NL1029302C2 - Inrichting en werkwijze voor het zuiveren van afvalwater. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het zuiveren van afvalwater.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het zuiveren van aiValwater, meer in het bijzonder op een dergelijke inrichting en werkwijze, welke 5 tevens stikstofVerwijdering (denitrificatie) mogelijk maakt.

Bij de biologische denitrificatie zetten heterotrofe bacteriën nitraat om in moleculaire stikstof (N2). Deze bacteriën hebben daarbij een elektronendonor nodig.

j

Sommige denitrificerende bacteriën zijn lithotroof en gebruiken waterstof of zwavelverbindingen als elektronendonor.

10 De onderhavige uitvinding heeft tot doel het verschaffen van een compacte inrichting en werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, waarmee ook stikstof 1 verwijderd kan worden uit het afvalwater, welke inrichting en werkwijze uitvoerbaar en economisch haalbaar zijn.

! De onderhavige uitvinding heeft daarbij als uitgangspunt WO 98/19971. Deze 15 publicatie openbaart de aanhef van inrichtingsconclusie 1 alsmede de aanhef van werkwijzeconclusie 10. WO 98/19971 openbaart een anaërobe reactor, in de vorm van een UASB-reactor, waar bovenop een aërobe reactor is geplaatst. Onderin de anaërobe reactor vindt de toevoer van influent en te reinigen afvalwater, plaats. Daarboven ligt de zogenaamde fermentatiekamer, alwaar met behulp van anaërobe biomassa 20 verontreinigingen worden omgezet in biogas, in het bijzonder methaan. In het bovenste gedeelte van de anaërobe reactor zijn gasopvangkappen aangebracht voor het opvangen van het biogas. Bij WO 98/19971 is de anaërobe UASB-reactor van de aërobe reactor gescheiden door een scheidingswand met openingen, zodanig dat zich tussen de gaskappen en de scheidingswand een bufferkamer vormt waarin anaërobe biomassa, 25 dat de gaskappen gepasseerd is, zich kan verzamelen en tot rust kan komen teneinde te bezinken, terwijl de openingen in de scheidingswand transport vanuit de anaërobe reactor afkomstig anaëroob effluent naar boven, naar de aërobe reactor toelaten.

Onderin de aërobe reactor wordt lucht, althans een zuurstofhoudend gas, toegevoerd. In de aërobe reactor worden organische verontreinigingen omgezet in in hoofdzaak 30 koolzuur en aërobe biomassa.

Het eerder genoemde doel wordt volgens de uitvinding bereikt door het verschaffen van een inrichting voor het zuiveren van afvalwater omvattende: 1029302 2 • een anaërobe reactor voor het anaëroob behandelen van het afvalwater met een anaërobe biomassa; • een aërobe reactor voor het aëroob behandelen van het afvalwater; en • een tussencompartiment gelegen tussen de anaërobe reactor en de aërobe reactor; 5 waarbij de anaërobe reactor een fermentatiekamer omvat; waarbij de aërobe reactor aan de onderzijde beluchtingsmiddelen voor het toevoeren van zuurstofhoudend gas omvat; waarbij de anaërobe reactor, het tussencompartiment en de aërobe reactor in een kolom boven elkaar zijn voorzien met het tussencompartiment tussen de anaërobe reactor en 10 de aërobe reactor in om enerzijds anaërobe effluent uit de anaërobe reactor - afkomstig uit het boven de gasopvangmiddelen gelegen gedeelte van de anaërobe reactor - te ontvangen en anderzijds tusseneffluent afkomstig uit het tussencompartiment af te geven als aëroob influent voor de aërobe reactor met het kenmerk.

15 dat er tussen de aërobe reactor en het tussencompartiment een retourstelsel is voorzien voor het terugvoeren van een deel van het aërobe effluent en de aërobe biomassa vanuit de aërobe reactor naar het tussencompartiment.

