NL8702843A

NL8702843A - Werkwijze voor het anaeroob zuiveren van afvalwater en inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.

Info

Publication number: NL8702843A
Application number: NL8702843A
Authority: NL
Original assignee: Dhv Raadgevend Ing
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1989-06-16
Also published as: JPH01315394A; EP0318098A1

Description

NL 34670 Kp/hf *

Werkwijze voor het anaëroob zuiveren van afvalwater en inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het anaëroob zuiveren van afvalwater, alsmede op een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.

5 Een dergelijke werkwijze voor het anaëroob zuive ren van afvalwater is bekend. Volgens de bekende werkwijze verloopt de zuivering van het afvalwater via een eentrapssysteem, dat continu wordt bedreven. Dergelijke bestaande hoogbelaste anaerobe zuiveringssystemen zijn voornamelijk 10 ontwikkeld voor afvalwater met zeer lage concentraties aan grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal. De bekende systemen zijn slechts in staat complex afvalwater, d.w.z. afvalwater, dat een grote fractie grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal bevat, zoals huishoudelijk- en agro-15 industrieel afvalwater, gedeeltelijk te zuiveren.

De zoeven genoemde eentrapssystemen kunnen worden onderverdeeld in een systeem, dat gebruik maakt van een korrelige slib-reactor dan wel een systeem, dat gebruik maakt van een slijkgistingsslib-reactor.

20 Een eentrapssysteem, waarbij gebruik wordt gemaakt van korrelig slib-reactor is beschreven in A.W.A. de Man, P.C. Grin, R.E. Roersma, K.C.F. Grolle en G. Lettinga (1986), Anaerobic treatment of municipal wastewater at low temperatures .

25 Dit systeem heeft het nadeel, dat grof gesuspen deerd materiaal wordt uitgespoeld, waarbij een laag zuiveringsrendement wordt verkregen. Voorts vindt adsorptie van het colloïdale materiaal plaats aan het slibbed, waarbij de specifieke methanogene activiteit van het slib afneemt, 30 hetgeen een lage toepasbare belasting (organisch en hydraulisch) tot gevolg heeft.

Een eentrapssysteem, waarbij gebruik wordt gemaakt van slijkgistingsslib-reactor, is bekend uit G. Lettinga, A.F.M. van Velsen, S.W. Hobma, W. de Zeeuw en A. Klapwijk 35 (1980), Use of the upflow sludge blanket (USB) reactor concept for biological wastewater treatment, especially for anaerobic treatment. Biotechnology & Bioengineering,22,699-734/ .8702843 ♦ - 2 - * waarbij door accumulatie tengevolge van invangmechanisme van grof gesuspendeerd materiaal en accumulatie door ad-sorptiemechanisme van colloïdaal materiaal er een groot verschil is tussen het zuiveringsrendement en de CZV-conver-5 sie naar methaan. Voorts vindt er een ongunstige drijflaag-vorming naast een onbevredigende lage slibstabilisatie plaats, terwijl de toepasbare belasting laag is. Verder is uit de praktijk gebleken, dat tengevolge van continue accumulatie van grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal het proces 10 instabiel wordt en tenslotte zal leiden tot plotselinge ongewenste schuimvorming, slibflotatie en de totale verdwijning van de actieve biomassa uit het systeem.

De onderhavige uitvinding beoogt thans een werkwijze te verschaffen, waarbij de bovengenoemde nadelen van 15 het bekende eentrapssysteem op doeltreffende wijze worden opgeheven.

