NL8006289A - Werkwijze voor het zuiveren van een organische stoffen bevattende afvalwaterstroom. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het zuiveren van een organische stoffen bevattende afvalwaterstroom

De uitvinding heeft betrekking op het in bedrijf hebben en houden van een recirculerend methaan ontwikkelend anaëroob filter van het type zoals wordt beschreven in de Duitse octrooiaanvrage p27^831.32, ter inzage gelegd in april 5 1978 en de corresponderende Amerikaanse octrooiaanvrage no. 57-5^5, ingediend 13 juli 1979-

Zoals in de techniek van de afvalwaterbehandeling bekend is, berust de werking van methaanontwikkelende anaerobe filters op twee typen bacteriën die in symbiose 10 leven. De "zuurvormers" breken grote molekulen af tot molekulen met 1-3 koolstofatomen (azijnzuur, propionzuur, enz.) die meestal zuur van aard zijn; ze zijn redelijk bestand tegen variaties in de pH, de temperatuur en de concentratie aan voedingsstoffen. De "methaanvormers" verteren de zuren en 15 kleine molekulen door dismutatie; één koolstofatoom wordt volledig geoxydeerd tot CO^ en een tweede koolstofatoom wordt gereduceerd tot methaan. Kooldioxyde is ten dele oplosbaar in water en een deel van het CO^ blijft achter gebonden aan de aanwezige alkalische verbindingen (alkalitijd) terwijl de rest 20 ontsnapt naar de gasfase. Methaan is praktisch onoplosbaar en wordt volledig afgevoerd in de gasfase. In de literatuur heeft men vastgesteld dat de relatieve hoeveelheden kooldioxyde en methaan in het ontwikkelde gas tijdens het proces kunnen variëren. Bijvoorbeeld vermelden Jennett en Dennis in 25 "Anaerobic filter treatment of pharmaceutical waste", Journal WPCF U7, 10^-121 (1975) (in fig. 9 en 10) methaangehalten van ongeveer 60 tot 85 #; Youngen McCarty in "The Anaerobic Filter for Waste Treatment", Journal WPCF Vl_, R160-173 (1969) vermelden methaangehalten in het trajekt van ongeveer 70 tot 80 %. Het 30 methaangehalte van het gas hangt af van de aard van het voedings- materiaal; zo is de theoretische CH^:CO^ verhouding in de produk- 8006289 2 ten van het proces in het geval van mierezuur 1:3, in het geval van azijnzuur 1:1 en in het geval van methanol 3:1.

De werking van anaerobe filters wordt dikwijls beschreven in termen van de "organische belasting" (hierna 5 "OB") van het filter, dat wil zeggen de snelheid waarmee COD

(chemische zuurstofbehoefte) per volume-eenheid van het filter wordt toegevoerd. Die belasting kan worden uitgedrukt als "lbs COD/kubieke voet/dag of in kg COD/kubieke meter/dag; 0,5 lb COD/kubieke voet/dag is gelijk aan 8 kg COD/kubieke meter/ 10 dag.

Zoals in de bovengenoemde Duitse octrooiaanvrage p27^831,32 wordt beschreven laat men het recirculerende anaerobe filter werken bij een belasting (OB) van in het algemeen meer dan 3,2 (en bij voorkeur tenminste 8) kg COD/kubieke voet/dag 15 bedraagt.

De figuren illustreren enkele aspecten van de uitvinding.

Fig. 1 geeft schematisch een anaëroob filter en regelinrichtingen voor dat filter weer.

20 De figuren 2, 3 en ^ geven grafieken weer van de OB en KB waarden en van de pH waarden (eenmaal per dag gemeten) tijdens een aantal werkperioden. De figuren 2 en 3 hebben betrekking op voorbeeld I (fig. 3 vormt een vervolg van fig. 2). Fig. k heeft betrekking op voorbeeld IV.

25 Fig. 5 geeft een verzameling grafieken weer die de veranderingen in de hoeveelheid ontwijkend gas, het percentage methaan in het ontwijkende gas, de produktie van methaan en de methaanefficientie weergeven over een periode van enkele uren als responsie op een verandering in de voedingssnelheid.

30 Fig. 6 geeft een grafiek weer van de variaties in de OB en KB in respinsie on temperatuursveranderingen in een anaëroob filter dat zo wordt geregeld dat het werkt met een methaanefficientie van 85 %.

Fig. 7, 7A, 8 en 9 geven registratiekaarten weer 35 van de OB- en KB-waarden die automatisch telkens met een 8006289 3 tussentijd van 1h zijn vastgelegd. De figuren 7 en 7A hebben betrekking op een periode van circa 3i dag tot aan het einde van de proef van voorbeeld IV (fig. 7A vormt het vervolg van fig. 7). De figuren 8 en 9 gelden voor een tweedaagse periode 5 tijdens de proeven van de voorbeelden II resp. V.

De figuren 7 t/π 9 geven de momentane waarden van de QB weer, gemeten met tussenpozen van Ih en de variërende gemiddelde waarden van KB (voor het voorafgaande uur) eveneens gemeten met tussenpozen van 1h telkens 20 min later dan de 0B 10 waarden. Als bijvoorbeeld een momentane 0B waarde wordt geregistreerd om 8.00h, wordt de variërende gemiddelde KB waarde (gemiddeld over de periode van 7«20h tot 8.20h) om 8.20h geregistreerd; om 9.00h wordt dan opnieuw een momentaan 0B waarde geregistreerd en om 9.20h de variërende gemiddelde KB 15 waarde (gemiddeld over de periode van 8.20h tot 9.20h), enz.

In de figuren 7A en 9 is in enkele gevallen de aanduiding "buiten schaal" vermeld. Dit betekent uiteraard dat de waarden doorgingen tot boven de bovengrens van de schaal van de betreffende kaart en dat de volgende waarden moeten worden gelezen 20 in een nieuwe schaal, die eveneens is aangegeven, (in fig. 7A zijn er twee geregistreerde punten liggend tussen 8 en 10h namiddags, waarvan niet duidelijk is welke schaal voor de betreffende punten geldt).

Gevonden werd dat bij het in bedrijf houden 25 van een recirculerend methaanontwikkelend anaëroob filter de snelheid waarmee methaan wordt gevormd erg gevoelig is voor en snel reageert op zelfs kleine veranderingen in de omstandigheden. Fig. 5 illustreert enkele kenmerken van de responsie die werd verkregen met een recirculerend anaëroob filter met een 30 open volume van 201 dat werkt met een recirculatiesnelheid van 12 1/h. Voedingssnelheid naar dit filter was in het begin circa 0,28 1/h van een voeding die circa 25 g/1 COD bevatte; dit kwam overeen met een 0B van circa 8,3kg COD/kubieke meter/dag en een verblijftijd van circa 71,5 h. In het begin was de methaan-35 efficiëntie circa j6 % en de COD concentratie in het mengsel 8006289 u (van verse voeding en recirculatiestroom) die aan de basis van het filter werd toegevoerd was circa 6,h g/1 COD. De voedings-snelheid werd daarna plotseling sterk gewijzigd zodat de OB werd verhoogd tot circa 9,9 kg COD/kubieke meter/dag; dit was 5 er de oorzaak van dat de COD concentratie in het mengsel dat aan het filter werd toegevoerd veranderde van de beginwaarde van circa 6tk g/l COD tot een waarde van circa 6,5 g/COD net na de verandering in de voedingssnelheid. Uit fig. 5 zietmen dat deze verandering in concentratie die in het begin minder 10 dan 2 % was, een aanzienlijke en praktisch direkt optredende verandering in de snelheid waarmee methaan werd gevormd veroorzaakte.

Gevonden werd dat het nuttig is om de snelheid waarmee methaan wordt ontwikkeld uit te drukken in de gewichts-15 hoeveelheid COD die als methaan wordt verwijderd per vol.een heid van het filter per dag (hierna aangeduid als "KB" of "kinetische belasting", welke evenals de OB wordt uitgedrukt in kg COD/kubieke meter/dag); één kg methaan heeft en COD van U kg. Dan geeft KB:0B de methaanefficientie van het filter aan.

20 Zoals blijkt uit fig. 5 daalde de op deze wijze berekende methaanefficientie direkt als de verandering werd gemaakt en steeg ze vervolgens weer; dit was, althans ten dele, een vervolg van de wijze van berekenen, omdat de verandering direkt resulteerde in een nieuwe, 20 % hogere OB (de noemer in de berekening 25 van de efficiëntie) terwijl de werkelijke direkte stijging in de COD concentratie in de gecombineerde voedingsstroom naar het filter minder was dan 5 %, zoals hiervoor is opgemerkt.

Volgens één aspect van de uitvinding wordt de methaanefficientie van het filter continu in de gaten gehouden 30 en wordt de belasting (OB) continu gewijzigd (bijvoorbeeld ver hoogd) om die efficiëntie op een significant lagere waarde te houden dan het anaerobe filter kan bereiken zonder een dergelijke verhoging in de belasting. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm worden deze veranderingen in de belasting tot stand gebracht 35 op tijdstinnen die minder dan Hh uit elkaar liggen, en bij 8005289 5 voorkeur minder dan 2h uit elkaar liggen, bijvoorbeeld \, 5 of 1/12 h uit elkaar liggen; de veranderingen in de OB zijn, als ze zo frequent worden gemaakt, in het algemeen elk klein (bijvoorbeeld minder dan 10 %, maar, zoals blijkt uit fig. 6 en 9, 5 zijn de veranderingen soms zodanig dat in een systeem waarin de OB elke 6 min. wordt gewijzigd, de OB in een uur ongeveer kan worden verdubbeld, in het bijzonder als de OB wordt verhoogd vanaf een betrekke!jk lage waarde van bijvoorbeeld 0,¼). Door op deze wijze te werk te gaan is men in staat om de OB van anaero-10 be filters te verhogen tot voorheen ongehoord hoge waarden die hoger zijn dan 32 kg COD/kubieke meter/dag (bijvoorbeeld tot waarden van circa 48 a 64 kg COD/kubieke meter/dag of meer).

Het is eok gelukt om zeer snelle toenames in de belasting van anaerobe filters te weeg te brengen die werkten onder/betrekkelijk 15 lage belastingen (bijvoorbeeld van 3,2 a 4,8 kg COD/kubieke meter/ dag) waardoor het mogelijk ia de tijd die nodig is om een nieuw geïnstalleerd filter (of een eerder beschadigd of ontregeld filter) op een gewenste relatief hoge capaciteit te brengen, wezenlijk te verminderen.

20 Door toepassing van de nieuwe werkwijze volgens de uitvinding gelukt het om het filter betrekkelijk snel op te voeren tot voorheen onbekende condities waarin het volume biomassa in het filter een groot deel van het open volume van het filter inneemt. Voorheen bevatten de bekende filters slechts een onder-25 geschikte (volume) hoeveelheid biomassa; de hiervoor genoemde Amerikaanse octrooiaanvrage 57.5^5 van 13 juli 1979 vermeldt bijvoorbeeld: "In the operation of the anaerobic filters it has been found that the amount of biomass adhering to the packing, 30 even after extended operation, is such as to occupy only a small fraction of the void volume of the filter, e.g. some 20 % or less of the void volume (this being measured by allowing the contents of the filter to drain out and measuring the volume of the liquid thus removed), even though there is a significant recycle 35 of biomass to the filter, While the reasons for this are not 8006289 6 clearly understood, it is believed that the recycled bacterial serve, in part, as food for the bacteria inlhe filter. It is also found, on inspection of filters after lengthy (e.g. 6 months or more) operation under recycle that the biomass attached to 5 the filter packing is distributed on the packing substantially throughout the filter, visually this distribution appears to be substantially uniform from top to bottom» The biomass is gelatinous or slimy..."

