NL8104541A

NL8104541A - Werkwijze voor het anaeroob vergisten van afvalwater.

Info

Publication number: NL8104541A
Application number: NL8104541A
Authority: NL
Original assignee: Nijhuis Machinefab Nv
Priority date: 1981-10-06
Filing date: 1981-10-06
Publication date: 1983-05-02
Also published as: NZ202020A; ES8307188A1; DK441482A; CA1196430A; EP0076537A1; AU535973B2; AU8868682A; ES516774A0

Description

4 -* -is* Λ A ' -1- /

Werkwijze voor het anaeroob vergisten van afvalwater.

/ t

Het is bekend dat afvalwater, in het bijzonder afvalwater van \____ slachthuizen anaeroob vergist kan worden, maar de efficiency van een dergelijke anaerobe vergisting zou aanzienlijk vergroot kunnen worden, indien niet het gehele afvalwater, doch alleen een slib dat rijker is 5 aan vaste stoffen anaeroob gefermenteerd zou kunnen worden.

Een bekende en algemeen toegepaste methode voor het verkrijgen van een dergeiyk vaste stoffen rijker slib bestaat uit het fysisch coaguleren en aansluitend afscheiden van de in het afvalwater aanwezige moeilijk bezinkbare, colloidale en opgeloste organische stoffen met behulp van 10 coagulatiemiddelen.

Slib dat verkregen is door afvalwater van een slachthuis aan een fysische coagulatie te onderwerpen, heeft bijvoorbeeld een volgende samenstelling: droge stof 7 % 15 CZV + 1,5 x droge stof asgehalte 220 gram/kg droge stof ruw eiwit 420 gram/kg droge stof ruw vet 270 gram/kg droge stof ruw celstof 20 gram/kg droge stof 2o overige koolhydraten 70 gram/kg droge stof

Fe+++ of Al+++ 5000 dpm.

Een dergelijk slib bevat derhalve een hoog gehalte aan gemakkelijk afbreekbare organische stoffen en grote aantallen bacterien. Bij opslag gaat het spontaan rotten, waardoor stankoverlast en achteruitgang van 25 de microbiologische kwaliteit van het slib optreedt. Het zou, in principe, verwerkt kunnen worden in een destructiebedrijf, maar dit zou pas rendabel zijn als het droge stof gehalte ten minste 35 gew.% zou bedragen. In feite bedraagt het droge stof gehalte slechts 1 tot 15 gew.%. Aangezien alleen bedrljfseconomisch onaantrekkelijke ontwateringsmethodes, 30 zoals zeefbandpersen, ter verhoging van het droge stof gehalte beschik-baar zijn, wordt het slib veelal als mest op het land gebracht of als veevoeder gebruikt. Ook deze verwerkingen van het slib kunnen niet onbeperkt worden toegepast, omdat de ter veschikking komende hoeveel-heden slib voortdurend toenemen, de genoemde verwerkingen niet 35 onbeperkt uitgebreid kunnen worden en voor enkele toepassingen het gehalte aan zware metalen te hoog kan zijn.

8104541 -2- #5= ' v -*

Aangezien veel anorganisch coagulatiemiddelen, zoals zouten van aluminium en ijzer, de germicide werking van antiseptica versterken, bovendien zowel FeCl^ als AX^iSO^)^ als toxische zouten beschouwd worden, terwijl de hydroxiden meer toxisch zijn dan de zouten, leek het gevaar van 5 een nadelige belnvloeding van de anaerobe vergisting door de metaal-verbindingen, die aanwezig zijn in slib dat door afvalwater dat aan een fysische coagulatie onderworpen is, zeer zeker aanwezig. (Zie "Bacterial Chemistry and Physiology" van 3.R. Porter 251-260 (194-6)).

Verrassenderwijze werd echter gevonden, dat slib, dat verkregen 10 is door de in het afvalwater, in het bijzonder van slachthuizen aanwezige moeilijk bezinkbare, colloidale en opgeloste organische stoffen, met behulp van coagulatiemiddelen te doen coaguleren en af te scheiden, goed anaeroob vergist kan worden.

