NL1007703C2 - Werkwijze voor het vrijmaken, in een waterfase, van biologisch niet-, of moeilijk afbreekbare stof(fen) uit een niet in water oplosbaar, samengesteld materiaal. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vrijmaken, in een waterfase, van biologisch niet-, of moeilijk afbreekbare stof(fen) uit een niet in water oplosbaar, samengesteld materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vrijmaken in een waterfase van biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) uit een niet in water oplosbaar, samengesteld materiaal bestaande uit deze stof(fen) 5 gebonden aan, dan wel opgesloten in, een organische stof, door het samengestelde materiaal in een waterfase in aanraking te brengen met een voor het vrijmaken van bedoelde stof(fen) geschikte materie.

Een dergelijke werkwijze is tamelijk klassiek en omvat 10 meer in het bijzonder dat de binding tussen de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) en het organische materiaal wordt verbroken. De voor het vrijmaken van de stof(fen) geschikte materie is in praktijk gewoonlijk een verbinding die een reactie kan aangaan met de bedoelde 15 stof(fen) onder vorming van een materiaal dat gemakkelijker kan worden afgescheiden uit het reactiemedium.

Gevonden is nu een werkwijze waarbij niet in de eerste plaats de binding tussen de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) en het organische materiaal wordt ver-20 broken, maar toch de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) die zijn gebonden aan, dan wel opgesloten in, een organische stof, in de waterfase kunnen worden gebracht en aldus worden afgescheiden.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking 25 op de in de aanhef genoemde werkwijze, die hierdoor wordt gekenmerkt dat de bedoelde materie de organische stof verbruikt onder vrijmaking van de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) in de waterfase, en desgewenst de aldus in de waterfase vrijgemaakte stof(fen) af te schei-3 0 den.

De volgens de werkwijze volgens de uitvinding te behandelen materialen kunnen bijvoorbeeld afkomstig zijn van de winning van delfstoffen, de water- en/of bodemsanering, , ü 0 7 7 0 3 - 2 - of biologisch surplusslib van een afvalwaterzuiveringsinstallatie ("AWZI" genoemd).

Hoewel in het hiernavolgende de uitvinding wordt toe-gelicht aan de hand van een specifieke uitvoering, namelijk 5 de behandeling van biologisch surplusslib van een AWZI, zal het de deskundige duidelijk zijn dat in ieder geval de bovengenoemde toepassingen geschikt zijn voor het onderhavige behandelingsproces.

Opgemerkt wordt dat in een AWZI door de daarin aanwe-10 zige micro-organismen, de in het afvalwater dat afkomstig is van huishoudens en/of de industrie aanwezige verontreinigingen worden ontdaan door de voornoemde micro-organismen door deze af te breken onder vorming van nieuwe micro-organismen onder vorming van kooldioxide, water, stikstofgas, dan wel 15 worden opgenomen of gebonden in de micro-organismen, een en ander afhankelijk van de aard van de verontreiniging. Tot deze laatste categorie behoren bijvoorbeeld zware metalen.

Een belangrijke voorwaarde die AWZI's stellen aan de micro-organismen, is dat zij zich laten scheiden van het 20 water door scheidingstechnieken die gebaseerd zijn op een natuurlijk of geforceerd dichtheidsverschil tussen micro-organismen en water, zoals bezink- en flotatieystemen. Hiertoe moeten zij zich (laten) accumuleren in vlokvormige agglomeraten en/of groeien in vlokvormige kolonies onder de 25 condities zoals in het systeem worden gehanteerd. Micro-organismen die niet aan deze voorwaarde voldoen kunnen niet door sedimentatie en/of flotatiesystemen afgescheiden worden en verlaten het systeem samen met het afgescheiden water.

Nadat het water is gescheiden van de vlokvormige mi-30 cro-organismen wordt het geloosd.

Voor een goede werking van deze installaties is het noodzakelijk dat het totaal van de micro-organismen onder een bepaald niveau blijft. Het teveel aan micro-organismen wordt aan het zuiveringsproces onttrokken als een waterige 35 oplossing en wordt genoemd: het "spuislib" of "surplusslib". Bij voorkeur wordt het surplusslib afgezet in de landbouw als organische meststof. Deze relatief goedkope afzetmethode kan echter ongewenst zijn of zelfs verboden zijn indien concentraties van zware metalen in het surplusslib te hoog 40 zijn. In Nederland is surplusslib een "overige organische i 1007703 - 3 - meststof" zoals bedoeld in het Besluit Overige Organische Meststoffen, het zogenaamde BOOM besluit. Het BOOM besluit verbiedt toepassing van surplusslib van een groot aantal AWZI's als organische meststof in de landbouw in Nederland 5 omdat de concentraties van een of meerdere zware metalen in het droge stof de norm overschrijdt.