In een artikel getiteld "The Anaerobic Filter 10 for the Treatment of Brewery Press Liquar Waste" in "The Brewer

Digest Februari 1972, biz. 66-73 houden Lovan en Foree een langs overeenkomstige lijn gaande redenering; er worden in dit artikel nroeven beschreven met anaerobe filters met een hoogte van 1,8 m met een volume zonder pakking van 33,1* 1 en met een 15 open volume (in gepakte toestand) van 15,2 1; Op blz. 72 wordt daarvan vermeld: "After 100 days of operation significant biological solids had accumulated to a depth of about 12 inches in Filter 1 and about 2k inches in Filter 2".

20 In tegenstelling hiermee heeft Aanvraagster anaerobe filters in bedrijf gehad onder zodanige omstandigheden dat, bij aftappen, de hoeveelheid vrije (afgetapte) vloeistof duidelijk kleiner was dan 70 % van het open volume, bijvoorbeeld 10, 20, 30 of 50 % van het open volume waarbij ook 25 filters voorkwamen met een zo hoog biomassa gehalte dat na aftappen bleek dat de pakkingringen (en zelfs de recirculatie-leidingen) vrijwel volledig waren gevuld met een gelatineuze biomassa. Men zal verwacht hebben dat dergelijke filters niet goed zouden werken doordat de streaming van vloeistof door het 30 filter in sterke mate zal worden belemmerd, wat leidt tot een verminderde capaciteit, maar die verwachting is onjuist gebleken, want deze filters werken juist zeer goed met weinig tegendruk, weinig biomassa wordt uitgespoeld, als er al van uitspoelen sprake is en met een ongewoon hoge belasting. Die 35 filters zijn bovendien uitermate goed bestand tegen beschadiging 8 0 06 28 9 7 teweeg brengende verstoringen waarmee gewone anaerobe filters buiten werking zouden worden gesteld. De redenen hiervoor zijn niet duidelijk. Gemeend wordt dat de grote lichamen van biomassa in sterke mate permeabel kunnen zijn voor de organische 5 verbindingen in het water en dit kan een gevolg zijn van de aanwezigheid van een gelvormige uitscheiding die de afzonderlijke bacteriën of groepen (bijvoorbeeld lagen) van bacteriën omgeeft, welke afscheiding permeabel is voor die organische verbindingen waardoor hoe dan ook de bacteriën binnenin de 10 lichamen van biomassa toegang hebben tot de voeding die door die (organische) verbindingen wordt gevormd. De wijze waarop de vloeistof door dergelijke filters beweegt is niet geheel duidelijk. Het is mogelijk dat ze door een netwerk van scheurtjes en kanalen loopt. Opwaartse stroming van vloeistof wordt 15 bevorderd door het percolatie-effekt van de betrekkelijk sterke ontwikkeling van gasbellen in het filter en het blijkt dat er een grote mate van terugmenging in het filter optreedt. Zo was, bij een proef waarbij een tracer gebruikt en waarbij een kleine hoeveelheid oostindische inkt in de vloeistof werd geinjek-20 teerd die (met een snelheid van circa 2k0 ml/min.)onderin een cylindrisch recirculatiefilter (met een diameter van 15 cm, een open volume van circa 20 1 en een hoogte van 1,2 m) werd ingevoerd, het effluent dat boven uit het filter kwam ongeveer 10 min. na de injektie (dat wil zeggen na een totale stroom 25 van circa 2,h i) donker gekleurd en pikzwart toen het effluent 15 min. na de injektie (na een totale stroom van circa 3,6 l) werd bekeken. De stroomsnelheid van circa 2ho ml/min door het filter (oppervlak van de dwarsdoorsnede circa 180 cm ) kwam overeen met een gemiddelde stroomsnelheid ( over de gehele 30 dwarsdoorsnede) van slechts 1,33 cm/min, maar de inkt bereikte de top met een snelheid van meer dan 12 cm/min. Het is mogelijk dat, ondanks het feit dat de struktuur van de gelatineuze biomassa sterk genoeg is om de openingen van Prall ringen met een diameter van 2,5 cm te overbruggen en ondanks de zeerOage 35 drukken in het anaerobe filter, de biomassa kan zijn verdeeld 8006289 8 geworden in kleinere tot vloeien in staat zijnde aggregaten onder de invloed van de stroom van vloeistof en gas tijdens het in bedrijf zijn van deze filters met een hoog biomassa-gehalte.

5 Een artikel van Bellegem et al over "The

Anaerobic treatment of waste water of the potato starch industry" in het decemberbummer 197^ van TNO projekt vermeldt dat: "It is clear that with an anaerobic filter the major object is to reach a concentration of biomass that is as 10 high as possible because this will increase the stability, the efficiency and the capacity of the system".

Sprekend over de hoogste bereikbare capaciteit zeggen deze auteurs: "In our experiments it appeared that a load

O

15 of about 8kg COD/m /day could be maintained continuously, but that higher loads can lead to process instability and failure". Deze OB van 8 kg COD/m /dag is veel kleiner dan de OB waarden 'die bij toepassing van de uitvinding worden bereikt.

Het lijkt mars chi j nli j k dat in de grote lichamen 20 van biomassa die aan de pakking zijn vastgehecht er een concentratiegradient van de componenten van de voedingsoplossing optreedt vanaf de buitenkant van elk van die lichamen van biomassa naar het inwendige ervan. Dit kan het gevolg zijn van diffusie door een gelatineuze afscheiding die permeabel is 25 voor dergelijke componenten. De buitenkant van elk van dergelijke lichamen kan in contact zijn met het betrekkelijk geconcentreerde mengsel van gerecirculeerd materiaal en verse voeding; als de concentratie in dat mengsel een remmende of toxische waarde bereikt, kunnen de bacteriën aan de buitenkant 30 nadelig worden beïnvloed doordat ze worden blootgesteld en die concentratie, terwijl bacteriën binnenin de lichamen van biomassa min of meer als te voren voort kunnen werken doordat de concentraties waaraan ze worden blootgesteld significant lager zijn dan die aan de buitenkant. Dit kan helpen om de verhoogde 35 weerstand van de filters tegen verstoringen te verklaren.

8006289 i ‘è 9

Het kan zijn dat de snelle toename van de belasting die wordt waargenomen als de uitvinding wordt toegepast, als volgt kan worden verklaard. De hoeveelheid "voeding" voor de bacteriën wordt gehandhaafd op een geregelde (beheerste) 5 hoge concentratie die de groei van de bacteriepopulatie bevorderd, maar wordt steeds beneden een remmende concentratie gehouden, (De concentratie die remming teweeg brengt hangt af van de verbindingen die de voeding vormen; methanol werkt niet remmend voordat de concentratie ervan betrekkelijk hoog is; de remmende 10 concentratie is voor azijnzuur lager dan voor methanol; voor acrylzuur is de remmende concentratie veel lager). Fig. 2 (beschouwd met voorbeeld I) geeft aan dat met een voeding die 15 g COD/1 bevat, de groei werd bevorderd als de efficiëntie werd ingesteld op 87 a 88 Ji, maar niet werd bevorderd gedurende 15 een periode van H dagen, toen de efficiëntie werd ingesteld op 92 %. Bij de efficiëntie van 88 % zal, met deze voeding, de COD concentratie die in het grootste deel van het recirculatie-fliter heerst eirca 1,8 g COD/1 bedragen (dat wil zeggen 12 % van 15 g COD/1) terwijl bij de efficiëntie van 92 % ze slechts 20 circa 1,2 g COD/1 zal bedragen. Bij een efficiëntie van 80 %tzalt zoals geïllustreerd in fig. 3, de COD concentratie in het filter zelfs hoger zijn (dat wilzeggen circa 3 g COD/1 voor de voeding van 15 g COD/1 en circa 5 g COD/1 voor een voeding met 25 g COD/1), maar ze was dan nog steeds niet voldoende 25 groot om te maken dat deze voeding (die formaldehyde en acryl zuur in significante hoeveelheden bevatte) significant remmend effekt had on de werking van de grote hoeveelheid biomassa die zich in het filter had verzameld, zoals men ziet uit de in fig. 3 vermelde resultaten.

30 De hierna gegeven voorbeelden dienen ter illu stratie van de uitvinding.

In de voorbeelden I - V bestond het anaerobe filter uit een cirkelvormige cylindrische corrosiebestendige bak 5 (fig. 1). De bak was 1,2 n hoog en had een diameter van 35 15 cm en was gevuld met willekeurig in de bak gestorte kunst- 8 0 06 28 9 10 stofringen (Pall ringen, ringen voor biologische toepassingen uit kunststof met een diameter van 2,5 cm en een hoogte van 2 3 2,5 cm). Deze pakking gaf een specifiek oppervlak van 16U m /m en een open ruimte van 90 %. De pakkingringen bestonden uit 5 polypropeen met een dichtheid van circa 0,9, zodat ze neiging hadden om in de vloeistof in de bak te gaan drijven en tegen de bovenwand van de bak te· stoten zodat er een-.vrije niet-met pakkingringen gevulde ruimte onderin de bak was; op 5 cm boven de bodem van de bak 5 bevond zich een horizontaal rooster; de 10 zone onder het rooster bevatte geen pakking. Het totale volume van de bak was 22,2 1 zonder pakking; met de pakking erin was het vrije volume 20 1. Het zure afvalwater dat aan het anaerobe' filter werd toegevoerd, werd vanuit een voorraadbak met uitgangs-afvalwater door middel van een positieve verdringingspomp 8 15 (voorzien van een motor met regelbare snelheid) via een leiding 9 in een stroom van recirculatievloeistof met vast bacterie-materiaal erin geleid, die in de recirculatiekringloop 10 aanwezig was en uit een afscheidingsvat aan de bovenzijde van het filter afkomstig was en werd rondgepompt door middel van een 20 recirculatiepomp 12. De samengevoegde voedingsstroom en recircu- latiestroom kwamen onderin de bak 5 binnen onder het horizontale rooster via een centrale opening met een diameter van 16 mm.

Net bovenstrooms van het toevoerpunt van de bak bevond zich een terugslagklep (niet weergegeven) die fungeerde als veiligheid 25 om te voorkomen dat de inhoud van de bak 5 weg zou stromen in geval dat er een leiding breekt.

Vloeistof en gas ontweken boven uit de bak 5 (via een centrale buis met een diameter van 16 mm) en stroomde naar een scheidingsvat 11 waarin een hoeveelheid praktisch 30 stilstaande vloeistof 1¾ aanwezig was waarvan het niveau 16 praktisch constant werd gehouden door middel van een overloop regeling in de vorm van een open hevel die uitmondt in een overloopleiding 18. Het mengsel van vloeistof en gas stroomde vanuit de bak 5 omhoog door een buis 19 waarvan de uitlaat zich 35 boven het oppervlak 16 bevond (circa 2,5 tot 5 cm boven het 8 0 06 28 9 11 niveau 16). Dit mengsel van vloeistof en gas bevatte ook vast biomateriaal, in hoofdzaak in fijn verdeelde gesuspendeerde vorm, maar bevatte ook wat grotere deeltjes van vast biomateriaal welke deeltjes losjes kunnen zijn vastgehecht aan gasbellen.

5 Bij het verlaten van de nauwe buis 19 (een cirkelvormige buis met een diameter van 16 mm) hadden die bellen neiging om los te laten van deze grotere deeltjes (die afgerond vlokvormig of sferoidaal zijn met een diameter van circa 1 tot 5 mm). Die deeltjes bezonken dan in de vloeistofmassa 1k en werden afge-10 voerd met een vloeistof onderuit het vat 11 en teruggevoerd naar de bak 5 via de recirculatiekringloop 10. De overmaat (niet gerecirculeerd effluent) die via de overloop 17 werd afgevoerd was dikwijls enigszins troebel, doordat ze fijn-verdeelde biomateriaal bevatte (bijvoorbeeld circa 50 tot 15 500 mg VSS/1, gewoonlijk circa 200 tot 300 mg/1, zoals bij het filtreren van de vloeistof door een membraan met poriën van 0,^5 jjm,dat de afzonderlijke organismen tegenhoudt). Het bezinkvat 11 had zodanige afmetingen dat de gemiddelde verblijftijd in dat vat (dat wil zeggen de stroomsnelheid van 2o vloeistof en vaste stof vanuit leiding 19, gedeeld door het volume van de vloeistofmassa ik) duidelijk kleiner was dan 0,2h, bijvoorbeeld 6 min. (Deze verblijftijd was zo kort dat de bezonken biomassadeeltjes praktisch geen neiging vertonen tot het ontwikkelen van voldoende gas om een groot deel 25 ervan omhoog te doen drijven en ze via de overloop te laten verdwijnen). Het gas ontweek een leiding 2b bovenaan het vat 11.