Hiertoe verschaft de uitvinding een werkwijze voor het anaëroob zuiveren van afvalwater, met het kenmerk, dat afvalwater met hoog gehalte aan grof gesuspendeerd en 20 colloïdaal materiaal in twee trappen wordt gezuiverd, waarbij in de eerste trap het afvalwater wordt ingevoerd in een reactor van een uit tenminste twee reactoren bestaande eerste serie reactoren, waarin het afvalwater biologisch wordt gefiltreerd en slibstabilisatie plaatsvindt en het 25 hierbij gevormde biogas wordt afgevoerd naar een gashouder en de effluent wordt geleid naar een tweede serie reactoren met tenminste een reactor, terwijl de andere reactor van de eerste serie reactoren wordt geregenereerd en in de tweede serie reactoren de in de effluent van de ene reactor 30 achtergebleven organische verontreinigingen anaëroob in methaangas worden omgezet, welk gas vervolgens wordt gevoerd naar de gashouder, terwijl de effluent afkomstig van de tweede serie reactoren, die praktisch vrij is van organische verontreinigingen, wordt afgevoerd.

35 De werkwijze volgens de uitvinding, die een twee- trapssysteem is, is in het bijzonder geschikt voor het anaëroob zuiveren van afvalwater met de volgende karakteristieken: De verontreinigingen in het afvalwater zijn biologisch afbreekbaar. Het afvalwater is complex, d.w.z. dat 8702843 * - 3 - Λ het een hoog gehalte aan grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal bevat. De temperatuur van het te behandelen afvalwater kan variëren, d.w.z. dat de temperatuur ervan in het algemeen ligt in het bsychrofiele tot thermofiele gebied.

5 De samenstelling van het afvalwater varieert sterk met betrekking tot CZV, BZV, grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal (CZV = chemisch zuurstofverbruik; BZV = biologisch zuurstofverbruik).

Bovendien kan het afvalwater verschillende stoffen 10 bevatten, die aanleiding kunnen geven tot drijflaagvorming zoals vet en eiwit.

Voorbeelden van afvalwater, dat aan de bovengenoemde karakteristieken voldoet, zijn: afvalwateren, afkomstig van de suikerindustrie, huishoudafval, slachterijen, vlees-15 verwerkende industrie, aardappel- en zetmeelverwerkende industrie, bierindustrie, papierindustrie, vis- en mossel-industrie.

Zoals eerder genoemd is de werkwijze volgens de uitvinding een z.g. tweetrapssysteem, d.w.z. dat het geba-20 seerd is op een combinatie van twee series anaerobe reactoren, waarvan de eerste serie reactoren intermitterend wordt bedreven en de tweede serie continu werkt.

Opgemerkt wordt, dat de eerste serie reactoren functioneert als een biologisch filter, gecombineerd met 25 slibstabilisatie, terwijl de tweede serie reactoren functioneert volgens het principe van het anaerobe methaan-gistingsproces.

De temperatuur van de influent afvalwater in de eerste serie reactoren bedraagt 10-60°C en bij de tweede 30 serie reactoren 30-60°C. In de eerste serie reactoren wordt een fijnvlokkig entslib, bij voorkeur slijkgistingsslib als entslib gebruikt, afkomstig bijvoorbeeld van de traditionele rioolwaterzuivering. Het fijnvlokkige slib is in staat het grof gesuspendeerde en colloldale materiaal in te van-35 gen, d.w.z. te filtreren, zodat de effluent, die dan de reactor verlaat, praktisch bevrijd is van alle grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal.

Dit slijkgistingsslib bezinkt zeer langzaam.

In de tweede serie reactoren wordt als entslib 40 korrelig slib gebruikt met een diameter van 1 - 3 mm, welke .8702843 r - 4 - 9 korrels naar verhouding zwaar zijn en derhalve snel bezinken.

Zoals eerder gesteld wordt de eerste serie reactoren intermitterend bedreven, waarbij tijdens bedrijf van 5 de ene reactor de andere wordt geregenereerd, waarbij wanneer in de ene reactor het slib met ingevangen grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal een bepaald niveau heeft bereikt, de toevoer van de influent naar die ene reactor wordt gestaakt en wordt ingevoerd in de andere thans gere-10 genereerde reactor, waarna die ene reactor wordt geregenereerd en de effluent uit de eerste serie reactoren continu wordt ingevoerd in de tweede serie reactoren.

