NL8600026A - Gelijktijdige oxydatie van gereduceerde s en n verbindingen. - Google Patents

Description

t ·

Gelijktijdige oxydatie van gereduceerde S en N verbindingen 5 De uitvinding heeft betrekking op een proces voor de biologische aerobe zuivering van afvalwater.

Nitrificatie, de omzetting van NH4+ via N02~ *-n 10 Νθ3“, kan worden uitgevoerd door bacteriën. Deze bacteriën hebben echter een relatief langzame groeisnelheid (verdubbe-lingstijd in de orde grootte van 10-48 uur). Door de langzame groeisnelheid van de nitrificerende populatie is de vereiste oxydatie tijd lang. Zo wordt in een artikel van J. Paseik en 15 T. Mann (Wat. Sci. Technol., _lj6 (1984) p. 215) aangegeven dat de behandelingstijd 2,5 dagen is bij een ammonium concentratie van 700-900 mg NH4+/1. Dit komt overeen met een nitrificatie-capaciteit van 0,3-0,4 kg N/m·^ reactor per dag. Alhoewel dit het nitrificatie proces bemoeilijkt, wordt de situatie nog 20 veel ongunstiger als het afvalwater behalve NH44· ook sulfide bevat. Dit is meestal het geval in het effluent uit anaerobe zuiveringsinstallaties voor afvalwater. De ervaring leert dat door de aanwezigheid van sulfide de nitrificatie sterk geremd wordt. In bovengenoemd artikel wordt vermeld dat een goed-25 lopende nitrificatie sterk wordt geremd door de tijdelijke aanwezigheid van 100 mg/1 H2S in het te nitrificeren afvalwater. Zowel in bovengenoemd artikel van J. Pas eik en I. Mann als in een artikel van J. Blok (H2O, 1Λ (1981) p. 242) wordt beschreven dat bij sulfIdeconeentratxes boven 10 mg/1 de 30 nitrificatie sterk wordt geremd.

In het Europese Octrooi nr. 0051888 wordt een werkwijze beschreven waarbij in afvalwater (dat sulfiden en NH4+ bevat) allereerst de sulfiden microbiologisch worden geoxy-deerd met behulp van NO3 reductie in een denitrificatie— 35 reactor.

Het sulfide-vrije afvalwater wordt daarna met behulp van nitrificerende bacteriën behandeld zodat NH4+ in N03"* wordt omgezet in een nitrificatiereactor.

8200024 * /¾ 2

Onderzoek heeft echter geleerd dat bij onvolledige oxydatie van sulfide in de voorafgaande denitrificatie reactor, de daarop volgende NH4+-omzetting in de nitrificatie reactor sterk wordt geremd, hetgeen voornoemd effect van 5 sulfide nog eens bevestigt.

Derhalve moet de nitrificatie van sulfide houdend afvalwater op industriële schaal nog steeds niet goed uitvoerbaar moet worden geacht. Een ander door deskundigen duidelijk onderkend probleem van sulfideoxydatie dat ook wordt beschre-10 ven in het Europese octrooi nr. 0051888, is de te verwachten stank van de uitgeblazen lucht. Om deze reden werd er voor degelijke afvalwaters een proces volgens EP 0051888 voorgesteld, waarbij sulfide en NH4+ in gescheiden microbiologische reactoren worden geoxydeerd.

15 Een zelfde opvatting van deskundigen blijkt ook uit de Japanse octrooiaanvrage met publikatienr. 60-3876. Deze beschrijft een anaerobe zuivering van afvalwater, gevolgd door een behandeling van het effluent d.m.v. een nitrificatie en denitrif icatiestap,. waarbij het sulfide bevattende effluent 20 van de anaerobe zuivering, in de denitrificatie-reactor wordt gevoerd. . .Denitrifi.cerende bacteriën benutten de sulfiden als electronen donor voor de denitrificatie van het NO3".