Door tussen de anaërobe reactor en de daarna geschakelde aërobe reactor een anoxisch tussencompartiment te voorzien, waardoorheen het anaërobe effluent geleid 20 wordt alvorens als aërobe influent de aërobe reactor binnen te gaan, en door in dit anoxische tussencompartiment een gedeelte van het aërobe effluent en de aërobe biomassa terug te voeren (in plaats van aëroob effluent terug te voeren in de anaërobe reactor zoals WO 98/19971 noemt) maakt de uitvinding het mogelijk om het in het aërobe effluent aanwezige nitraat in het anoxische tussencompartiment te denitrificeren 25 met behulp van eveneens uit de aërobe reactor terug gevoerde aërobe biomassa. Hierbij wordt het nitraat omgezet in onder meer N2. Veelal gebeurt dit volgens de vergelijking: 4 NO3 + 4H* + 5[c] - 5 CO2 + 2N2 + 2H2O, waarbij [c] voor koolstof uit bijvoorbeeld CZV staat. Wanneer men een koolstofloze CZV gebruikt zal de formule er anders uitzien. De afvoer van het N2 gas kan na het anoxische tussencompartiment 30 plaatsvinden in de aërobe reactor tezamen met het afluchten van de aërobe reactor, doch zou ook in het anoxische tussencompartiment zelf kunnen plaatsvinden. De verticale opstelling in een kolom beperkt het benodigd vloeroppervlak tot een minimum en minimaliseert het aantal benodigde onderdelen, zoals leidingen.

1029302 3

Indien in de fermentatiekamer relatief veel biogas ontwikkeld wordt is het volgens de uitvinding van voordeel wanneer aan de bovenzijde van anaërobe reactor gasopvangmiddelen voor het opvangen van biogas zijn voorzien. Er zijn echter ook anaërobe reactoren/processen bekend waarbij relatief weinig biogas geproduceerd 5 wordt, zelfs waarbij nauwelijks of geen biogas-bellen waargenomen worden. Het biogas kan hierbij geheel, althans nagenoeg geheel, in oplossing zijn.

Ingeval het aërobe effluent onvoldoende CZV mocht bevatten voor de te denitrificeren hoeveelheid nitraat, is het volgens de uitvinding van voordeel wanneer toevoermiddelen zijn voorzien die enerzijds met een CZV-bron zijn verbonden en 10 anderzijds met het tussencompartiment om hieraan ‘CZV-substantie’ toe te voeren. De CZV-bron kan hierbij een externe CZV-bron zijn, zoals een voorraadtank met CZV, zoals methaangas of suikerhoudende vloeistof, of een vanuit een ander proces ! afkomstige toevoerleiding. De CZV-bron kan echter ook een interne CZV-bron zijn. Zo 1 is het volgens de uitvinding van bijzonder voordeel wanneer de CZV-substantie uit het 15 anaërobe proces afkomstig is. Daartoe kunnen de gasopvangmiddelen aangewend worden, in welk geval de CZV-bron de gasopvangmiddelen zal omvatten. Echter ook i in het anaërobe effluent aanwezige CZV-substantie kan aangewend worden. Dit kan opgeloste CZV-substantie zijn of belvormige/gasvormige CZV-substantie.

Daar waar hier over CZV-bron wordt gesproken, wordt een fysiek onderdeel van 20 de installatie bedoeld. Daar waar hier over ‘CZV-substantie’ wordt gesproken, wordt een voor het chemische, in het bijzonder biologische, reinigingsproces, in het bijzonder denitrificatie, benodigde samenstelling bedoeld.

Uit praktische overwegingen is het volgens de uitvinding, indien de CZV-substantie gasvormig is, van voordeel wanneer de toevoermiddelen zijn aangesloten op 25 het retourstelsel om via het retourstelsel koolstof aan het tussencompartiment toe te voeren. Aldus is het mogelijk om in het retourstelsel ‘CZV-substantie’ bij te mengen en tegelijk met het vanuit de aërobe reactor retour gevoerde effluent en aërobe biomassa in het anoxische compartiment via dezelfde toevoermiddelen terug te voeren.

Het is volgens de uitvinding verder van voordeel wanneer de anaërobe reactor 30 qua opbouw een Upflow Sludge Blanket (USB) reactor is.

