerd-bedreactor was 0,6 kg N/m3.dag. De totale verwijdering van 10 stikstof was 83%. De relevante parameters zijn weergegeven in de f iguur.

Dit percentage kan worden verhoogd door terugvoer van een gedeelte van het effluent uit de gefluïdiseerd-bedreactor naar de batch-reactor. Door de stabiele pH in de 15 gefluïdiseerd-bedreactor is de terugvoer niet erg kritisch en kan op een vaste waarde worden ingesteld. Een te hoge terugvoer leidt tot een verhoogde afbraak van ammoniak in de batch-reactor. Daardoor daalt het zuurverbruik in de geflu-idiseerd-bedreactor, waardoor de afbraak van ammoniak weer 20 daalt.

Ofschoon de werkwijze volgens de uitvinding in hoge mate een zelfsturend karakter heeft en automatisch leidt tot een overall-afbraak van ammoniak van ten minste ca. 80% kan de pH van de inhoud van de nitritificatiereactor desgewenst 25 worden bijgeregeld door toevoeren van effluent uit de deni-tritificatiereactor. Hierbij is dus geen sprake van het toevoeren van een externe toevoeging.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het afvalwater aan de denitriti-30 ficatiestap toegevoerd. Ammoniak uit de afvalstroom wordt bij de denitritificatie verbruikt, en een deel van de denitriti-ficatiereactor wordt naar de nitritificatiereactor gevoerd. Daar wordt nitriet gevormd dat naar de denitritificatiereactor wordt gevoerd.

35 Teneinde de lozing van nitriet te vermijden kan, indien het effluent van de denitritificatiestap wordt geloosd, dit effluent eerst nog aan een nitritificatiestap worden onderworpen.

Geschikte microörganismen kunnen zonder veel proble- 1005343 6 men op in de literatuur beschreven wijze worden verkregen uit slib van bestaande waterzuiverings-installaties waarin ammoniak wordt afgebroken. Voor de denitritificatie kan ook gebruik worden gemaakt van de bij het Centraal Bureau voor 5 Schimmelcultures te Baarn, Nederland, onder nummer 949.87 gedeponeerde culture.

1005343

Claims (2)

1. Werkwijze voor het behandelen van ammoniak-hou-5 dend afvalwater, waarbij in een eerste stap onder gebruikmaking van een nitrificerend microörganisme en onder toevoeren van zuurstof een eerste deel van het ammoniak-houdende afvalwater aan een nitrificatiebehandeling wordt onderworpen onder oplevering van een een oxydatieproduct van ammoniak-bevatten- 10 de oplossing, en in een tweede stap het oxydatieproduct van ammoniak tezamen met ammoniak onder invloed van een denitri-ficerend microörganisme tot stikstofgas worden omgezet, met het kenmerk, dat bicarbonaat-houdend afvalwater wordt toegepast dat door het toevoeren van lucht in hoofdzaak van bicar-15 bonaat wordt ontdaan, en in de eerste stap ammoniak wordt omgezet tot nitriet onder oplevering van een nitriet-houdende oplossing, en in de tweede stap het denitrificerende micro-organisme nitriet als oxydator voor ammoniak gebruikt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 20 dat in de eerste stap het ammoniak-houdende afvalwater aan een nitritificatiereactor wordt toegevoerd in een zodanige hoeveelheid dat de nitritificatiereactor zonder slibretentie wordt bedreven, de temperatuur van een aan de nitritificatiebehandeling onderworpen oplossing tussen 25 en 60°C wordt 25 gehouden en de pH tussen 6 en 9.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat in de tweede stap de temperatuur van de zich in een denitritificatiereactor bevindende, aan de denitritificatiebehandeling onderworpen oplossing tussen 25 en 60°C wordt ge- 30 houden en de pH tussen 6 en 9.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste stap en de tweede stap gelijktijdig in één bio-reactor worden uitgevoerd, waarbij in de bioreactor nitrifi-cerende en denitrificerende microörganismen in een vaste fase 35 aanwezig zijn, waarbij het nitrificerende microörganisme zich in hoofdzaak in het buitenste, aërobe deel van de vaste fase bevindt en het denitrificerende microörganisme zich in hoofdzaak in het anaërobe binnenste deel van de vaste fase bevindt en zuurstof afhankelijk van de concentratie ammoniak in de 100534: θ . bioreactor in een de eerste stap beperkende hoeveelheid wordt toegevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als vaste fase een fase gekozen uit een biofilmdragende 5 deeltjesvormige drager en een biofilmdragende immobiele drager wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de temperatuur van een in de reactor aanwezige, aan een denitritificatie-nitrificatiereactor onderworpen oplos- 10 sing tussen 5 en 60°C wordt gehouden en de pH tussen 6 en 9. 1005343 FORMULEBLAD

4 NH4+ + 4HC03' + 3 02 ^ 2 Nj + 4 C02 + 10 H20 (I)

2 NH4+ + 3 02 -* 2 N02· + 4 H+ + 2 H20 (II) HCO3- -* C02t + OH‘ (III) NH4+ + N02- Nat + 2 H20 (IV) 1005342