Aangezien scheiding van de zware metalen uit de droge stoffractie niet mogelijk of economisch onaantrekkelijk is met bestaande technieken moet het surplusslib op een alter-10 natieve methode worden afgezet.

Alternatieve afzetmethoden voor het surplusslib, zoals export, brandstof voor elektriciteitscentrales na voorafgaande droging, storten van het surplusslib al dan niet na (mechanische) ontwatering en/of droging of verbranding van 15 het surplusslib al dan niet na (mechanische) ontwatering en/of droging en het storten van de asrest, zijn duur.

De Nederlandse overheid streeft naar een op lange termijn minst milieubelastende afzetmethode, hierbij gaat de voorkeur uit naar mechanische ontwatering gevolgd door ver-20 branding en storten van de asrest. Deze methode wordt kortweg surplusslib-verbranding genoemd.

De investering die hiermee gemoeid gaat is enorm hoog; door investering die nodig is in infrastructurele werken (vb. slibverbrandingsinstallaties), procesapparatuur, hulp-25 stoffen, logistieke hulpmiddelen, arbeid, enz.

Gevonden is nu dat men aan deze bezwaren tegemoet kan komen door het materiaal dat de verontreinigingen (d.w.z. de biologisch niet of moeilijk afbreekbare verbindingen) bevat (derhalve het surplusslib) , in een membraanbioreactor in 30 aanraking te brengen met een voor het vrijmaken van die verontreinigingen geschikte materie.

Opgemerkt wordt dat membraanbioreactoren op zichzelf bekende inrichtingen zijn. In dat verband kan bijvoorbeeld worden verwezen naar EP-B-0 463 062. In dergelijke reactoren 35 wordt het verontreinigde afvalwater bij voorkeur zodanig behandeld dat de aanwezige schadelijke organische verbindingen met behulp van de in de reactor aanwezige bacteriepopulatie, worden omgezet in onschadelijke verbindingen zoals kooldioxide en stikstof.

40 De toepassing van een membraanbioreac tor had tot nu 1007703 - 4 - toe betrekking op de behandeling van al het afvalwater, wat de behandeling van een zeer grote hoeveelheid water en vuillast impliceerde. Zoals hierboven is toegelicht wordt in een dergelijk proces getracht de biologisch niet- of moeilijk 5 afbreekbare verbindingen zoveel mogelijk in de reactor te houden, waardoor het behandelde water, dat de reactor verlaat, zo weinig mogelijk van deze stoffen bevat.

Volgens de uitvinding worden daarentegen de biologisch niet- of moeilijk afbreekbare stoffen vrijgemaakt uit het 10 materiaal waaraan zij zijn gebonden en kunnen deze stoffen de membraanbioreactor met de waterfase verlaten.

Opgemerkt wordt dat de werkwijze volgens de uitvinding zowel ladingsgewijze als continu kan worden uitgevoerd, en zowel op anaerobe als op aerobe systemen betrekking heeft.

15 Bij voorkeur wordt de onderhavige werkwijze uitgevoerd als een aëroob proces. Daarbij wordt doelmatig gewerkt met een slibbelasting van ten hoogste 0,1 kg CZV/(kg droge stof.dag). Bij deze slibbelasting worden de organische stoffen zover afgebroken dat de daarin aanwezige dan wel daaraan 20 gebonden "vrij te maken stoffen" zich in zodanig kleine afmetingen in de waterfase kunnen ophouden dat zij zich samen met de waterfase van de reactorinhoud laten scheiden. Hierbij wordt opgemerkt dat er bij deze slibbelasting tevens geen, dan wel een uiterst beperkte toename van de hoeveel-25 heid levende micro-organismen optreedt.

Opgemerkt wordt dat slibbelasting is te omschrijven als een maat voor de dagelijkse hoeveelheid voedsel die een micro-organisme krijgt aangeboden. De term "droge stof" uit de slibbelastingdimensie is de in Nederland gebruikelijke 3 0 term om de genoemde micro-organismen te kwantificeren en omvat ook niet actieve stoffen. Met CZV wordt het chemisch zuurstofverbruik bedoeld dat een maat is voor de aanwezige hoeveelheid door dichromaat oxideerbare stoffen.

Doordat de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare 35 stoffen in de werkwijze volgens de uitvinding worden afgescheiden met de waterfase, kunnen ook micro-organismen die zich niet (laten) accumuleren tot vlokvormige agglomeraten en/of niet groeien tot vlokvormige kolonies onder de omstandigheden zoals die in het systeem worden gehanteerd, worden 40 toegepast.