Door die vergisting vermindert het volume van het slib en wordt 15 een produkt met een hoog droge stof gehalte verkregen, terwijl de eventueel aanwezige pathogeniteit door afsterving van de aanwezige bacterieflora sterk verminderd wordt. Desgewenst kan het vergiste slib verregaand van metalen ontdaan worden, door het te wassen met een vloeistof waarin verbindingen van zware metalen opgelost worden.

20 Bg voorkeur wordt anaeroob vergist tot de CZV-waarde nog ten hoogste 25 % van de oorspronkelijke waarde bedraagt en dan het slib, indien nodig, volgens een op zichzelf bekende methode te ontwateren tot het droge stof gehalte ten minste 20 gew^ bedraagt.

De anaerobe vergisting wordt dan derhalve voortgezet tot een 25 reductie van de oorspronkelijke CZV-waarde van ten minste 75 % bereikt is.

Bij het eventuele uitwassen worden niet alleen de ionen van zware metalen, die zijn toegevoegd om de vereiste coagulatie teweeg te brengen, opgelost, maar ook andere aanwezige ionen van zware metalen.

Van een dergel^jk slib kan na het ontwateren en voor het uitwassen 30 wel 30 gew.% bestaan uit ijzer- of aluminiumverbindingen die voor de coagulatie zijn toegevoegd. Omgerekend in de hydroxiden is dat percentage vanzelfsprekend nog groter.

Bij voorkeur wordt het slib uitgewassen met zoutzuur, in het bijzonder technisch zoutzuur (35 gew.ifc = 12,4 N), waarbij de aanwezige zware 35 metalen als chloriden (met uitzondering van zilver, kwik en lood) in opgeloste vorm worden teruggewonnen.

Het door toevoeging van zuur, zuur geworden slib kan geneutrali-seerd worden met effluent van de anaerobe vergisting, dat rijk is aan ammoniak omdat de C j N-verhouding in het slib te klein is.

8104541 r-- * « '·» -3-

Het gefermenteerd en ontwaterde slid is nagenoeg steriel, veelal nagenoeg vrij van zware metalen en kan zonder meer voor bemestingsdoel-einden worden toegepast. Wanneer een dergelijke massa niet direct toege-past of in een destructor verwerkt kan worden, kan hjj, omdat hij stank vrij, 5 steekvast en uitgegist is, ook zonder bezwaar bewaard worden.

Het gevormde methaan dat kleine hoeveelheden CO2 en waterstof bevat, kan direct gebruikt worden om de reactor waarin de anaerobe vergisting, die bi} 50 tot 60°C kan plaats vinden, te verwarmen, zodat de vergisting bij verhoogde temperatuur, bij voorkeur bij 30 tot 45°C, kan 10 worden uitgevoerd. Het methaan kan echter ook eerst voor andere ver-warmingsdoeleinden in het bedrijf worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het afschroeien van varkens, waarna de schoorsteenverliezen voor het opwarmen van de reactor kunnen worden gebruikt.

V00RBEELD I ( ladingsgewijze behandeling) 15 De proef werd uitgevoerd in drie dubbelwandige reactoren met een inhoud van 650 ml. volgens fig. 1 waarin de symbolen φ t/m(2>de volgende betekenis hebben: φ voeding φ vloeistof opvang Q> gistingsfles © warm water in-/aflaat 20 ® aflaat (¾ magnetische roerder (§) fles van Mariotte

Door de dubbele wanden werd water met een temperatuur van 34°C geleid om de optimale vergistingstemperatuur in de reactoren te hand-haven.

25 De inhoud werd met behulp van magnetische roerders gemengd. Deze werden uitsluitend ingeschakeld vlak voor en vlak na het toevoegen en aflaten van slib.

Het geproduceerde biogas werd opgevangen in een fles van Mariotte, welke gevuld was met een geconcentreerde NaOH-oplossing. De hoeveelheid 30 hieruit verdrongen vloeistof was een maat voor het geproduceerde volume methaangas (s.m. = lg/ml.).

B# het begin van de proef werden de reactoren gevuld met 500 gram spuislib van een up-flow reactor.

Eenmaal per 48 uur werden de reactoren gevoed met flotatieslib.