Het regenereren van de eerste serie reactoren vindt plaats door recirculatie van het biogas uit de gas-15 houder en/of door de recirculatie van de effluent afkomstig van de tweede serie reactoren.

In een geschikte uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de eerste serie reactoren bedreven bij een opwaartse snelheid van 0,1 - 2,0 m/uur, ter-20 wijl de tweede serie reactoren wordt bedreven bij een opwaartse snelheid van 0,1 - 10,0 m/uur.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, welke inrichting het kenmerk heeft, dat deze 25 is voorzien van een eerste serie reactoren met tenminste twee reactoren en een tweede serie reactoren met tenminste een reactor, waarbij elk van de eerste serie reactoren is voorzien van een influenttoevoer voor afvalwater met hoog gehalte aan grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal voor 30 het invoeren van dit afvalwater onder in de reactor, welke reactor voorts is voorzien van fijnvlokkig biologisch filter-materiaal, de bovenzijde van elk van de reactoren is verbonden met de onderzijde van de tweede serie reactoren via een eerste leiding voor het toevoeren van de effluent af-35 komstig van de eerste serie reactoren en met een gashouder via een tweede leiding voor het afvoeren van het gevormde biogas naar de gashouder, terwijl de reactor van de tweede serie reactoren aan de bovenzijde is voorzien van een leiding voor het afvoeren van de effluent en van een leiding voor 40 het afvoeren van het gevormde biogas naar de gashouder, 8702843 - 5 - terwijl de afvoerleiding voor de tweede effluent is verbonden met een leiding voor het recirculeren van de effluent in respectievelijk de ene en andere reactor van de eerste serie reactoren, waarbij tenslotte de gashouder aan de bovenzijde 5 is voorzien van een leiding voor het recirculeren van het biogas in de eerste en tweede reactor van de eerste serie reactoren en van een leiding voor het afvoeren van het biogas naar de verbruiker.

De voordelen van het onderhavige tweetraps 10 anaerobe systeem ten opzichte van het conventionele eentraps anaerobe systeem zijn als volgt:

Het tweetrapssysteem biedt een hoge mate van processtabiliteit en procesflexibiliteit, d.w.z. dat het systeem heel goed in staat is organische stootbelastingen 15 op te vangen. Voorts kan het systeem volgens de uitvinding continu een hoge belasting verwerken tengevolge van de intermitterende bedrijfsvoering van de eerste serie reactoren. Het systeem is verder energie voordelig vergeleken met andere anaerobe eentrapssystemen, die continu bij 30°C worden be-20 dreven. In het geval dat afvalwater met een temperatuur van 10-30°C wordt behandeld dient de inhoud van de eerste serie reactoren slechts gedurende een aantal weken te worden opgewarmd tot 30°C in plaats van het afvalwater continu op te warmen, hetgeen een significante energiebesparing 25 met zich meebrengt. Ook wordt volgens de uitvinding een optimale energiewinst verkregen in de vorm van biogas.

Opgemerkt wordt voorts, dat het onderhavige tweetrapssysteem een complete behandeling van complex afvalwater mogelijk maakt, omdat maximaal 90% van zowel grof 30 gesuspendeerd materiaal als colloldaal matenaai. m de eerste serie reactoren wordt verwijderd.

Er is voorts een circa 80% BZV-verwijdering in de eerste serie reactoren, terwijl bovendien in de eerste serie reactoren gedurende een voedingsonderbrekingsperiode 35 een volledige slibstabilisatie plaatsvindt (d.w.z. een volledige conversie naar methaan van het geaccumuleerde grof gesuspendeerde en colloïdale materiaal). Voorts is er een 80% BZV-verwijdering en conversie naar methaan van het effluent van de eerste serie reactoren (t.w. de opgeloste fractie van het afvalwater) 40 in de tweede serie reactoren (korrelig slib reactor).