Teneinde uitwisseling tussen de media aanwezig in de aërobe reactor en het tussencompartiment, in het bijzonder van zuurstof vanuit de aërobe reactor naar het tussencompartiment, te voorkomen zijn het tussencompartiment en de aërobe reactor 1 0293 02 4 door een afscheiding, die een of meer doorlaten omvat, gescheiden. Deze afscheiding kan een membraan zijn, zoals een geperforeerde plaat, met voldoende weerstand (over de perforaties) om terugstroom van gasbellen of zuurstofrijk water door het membraan/de perforaties te voorkomen.

5 Volgens een verder aspect wordt het doel van de uitvinding bereikt door te verschaffen een werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, waarbij men het afvalwater in een verticale opstelling onderwerpt aan, achtereenvolgens en van onder naar boven, een anaërobe behandeling en een aërobe behandeling, met het kenmerk, dat men nitraat verwijdert door: 10 · uit de aërobe behandeling afkomstige aërobe effluent en aërobe biomassa, zoals aërobe biomassa omvattend aërobe effluent, gedeeltelijk toe te voeren aan het anaërobe effluent van de anaërobe behandeling, • dat aërobe effluent, die aërobe biomassa en dat anaërobe effluent te onderwerpen aan een anoxische behandeling, en 15 · het anoxische effluent van de anoxische behandeling toe te voeren aan de aërobe behandeling.

Voor wat betreft de met de werkwijze volgens de uitvinding bereikte voordelen en daarmee bereikte effecten kan worden verwezen naar de voorafgaande beschrijving met betrekking tot de inrichting volgens de uitvinding. Dit geldt evenzeer voor de 20 afhankelijke werkwijzeconclusies, welke om die reden hier niet afzonderlijk nader zullen worden besproken.

Volgens nog een verder aspect heeft de uitvinding betrekking op het gebruik van een inrichting volgens een der conclusies 1-7 voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der conclusies 9-14.

25 De gewenste verhouding van de aërobe recirculatiestroom naar het anoxische tussencompartiment en de influentstroom naar de anaërobe reactor bedraagt ongeveer 4 tot 5 voor rioolafvalwater, dat wil zeggen 4 a 5 delen recirculatiestroom op 1 deel j influentstroom. Voor andere afvalwaterstromen kan een andere verhouding berekend i worden afhankelijk van de hoeveelheid te verwijderen stikstof ! 30 De onderhavige uitvinding zal in het navolgende aan de hand van een in de tekening schematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.

De enige figuur toont een inrichting 1 voor het zuiveren van afvalwater. Deze inrichting omvat een anaërobe reactor 2, een aërobe reactor 3 en een anoxisch 1 029302 5 tussencompartiment 4. De anaërobe reactor 2, aërobe reactor 3 en het anoxische tussencompartiment 4 zijn in dit voorbeeld zeer schematisch afgebeeld als ondergebracht in een verticale opstelling waarin ze boven op elkaar zijn geplaatst tot een kolomachtige constructie. Bij de realisatie kan sprake zijn van een enkele kolom-5 eenheid waarin de anaërobe reactor, de aërobe reactor en het anoxische tussencompartiment zijn ondergebracht. Echter ook is denkbaar dat de anaërobe reactor, het tussencompartiment en de aerobe reactor zijn uitgevoerd in 2,3 of meer eenheden die tot een kolom gestapeld zijn.

De anaërobe reactor is in dit voorbeeld een zogenaamde UASB-reactor. In deze 10 reactor worden verontreinigingen omgezet in methaan. Bovenin de anaërobe reactor 2 zijn gasopvangmiddelen 5, zoals zogenaamde gasopvangkappen aangebracht. In geval van een UASB-reactor kan men voor de gaskappen een 3-fase-scheidingssysteem gebruiken zoals dat is beschreven in EP-1.291.326. Zoals met de pijl naar rechts (van de rechterzijde) is aangegeven, kan opgevangen biogas naar elders worden afgevoerd.