Nadelen van bovengenoemde werkwijzen zijn gelegen in het recirculeren van grote hoeveelheden water (technisch) en 25 de noodzaak om twee reactoren te gebruiken (economisch).

Als resultaat van uitvoerig onderzoek werd nu ver-r'assenderwijze een werkwijze gevonden voor de biologische aerobe zuivering van afvalwater, waarbij sulfiden en NH4+ en/of N02“, aanwezig in dit afvalwater, in één reactor onder 30 toevoeging van lucht worden omgezet, waarbij de vloeistof in de reactor waarin de microorganismen zich bevinden, welke nodig zijn voor de omzettingen van sulfide en NH4+, in een goed gemengde toestand gehouden wordt.

Bij voorkeur zijn de microorganismen gehecht aan een ,35 drager materiaal, bijvoorkeur een drager van deeltjes met een diameter kleiner dan 3 mm, een dichtheid groter dan 1200 kg/m^ en een concentratie kleiner dan 400 kg/m.3 reactor volume.

De vloeistof in de reactor en het drager materiaal φ f'i A A A A

& ν j y u l ’j

r V

3 kan op allerlei wijzen in een goed gemengde toestand worden gehouden bijvoorbeeld door mechanisch roeren of door lucht en/of afvalwater in de reactor-ruimte in te voeren zodat bij voorkeur een fluidized-bed toestand wordt verkregen. In een 5 voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding heeft lucht die in de reactor wordt ingevoerd een superficiële gassnelheid van 0-15 cm/s in de reactor.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm hiervan wordt afvalwater waarin sulfide en NÏÏ4+ aanwezig is, toegé-10 voegd aan een reactor, waarin lucht wordt geblazen als zuurstof-bron en waarin een dragermateriaal, begroeid met geschikte microorganismen, Is gesuspendeerd in de reactie vloeistof. De vloeistof verblijftijd wordt bij voorkeur minder dan 5 uur gekozen, en is daarmee aanmerkelijk lager dan bij 15 conventionele nitrificatie systemen (verblijftijd in de orde grootte van dagen, althans in situaties met vergelijkbare NH4+ concentraties). Bij voorkeur wordt een fluidized-bed reactor gebruikt.

Hoewel er bij deze werkwijze onmiddellijk na het 20 opstarten stankcomponenten in de afgewerkte lucht aanwezig waren, terwijl er tevens gedurende de eerste dagen nauwelijks NH4+“Oxydatie plaatsvond, bleek echter verrassenderwijze dat, ondanks de zeer hoge reactor belasting en de aanwezigheid van sulfide, hierna de NH4+-oxydatie snel op gang komt, het sul-25 fide nagenoeg volledig wordt geoxydeerd en het stankprobleem verdwijnt. Bij een hoge reactor belasting worden omzettings capaciteiten van 1,2 tot 2,4 kg stikstof/m^ reactor per dag bereikt. Na verloop van tijd blijkt de NH4+ oxydatie voor meer dan 95% plaats te vinden, eerst wordt voornamelijk NO2" 30 gevormd, later komt de NO3" vorming goed op gang. De sulfide oxydatie komt sneller opgang en binnen een week bereikt de sulfide oxydatie een nagenoeg volledige omzetting. De sulfiden worden dan voor meer dan 98% omgezet, waarbij meer dan 95% van de sulfiden in sulfaat wordt omgezet.

35 Uit microscopische waarneming bleek dat voor sul- - fide, NH4+ en N02““oxydatie de benodigde microorganismen als stevige biolagen groeiden op de beschikbare drager deeltjes In de fluidized bed reactor.

A fin 4 Ια een mogelijke uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt in een reactor 6 lucht geblazen via een op zich bekende gasverdeler 1 (zie Figuur 1). Afvalwater wordt via één of meer pijpen 2 in de reactor gevoerd.