In de recirculatiekringloop 10 was een ver-warmingsorgaan 26 aanwezig voor het verwarmen van het recircu-lerende materiaal tot de optimale temperatuur.

30 In de voorbeelden had het vat 11 een omgekeerde conisvorm en bevatte vloeistof tot een hoogte van 20 cm met daarboven een vrije gasruimte van 7,5 cm. Het oppervlak van de vloeistof 16 bevond zich op 30 cm boven de punt van de omgekeerde kegelvormige bak 5. De open ruimte boven het opper-35 vlak 16 bevond zich onder atmosferische druk of iets hoger, 8006289 * 12

De volumesnelheid van de voeding via pomp 8 (een positieve verdringingspomn) werd continu gemeten (door middel van een tachometer die een elektrisch signaal gaf dat evenredig was met de pompsnelheid en dus evenredig met de 5 vloeistofstroom). Het ontwijkende gas dat de installatie verliet via leiding 2h stroomde door een conventionele vloeistof en mistafscheider 26 en werd daarna continu geanalyseerd door het door een standaard infraroodmethaananalyseinrichting 27 te leiden en vervolgens door een natte gasmeter 28.

10 De methaananalyse-inrichting was een Beekman infraroodanalyseinrichting (model 865) zoals in de techniek algemeen "bekend is waarin gebruik werd gemaakt van een met methaan gevulde detector. Het instrument werd regelmatig gecalihreerd zodat het afgegeven elektrische signaal recht 15 evenredig was met de methaanconcentratie van het ontwijkende gas.

De natte gasmeter 28 was voorzien van een optische detector en van een tandwiel met 250 tanden dat bij elke liter omwenteling van de meter 250 elektrische pulsen gaf.

De "output" van de natte gasmeter en van de 20 CHj^ analyse inrichting werden (door middel van geschikte instrumenten) gecombineerd tot een elektrisch signaal dat de snelheid van methaanontwikkeling aangaf (en zo de "kinetische belasting" of "KB") aangaf; Deze snelheid kan worden uitgedrukt in het aantal kg COD in de vorm van methaan per tijdseenheid per 25 volume-eenheid van het filter (1 kg methaan heeft een COD van ^ kg).

Het "output" signaal voor de pompsnelheid van de voeding werd gecombineerd met de bekende (of regelmatig gemeten) COD waarde van de voeding tot een elektrisch signaal 30 dat een indicatie geeft van de COD voedingssnelheid en daarmee van de 0B.

De motor die de positieve verdringingspomp voor de voeding 8 aandreef werd geregeld door middel van een regelaar die een rekeneenheid of microprocessor (hierna beschre-35 ven) omvatte om tussen de OB en de KB een vooraf bepaald 8006289 13 verband te handhaven.

Verdere meetinstrumenten waren onder andere thermokoppels voor het meten van de temperaturen (a) in het geometrische midden van het filter en (b) in het materiaal dat 5 wordt gerecirculeerd, alsmede een pH meter voor het meten van de pH van de gerecirculeerde vloeistof net bovenstrooms van het punt waar de verse voeding eraan werd toegevoegd.

Voorbeeld I

Het zure afvalwater dat indit voorbeeld werd 10 gebruikt was een waterige oplossing die een mengsel bevatte van 375 gew.delen azijnzuur 37,5 gew.delen formaldehyde 115 gew.delen mierezuur 15 gew, delen boterzuur 30 gew.delen acrylzuur

Bij het begin van de proef waren de concentraties van deze bestanddelen zodanig dat de COD van het water 15 g/1 bedroeg, wat betekent dat de concentraties waren: 20 azijnzuur 9,38 g/io COD 10 g/1 100 % formaldehyd 0,9^ g/K^COD 1 g/1 mierezuur 2,88 g/1 ’C5COD 1 g/1 boterzuur 1,10 g/1 COD 2 g/1 acrylzuur 0,75 g/1^ COD 1 g/1 25 Later in de proef werd de voeding geconcentreerder gemaakt (zonder wijziging van de verhouding van de bestanddelen) zodat de COD 25 g/1 was, wat betekent dat de concentraties waren: azijnzuur 15,83 g/1 ^ COD 16,67 g/1 30 100 % formaldehyde 1,56 g/1COD 1,67 g/1 mierezuur ^,79 g/l-oCOD 1,67 g/1 boterzuur 1,8 g/1 "O COD 3,33 g/1 acrylzuur 1,25 g/1 COD 1,67 g/l

Voorts bevatte het voedingsmengsel per 2b 1 water . 35 6,3 g ureum, 2,2 g 85 %'s fosforzuur (de concentraties waren } 8006289 11* zodanig dat de verhouding COD:N:P 1000:5:1 bedroeg), 2k ml van een waterige oplossing ie ijzer(ll) sulfaat en kobalt(II) sulfaat bevatte (1 mg/1 Fe en 1 mg/1 Co ) en 2k ml van een waterige oplossing van natriumsulfaat ( S concentratie in die 5 oplossing 10 mg/l) en 8 g/1 Na HCO^. Deze voedingsmengsels waren zuur; de pH's lagen waarschijnlijk in de buurt van 1* tot 5.

Bij het begin van deze proef was het filter reeds opgestart en had gedurende 2\ maand gewerkt met hetzelfde voedings-mengsel {COD 15 g/l) waarbij de voedingssnelheid van het zure afval-10 water zodanig was dat een belasting (OB) werd verkregen van

D

8 kg COD/m dag (berekend op basis van het open volume van de bak van 20 1).

De voortgang van de proef is grafisch weergegeven in de figuren 2 en 3.

15 Bij het begin van de proef werd de regelaar zo

ingesteld dat een praktisch constant verschil (”Δ B") werd verkregen van circa 1,28 kg COD/m dag tussen de 0B en KB. Dat wil zeggen, als KB + 1,28 >0B, verhoogde de regelaar de voedingssnelheid om de 0B te verhogen teneinde het gewenste verschil 20 te handhaven en omgekeerd. Bij het begin van de proef correspondeerde het getal 1,28 met een efficiëntie van circa 86 % (dat KB

wil zeggen ^ = 0,86), berekend op basis van de waarde van OB aan het begin van de proef. Over een periode van 16 dagen bedrijf onder deze omstandigheden steeg de KB tot praktisch 25 9,6 en steeg de efficiëntie tot circa 89 %. In de volgende dagen nam de KB (en uiteraard de 0B) iets af.

De regelaar werd daarna (punt A van de grafiek) 3 zo ingesteld dat een Δ B werd verkregen van 1,92 kg/ra dag.

In het begin correspondeerde dit met een efficiëntie van 83 %.

30 Zoals blijkt uit de grafiek was binnen 11 dagen na deze wijziging de KB gestegen tot circa 1l*,U en was de efficiëntie gestegen tot 87 %.

De regelaar werd daarna (punt B van de grafiek)

O

weer zo ingesteld dat een ΔΒ werd verkregen van 1,28 (kg COD/nr 35 dag), corresponderend in dat punt van een efficiëntie van 92 %.

80 06 28 9 15

Zoals de grafiek laat zien, bleef de KB praktisch constant voor de volgende periode van H dagen.

Vervolgenswrd de regelaar (punt C van de grafiek) ingesteld op een Δ B van 2,56 kg COD/nr dag) corresponderende 5 in dat punt met een efficiëntie van circa 86 %. Dit leidde binnen enkele dagen tot een duidelijke stijging van de KB tot circa 16 kg COD/m^ dag.

In punt D werd de regelaar weer zo ingesteld dat

O

een Δ B werd verkregen van 1,½ kg COD/nr dag waardoor de effi-10 cientie werd verhoogd tot 92 % en de KB praktisch constant bleef.

In punt E werd de regelaar opnieuw ingesteld op een Δ B van

O

2,k (kg COD/m dag), corresponderende met in dat punt met een efficiëntie van circa 88 %\ binnen enkele dagen was de KB gestegen tot meer dan 1en de efficiëntie was circa 90 1.

15 In punt F (fig. 3) werd de regelaar zo ingesteld dat een efficiëntie werd verkregen van circa 80 % . dat wil zeggen de ΚΒ.ΌΒ verhouding werd op circa 80 % gehouden (waarbij men Δ B dienovereenkomstig liet variëren, dat wil zeggen Ü = °E = 0,80; zodat ΔΒ = 0,20 x 0B).

20

In punt G werd de voeding meer geconcentreerd gemaakt dat wil zeggen de verse voeding die naar het filter werd gevoerd was nu de voedingsoplossing die een COD had van 25 g/1 in plaats van de vooraf gebruikte oplossing met een C0D

van 15 g/1. De efficiëntie werd on 80 % gehandhaafd. Binnen iets 25 . ...

minder dan een maand nadat deze richting op een efficiëntie van 80 % was ingesteld, was de KB gestegen tot praktisch 32 (kg C0D/

O

nr dag) en de 0B was meer dan 38,U; dit waren waarden die nooit tevoren waren bereikt.

Tijdens de proef werd de recirculatiepomp aange- dreven met een praktisch constante snelheid zodat ze 12 1/h gerecirculeerd materiaal leverde. Daar de snelheid waarmee verse voeding werd toegevoerd gedurende deze periode werd gevarieerd, varieerde de recirculatieverhouding op de volgende wijze: 35 80 06 28 9 16 voedingssnel- recirculatie- heid ml/h verhouding begin februari 480 25:1 punt A* 620 19,4:1 5 " B* 889 13,5:1 " C* 940 12,8:1 " D* 9éT 12,U:1 " E* 1030 11,7:1 " F* 1329 9:1 10 " G* 994,3 (rijker) 12,1:1 einde* 1286 (rijker) 9,3:1

De gemiddelde stroomsnelheid in opwaartse richting (over de gehele dwarsdoorsnede van het filter van 2 180 cm') kan gemakkelijk worden berekend uit de voedingssnel-^ heden en de reeirculatiesnelheid van 12 1/h; in alle gevallen was ze niet veel meer dan. 1 cm/min.

Fig. 2 laat zien dat als ΔΒ te laag was (of als de ingestelde efficiëntie te hoog was) er geen groei optrad.

In fig. 3 was ΔΒ boven dat lage niveau en gaf een nooit eerder 20 waargenomen groei tot een 0B van 38,4 en een KB van praktisch 32.

Voorbeeld II

De proef beschreven in voorbeeld I werd daarna gevariëerd door een andere voedingsoplossing aan dezelfde 25 inrichting toe te voeren die dezelfde biomassa bevatte. Deze nieuwe voedingsoplossing bevatte het met water verdunde afval-effluent van een inrichting voor de bereiding van acrolein, acrylzuur en acrylaatesters. Van tijd tot tijd varieerde de concentratie van de voeding tussen het COD van circa 25 en 35 g/1 ^rv J gemiddeld was de concentratie (als COD) 30 g/1 waarvan ruwweg een COD van 10 g/1 voortkwam uit acrylzuur en een COD van 8-10 g/1 voortkwam uit azijnzuur terwijl de andere componenten waren ethanol, ethylacetaat, ethylacrylaat, diethylether (laag gehalte) butanol, butylacetaat, sec.butylacrylaat, n-butylacrylaat en 35 enkele lage acrylaatpolyraeren.

i 80 06 28 9 17

In de loop van de in dit voorbeeld beschreven proef werden de efficienties op verschillende waarden ingesteld tussen ruwweg 65 en 75 % waarbi.i OB waarden werden verkregen

O

van meer dan 32 (bijvoorbeeld wel Ho) kg COD/m3 dagei KB waarden

O O

5 van wel 28,8 kg COD/m-3 dag (in de praktijk 30,¼ kg COD/m3 dag of meer).