15 Zoals verderop nog beschreven kan het ook geheel of gedeeltelijk via leiding 9a of anderszins in de inrichting volgens de uitvinding teruggevoerd worden.

De UASB-reactor 2 is voorzien van een toevoerleiding 11 voor het toevoeren van influent, te reinigen afValwater. Dit te reinigen afvalwater wordt via een schematisch afgebeelde verdeelinrichting 15 over de UASB reactor verdeeld. Deze verdeelinrichting 20 voor verdeling van het influent van de anaërobe reactor kan, met name ingeval van een anaërobe reactor met gaslift, een geperforeerde plaat zijn, zoals beschreven in WO-98/19971. De verdeelinrichting kan echter ook anders zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld als buizenstelsel. Het afvalwater gaat omhoog door een bed 14 van anaërobe biomassa. Hierbij wordt gas gevormd, in het bijzonder methaan, dat als gasbellen 13 opstijgt en 25 daarbij tevens anaërobe biomassa mee omhoog neemt. Bovenin de UASB reactor wordt het gas, ook wel biogas genoemd, door de gasopvangmiddelen 5 opgevangen. De gasopvangmiddelen 5 maken hierbij deel uit van een zogenaamde driefasenscheider, zodat ook de opstijgende biomassa wordt afgevangen. Wat dan overblijft, is het van biogas en biomassa ontdane effluent van de anaërobe reactor, hier ook wel het anaërobe 30 effluent genoemd. Dit anaërobe effluent, schematisch aangeduid middels de pijlen 16 komt vervolgens in het tussencompartiment 4. Vanuit het tussencompartiment 4 gaat dit anaërobe effluent dan verder omhoog om het influent van de hoger gelegen aërobe reactor 3 te vormen. Tevens is mogelijk dat de gasopvangmiddelen worden weggelaten I 0293 02 6 of deels worden aangewend om biogas af te vangen. In die gevallen bevat het anaërobe effluent (16) biogasbelletjes die in de anoxische ruimte samen met dat anaërobe effluent worden ingevoerd.

Tussen het tussencompartiment 4 en de aërobe reactor 3 is een van een of meer 5 doorlaten voorziene scheidingswand 10 voorzien, welke scheidingswand de vorm van een geperforeerde plaat kan hebben waar doorheen vloeistoffen en gasbellen opwaarts, doch niet neerwaarts kunnen passeren. De geperforeerde plaat kan bijvoorbeeld uit metaal of kunststof vervaardigd zijn.

i In de aërobe reactor 3 wordt via een toevoerstelsel 7 zuurstof, althans 10 zuurstofhoudend gas zoals lucht, toegevoerd. In deze aërobe reactor worden verontreinigingen omgezet in hoofdzaak in koolzuur, water en biomassa middels aërobe bacteriën. De bellen af lucht, lucht waaruit zuurstof opgenomen is en waaraan koolzuur en stikstof zijn toegevoegd, zijn afgebeeld middels bellen 12. De aërobe biomassa is afgebeeld middels vlokken 17. Bovenin de aërobe reactor 3 is een 15 platenscheider 19 voorzien waarin de aërobe biomassa 17 gelegenheid geboden wordt om te bezinken en dan terug te zakken in de feitelijke reactorkamer 21 van de aërobe reactor 3. Vanuit de scheider 19 wordt dan via een leiding 18 het eindeffluent, dat is ontdaan van biomassa en gassen, afgevoerd voor directe lozing of eventueel verdere bewerking. De aërobe reactor 3 is verder, in dit voorbeeld, voorzien van een 20 afvoerleiding 20 voor opgevangen gassen. De anaërobe reactor 3 kan echter ook zeer wel van boven geheel of gedeeltelijk open zijn. Het zal de vakman duidelijk zijn dat voor de afscheiding van aëroob slib ook een ander systeem gekozen kan worden, zoals bijvoorbeeld een flotatie-eenheid.