35 Daarbij werd gelijktijdig een gelijk volume van het mengsel afgetapt.

De hoeveelheid flotatieslib werd per reactor bepaald op een ruimtebelasting van respectievelijk 5, 7.5 en 10 kg CZV/m3r.d.

8104541 %> S ·ν -4-

Nadat een steady-state bereikt was (constante gasproduktie, pH) werd uit de meetresultaten van de drie reactoren de vergistbaarheid 1 berekend.

De resultaten van de raetingen tijdens de proef zijn samengevat in 5 tabel A.

T.ABEL A

Reactor 123

Volume influent g.slib/d 25 37,5 50

Influent CZV tot. g/1 103,7 103,7 103,7 10 CZV sup.* g/1 7,7 7,7 7,7 VVZ meq/1 28,9 28,9 28,9

Effl. CZV tot. g/1 44,7 52,2 49,5 CZV sup. g/1 6,0 5,0 5,6 VVZ meq/1 26,9 33 31,9 15 PH 7,6 7,4 7,4

Gemiddelde CH^-produktie Ml/d 658 625 793

X

CZV supernatans; na centrifugeren, 10 min. bij 10.000 g.

Het volume van de gistende masse in elke reactor bedroeg 0,5 Ltd. Berekening van de volgende parameters is nu mogeljjk; 20 - de organische volume-(ruimte) belasting. Vb.; kg substraat per dag per liter gistende massa toegevoegd.

- de hydraulische verbUiftfld. Oh in de reactor.

1 - de produktiviteit. Pm; Het volume methaangas geproduceerd per liter- reactor per dag.

25 - de gasproduktie G.; Het volume methaangas geproduceerd per gram substraat aangeboden (Ga.) of vergist (Gv.) - het verqlstinqsrendement R; Het % substraat dat tijdens de vergisting wordt afgebroken en/of vergast.

De resultaten van de berekeningen zijn samengevat in tabel B.

8104541 W ----------- _ _ __ -5- < Μ»

T A B E L B

Reactor 123

Vb g. CZVtot 5,2 7,8 10,4

Oh dagen 20 13,3 10 5 Pm 1 CH^/Lr.d. 1,3 1,3 1,6

Ga 1 CH4/g.CZVtot 0,25 0,17 0,15

Gv 1 CH^/g.CZVtot 0,44- 0,34 0,30 R op basis van CZV^Qt ¾ 56,9 49,7 52,3 R op basis van CZV- 10 verwjj|derd door CH^ % 66,5 45,2 39,9

1 1 CH^ bij 2Q°C = Jjfe x ||| = 2,66 gram CZV

De tijd tussen twee voedingen was voldoende kort om de kinetiek van een continue procesvoering te benaderen.

B1J een continue toevoer van organisch materiaal aan een reactor, 15 is de hoeveelheid die afgebroken wordt rechtevenredig met het gehalte aan substraat in de reactor en de.retentietqd: X infl.-X effl. = k. X infl. Oh, k = biodegradatie-constante.

daaruit volgt: R = 1, Oh.

BS Vb = 5,2 is het rendement op basis van CH^-produktie hoger dan 20 op basis van de gemeten CZV-afname.

Het spuislib dat werd gebruikt om de proef te starten bevatte 33 gew.% ingevangen materiaal. Vergisting van dit materiaal is de oor-zaak van het hogere CH^-rendement.

Het CZV-rendement b|} = 7,8 is kleiner dan b# = 10,4. Dit 25 duidt op een verminderde aktiviteit in reactor 2. De verklaring daarvan kan zip dat er bfl het spuien en toevoegen van nieuw slib te veel bacterie-materiaal is gespuid.

Dit vermoeden wordt versterkt, door het feit dat alleen deze reactor een ontmenging vertoonde in een redelijk heldere laag bovenin en 30 een donkere massa onderin de reactor in de periode dat niet gemengd werd.

De methaan produktiviteit is van gemiddeld niveau (0,25-0,15 1 CH^/9· GZV^, bfl een flotatie iibverblifftjjd van 20-10 dagen).

Het vluchtige vetzuurgehalte blijft constant, en ook bUJft de pH hoog vanwege het hoge NH^+.gehalte.