5 De reactorruimte wordt goed doormengd door alleen al het inblazen van lucht. Superficiële gassnelheden liggen bij voorkeur tussen 0-15 cm/s. De hoogte van deze luchtsnelheid wordt bepaald door de zuurstof-behoefte voor de $2- en NH4+ oxydatie. De hoeveelheid afvalwater die wordt ingevoerd, 10 is zodanig gekozen dat er bij voorkeur wordt voldaan aan het vloeistofverblijfstijdscriterium zoals genoemd in de Europese Octrooiaanvrage 0028846. Om biomassa gehecht op een drager te verkrijgen in een reactieruimte is volgens deze octrooiaanvrage een afvalwaterstroom nodig met een voldoende uitgebreide 15 flora van microorganismen en voldoende nutriënten voor de groei van en/of de instandhouding van de microorganismen.

Een voldoende dikke laag microorganismen wordt gehecht op de drager, waarbij de verblijftijd van de vloeistof in de reactor lager wordt gehouden dan de reciproke specifieke groeisnelheid 20 van de microorganismen waardoor wordt bereikt dat de niet- hechtende microorganismen· zich niet in de reactieruimte kunnen ophopen. Wanneer het afvalwater zelf niet de benodigde microorganismen bevat kunnen deze natuurlijk ook via enting of op een andere wijze worden toegevoegd.

25 In de reactor (zie Figuur 1) is een dragermateriaal 4 aanwezig waarvan de diameter van de deeltjes kleiner is dan -3 mm, bijvoorkeur kleiner dan 1 mm, de dichtheid van de drager ·» bedraagt tenminste 1200 kg/m3} terwijl de concentratie van de ' Erager kleiner is dan 400 kg/m3 reactorvolume bij een homogene 30 verdeling over de reactor. Eet gezuiverde afvalwater verlaat via uitvoer 5 de reactor en de doorgeblazen lucht verlaat via gasafvoer'3 de reactor.

**"' De temperatuur en pH in de reactor worden zo gekozen dat deze gunstig zijn voor microblele omzettingen te weten 35 een temperatuur van 5-60°C en pH 6-9 in de reactor. Het begroeide dragermateriaal kan met een op ;zich bekende scheider 7 in de reactor teruggehouden worden. Een dergelijke scheider is bijvoorbeeld in principe bekend uit de Europese octrooi- Λ ·' % .ν' ··» - r» ·.: ·; *· ; V :) *- v j 'Λα ·* * «. 5 aanvrage nr. 0090450.

Voorbeeld 1 5

Door een 2-liter reactor, met een diameter van 5 cm en een hoogte van 1 m, werd bij een vloeistofverblijftijd van 2 uur anaëroob gezuiverd afvalwater gepompt. Dit afvalwater bevatte oxydeerbare bestanddelen waar onder ca. 150 mg/1 10 sulfide en 200 mg/1 NH4+-stikstof.

De superficiële luchtsnelheid in de reactor bedroeg 6 cm/s, de temperatuur 35°C en de pE - 7.

Bij de start van het experiment was er 150 g/1 reactorvolume dragermateriaal aanwezig (deeltjes van 0,2 mm 15 diameter, dichtheid 2400 kg/m^).

In Figuur 2 is het verloop van de NH4+-oxydatie weergeven (eff* effluent, inf- influent). De NE4+-oxydatie tot NQ2~ was nagenoeg volledig na 14 dagen en de ND3~vorming kwam na 30 dagen goed op gang. De sulfide oxydatie bereikte al na 7 20 dagen een omzetting die nagenoeg volledig was, het sulfide werd voor meer dan 98% omgezet, waarbij meer dan 95% in het sulfaat werd omgezet.

De biomassa concentratie op drager bedroeg na enkele weken 10-25 g o.s./l.

25

Voorbeeld 2

Door een reactor met een inhoud van 25 1 werd anaëroob gezuiverd afvalwater gepompt bij een hydraulische 30 vloeistof verblijftijd van 2 uur (tot dag 100 van Figuur 3) en 2,5 uur (na dag 100 van Figuur 3). Dit afvalwater bevatte 115-150 mg/1 sulfide en 100-130 mg/1 NE4+- stikstof.