De inrichting zoals tot nu toe aan de hand van de figuur beschreven wijkt in 25 wezen niet af van de in WO 98/19971 beschreven inrichting. Voor voorbeelden van nadere details, kan dan bij wijze van voorbeeld ook worden verwezen naar WO 98/19971. Voor voorbeelden van de gasopvangmiddelen kan verwezenworden naar de 3-fasen-scheider als beschreven in EP-1.291.326.

Overeenkomstig de uitvinding is er nu een retourleiding 8 voorzien. In de 30 retourleiding is, optioneel, een pomp 23 opgenomen. Deze retourleiding 8 voert vanuit de aërobe reactor 3 een gedeelte van het effluent 22 uit de reactorkamer 21 van de aërobe reactor 3 af. In dit voorbeeld omvat dit effluent zowel vloeistof, welke nog verder te reinigen is omdat deze nitraten bevat, als aërobe biomassa 17. Via 1029302 7 retourleiding 8 wordt dit aërobe biomassa omvattende effluent terug gevoerd naar het anoxische compartiment 4. In het anoxische compartiment 4 zal de aërobe biomassa, die CZV omvat, de nitraten omzetten in onder meer stikstofgas. Dit stikstofgas wordt doorgelaten door het membraan naar de aërobe reactor om aldaar tezamen met de 5 bellen aflucht 12 te worden afgevoerd.

Ingeval in het anaëroob effluent 16 onvoldoende CZV aanwezig is om het nitraat voldoende te denitrificeren, kan men extra ‘CZV-substantie’ toevoeren. Deze toevoer kan via een toevoerleiding 9a in de retourleiding 8 worden toegevoerd, met name ingeval van een gasvormige CZV-substantie. Ingeval de CZV-substantie 10 vloeistofVormig is, kan de toevoer via een toevoerleiding zoals 9a in de retourleiding plaatsvinden of direct in het anoxische compartiment 4, zoals schematisch aangegeven middels leiding 9b. De toevoerleiding 9a of 9b zal zijn verbonden met een zogenaamde CZV-bron. Deze bron kan een externe tank zijn of een van extern komende aanvoerleiding. Het verdient volgens de uitvinding echter de voorkeur voor deze bron 15 de gasopvangmiddelen 5 te gebruiken en aldus in de gasopvangmiddelen 5 opgevangen biogas, althans een gedeelte daarvan aan het anoxische compartiment toe te voeren, bij voorkeur via de retourleiding 8. Hiertoe zijn de gasopvangmiddelen middels leiding 9 aangesloten op de leiding 9a. Opgemerkt zij echter dat het gebruik van in de gasopvangmiddelen opgevangen biogas niet uitsluit dat er nog van extern afkomstige 20 CZV-bron wordt toegevoerd. Dit is in de Figuur zichtbaar gemaakt door leiding 9a rechts voorbij het punt van aansluiting van leiding 9 door te trekken.

Ter toelichting van de begrippen CZV-bron en ‘CZV-substantie’; de gasopvangkappen vormen de CZV-bron en het hierin opgevangen biogas vormt ‘CZV-substantie’, ook wel kortweg CZV genoemd. CZV is een de vakman bekend begrip dat 25 staat voor chemisch zuurstof verbruik. Volgens de uitvinding omvat het CZV/de CZV- substantie in het bijzonder koolstof, doch ook koolstofloze CZV is denkbaar.

Opgemerkt zij dat in het afgebeelde voorbeeld het retourstelsel 8 aërobe biomassa omvattend effluent [dus een mengsel van biomassa en effluent] terugvoert naar het tussencompartiment. Het is echter ook mogelijk om eindeffluent 18, dat ontdaan is van 30 aërobe biomassa, te gebruiken en hieraan weer aërobe biomassa, bijvoorbeeld opgevangen in de afscheider 19, toe te voegen. Dit is echter minder efficiënt, omdat het tot een veel groter geconstrueerde afscheider 19 leidt.