Gedurende êén periode was de regelaar zo ingesteld 3 dat ze OB verlaagde tot circa 3,2 kg COD/m dag. Gevonden werd dat de voedingsoplossing die tijdens deze periode werd toegepast 1 q een significante hoeveelheid van een giftige component (chloor- aldehyde) bevatte. Het filter werd daarna doorgespoeld met water dat 2 g/1 ITaHCO^ bevatte en daarna werd een voedingsoplossing die praktisch vrij was van de genoemde giftige component aan het filter toegevoerd met een vaste snelheid zodanig dat een OB werd

O

15 verkregen van circa 11,8 (kg COD/m dag) over een periode van 5 dagen, gedurende welke tijd de KB steeg van 8,3 tot 9,6 kg

O

COD/m dag (wat wijst op een geleidelijke stijging in de efficiëntie tot circa 80 %). Daarna werd de voedingssnelheid met een automatische regelaar geregeld waarbij de efficiëntie werd in-

O

20 gesteld op 75 %\ de KB steeg tot meer dan 16 kg COD/m-3 dag en de

O

OB steeg tot meer dan 20,8 kg COD/m-3 dag binnen circa 16 uur zoals blijkt uit fig. 8.

In de loop van de in dit voorbeeld beschreven proef steeg de KB op een bepaald moment tot 38,¼ en de OB tot 25 56lig COD/m dag. Er traden dan enkele mechanische moeilijkheden op (hierna beschreven) en na nog enkele weken liet men de bak 5 leeglopen. Er liepen slechts 1,8 1 water uit de tak, hoewel het oorspronkelijke lege volume 20 1 was.

De weglopende 1,8 1 vloeistof werden opgevangen 3q (in een open vat dat vrij was aan de lucht) ten gebruike in voorbeeld III.

Deze vloeistof bevatte een aanzienlijke hoeveelheid gesuspendeerde biomassa. Het uitstorten van de pakking van de bak leerde dat de ringen en de recirculatieleidingen en andere 25 gedeelten van de installatie praktisch volledig waren gevuld 3006289 18 met biomassa. Het oorspronkelijke totale gewicht van de pakking-ringen was circa 2 kg, terwijl het gewicht wan de uit de bak gekomen ringen die biomassa bevatten 16,6 kg was, waaruit volgt dat de ringen 1U,6 kg biomassa bevatten. Drogen van de biomassa 5 bij 115°C, een behandeling waarmee het '’vrije'' of extracellulaire vocht dat om de bacteriecellen heen zitten wordt verwijderd, leerde dat dit "vrije water" circar89,5 % van de aan de ringen gehechte biomassa vormde. Het gewicht van de gedroogde biomassa (gedroogd bij 115°C was 1,53 kg; calcineren (bij 600°C) gaf 10 een hoeveelheid as van 23,1 % van het droge gewicht; kwalita tieve analyse van de as (door middel van atoomabsorptie) leerde dat'er ijzer en kleine hoeveelheden koper en zink in aanwezig waren.

De ringen waarop biomassa was vastgehecht dreven 15 als ze in water werden gebracht; een gemiddelde dichtheid was iets kleiner dan die van water. De biomassa kon gemakkelijk van de ringen worden verwijderd, bijvoorbeeld door in beweging houden in water.

Wat de hiervoor genoemde mechanische moeilijk-20 heden betreft, nadat de KB was gestegen tot 38,1* en de OB tot 56 (kg COD/m^ dag) scheurde door mechanischdeffekt een aftap-leiding zodat alle vloeistof uit het filter wegliep. Het filter werd opnieuw gevuld en binnen enkele dagen werkte het met

O

een KB van 28,8 en een OB van 1*3,2 (kg COD/πτ dag) (de efficien-25 tie werd ingesteld op circa 66 ί). De KB begon daarna te dalen met een corresponderende vermindering van de OB, zodat na enkele weken de KB circa 19,2 en de OB circa 28,8 (kg COD/m^ dag) bedroeg. Inspectie leerde dat een uitlaat van de natte gasmeter wat verstopt was geraakt zodat die meter aflezingen van de 30 gasontwikkelsnelheid gaf die significant lager waren dan de werkelijke waarden; Het gevolg was geweest dat de regelaar de voedingssnelheid dienovereenkomstig had verlaagd. Op dat moment liet men de bak leeglopen op de hiervoor beschreven wijze.

Opgemerkt wordt dat in dit voorbeeld de werking 35 van de regelaar het filter beschermde tegen de invoerder van 3 80 06 28 9 19 een onvoorzien hoge giftigheid van de voeding en het mogelijk maakte dat het filter in een toestand bleef waarin het zijn werking weer kon hernemen en snel een hoge belasting bereikte met een voeding die geen gevaarlijke gehalten aan giftige compo-5 nenten bevatte.

Voorbeeld III

Na de proef van voorbeeld II werd praktisch alle biomassa van de ringen verwijderd die daarna weer in de bak 5 werden teruggebracht. De bak werd gevuld met 1,8 1 van de 10 afgetapte vloeistof (zie voorbeeld II) tezamen met water dat (berekend op de totale hervulling) 50 g methanol en 30 g natriumacetaat bevatte waarna de installatie in bedrijf werd gesteld met een recirculatie van 100 % zonder dat verse voeding werd toegevoerd, tot een werkteraperatuur van 37°C was bereikt.

15 Daarna werd verde voeding toegevoerd, bestaande uit een mengsel van 90 delen water en 10 delen van het hiervoor genoemde verdunde effluent met een COD van 30 g/1 (zoals gebruikt in voorbeeld II), gedurende 2 dagen. Daarna werd een soortgelijk mengsel maar nu in een verhouding van 80:10 gedurende 1 dag toegevoerd. En 20 daarna werd de verse voeding gewijzigd zodat ze uitsluitend bestond uit een hiervoor genoemde verdunde effluent met een COD van 30 g/1 (dat 8 g/1 toegevoerd NaHCO^ bevatte). De regelaar werd zo ingesteld dat een efficiëntie werd verkregen van circa 70 %, beginnend met een beginvoedingssnelheid over-25 eenkomend met een OB van circa k (kg C0D/m^ dag). Binnen 3 weken was de 0B gestegen tot circa H6,U en de KB tot circa 32 kg

O

COD/m dag. De efficiëntie werd daarna ingesteld op 75 % gedurende 5 dagen en daarna op 80 % gedurende 1 dag en op 85 % gedurende nog een volgende dag; de KB was nog steeds circa

O

30 32 kg COD/m dag. De efficiëntie werd daarna ingesteld op 90 % o en de KB daalde tot circa 28,8 kg COD/m dag. De installatie werd daarna afgetapt; er weren 12,9 1 vloeistof verkregen (vergeleken met een totaal open volume van 20 1 bij afwezigheid van biomassa).

35 In dit voorbeeld bracht het gebruik van de rege- 8006289 20 laar, bij uitgave van een betrekkelijk kleine hoeveelheid biomassa die was geacclimatiseerd aan hetzelfde type voeding, een snelle stijging van de KB tot stand tot een waarde van circa 32 kg COD/m dag en bracht ze vervolgens een snelle stijging 5 in de efficiëntie teweeg terwijl deze hoge KB waarde werd gehandhaafd.

Voorbeeld IV

Na het aftappen waarvan sprake is aan het einde van voorbeeld III werd de installatie weer gevuld met water 10 dat 2 g/1 NaHCO^ bevatte en werd gedurende de nacht (zonder voeding) een recirculatie gehandhaafd van 100 % om een temperatuur van 3T°C te bereiken. Het zal duidelijk zijn dat gedurende de periode (van circa een uur) tussen het aftappen en het weer vullen de anaerobe biomassa in de installatie bloot stond aan 15 de lucht. De verse voeding werd daarna gewijzigd in een waterig mengsel waarvan elk van vier verschillende organische verbindingen, name Hik n-butanol, sec-butanol, n-butyraldehyde en n-boterzuur elk eenzelfde bijdrage aan de CODgpven. Dit mengsel werd verdund met water naar behoefte ter verkrijging 20 van een voedingsstroom met een concentratie (uitgedrukt in C0D g/l) zoals hierna vermeld. Om bijvoorbeeld een voedings-sterkte te verkrijgen van(COD) 20 g/l, bevatte het mengsel 1,93 g/l n-butanol; 1,93 g/l sec-butanol; 2,05 g/l n -butyr-aldehyde; 2,75 g/l n-boterzuur, welke concentraties voor elke 25 component een bijdrage aan de C0D gaven van 5 g/l. De verse voeding bevatte ook U g/l NaHCO^. Pig. H geeft de resultaten grafisch weer. Men ziet dat de KB binnen een maand steeg tot 3 3 meer dan 51,2 kg COD/nr dag terwijl de 0B circa 6U kg COD/nr dag bedroeg.

30 8 0 06 28 9 21 dag conc ingestelde voeding efficiëntie % 1 2,0 10 2 2,0 50 5 3 5,0 65 U 5 65 5 10 50 6, 7, 8 9 10 ko 10 10 10 65 11 20 ,T0 1U 20 70 15 30 75 16 30 75 15 17 30 75 18 30 75 21 30 80 22 30 80 23 30 80 20 2k 30 80 25 30 80 28 30 80 29 30 80 30 30 80 25 31 30 80 35 30 80 36 30 80 37 30 80

Opmerkingen: 30 Op dag 15 werd een enkele hoeveelheid aktief slib (van een aëroob proces) aan de voeding toegevoegd, om een extra bacteriepopulatie te leveren.

De cijfers in deze tabel en de OB, KB en pH waarden weergegeven in de figuren 2, 3 en h zijn niet gemiddelde 35 waarden voor de instellingen voor de betreffende dagen. Het i 8 0 06 28 9 22 zijn eenmaal per dag (gewoonlijk om 8h 'smorgens bepaalde getallen; de KB waarden zijn gemiddelden over 1 uur, zoals hierna uiteengezet.

Er waren enkele ongelukjes gedurende deze 5 periode. Op dag 5 bleek dat de natte gasmeter had gelekt, zodat de informatie over de gasproduktiesnelheid (en dus KB) die aan de regelaar werd toegevoerd kleiner was dan de echte snelheid.

Op dag 22 en 25 bleek dat de klok van het instrumentenpaneel (hierna beschreven) niet goed had gewerkt, zodat de informatie 10 over KB die aan de regelaar werd toegevoerd weer lager was dan de echte waarde; het effekt hiervan ziet men in de dalen van de OB en KB krommen van fig. 1* bij 22 - 2b. Op dag 37 werkte het *3 filter met een OB van 62,h kg COD/m dag waarbij de ingestelde efficiëntie 80 % was; de efficientie-instelling werd verhoogd 15 tot circa 85 %. Zoals blijkt uit fig. 7 bij "X", betekende dit

O

dat de OB was gedaald tot circa 59,2 kg COD/m dag wat op zijn beurt een daling in de KB veroorzaakte en de OB en KB bleven dalen, ila een dag in bedrijf zijn van de installatie bij 85 % ingestelde efficiëntie, werd de efficientie-instelling weer 20 op 80 % gebracht en de KB (en OB) stegen met een zeer grote snelheid waarbij waarden kunnen zijn bereikt die zelfs hoger zijn dan uit de helling van de OB en KB krommen zal volgen, als de efficiëntie op 80 % zou zijn gehouden zonder de onderbreking van 1 dag met een efficiëntie van 85 %· In die tijd 25 raakte de voedingsleiding verstopt en perste de voedingspomp lucht in het filter gedurende ongeveer 11 h; gedurende deze periode werkte de automatische regelaar zo dat de OB werd

O

verlaagd tot circa 20,8 kg C0D/mJ dag in 1h, tot circa ll*,h kg 3 COD/m dag in het volgende uur en uiteindelijk tot circa

O

30 1*,5 kg COD/m dag. Na herstel van het deffekt werkte de auto matische regelaar zo dat de OB en KB snel stegen; binnen 12h was de KB gestegen tot meer dan 38,H en de OB tot 1*9,6 (kg COD/m^ dag). Het gedrag van het filter gedurendeófeze periode is weergegeven in fig. 7A.