De superficiële luchtsnelheid in de reactor bedroeg 5,6 cm/s, de temperatuur 30°G en de pE 7,0 tot 7,2.

35 In de reactor is een dragerconcentratie van gemid deld 160 g/l reactorvolume, de dichtheid van het gebruikte drager materiaal bedroeg 1600 kg/m3« - "· " * -1 ;V .

ij , - — ' * 6

In figuur 3 is de stikstof“balans weergegeven. De sulfide oxydatie bereikte binnen een week een nagenoeg volledige omzetting, het sulfide werd voor meer dan 98% omgezet, waarbij meer dan 95% in sulfaat werd omgezet. De sulfaatgehaltes in 5 het influent waren lager dan 25 mg S04^“/l; de concentraties in het effluent bedroegen 350-450 mg Figuur 3 laat verder zien dat het proces over een lange periode van 100 dagen goede stabiele resultaten geeft.

De biomassa concentraties op drager die werden 10 bereikt bedroegen 15-25 g. o.s./l.

Voorbeeld 3 15

In een 400 1 reactor (pilot-plant schaal) werd in anaëroob gezuiverd afvalwater, sulfide en ammoniak gelijktijdig geoxydeerd.

De hydraulische verblijftijd bedroeg de eerste 75 20 dagen 2 uur en daarna 3 uur. Het afvalwater bevatte 115-150 mg/1 sulfide en 100-130 mg/1 NH4+-stikstof. De drager-concen-tratie is gemiddeld 150 g/1 reactorvolume, de dichtheid van het dragermateriaal is 1600 kg/m3. De biomassa bedroeg 10-25 g. o.s./l. De temperatuur in de reactor was 30-35eC en de 25 superficiële luchtsnelheid bedroeg 6,2 cm/s .

In Figuur 4 is het verloop van de NH4+-stikstof oxydatie weergegeven, na verloop van tijd blijkt deze voor meer dan 95% plaats te vinden.

De sulfide oxydatie bereikte binnen een week een 30 nagenoeg volledige omzetting, het sulfide werd voor meer dan 98% omgezet, waarbij meer dan 95% in sulfaat werd omgezet.

' "Ti 3 v υ v -j ü

Claims (8)

1. Werkwijze voor de biologische aerobe zuivering van afvalwater, met het kenmerk dat sulfiden en NH4+ en/of NO2", 5 aanwezig in dit afvalwater, in één reactor onder toevoeging van lucht worden omgezet waarbij de vloeistof in de reactor waarin de microorganismen zich bevinden, welke nodig zijn voor de omzettingen van sulfide en NÜ4+ en/of N02“» in een goed gemengde toestand wordt gehouden. 10

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de microorganismen gehecht zijn aan een dragermateriaal met een dichtheid groter dan 1200 kg/m3 en een diameter van de dragerdeeltjes kleiner dan 3 mm en de concentratie van het 15 drager materiaal minder dan 400 kg/m^ reactor volume bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2 waarbij zodanig lucht en/of afvalwater in de reactor wordt ingevoerd dat hier- 20 door de reactie vloeistof en het drager materiaal in goed gemengde toestand wordt gehouden.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk 25 dat de lucht die in de reactor wordt ingevoerd een superfici- ele gassnelheid van 0-15 cm/s heeft in de reactor.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk dat de vloeistof verblijftijd minder dan 5 uur bedraagt. 30

6. Werkwijze volgens conclusie 2-5, met het kenmerk dat het drager materiaal gesuspensdeerd is in de reactie vloeistof . •r? ’ J , : * 8 * ^

7. Werkwijze volgens conclusies 2-6 met het kenmerk dat de temperatuur 5-60°C en de pH 6-9 in de reactor bedraagt.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-7 met het kenmerk 5 daC de temperatuur 5-6.0°C en de pH 6-9 in de reactor bedraagt. M -