.87 0 2 843 i - 6 -

Voorts kan als voordeel worden genoemd, dat de onderhavige werkwijze met lagere investeringskosten gepaard gaat, omdat de methaanreactor kleiner is dan bij de eentraps-systernen.

5 Naast het bekende ééntraps anaerobe zuiverings systeem zijn er ook conventionele aerobe systemen toegepast.

De voordelen van het onderhavige tweetraps anaerobe systeem ten opzichte van de conventionele aerobe systemen 10 zijn: lagere investingskosten en jaarlijkse kosten, omdat er volgens de uitvinding sprake is van een combinatie van hoge zuiveringscapaciteit met een klein reactorvolume, waardoor weinig grondoppervlak in beslag wordt genomen.

Bovendien is volgens het onderhavige tweetraps-15 systeem geen zuurstof nodig, hetgeen betekent, dat er sprake is van energiebesparing. Voorts is er volgens de onderhavige uitvinding een significant grotere biogasproduktie, terwijl het systeem stankvrij is, omdat de reactoren gesloten cilinders zijn.

20 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de volgende tekening, waartoe de uitvinding niet beperkt is.

De enige tekening toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding voor het uit-25 voeren van de onderhavige werkwijze.

De in de tekening afgebeelde inrichting 1 volgens de uitvinding is voorzien van een eerste serie reactoren 2 en 3, respectievelijk IA en IB. In deze voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding bestaat de 30 eerste serie reactoren uit twee anaerobe reactoren, ofschoon er ook meer dan twee reactoren kunnen worden toegepast.

Voorts omvat de inrichting volgens de uitvinding 1 een tweede serie reactoren 4, die in de voorkeursuitvoeringsvorm slechts één reactor omvat.

35 Verder omvat de inrichting volgens de uitvinding een gashouder 5 voor het opslaan van het in de eerste en tweede serie reactoren gevormde biogas.

De eerste serie reactoren zijn geënt met een fijn-vlokkig slib 27 met een groot specifiek oppervlak, welk 40 slib licht is en derhalve langer in suspensie blijft. Het . 8702843 - 7 - fijnvlokkige slib is bij voorkeur slijkgistingsslib, dat bijvoorbeeld afkomstig is van de traditionele rioolwaterzuiveringsinstallaties. De primaire functie van het fijnvlokkige slib 27 in de eerste serie reactoren IA en IB is het 5 biologisch filtreren van het in het afvalwater aanwezige grof gesuspendeerde en colloldale materiaal, dat als het ware wordt ingevangen in het slibmateriaal.

Reactor 4 van de tweede serie reactoren bevat als entslibmateriaal een korrelig slib 28 met een diameter 10 van 1-3 mm. Dit slibmateriaal heeft een naar verhouding gering specifiek oppervlak. Een dergelijk slib bezinkt snel. Dit slib is bijvoorbeeld afkomstig van gebruikelijke anaerobe zuiveringsinstallaties.

Tijdens bedrijf worden de reactoren IA en IB van 15 de eerste serie reactoren intermitterend met het te zuiveren afvalwater bediend, hetgeen daarop neerkomt, dat bij een concrete uitvoeringsvorm van de werkwijze het afvalwater via leiding 6, pomp 7 , leiding 8 en kraan 9, die thans open is, wordt ingevoerd onder in reactor IA, terwijl kraan 20 37 in leiding 6 gesloten is, zodat reactor IB niet wordt gevoed. Het in het afvalwater aanwezige grof gesuspendeerde en colloldale materiaal wordt door het slijkgistingsslib met groot specifiek oppervlak ingevangen, waarna de effluent de reactor IA aan de bovenzijde via leiding 16, pomp 17 25 en kraan 18, die thans open is, verlaat en onder in de reactor 4 van de tweede serie reactoren wordt toegevoerd.