35 In dit voorbeeld IV werd het filter (dat nog een 80 0 6 28 9 23 betrekkelijk grote hoeveelheid biomassa bevatte die echter aan lucht was blootgesteld geweest) onderworpen aan verschillende voedingen; het gebruik van de regelaar maakte het mogelijk om in een korte tijd een zeer hoge belasting te bereiken.

5 Voorbeeld V

Voorbeeld IV werd voortgezet, waarbij alleen het NaHCO^ gehalte in de voeding werd verlaagd tot 2 g/1 (van U g /1 in voorbeeld IV). De OB bij het begin was 62,k en

O

KB was circa b9,6 (kg COD/m dag). De efficiëntie werd gedurende 10 1 dag ingesteld op 80 %, daarna gedurende 2 dagen op 81 % en vervolgens gedurende nog eens'3 dagen op 83 %, aan het einde van welke periode de OB circa 62,k bedroeg en de KB meer dan 52,8, zelfs al was de pH van de uit het filter komende stroom en van de recirculatiestroom gedaald van 7,1 tot 6,k. Daarna daalde 15 de KB en de efficiëntie werd ingesteld op 80 % zodat binnen circa nog eens 2 weken de KB op ongeveer 33,6 kwam en de OB op circa 41,6 terwijl de pH was gedaald tot circa 6. Als gevolg van problemen met de apparatuur werd de voeding gedurende ongeveer 3\ dag uitgeschakeld terwijl de recirculatiestroom werd gehand-20 haafd. Daarna werd de automatische regelaar weer in bedrijf gesteld ter regeling van de voedingssnelheid waarbij eerst gedurende enkele uren een efficiëntie werd ingesteld van 50 % en daarna een efficiëntie van 81 % en vervolgens 70 %', zoals weergegeven in fig. 9 stegen de KB en OB snel en (na 34 uur) 25 bereikte ze een waarde van circa 33,6 resp. b6,h (kg COD/nr dag) ook al was de pH nog steeds laag, circa 6.

Voorbeeld VI

De "overloop" van het met filter bij de proeven beschreven in voorbeeld II en III werd, zonder verdere behandeling 30 (afgezien van de hierna vermelde) toegevoerd aan een tweede anaëroob filter dat zonder regeling werkte (afgezien van de hierna vermelde). Dit tweede filter had dezelfde afmetingen en vorm als het eerste. De concentratie van de voeding na het tweede filter (die praktisch gelijk was aan de concentratie van 35 de overloop van het eerste filter) varieerde gedurende deze 8 0 0 6 28 9 2¼ periode van een COD van circa 1 g/1 (ten tijde dat het eerste filter werkte met een vaste voedingssnelheid, geïllustreerd in fig. 8) tot een COD van circa 7 g/1 (bijvoorbeeld ten tijde dat de OB van het eerste filter steeg tot duidelijk meer dan

O

5 b8 kg COD/m dag). De volumetrische voedingssnelheid en de OB van het tweede filter hingen uiteraard af van de voedingssnelheid en de OB van het eerste filter; gedurende deze periode varieerde de volumetrische voedingssnelheid van het tweede filter van circa 0,33 1/h tot circa 1 1/h en de OB van het tweede filter

O

10 varieerde van circa0,l*8 tot circa 8,32 kg COD/m dag.

Het totale percentage COD verwijdering (gebaseerd op het COD gehalte van de voeding voor het eerste filter) als gevolg van het leiden van het water door de twee filters varieerde van meer dan 89 % tot meer dan 98 %, en was gedurende 15 het grootste deel van de periode circa 95 % of meer,

In dit voorbeeld bevonden de twee filters zich in verschillende ruimten en de overloop van het eerste filter werd elke dag verzameld en daarna de volgende dag toegevoerd aan het tweede filter. Gedurende deze wachtperiode van 1 dag 20 koelde de overloop af; om het tweede filter op een temperatuur van circa 37°C te houden werkte dit filter met recirculatie, teneinde gebruik te maken van een recirculatieverwarmer (die was geplaatst zoals is weergegeven in fig. 1). (bij een technische installatie zou de warme overloop van het eerste 25 filter rechtstreeks onderin het tweede filter worden geleid zonder dat herverhitting of temperatuurregeling nodig zou zijn en zal er geen recirculatie behoeven plaats te vinden; het tweede filter zou dan werken onder propstroom omstandigheden en zal aanzienlijk kleiner kunnen zijn dan het eerste filter).

30 Gedurende de wachttijd van 1 dag was het oppervlak van de verzamelde overloop in contact met de lucht (voordat de overloop aan het tweede filter werd toegevoerd) wat leidde tot een verlies aan CO^ en een stijging in pH tot circa 8); als gevolg hiervan was de methaanconcentratie in het gas dat in 35 het tweede filter werd ontwikkeld betrekkelijk hoog, circa 90 % .

8 0 06 26 9 25

De regelaar kan een microprocessor zijn (bijvoorbeeld een 80/10 microcomputer van Intel System), gekoppeld met programmeerbare digitale invoer/uitvoer organen (twee Intel Silicon Gate MOS 8255 Programmable Peripheral Interfaces) 5 en een "analoge" invoer-uitvoer kaart (bijvoorbeeld een RTI-1200

Real-Time Interface van Analog Devices). De laatstgenoemde kaart ontvangt analoge signalen van de sensors, zet die om in digitale signalen en voert deze toe aan de ingang van de microprocessor; ze ontvangt ook digitale signalen van de uitgang 10 van de microprocessor en zet die om in analoge signalen. In het bijzonder biedt de invoer-uitvoerkaart het volgende: 32 analoge enkel uitgevoerde ingangen (of 16 dubbel uitgevoerde ingangen), twee analoge uitgangen, twee logische bekrachtigde uitgangen, twee Real Time klokken, een 1 K bytes geheugen. Sr worden zes 15 van de analoge ingangen gebruikt. De twee analoge uitgangen worden gebruikt voor aandrijving van een registratieapparaat en voor het regelen van de voedingspomp 8. De logische bekrachtigde regelorganen worden gebruikt voor waarschuwing bij lage pH en bij hoge temperatuur. De klokken dienen voor het vaststellen 20 van een cyclustijd (βθ min) en voor het elke 30 s triggeren van het verzamelen van gegevens en voor het beginnen met de rekeningen en het elke zes min regelen van veranderingen. Het één kilobytesgeheugen maakt deel uit van het totale 5k geheugen voor de van de microprocessor gebruik makende regelaar.

25 De microprocessor wordt zo geprogrammeerd, dat het uitgaande signaal van elke sensor (de natte gasmeter, de methaananalysator en de met de motor van de voedingspomp 8 verbonden tachometer, alsmede andere hierna besproken sensors) automatisch wordt ontvangen of verzameld, eenmaal per 30 s, 30 en zo dat een reeks van waarden voor elk van de variabelen (namelijk gasontwikkelingssnelheid, methaangehalte van het gas en voedingssnelheid en andere) in de regelaar wordt opgeslagen.

Het microprocessorprogramma is zodanig dat elke 6 min de regelaar (a) het gemiddelde van elk van deze variabelen (over de vooraf-35 gaande 6 min.) berekend; (b) de gemiddelde KB voor de vooraf- 8006289 26 gaande 6 min. berekend (uit de vaarden voor de gasontwikkelings-snelheid en de methaangehalten); (c) de gemiddelde OB berekend over de voorafgaande 6 min (uit de vaarden voor de voedings-snelheid en uit de waarde voor de concentratie van de voeding, 5 welke laatste vaarde met de hand in de regelaar is gebracht via het toetsenbord); (d) de gemiddelde KB berekend voor het voorafgaande uur; (e) het verband berekend tussen de vaarden van (c) en (d) (bijvoorbeeld het percentage efficiëntie); (f) de OB (en de corresponderende snelheid van de voedingspomp) 10 berekend die nodig is om het tevoren ingestelde verband tussen de waarden van (c) en (d) te handhaven en (g) een elektrisch signaal naar de regelaar van de motor van de voedingspomp stuurt om een nieuwe waarde van OB in te stellen.

De reden voor het toepassen van een gemiddelde ^5 voor KB over 1h is om de invoer van zeer kortstondige variaties die zouden leiden tot het niet aangeven de juiste KB, te vermijden of uit te vlakken. Zo kunnen trillingen of kan schudden van het anaerobe filter er oorzaak van zijn dat momentaan een extra hoeveelheid gas vrijkomt; tegelijkertijd kan zo nu en dan wat 2o gas dat in het filter werd gevormd zich verzamelen plaatselijk in een gebied met pakking (waarbij een "gaszak" wordt gevormd) en dan plotseling vrijkomen, waarbij de installatie als het ware gaat "boeren". Individuele metingen die in een dergelijke periode zijn uitgevoerd zullen uiteraard niet de werkelijke 25 gasontwikkelingssnelheid weergeven.

Het zal duidelijk zijn dat de uitdrukking "gemiddeld" hierin ruime zin wordt gebruikt, omdat het aan de vakmensen duidelijk zal zijn dat men elke waarde kan toepassen die evenredig is met het gemiddelde, mits dezelfde evenredig-2o heidsfaktor ookwordt toegepast op andere significante variabelen of in de responsies wordt ingebouwd. Bijvoorbeeld kan de regelaar, omdat het instrument 120 waarden voor het methaangehalte en 120 waarden voor de gasontwikkelingssnelheid per uur verzamelt, (als de berekende "gemiddelde" KB bij het uitvoeren van de 35 hiervoor vermelde bewerking (e)) de som van de 120 individueel 80 06 28 9 27 gemeten methaanontwikkelingssnelheden (verkregen in het voorafgaande uur) of het equivalent van die som uitgedrukt als KB gebruiken en kan de regelaar die som vergelijken met tienmaal de som van de twaalf individuele OB’s (verkregen gedurende de 5 voorafgaande 6 min).

In de hiervoorgaande beschrijving is vermeld dat de concentratie van de voeding met de hand in de regelaar wordt ingevoerd, waarbij die concentratie wordt gebaseerd op een analyse (bijvoorbeeld dagelijks) van de COD van de voeding.

10 Het zal duidelijk zijn een betere regeling kan worden verkregen door de COD analyse van de voeding frequenter uit te voeren en de COD waarde met overeenkomstige kortere tussenpozen in de regelaar in te voeren en dat dit kan geschieden door middel van een geautomatiseerde COD analysator (of een in de handel ver-15 krijgbare COD analysator) die monsters uit de voedingsbak leemt.