1029302

Claims (14)

1. Inrichting (1) voor het zuiveren van afvalwater, omvattende: • een anaërobe reactor (2) voor het anaëroob behandelen van het afvalwater 5 met een anaërobe biomassa; • een aërobe reactor (3) voor het aëroob behandelen van het afvalwater met aërobe biomassa; en • een tussencompartiment (4) gelegen tussen de anaërobe reactor (2) en de aërobe reactor (3); 10 waarbij de anaërobe reactor (2) een fermentatiekamer (6) omvat; waarbij de aërobe reactor aan de onderzijde beluchtingsmiddelen (7) voor het toevoeren van zuurstofhoudend gas omvat; waarbij de anaërobe reactor (2), het tussencompartiment (4) en de aërobe reactor (3) in een kolom boven elkaar zijn voorzien met het tussencompartiment (4) 15 tussen de anaërobe reactor (2) en de aërobe reactor (3) in om enerzijds anaërobe effluent (16) afkomstig uit de anaërobe reactor (2) te ontvangen en anderzijds tussenefïluent afkomstig uit het tussencompartiment (4) af te geven als aëroob influent voor de aërobe reactor met het kenmerk. 20 dat er tussen de aërobe reactor en het tussencompartiment (4) een retourstelsel (8) is voorzien voor het terugvoeren van een deel van het aërobe effluent en de aërobe biomassa vanuit de aërobe reactor (3) naar het tussencompartiment (4).

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de anaërobe reactor (2) aan de bovenzijde 25 gasopvangmiddelen (5) voor het opvangen van biogas omvat, en waarbij de fermentatiekamer (6) onder die gasopvangmiddelen is voorzien.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij toevoermiddelen (9a, 9b) zijn voorzien die enerzijds met een CZV-bron (5) zijn verbonden en anderzijds met 30 het tussencompartiment.

4. Inrichting volgens conclusies 2 en 3, waarbij de CZV-bron de gasopvangmiddelen (5) omvat. 1 029302

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, waarbij de toevoermiddelen (9) zijn aangesloten op het retourstelsel (8) om via het retourstelsel ‘CZV-substantie’ aan het tussencompartiment (4) toe te voeren. 5

6. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, waarbij de toevoermiddelen direct in het tussencompartiment (4) uitmonden om ‘CZV-substantie’ aan het tussencompartiment toe te voeren.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tussencompartiment (4) en de aërobe reactor (3) door een een of meer doorlaten omvattende afscheiding (10) gescheiden zijn, welke afscheiding bij voorkeur een membraan, zoals een geperforeerde plaat, omvat.

8. Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, waarbij men het afvalwater in een verticale opstelling onderwerpt aan, achtereenvolgens en van onder naar boven, een anaërobe behandeling en een aërobe behandeling, met het kenmerk, dat men nitraat verwijdert door: • uit de aërobe behandeling afkomstige aërobe effluent en aërobe biomassa, 20 zoals aërobe biomassa omvattend aërobe effluent, gedeeltelijk terug te voeren aan het anaërobe effluent van de anaërobe behandeling, • dat aërobe effluent, die aërobe biomassa en dat anaërobe effluent te onderwerpen aan een anoxische behandeling, en • het anoxische effluent van de anoxische behandeling toe te voeren aan de 25 aërobe behandeling.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij men het anaërobe effluent voorafgaand aan de anoxische behandeling scheidt van biogas en anaërobe biomassa en de anaërobe biomassa terugvoert naar de anaërobe behandeling. 30

10. Werkwijze volgens een der conclusies 8-9, waarbij men de anoxische behandeling uitvoert in aanwezigheid van een ‘CZV-substantie’, zoals een externe ‘CZV-substantie’. 1 0 2 93 02 4 4

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de ‘CZV-substantie’ methaan omvat.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 10-11, waarbij de ‘CZV-substantie’ ten 5 minste voor een deel afkomstig is uit de anaërobe behandeling.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 10-11, waarbij de ‘CZV-substantie’ biogas omvat, in het bijzonder biogas afkomstig uit de anaërobe behandeling.

14. Werkwijze volgens een der conclusies 10-11, waarbij de CZV-substantie een restproduct is van de anaërobe behandeling, en waarbij dit restproduct met het anaërobe effluent aan de anoxische behandeling wordt toegevoerd. 1029302