1007703 - 5 -

De uitvinding heeft voorts betrekking op de toepassing van een membraanbioreactor voor het vrijmaken van fosforver-bindingen en/of gehalogeneerde koolwaterstoffen en/of zware metalen en/of zware metaalverbindingen uit het zware metalen 5 en/of metaalverbindingen verontreinigende bacteriepopulatie, door deze verontreinigde bacteriepopulatie als voedingsbron toe te voeren aan een andere bacteriepopulatie in een membraanbioreactor onder vorming van een fosforverbindingen en/of gehalogeneerde koolwaterstoffen en/of zware metalen 10 en/of metaalverbindingen bevattende waterige oplossing als permeaat.

Een dergelijke toepassing bezit de volgende voordelen: accumulatie en/of groei van bacteriën in vlokvormige kolonies is niet noodzakelijk, terwijl voorts het uit-15 spoelen van bepaalde, geselecteerde bacteriën kan wor den voorkomen.

hogere bacterieconcentraties dan met conventionele scheidingstechnieken zijn mogelijk. Conventionele scheidingstechnieken zijn gebaseerd op natuurlijke of 20 geforceerde verschillen in dichtheid tussen bacteriën en water, zoals bijvoorbeeld bij bezinking of flota-tie.

Bij voorkeur is de membraanbioreactor voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding voorzien van een 25 bacterieconcentratie van 30-50 g/1. Dit is aanzienlijk hoger dan de concentraties die bij flotatie en bezinking gebruikelijk zijn, te weten 6-12 g/1 reep. 3-4 g/1. De voordelen zullen de deskundigen duidelijk zijn.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand 30 van een voorbeeld en bijgaande figuur, waarin schematisch een membraanbioreactor is weergegeven.

In de bijgaande figuur is schematisch het principe van een membraanbioreactor weergegeven bij toepassing voor de behandeling van surplusslib van een AWZI.

35 Het in een AWZI gevormde surplusslib wordt via lei ding 2 toegevoerd aan een membraanbioreactor 1, in dit geval een aerobe membraanbioreactor. In deze membraanbioreactor is een (tweede) micro-organisme populatie of biomassa aanwezig, die in stand kan worden gehouden, doordat de in het 40 surplusslib aanwezige (eerste) micro-organisme populatie als 1007703 - 6 - voedingsbron kan dienen. Voor de eenvoud wordt hier gesproken van micro-organismen; het zal de deskundige echter duidelijk zijn dat hier zowel bacteriën, eencelligen als ook hogere organismen onder kunnen worden verstaan. Voorbeelden 5 van dergelijke hogere organismen zijn diverse groepen van predatoren, alsmede veel protozoa.

Aan de membraanbioreactor 1 wordt via leiding 3 zuurstof en/of zuurstof bevattende gasmengsels zoals lucht alsmede eventueel andere nutriënten, toegevoerd. Desgewenst kan 10 in de membraanbioreactor tevens denitrificatie plaatsvinden. Denitrificatie is omzetting van nitraat in stikstofgas.

De in de membraanbioreactor gevormde gasvormige producten (zoals kooldioxide) kunnen via leiding 4 in de atmosfeer worden geloosd.

15 Een gedeelte of de gehele inhoud van de membraanbiore actor wordt gevoerd naar een membraanscheidingssysteem 5 bijvoorbeeld via leiding 6. In dit membraanscheidingssysteem 5 wordt het water met daarin de vrijgemaakte stoffen gescheiden van de rest van het mengsel dat in het membraan- 20 scheidingssysteem 5 werd gevoerd. Deze restfractie wordt teruggevoerd naar de membraanbioreactor bijvoorbeeld via leiding 8, terwijl het water met daarin de vrijgemaakte stoffen als permeaat via leiding 7 wordt verkregen. Dit per-meaat kan volgens de in de techniek bekende wijze verder 25 worden gehandeld om de vrijgemaakte stoffen (bijvoorbeeld fosfaten en/of de zware metalen) terug te winnen, zoals bijvoorbeeld ionenwisseling. De fosfaten kunnen eventueel met behulp van kalk worden neergeslagen onder vorming van bijvoorbeeld calciumfosfaat.

30 Desgewenst is in leiding 7 een inrichting aanwezig (niet weergegeven), waarin eventueel meegevoerd inert (anorganisch) materiaal, zoals siliciumdioxide en dergelijke via leiding 9 worden afgescheiden.

Voorbeeld 35 Een AWZI behandelt afvalwater met een vuillast van 100.000 I.E. (inwoner equivalent) per dag. Dit komt overeen met een debiet van 15.800 m3 afvalwater per dag met een vuillast van ongeveer 5500 kg BZVS20 per dag (biologisch zuurstof verbruik na 5 dagen bij 20°C).