Onder de andere signalen die met tussenpozen aan de microprocessor worden toegevoerd is een signaal dat de waarde van de pH aangeeft. Dit signaal wordt bij-voorkeur geleverd door een pH meter (b^roorbeeld een pH meter model PöOL-2-1 20 van Great Lakes Instruments Inc.) met twee bij elkaar passende glaselektroden. (De ene elektrode wordt gebruikt als referentie-elektrode en wordt in een buffer met een pH 7 geplaatst). De elektrische schakeling is hierbij zodanig dat een uitgangssignaal nul wordt verkregen als de oplossing waaraan wordt 25 gemeten (die in contact is met de niet als referentie-èlektrode dienende glaselektrode) een pH 7 heeft en een positief of negatief signaal wordt verkregen als de pH resp. boven of beneden 7 ligt. De pH cel wordt elk uur onderworpen aan een cyclisch omvattende (a) spoelen met water onder druk (bijvoorbeeld een 30 overdruk van 210 kPa) gedurende circa 2 min om losse vaste deeltjes te verwijderen en gasbelletjes van die gedeelten die in contact zijn gekomen met de gerecirculeerde biomassa bevattende vloeistof af te^oeren (b) blootstellen gedurende 38 min aan een reinigingsonlossing die zwak zuur is met het oog op het 35 verwijderen van carbonaten en die detergentia (bijvoorbeeld Alconox) 8006289 28 bevat ter verwijdering van vettige laagjes en een bactericide bevat bijvoorbeeld waterstofperoxyde om levende organismen te doden die nog altijd aanwezig kunnen zijn op significante punten (de vaterstofperoxyde bevattende reinigingsoplossing 5 bevat bij voorkeur een middel zoals EDTA om metalen die ontleding van het waterstofperoxyde zouden kunnen veroorzaken complex te binden); (c) gedurende nog eens 2 min onderwerpen aan een spoelbehandeling met water en daarna (d) gedurende 18 min blootstellen aan de recirculatiestroom. Deze opeenvolgende 10 behandelingen worden bewerkstelligd door middel van een systeem van kleppen V1, V2, V3, VU en V5 (fig. Ό die worden geregeld door een tijdschakelaar 31. Gedurende de eerste b2 min van de cyclus is V3 open; gedurende de volgende 18 min (de bovengenoemde trap d)) is deze klep gesloten. Gedurende het spoelen 15 met water (trap a en c) is V5 open en staan V1 en V2 in een stand die stroming van de watertoevoer door de pH cel naar de afvoer 32 mogelijk maakt. Bij het begin van de reinigingstrap (trap b) is V1» open en staan V1 en V2 ii een stand die stroming vanuit de reinigingsmiddelbak 33 door de pH cel naar de afvoer 20 mogelijk maakt; daarna worden de kleppen gesloten en blijft de pHcel gevuld met een stationnaire hoeveelheid reinigings-bufferoplossing. De bufferoplossing bevat NaOH en PO^ in zodanige hoeveekheden dat de pH 6,2 is; deze dient als hulpmiddel voor het controleren van de instelling van het instru-25 ment, doordat de met dit instrument gemeten pH voortdurend op de gebruikelijke wijze zichtbaar wordt en degene die de installatie bedient kan controlleren of de getoonde waarde voor de pH in trap B inderdaad 6,2 is. Gedurende de laatste 18 min (trap D) wordt door de gereinigde en doorgespoelde pH cel de 30 circulerende recirculatieoplossing geleid (door sluiten V3 en het in een zodanige stand zetten van V1 en V2 dat de oplossing door V1, de pH cel en V2 kan stromen en terug naar het punt waar ze de voedingsoplossing ontmoet). De opstelling is zodanig dat het uitgangssignaal van de nH meter slechts wordt verzameld 35 (en doorgegeven aan de regelaar) gedurende het laatste gedeelte 8006289 29 van trap d); dit kan gebeuren door middel van de ti,]'dschakelaar die de instelling van de klenpen regelt, dat wil zeggen de tijd-schakelaar kan de elektrische verbinding tussen de laatste 10 min van trap d) sluiten en deze verbinding voor de rest van 5 de tijd open houden. Gedurende die 10 min. kan de regelaar eenmaal per 30 s de waarde voor de pH verzamelen, zoals ook gebeurd met de signalen van andere sensors.

De pH geeft het evenwicht aan tussen zuurvormende en zuurgebruikende (methanogene) bacteriën en kan worden 10 gebruikt voor het regelen tezamen met de KB. Dan wordt de regelaar zo geprogrammeerd dat ze een licht (of ander alarmsignaal) inschakelt dat aangeeft "lage pH" als de pH daalt tot een vooraf bepaald niveau (bijvoorbeeld pH 6,8) en zo dat de motor van de voedingspomp wordt uitgeschakeld als de pH daalt 15 tot een voorafbepaalde lagere waarde (bijvoorbeeld pH 6,2).

Als de voedingspomp op die wijze wordt uitgeschakeld blijft de recirculatiepomp in werking; gevonden werd dat gedurende deze periode de methaanvormingsbacteriën geleidelijk de overmaat vluchtige vetzuren verbruiken en methaan zullen ont-20 wikkelen (omdat de vetzuurvormende bacteriën geen nieuwe voedingsbronnen hebben waaruit ze nieuwe hoeveelheden vluchtige vetzuren kunnen vormen) en de pHzal stijgen. De regelaar wordt zo geprogrammeerd dat ze een dode zone heeft (die zich uitstrekt van bijvoorbeeld pH 6,2 tot 6,8); als de pH is gestegen tot 25 een waarde boven het bovenste niveau van de dode zone zal de regelaar de voedingsmotor weer inschakelen voor het toevoeren van voeding met een snelheid die wordt bepaald door de KB van het filter op het tijdstip dat de pH stijgt tot boven het niveau van de dode zone. Een meer uitgewerkte pH strategie 30 die kan worden toegepast omvat het handhaven van de pH op een optimale waarde voor de methanogene bacteriën. Dit kan omvatten (1) vooraf instellen van de regelaar zodat een 0B wordt gehandhaafd zodanig dat er een overmaat toevoer van vluchtige vetzuren is die worden gebruikt als "voeding" door de methanogene 35 bacteriën, bijvoorbeeld vooraf instellen van de efficiëntie op 80 06 28 § 30 circa 80 % en (2) vooraf instellen van de regelaar zo dat als de pH boven een optimaal minimum is, bijvoorbeeld boven pH 7,05, de regelaar op de gewone wijze werkt maar dat als de pH daalt totdat minimum van 7,05 (of een ander minimum) of tot een 5 lagere waarde, de regelaar een lagere 0B:KB verhouding (of een lagere Δ B) handhaaft. De regelaar kan bijvoorbeeld zo worden geprogrammeerd dat, als de pH 7,05 of kleiner is, de vooraf ingestelde efficiëntie met 1 % wordt verhoogd (bijvoorbeeld tot 81 % vanaf de voorafgaande 80 %) voor elke nieuwe pH meting 10 die een waarde geeft gelijk aan of lager dan het minimum van 7,05 (opdat, in het hiervoor beschreven schema, de nieuwe meting van de pH eenmaal per uur wordt uitgevoerd zal de efficiëntie elk uur met 1 % worden verhoogd /“bijvoorbeeld tot 81 % in het eerste uur, tot 82 % in het tweede, enz.7 zolang de pH zich 15 op of onder het minimum bevindt. Het zal duidelijk zijn dat een dergelijke verhoging van de efficiëntie betekent dat, voor een gegeven KB, de 0B (bijvoorbeeld de voedingssnelheid) lager zal zijn dan tevoren.

Een ander signaal dat elke 30 s aan de micro-20 processor wordt toegevoerd is het signaal dat de temperatuur van het inwendige van het filter aangeeft. De regelaar wordt zo geprogrammeerd dat ze een larnn (of ander alarmsignaal) inschakelt, aangevend "hoge temperatuur", als de temperatuur een waarde van b2°c bereikt, teneinde te vermijden dat de methano-25 gene bacteriën schade ondervinden. De verwarmingsinrichting in de recirculatiekringloop wordt geregeld (bijvoorbeeld met de hand maar bij voorkeur thermostatisch) in responsie op de temperatuur in het filter zodat het inwendige van het filter op de optimale temperatuur wordt gehouden, een tweede thermo-30 statische verwarmingsregelaar, gebaseerd op de temperatuur van de stroom die de verwarmingsinrichting verlaat, voorkomt dat de temperatuur van de recirculatiestroom boven U2°C komt en zodoende dat de bacteriën in die stroom schade ondervinden.

Een verwarmingstechniek waaraan vooral de voorkeur wordt gegeven 35 bestaat hierin dat een warmteuitwisselingsfluidum (bijvoorbeeld i 8006289 31 stoom) door verwarmingsspiralen in het filter zelf wordt geleid.

Zoals infLg. 6 is weergegeven, werd gevonden dat de snelheid waarmee methaan wordt ontwikkeld erg gevoelig is voor veranderingen in de temperatuur. De verwarmingsinrichting 5 werd uitgeschakeld op het tijdstip Λ en de temperatuur liet men dalen (vanaf de vooraf geldende waarde van 37°C) tot de omgevingstemperatuur. Daarna, op het tijdstip B werd de verwarmings-inrichting weer ingeechakeld. Op het tijdstip C werd de ver-warmingsinrichting opnieuw uitgeschakeld. Gedurende deze gehele 10 tijd was de regelaar zo ingesteld dat een zodanige voedings-: snelheid werd verkregen dat de efficiëntie 85 % was.

De natte gasmeter die de volumesnelheid van de gasontwikkeling meet is gevoelig voor temperatuursveranderingen. Bij één opstelling was die meter geplaatst op een plaats waar 15 de temperatuur binnen nauwe grenzen constant werd gehouden; dat was bovenop de infraroodmethaananalysator die warmte uitstraalde van de inwendige verwarmingsinrichting. Bij deze ------------ -......... opstelling daalde de temperatuur van de natte gasmeter in het algemeen van een temperatuur overdag van 29°C tot een temperatuur 20 gedurende de nacht van circa 26°C. Als dit gebeurt geeft de meter (voor precies dezelfde massastroomsnelheid van gas met hetzelfde methaangehalte) aan dat er een daling is in de volu-metrische snelheid van circa 1 %\ de regelaar verlaagt derhalve de 0B (voedingssnelheid) met ongeveer hetzelfde percentage.

25 In de in deze aanvrage beschreven voorbeelden traden variaties in de dag en nacht temperatuur van de genoemde orde van grootte op en daardoor verminderde de snelheid waarmee de OB toenam; dat wil zeggen, er valt te verwachten dat door de temperatuur van de natte gasmeter meer constant te houden, de capaciteit 30 van het anaerobe filter nog sneller zou kunnen worden verhoogd dan in de voorbeelden reeds blijkt. Bij voorkeur wordt de natte gasmeter op een praktisch constante temperatuur gehouden of wordt het systeem zo opgezet dat variaties in de temperatuur van de natte gasmeter worden gecompenseerd (bijvoorbeeld door 35 de temperatuur van de natte gasmeter te meten, de waarde van die 8006289 32 temperatuur elke 30 s toe te voeren aan de regelaar en de computer zo te programmeren dat temperatuursignaal wordt gebruikt en het signaal voor de volumetrische snelheid wordt vermenigvuldigd met een geschikte temperatuursfaktor, gebaseerd 5 op de ideale gaswetten) of er wordt een natte gasmeter gebruikt die is uitgerust met een geschikte temperatuurcompensator.

’ Het zal duidelijk zijn dat bij gebruik van het controlesysteem het overbrengen en het verwerken van gegevens en regelsignalen niet volledig elektrisch behoeft te geschieden. 10 Bijvoorbeeld kunnen systemen die werken met samengeperste lucht of andere analoge (of digitale) systemen worden gebruikt voor tenminste een deel van het regelsysteem.

Een ander aspect van de uitvinding is het gebruik van het beschreven systeem voor het handhaven van een 15 anaëroob filter op een praktisch constante OB en op een zo hoog

mogelijke efficiëntie. In dat geval wordt, als de gewenste OB

O

immer is bereikt (bijvoorbeeld een OB van 12,8 kg COD/m dag bereikt door werken met een efficiëntie van bijvoorbeeld circa 80 %) de regelaar zo geprogrammeerd dat de OB op niet meer dan

O

20 12,8 kg COD/m dag wordt gehouden en dat de OB alleen tot een waarde beneden 12,8 wordt verlaagd als de KB daalt tot beneden één of andere vooraf vastgestelde waarde. Die vooraf vastgestelde waarde kan bijvoorbeeld zijn (a) één of andere vaste KB (bijvoorbeeld 10,2b dat een efficiëntie betekent van 80 %) of (b) één 25 of ander percentage van de KB die tijdens dezelfde bepaalde periode met constante OB wordt bereikt (bijvoorbeeld 90 % van die hoogte KB). Het eindresultaat van deze regeling is een stijging in de efficiëntie van het systeem tot een niveau dat duidelijk kan liggen boven de ingestelde efficiëntie.