35 Het CZV-rendement was bij een hydraulische verblijftijd van 10 dagen 52,3 %· De tijd die nodig is om de helft van het organische materiaal te 8104541 -6- vergassen is derhalve kleiner dan 10 dagen.

VOORBEELD II (Proef in up-flow reactor)

Een up-flow reactor met een effectieve inhoud van 60 Ltd. (zie fig* 2, waarin 5 1. Influent 2. Effluent 3. Retoureffluent 4·. Afvoereffluent 5. Gas; a) waterslot, b) gasmeter 10 6. Meng influent pomp 7. Influent pomp 8. Retour effluent pomp 9. Roerder mengbak influent 10. Roerder influent voorraad 15 11. Roerder reactor 12. pH meet en regeleenheid 13. Regeleenheid roerders 9+10 14·. Regeleenheid pompen 7+8 . 15. Regeleenheid pomp 6 20 16. Temperatuurmeter 17. Monsteraftappunt 18» Gasgeleider 19. Bezinkruimte slib 20. Effluent voorraadvat 25 21. Influent voorraadvat 22. Mengbak influent 23. Effluent pomp 24·. Driiflaag breker voorstellen) 30 was opgesteld in een ruimte met een constante temperatuur van 33°G. Als entmateriaal werd spuislib gebruikt van een up-flow reactor van een suikerfabriek. Het droge stof gehalte van het spuislib was 70 g/1.

In de eerste 39 dagen werd een belasting aangehouden van 3,1 kg CZV/m r»dag. De hydraulische verblijftijd bedroeg 3,4· dagen en werd bereikt 35 door effluent te recirculeren (recirculatieverhouding 8).

Van dag 39 tot dag 60 bedroeg de CZV belasting 5,2 kg CZV/m3r met een hydraulische verblijftijd van 3,62 en 1,88 dagen.

8104541 t

V tP

-7-

Het flotatieslib werd 1 x per 7 dagen aangevoerd en 5¾ 4°C bewaard.

Voor gebruik werd het slib gezeefd over een zeef met mazen van 55 mm om haren en andere grove deeltjes te verwijderen. De vloeistof stroomde via een trechter en een verdeelplaat onder in de reactor waar 'zich het actieve 5 slib'.beyond. Bovenin de reactor bevond zich een nabezinker (19) waar het eventueel opgedreven slib kon bezinken en het effluent de reactor kon verlaten. Het gas werd afgescheiden met behulp van de gasgeleiders (18) en afgevoerd door een waterslot (5a) naar een natte gasmeter (5b).

Om de structuur van het slibmateriaal niet te beschadigen werd 10 niet geroerd.

De proef is 75 dagen uitgevoerd.

Dag 1 tot 11 was te begchouwen als een aanloopperiode. De gas· produktie kwam snel op gang en na dag 11 was het CH^-rendement al groter dan 80 %.

15 In de periode van dag 11 tot 32 liep de gasproduktie geleideljjk op.

In de periode van dag 32-39 werd door technische storingen, wenig flotatieslib ingevoerd» De gasproduktie daalde daardoor en CH^-rendement steeg boven lOo % door vergisting van reeds ingevangen 20 materiaal.

Er z(Jn twee periodes met verschillende ruimte belasting te onder-scheiden waarin de vergisting stabiel verlopen is.

De le periode is van dag 11 tot 32 met = 3,1· En de 2e periode is van dag 39 tot 60 met = 5,2.

25 Beide periodes werden gekenmerkt door een hoog CZV-rendement, resp. 98,9 en 97,7 %.

Dit hangt samen met de erg hoge CZV in het influent.

De berekening van de specifieke spuislibproduktie vond plaats aan de hand van de volgende relatie.

30 Specif, spuislibproduktie = 100 %-% CZVeff;u__% CZVgas - Rczv —— RCH^.

De resultaten van de vergistingsexperimenten met flotatieslib in de up-flow reactor worden in de tabellen C en D vermeld.