40 Het voor een conventionele AWZI vereiste volume kan op 1 0 0 7 7 0 3 - 7 - basis van deze gegevens als volgt berekend worden:

Een veel toegepaste slibbelasting in Nederland is 0,05 kg BZV520 per kg droge stof per dag waarbij de hoeveelheid droge stof vaak ca. 4 kg per m3 is. Opgemerkt wordt dat 5 onder "droge stof" in dit verband wordt verstaan de in de vloeistof gesuspendeerde vaste stof, voornamelijk het actieve slib. Het reactorvolume V wordt dan berekend als: V = 5500/(0,05 x 4) — 27.500 m3.

In een dergelijke AWZI voor de behandeling van huis-10 houdelijk afvalwater zou wellicht ongeveer 0,8 kg droge stof surplusslib per kg BZVS20 kunnen ontstaan, oftewel ongeveer 4400 kg droge stof surplusslib per dag. Het droge stof surplusslib is met statische indikkingssystemen te concentreren tot ca. 20 kg per m3 (ca. 2% droge stof surplusslib) . Het 15 surplusslibvolume is dan V(slib) = 4400/20 = 220 m3/dag.

Dit komt overeen met ongeveer 1,4% van de oorspronkelijke hoeveelheid afvalwater. Hierdoor kan een veel kleiner membraanfiltratie-eenheidsysteem worden toegepast dan nodig 20 is voor de zuivering van de oorspronkelijke hoeveelheid afvalwater .

Het surplusslib wordt volgens de hierboven omschreven methode verder behandeld.

Voor veel zware metalen zoals arseen, cadmium en kwik 25 streeft de Nederlandse overheid naar een 0 lozing, wat in-houd dat zij zo min mogelijk aan het milieu mogen worden teruggevoerd. Door het surplusslib te verwerken volgens de uitvinding is het mogelijk de in het surplusslib of anderszins gefixeerde, biologisch niet of moeilijk afbreekbare 30 stoffen zoals zware metalen of zware metaalverbindingen in de waterfase over te voeren en aldus als permeaat af te scheiden. Daarna kunnen dergelijke stoffen in een bruikbare vorm worden afgescheiden en hoeven niet meer als reststof te worden gestort, en kan wellicht vergaand aan het o-lozings-35 beleid van de Nederlandse Overheid tegemoet gekomen worden.

1007703

Claims (8)

1. Werkwijze voor het vrijmaken in een waterfase van biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) uit een niet in water oplosbaar, samengesteld materiaal bestaande 5 uit deze stof(fen) gebonden aan, dan wel opgesloten in, een organische stof, door het samengestelde materiaal in een waterfase in aanraking te brengen met een voor het vrijmaken van bedoelde stof(fen) geschikte materie, met het kenmerk, dat de bedoelde materie de organische stof verbruikt onder 10 vrijmaking van de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) in de waterfase, en desgewenst de aldus in de waterfase vrijgemaakte stof(fen) af te scheiden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voor het vrijmaken van bedoelde stof(fen) geschikte mate- 15 rie wordt gekozen uit de groep, bestaande uit microörganis-men, bacteriën, predatoren, protozoa en enzymen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het samengestelde materiaal dat de biologisch niet-, of moeilijk, afbreekbare stof(fen) bevat, in een membraanbio- 20 reactor in aanraking wordt gebracht met een voor het vrijmaken van deze stof(fen) geschikte materie.

4. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat het toegepaste, samengestelde materiaal bestaat uit het in een zuiveringsinstallatie voor 25 de zuivering van afvalwater gevormde biologische surplusslib.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat in de membraanbioreactor een slibbelasting wordt gehanteerd van ten hoogste 0,1 kg CZV/(kg droge stof.dag). 3 0

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het ken merk, dat de werkwijze wordt uitgevoerd als een aëroob proces .

7. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat de biologisch niet-, of moei- 35 lijk, afbreekbare stoffen bestaan uit fosforverbindingen, gehalogeneerde koolwaterstoffen, (zware) metaalverbindingen of -complexen daarvan.

8. Toepassing van een membraanbioreactor voor het vrijmaken van zware metalen en/of zware metaalverbindingen 40 uit een met zware metalen en/of metaalverbindingen veront- ,0/703 - 9 - reinigende bacteriepopulatie, door deze verontreinigde bacteriepopulatie als voedingsbron toe te voeren aan een andere bacteriepopulatie in een membraanbioreactor onder vorming van een de zware metalen en/of metaalverbindingen bevattende 5 waterige oplossing als permeaat. 1007703