30 Alleen als de KB daalt tot beneden de vooraf vastgestelde waarde zal het normale programma de regeling overnemen en de OB verlagen teneinde de KB waarde te volgen. In sommige situaties, bijvoorbeeld als de relatieve hoeveelheid inerte verbindingen (in de voeding) (bijvoorbeeld pentaerythritol) stijgt en de 0B 35 wordt berekend op basis van metingen van de totale COD van de 8006289 33 voeding kan de efficiëntie lijken te dalen ( zelfs al wordt de anaerobe biomassa niet nadelig beïnvloed) en het regelschema zal dan een onnodige verlaging van de OB teweeg brengen. Om dit te ondervangen kan het regelschema middelen omvatten voor het 5 meten van de snelheid waarmee KB afneemt en kan de regeling zo zijn geprogrammeerd (bijvoorbeeld door toepassing van een computer voor algemene doeleinden) dat OB niet zal dalen beneden een vooraf bepaalde ondergrens tenzij de gemeten snelheid van afname van KB betrekkelijk groot is wat een aanwijzing is voor 10 een nadelig beïnvloedde biomassa.

Zoals reeds eerder werd aangegeven is de uitvinding erg geschikt voor het bereiken van een snelle stijging van de belasting van een nieuw filter. In voorbeeld I van de hiervoor genoemde Duitse octrooiaanvrage 027^831.32 en de Amerikaanse 15 octrooiaanvrage 57.5^5 van 13 juli 1979 wordt een opstart methode beschreven waarbij een opstartmengsel wordt gebruikt dat relatief niet giftige en niet remmende verbindingen (methanol, azijnzuur en mierezuur) bevat. Waterige methanol alleen of gemengd met azijnzuur kan ook worden gebruikt alsvoeding voor 20 het opstarten. De voeding voor het opstarten wordt bij voorkeur toegevoerd tot de KB een waarde heeft bereikt van tenminste 3 ongeveer 1,6 kg COD/m dag of meer (bijvoorbeeld 3,2) en de methaanefficientie boven 50 % (bijvoorbeeld 6o a 70 %) is.

Dan is de bacteriepopulatie veelal groot en gevarieerd genoeg 25 om snel te worden vermenigvuldigd door middel van de automatische regeling. Tijdens de beginperiode waarin wordt geregeld kaneen strenge strategie worden toegepast. Bij één strategie wordt de regelaar gebruikt, nog met de voeding voor opstart-doeleinden, om de capaciteit te verhogen tot een gewenst niveau 30 (bijvoorbeeld tot een 0B van 12,8) en daarna wordt de voeding voor het opstarten geleidelijk vervangen door het effluent dat in het filter moet worden behandeld (bijvoorbeeld de eerste dag een mengsel van 95 % voeding voor het opstarten met 5 % gewone voeding, de volgende dag een mengsel van 90 % voeding voor het 35 opstarten met 10 % gewone voeding, enz., enz.). Bij een andere 8006289 s strategie wordt met de geleidelijke vervanging van voeding voor het opstarten door de gewone regelmatige voeding begonnen bij het einde van de bovengenoemde beginperiode, dat wil zeggen ongeveer op hetzelfde tijdstip als waarop voor het filter de 5 regeltechniek wordt toegepast.

Als het filter onder anaerobe omstandigheden goed werkt, is de redox potentiaal van de vloeistof in het filter (zoals wordt gemeten aan de vloeistof die wordt gerecirculeerd) in het algemeen meer negatief dan -400 mV, bijvoorbeeld circa 10 -1*30 tot -U60 mV. De redoxpotentiaal kan worden gemeten met een standaard redoxelektrode, die in serie wordt geplaatst met een pH elektrode tussen de kleppen V1 en V2.

De figuren 7, TA, 8 en 9 geven aan dat op elk gegeven tijdstip, het filter een bepaalde natuurlijke efficiëntie 15 blijkt te hebben (die waarschijnlijk afhangt van de type en hoeveelheden bacteriën in het filter in verhouding tot het tyre en de concentratie COD en van mogelijk giftige of remmende stoffen in de voeding en recirculatiestromen op dat tijdstip). Zoals in fig. 8 het niveau van KB gedurende de periode waarin 20 0B constant werd gehouden zodanig dat deze op een natuurlijke efficiëntie van circa 80 %. Het toevoeren van meer COD (dat wil zeggen een hogere 0B) dan bij deze natuurlijke efficiëntie kan worden gewerkt blijkt de groei van de methanogene populatie te stimuleren en daarmee de produktie van steeds meer methaan 25 (zie bijvoorbeeld fig. 8), Als de voedingssnelheid (OB) echter zo wordt ingesteld dat een hogere efficiëntie wordt verkregen dan de matuurlijke efficiëntie, daalt de produktie van methaan zoals men kan zien in fig. 7; waarschijnlijk heeft de bestaande methanogene populatie dan niet voldoende "voeding" 30 om voort te gaan met het maken van methaan met de eerdere snelheid. Deze vermindering in de voedingssnelheid (OB) blijkt echter niet schadelijk te zijn voor de methanogene populatie*, zie bijvoorbeeld het effekt in fig, 7 en 7A waar een vermindering van de efficiëntie van 85 tot 80 % (welke laatste iets onder de 35 natuurlijke efficiëntie op dat tijdstip lag) er toe leidde dat 8006289 35 de KB snel steeg en zie ook fig. H waarin het effekt van een verminderde voedingssnelheid op de dagen 22 en 23 in hoge mate werd opgevangen in de volgende dagen. Een andere strategie (niet geïllustreerd) die kan worden toegepast als het gewenst is om de 5 KB en OB snel te verhogen en op een betrekkelijk hoge efficiëntie te komen bestaat hierin dat de regelaar zo wordt geprogrammeerd dat deze continu de natuurlijke efficiëntie berekend en continu de vooraf vastgestelde en ingestelde efficiëntie verhoogt tot vrijwel dat natuurlijke niveau (bijvoorbeeld tot een niveau dat 10 een bepaalde hoeveelheid onder het natuurlijke niveau ligt, bijvoorbeeld 1 a 2 of 10 a 20 % onder het natuurlijke niveau).

Een ander aspect van de uitvinding houdt verband met het gebruik van een tweede anaerobe filter dat rechtstreeks de uitgaande stroom van het eerste recirculatiefilter ontvangt, 15 bij voorkeur zonder dat dit in belangrijke mate aan de atmosfeer is blootgesteld (of aan op een andere wijze verkregen aerobe omstandigheden). Dit tweede filter kan werken zonder recirculatie (of met zeer weinig recirculatie). Men kan het laten werken zonder afzonderlijke regeling van de voedingssnelheid (dat wil 20 zeggen van de snelheid waarmee de uitgaande stroom van het eerste filter eraan wordt toegevoerd). Het kan werken zonder een verwarming (of met zeer weinig toevoer van warmte) omdat de vloeistof die in het eerste filter recirculeert (en dus ook de uitgaande stroom van het eerste filter) reeds werd verwarmd tot ongeveer 25 de optimale temperatuur voor de methanogene aktiviteit van de biomassa. Het tweede filter ontvangt een voeding met een aanzienlijk lagere concentratie (gemeten als COD in g/l) dan de voeding voor het eerste filter en bewerkstelligt een verdere significante vermindering in de concentratie zelfs als de af-30 metingen ervan aanzienlijk kleiner zijn (bijvoorbeeld minder dan de helft van het volume) van het eerste filter.

Er werd gevonden dat, als de voeding van het eerste filter relatief inerte organische verbindingen bevat (die vrijwel zonder dat ze worden afgebroken door het eerste 35 filter heengaan) het tweede filter een verhoogd vermogen tot t ï 8006289 36 het afbreken van deze "inerte" verbindingen ontwikkelt. Bijvoorbeeld gaf, bij een proef waarbij de voeding voor het eerste filter bestond uit een mengsel met een uit afbreekbare stoffen voortkomende COD van 16 g/1 (een mengsel van azijnzuur, formaldehyd, 5 methanol en butanol die elk een COD bijdrage geven van ^ g/l) en met een COD bijdrage van 9 g/l afkomstig van betrekkelijk inerte gehydroxypropyleerde guar (guargom die chemisch is gemodificeerd zodat ze 0,53 hydroxypropylethergroepen per monosaccharide eenheid van de guar bevat) en het eerste filter 10 (zonder de voor methaan gevoelige regeling die hiervoor werd beschreven) onder zodanige omstandigheden werkt dat er een vrijwel volledige verwijdering plaats vindt van het afbreekbare materiaal in het eerste filter (met een hoogte van 1,2 m en een diameter van 30 cm), de toevoeging van een veel kleiner tweede filter 15 (hoogte 1,2 m en diameter 15 cm, dat wil zeggen 1Λ van de grootte van het eerste filter) een ongeveer dubbel zo grote verwijdering van inert materiaal; na een periode van acclimatiseren bedroeg de verwijdering van inert materiaal in het eerste filter bijvoorbeeld rondweg 25 terwijl de totale verwijdering 20 van dat inerte materiaal in de twee filters dicht bij 50 % lag. Het kan zijn dat het tweede filter waarvan de voeding betrekkelijk weinig gewone afbreekbare componenten bevat en een hoog gehalte heeft aan gewoonlijk inerte componenten, neiging heeft een bacteriepopulatie te ontwikkelen die een grotere re-25 latieve hoeveelheid van die gewone inerte componenten kan afbreken.

Het zal duidelpk zijn dat er een aantal van dergelijke kleinere filters in serie achter het eerste recirculatiefilter kan worden toegepast.

Als het eerste filter van de reeks van twee 30 filters werkt met een automatische methaangevoelige regeling, wordt het tweede filter beschermd tegen overbelasting met giftige stoffen omdat de aanwezigheid van significante hoeveelheden giftig materiaal zal leiden tot een vermindering van de voedings-snelheid naar het eerste filter (en hiermee gepaard gaande een 35 vermindering van de afvoer) en een hiermee gepaard gaande ver- 8 0 06 28 9 37 mindering in de belasting van het tweede filter. Dat wil zeggen de volume voedingssnelheid van het tweede filter is praktisch gelijk aan de afvoer snelheid-van het eerste filter, die op zijn beurt weer praktisch gelijk is aan de voedingssnelheid van het 5 eerste filter.

De filters in de voorbeelden waren 1,2 a hoog.

Bij grote technische installaties zullen de filters in het algemeen veel hoger zijn (ze kunnen bijvoorbeeld wel 6, 9 of 12m hoog zijn) en daarbij kunnen hun diameters dienovereenkomstig 10 groter zijn (bijvoorbeeld diameters van 9, 15 of 30 m of meer) en de gemiddelde hydraulische snelheden kunnen hoger zijn.

Zoals eerder opgemerkt lag in de voorbeelden de hydraulische snelheid (volumetrische snelheid van de totale vloeistof gedeeld door het oppervlak van een dwarsdoorsnede van het filter) in de 15 buurt van 1 tot 2 cm/min; voor een filter dat ongeveer 9 m. hoog is kan de voedingssnelheid zodanig zijn dat de hydraulische snelheid 5 tot 10 maal zo groot is, bijvoorbeeld circa 5 tot 20 cm/min. De verblijftijd (volume vas het filter gedeeld door de volume-snelheid aan verse voeding) zal gewoonlijk liggen tussen ongeveer 20 0,5 en b dagen (bijvoorbeeld ongeveer 1 dag).

In de voorbeelden bepaalde de regelaar de 0B op basis van dewaarde van de veranderende gemiddelde KB over een 1 h, Bij een groot commercieel filter kan de gemeten gasontwikke-lingssnelheid minder afhankelijk zijn van de effekten van 25 trillingen en stoten (boeren). Dan kunnen de momentane, of over een kort tijdgemiddelde (bijvoorbeeld over 6 min gemiddelde) waarden - .... KB worden gebruikt als regelwaarden, in plaats van een veranderend gemiddelde over 1h te gebruiken. Dit zal de regeling nog sneller laten reageren en snelle verhogingen van 30 de 0B (en KB) vergemakkelijken en een snelle responsie of eventuele verstoringen vergemakkelijken.