________ 8104541 «·£ ' -8-

Τ A Β Ε L C

Periode (dag no.) 11-32 39-60

Procesomstandigheden:

Temperatuur °C 33 33 5 Belasting kg CZV/m^ .dag 3,11 5,21 r

Oh hydraulische verblijftijd (dag) 3,40 3,62

VerblJJftljd flotatieslib (dag) 27,6 18,7

Recirculatieverhouding 8,1 5,2

Resultatens 10 Gasproduktie (1 gas/dag) 76,1 95,1

Samenstelling gas (¾ CH^) 77,5 77,5

Ga (1 CH^/g CZVtot) 0,317 0,24-

Effluent: pH 8,1 8,05 15 CZVtot(mg.l) 900 1880

Vluchtige vetzuren (meq/1) 6,2 19,3 NH^+/NH3-N 1200 2000

Droge stof % 0,125 0,285

Gloeirest in % van droge stof 90,15 44,25 20 Zuiveringsrendement: CH^-CZV % 83,4- 64-,2 CZV*tot*analyse ®ffluent % 98,9 97,7

Specifieke spuislibproduktie, in g. CZVtot/g. CZVtotA % 15,5 33,5

25 ~ TABEL D

Flotatieslib: czv.tot((ng/D 87300 99300

Droge stof % 6,6 6,2

Gloeirest in % droge stof 24-,9 23,3 30 Vluchtige vetzuren (meq/1) „ 18,2 17,3 tot-N (mg/1) 4.520 NH^+/NH3 N (mg/1) 580 800

Spuislib:

Droge stof % 7,62* 7,37 (dag 53) 35 Gloeirest in % droge stof 22,3 26,7

Vluchtige vetzuren (meq/1) 7,9 21,1 8104541 »· * *

V

-9- *Het betreft een gemlddelde over de gehele periode.

De volumereduktie van het flotatieslib uitgedrukt in kg spuislib produktie per kg flotatieslib toegevoegd, is als volgt te berekenen: per kg flotatieslib wordt A kg spuislib gevorrod, de volumereduktie is 5 (1 - A) x 100 %, en A = iSlSBi-x specif, spuislibprod. x 2JU&AsSa-χ

kg flotatieslib kg spuislib CZV

% d.s. spuislib

In de le periode bedroeg de reduktie 88 % en in de 2e periode 70 %.

Ook nam de gasproduktie af van 317 tot 240 1. CH^ per kg toegevoegd 10 totaal CZV.

Microbiologische tellingen in het flotatieslib en het spuislib uitgevoerd op Enterobacteriaceae en Salmonella geven aan dat deze bacterien tijdens de stabilisatie gedeeltelijk afsterven. Vooral de reductie van Salmonella, die pathogeen is, is natuurljjjk zeer interessant 15 (Tabel E).

TABEL E

Reduktie van aantal bacterien tijdens de gisting van flotatieslib in aantal/g.

Influent Spuislib Voedingsbodem 20 Enterobacteriaceae 8,8 x 10^ 1000 V.R.B.G.

£ £

Algemeen aeroob kiemgetal 6,2x10 5,lx 10 T.S.B.A.

Salmonella 10 1 B.G.F.R.

_____________ 8104541

Claims

1. Werkwijze voor het anaeroob vergisten van afvalwater, met het kenmerk, dat men de vergisting uitvoert met slib, dat verkregen is door de in het afvalwater aanwezige moeilijk bezinkbare, 5 colloidale en opgeloste organische stoffen, met behulp van bekende coagulatiemiddelen te doen coaguleren en af te scheiden,

2. Werkwijze volgens conclusie 1, me t het kenmerk, dat men de vergisting uitvoert met slib, dat verkregen is door de in het afvalwater van slachthuizen aanwezige moeilijk bezinkbare, colloidale 10 en opgeloste organische stoffen, met behulp van coagulatiemiddelen te doen coaguleren en af te scheiden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men de anaerobe vergisting bij 30 - 45°C laat verlopen.

4. WerkwJjze volgens conclusie 1-3, met het ken - 15. e r k, dat het slib dat na de vergisting uit devergistingsinrichting wordt gespuid 3 tot 20 gew.% droge stof bevat.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat men de slibkoek wast met een anorganisch zuur.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, met het k e n - 20. e r k, dat men de slibkoek wast met technisch zoutzuur (35 gew.%). Ob'* M «««« 8104541