In<fe voorbeelden verkeerde de bovenkant van het filter op praktisch atmosferische druk, terwijl de inhoud van het filter aan de onderkant onder een druk stond van circa 1,2 m 35 waterkolom. Bij een grote technische installatie zal het filter 80 06 28 9 38 aan de onderkant onder een aanzienlijke druk staan (bijvoorbeeld een druk van circa 9 of meer meters waterkolom) en kan ook het filter bovenin onder enige druk staan (bijvoorbeeld een tegendruk van de orde van 10 tot 25 cm waterkolom, ten gevolge 5 van de wijze waarop het ontwikkelde gas wordt weggepompt). De hogere druk zal er toe leiden dat meer C02 in de vloeistof wordt opgelost in het onderste gedeelte van het filter, wat tot een kleine daling in de pH kan leiden (bijvoorbeeld een daling van circa 0,2 pH eenheden).

10 In de voorbeelden bevond de zone voor de scheiding van vloeistof en gas zich in een boven het filter geplaatst vat.

Die zone kan ook aanwezig zijn in hetzelfde vat als het filter. Bijvoorbeeld kan er boven de nakking een zone aanwezig zijn met overlopen waar de vloeistof (en gesuspendeerde biomassa) overheen 15 vloeit naar een verzamelruimte van waaruit een deel als effluent wordt afgevoerd terwijl derest wordt gerecirculeerd; boven het vloeistofniveau dat door de overloooranden wordt bepaald is er een vrije ruimte van waaruit het gas wordt verzameld.

De uitvinding is hiervoor toegelicht aan de hand 20 van in hoofdzaak afvalwater uit de petrochemische industrie met een zure pH van minder dan 6 bijvoorbeeld een pH in het trajekt van circa 3 tot 5. De uitvinding kan ook worden toegepast met neutrale of alkalische stromen (in welk geval de zuren anaëroob worden gevormd in het fitter door de werking van zuurvormende 25 bacteriën). Dergelijke stromen kunnen suikers of hogere koolhydraten of proteïne bevatten (bijvoorbeeld bij afvalwaterstromen uit de voedingsmiddelenindustrie). Er werd nu gevonden dat het recirculerende anaerobe filter na een betrekkelijk korte acclimatiseringsperiode zelfs onoplosbare koolhydraten zoals 30 gedispergeerde zetmeelkorrels zal afbreken.

Zoals in de hiervoor genoemde Duitse octrooiaanvrage p2T^831.32 en de Amerikaanse octrooiaanvrage 57 5^5 van 13 juli 1979 wordt beschreven wordt het effluent van de werkwijze bij voorkeur toegevoerd aan een aerobe vergiftingsinrichting.

35 Het gevormde aerobe slib kan dan, ten dele worden gerecirculeerd ) 8006289 39 naar het anaerobe filter dat op de beschreven wijze wordt geregeld. Het aerobe slib kan geschikt worden gerecirculeerd met een constante vooraf bepaalde snelheid waarbij de COD met regelmatige tussenpozen wordt gemeten, zodat de OB waarde die door het aerobe 5 slib wordt geleverd bekend is en die vaarde aan de regelaar kan worden toegevoerd die zo is geprogrammeerd dat de snelheid waarmee verse voeding wordt toegevoerd zo wordt geregeld dat de vooraf ingestelde efficiëntie (of de vooraf ingestelde Δ B) gebaseerd op de totale OB (dat wil zeggen OB van sLib plus OB van 10 verse voeding) wordt gehandhaafd. In plaats van het aerobe slib rechtstreeks naar het anaerobe fiber te voeren, kan het slib aan een behandeling worden onderworoen (bijvoorbeeld bij hoge temperatuur onder druk zoals bij het bekende Porteous procédé; zie Brits octrooischrift 653·9ÖU en Water Waste Treatment Journal 15 I 51+3-5 /"19607) om een groot deel van het oplosbare materiaal om te zetten dat dan wordt toegevoerd aan het anaerobe filter dat op de beschreven wijze wordt geregeld.

De in deze aanvrage beschreven werkwijze kan worden toegepast voor de behandeling van een grote verscheidenheid van 20 afvalwaterstromen, bijvoorbeeld afvalwater zoals in de hiervoor genoemde literatuurplaatsen wordt beschreven. Tenzij anders is aangegeven zijn de werkomstandigheden, de filterconstructies enz. die in de Duitse octrooiaanvrage ρ27^δ31.32 en Amerikaanse octrooiaanvrage 57 5^5 van 13 juli 1979 worden beschreven, geschikt.

25 Meer algemeen gezien kan de hier beschreven regeltechniek niet slechts worden gebruikt voor anaerobe filters, maar ook voor andere anaerobe methanogene reaktors waarin, evenals het geval is bij anaerobe filters, een bed van methanogene bacteriën in het reaktorvat wordt gehandhaafd terwijl afvalwater 30 in opwaartse richting door dat bed stroomt, waarbij het effluent van dat vat een veel lagere bacterieconcentratie heeft dan aanwezig is in het bed van methanogene bacteriën. Een dergelijke reaktor is bijvoorbeeld de "Upflow Sludge Blanket (USB) Reactor” beschreven in het artikel van G. Lettinga et al, getiteld "Use of the 35 Upflow Sludge Blanket (USB) Reactor Concept for Biological 8006289 \ ko

Waste-Water Treatment, especially for Anaerobic Treatment" in Biotechnology and Bioengineering Vol. XII No. It April 19Ö0 biz. 699—T31*; deze reaktor en de werking ervan worden ook beschreven in het artikel van G. Lettinga getiteld "Direct Anaerobic 5 Treatment Bandies Wastes Effectively" in het tijdschrift

Industrial Wastes, Januari/februari 19T99 blz. 18-2U, Uo en Ui* de Duitse Offenlegungsschriften 29209TÖ en 29 21070, het artikel van Lettings getiteld "Anaerobic Treatment of Methanolic Wastes" in het tijdschrift "Water Research" Vol. 13 (1979) blz. 725-737 10 en het artikel getiteld "Feasibility of Anaerobic Digestion for the Purification of Industrial Waste Waters" geschreven door Lettinga in Documentation - Europe Sewage & Refuse Symposium EAS,

Uth München 1978 (gepubliceerd door Abwassertechnische Vereinigung St. Augustin, Bondsrepubliek Duitsland 5205) blz. 226-256, de 15 lezing over "Elimination of Organic Wastes from Surface Water" van Th. M. Van Bellegem op de 13e International TNO Conference te Rotterdam 27-28 maart 1980 (tekst verkrijgbaar bij TNO) en het artikel "A Pilot Scale Anaerobic Upflow Reactor Treating Distillery Wastewaters" door Pipyn et al in Biotechnology 20 Letters 1, blz. U95-500 (1979). Een andere reaktor voor dit doel is een reaktor waarin de bacteriën zijn vastgehecht aan drager-deeltjes, zoals wordt beschreven in het artikel van M.S. Switzenbaum et al, getiteld "Anaerobic Attached - Film Expanded-Bed Reactor Treatment" in Journal WPCF Vol. 52 no. 7 (juli 1980) blz. 1953— 25 1965j de artikelen van B. Atkinson et al getiteld "Process

Intensification Using Cell Support Systems" (in Process Biochemistry, mei 1980 blz. 2U-32)en"Biological Particles of Given Size, Shape and Density for Use in Biological Reactors" (in Biotechnology and Bioengineering Vol. XXI blz. 193-200 (1979) 30 en in de gepubliceerde GB-A-2006 181, gepubliceerd 2 mei 1979.

In deze beide typen reaktors zijn de bacteriën aanwezig op betrekkelijk grote deeltjes of drijvende of zwevende aggregaten van zodanige afmetingen en dichtheid dat ze een hoge sedimenta-tiesnelheid geven in stilstaand water zodat zelfs onder omstandig-35 heden van hoge belasting (bijvoorbeeld bij een hydraulische 8006289 * hl verblijftijd van minder dan 2 dagen, bijvoorbeeld 1 dag of minder) de concentratie aan gesuspendeerd vast bacteriemateriaal in het effluent aan de top van de reaktor beifèkkelijk laag is, bijvoorbeeld minder dan 0,05 g (bijvoorbeeld 0,01 g) gesuspen-5 deerd vast bacteriemateriaal per g COD in de voeding voor de reaktor, en de bacteriën lange tijd in de reaktor worden gehouden (hun gemiddelde verblijftijd in de reaktor bijvoorbeeld meer dan 10 dagen bedraagt bijvoorbeeld ongeveer 30 tot 100 dagen of meer).

8006289

Claims (13)

1. Werkwijze voor behandeling van een organische stoffen bevattende afvalwaterstroom onder gelijktijdige\orming van methaangas in een anaerobe reaktor omvattende een vat met 5 een teruggemengd bed van methanogene bacteriën die ® tot een massa zijn verenigd dat het bed praktisch geheel in het vat blijft terwijl het afvalwater in opwaartse richting door dat bed stroomt, met het kenmerk, dat de snelheid waarmee methaan wordt ontwikkeld continu wordt gemeten en continu de toevoer- 10 snelheid aan COD wordt gevarieerd zodat een vooraf vastgesteld tijdsverband bestaat tussen de toevoersnelheid van COD die wordt gevarieerd en de gemeten methaanproduktiesnelheid, zodanig dat de 0B die correspondeert met de toevoersnelheid van COD (voedingssnelheid) groter is dan de KB die correspondeert met de 15 methaanontwikkelingssnelheid.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de reaktor een anaëroob filter met recirculatie is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het meten en variëren tenminste eenmaal per 4 uur plaats 20 vindt.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het meten en variëren tenminste eenmaal per uur plaats vindt.

5. Werkwijze volgens conclusie 2-4, 25 met het kenmerk, dat het meten en variëren tenminste eenmaal per 15 min plaats vindt.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het filter werkt bij een 0B van meer dan 8 kg COD/m dag.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 2-6, met het kenmerk, dat de KB wordt verhoogd, door voortdurend het vooraf bepaalde van de tijd afhankelijke verband te hand- O haven, tot een waarde van tenminste 25 kg COD/m dag.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 2-6, 35 met het kenmerk, dat, door het vooraf vastgestelde door de tijd 8006289 "bepaalde verband te bleven handhaven, de hoeveelheid biomassa wordt verhoogd tot een zodanig niveau dat de hoeveelheid vrije vloeistof in het filter kleiner is dan 70 % van het open volume van het filter. 5 9» Werkwijze volgens een der conclusies 2-6, met het kenmerk, dat, door het vooraf bepaalde van de tijd afhankelijke verband te blijven handhaven, de hoeveelheid biomassa wordt verhoogd tot een zodanig niveau dat de hoeveelheid vrije vloeistof in het filter kleiner is dan 50 % van het open volume 10 van he-t fileer.

10. Anaëroob methaan ontwikkelend filter met recirculatie, dat wordt gevoed met een organische stoffen bevattende afvalwaterstroom, met het kenmerk, dat het filter een zodanige hoeveelheid biomassa bevat dan de hoeveelheid vrije 15 vloeistof in het filter kleiner is dan 50 % van het open volume van het filter, waarbij de biomassa in het filter is gevormd door de genoemde afvalwaterstroom toe te voeren met een zodanige snelheid dat de 0B tenminste ongeveer 32 kg COD/m dag bedraagt.

11. Werkwijze volgens conclusie 2-6, 20 met het kenmerk, dat db toevoersnelheid van C0D wordt gevarieerd zodanig dat de verhouding van KB tot 0B op een vooraf bepaalde nummerieke waarde van minder dan 1 wordt gehouden.

12. Werkwijze volgens conclusie 10 en 11, met het kenmerk, dat de nummerieke waarde kleiner is dan 0,9.

13. Werkwijze volgens conclusie 10.met het kenmerk, dat de toevoersnelheid van C0D wordt gevarieerd zodanig dat 0B minus KB op een bepaalde nummerieke waarde wordt gehouden, 1U. Werkwijze volgens conclusie 2-6, met het kenmerk, dat men de uitgaande stroom van het anaerobe 30 filter met recirculatie rechtstreeks naar een tweede anaëroob filter voert.

15. Werkwijze volgens conclusie 1^+, met het kenmerk, dat de afvalwaterstroom in het anaerobe filter met recirculatie wordt verwarmd en dat de uitgaande stroom in 35 de zo verwarmde toestand rechtstreeks naar het tweede filter wordt geleid. 8006289