De temperatuur van het influent afvalwater, dat in reactor IA terechtkomt, kan variëren tussen 10°C en 60eC, d.w.z. dat afvalwater van een aanzienlijke temperatuurs-30 spreiding volgens de onderhavige uitvinding met succes kan worden behandeld.

De aldus van grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal bevrijde effluent wordt in reactor II verder gezuiverd door de aanwezige organische materialen anaëroob 35 om te zetten in methaangas.

Na het doorlopen van reactor II blijkt de effluent, die de bovenzijde van de reactor verlaat zo zuiver te zijn, dat deze via leiding 20 en kraan 25 kan worden afgevoerd.

De in de reactoren IA respectievelijk II gevormde biogassen 40 worden aan de bovenzijde van de reactor via leidingen 10 .8702843 f - 8 - / respectievelijk 19 afgevoerd naar een gashouder 5. Vanuit de gashouder 5 kan het biogas via leiding 38 en kraan 39 worden afgeleverd aan een verbruiker.

Na verloop van tijd, bijvoorbeeld een aantal weken, 5 neemt het slibniveau in reactor IA toe en zal als het ware verzadigd raken, zodat de reactor niet langer in staat is als biologisch filter te fungeren voor het grof gesuspendeerde en colloïdale materiaal. Dit is het tijdstip, waarop reactor IA dient te worden geregenereerd. Voorafgaande aan het regene-10 reren wordt de influent toevoer aan reactor IA gestaakt door kraan 9 dicht te draaien, terwijl dan kraan 37 wordt opengedraaid om zodoende de influent afvalwater thans onder in de geregenereerde reactor IB in te voeren. Reactor IB werkt op dezelfde wijze als reactor IA, waarbij het gevormde 15 biogas via leiding 26 wordt afgevoerd naar de gashouder 5 en de effluent aan de bovenzijde via leiding 32, pomp 33 en kraan 34 wordt afgevoerd naar reactor II, die continu wordt bedreven.

Het regenereren van reactor IA, in welke toestand 20 kraan 9 en 18 gesloten zijn, vindt plaats door het invoeren van recirculatiegas uit de gashouder 5 via leiding 12, waarbij kraan 15 gesloten is en de kranen 11 en 13 geopend zijn. Het recirulatiegas wordt met een zodanige snelheid ingevoerd, dat de reactorinhoud als het ware in zwevende 25 toestand wordt gebracht voor het bevorderen van de anaerobe omzetting van het organische materiaal in methaangas.

Het regenereren van reactor IA kan ook geschieden door middel van de effluent, die de tweede reactor verlaat, in welk geval die effluent via leiding 21 en leiding 36 30 onderin in reactor IA wordt ingevoerd. Uiteraard is tijdens het regenereren van de reactor IA kraan 23 gesloten.

Het regenereren kan plaatsvinden door simultaan recirculatie van zowel het biogas als de effluent.

Tijdens het regenereren van reactor IA wordt de 35 inhoud van de reactor op een temperatuur tussen 30°C en 60°C gehouden, teneinde een snelle omzetting van geaccumuleerd grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal in methaan in de reactor te waarborgen. Na verloop van tijd is reactor IA geregenereerd en is wederom gereed om te worden inge- . 87 02843 y - 9 - schakeld voor het filtreren van het influent afvalwater, zodra reactor IB verzadigd is geraakt. Dan herhaalt zich het proces, waarbij reactor IA met de influent afvalwater wordt gevoed, terwijl reactor IB wordt geregenereerd op 5 de zoeven beschreven wijze.

Tenslotte kan het slib van de reactoren IA, IB en II respectievelijk via leidingen 30, 31 en 29 worden afgevoerd.

Het spreekt voor zich, dat de onderhavige uivinding 10 niet is beperkt tot de bovengenoemde uitvoeringsvormen.

...87 0 2843

Claims

1. Werkwijze voor het anaëroob zuiveren van afvalwater, met het kenmerk, dat afvalwater met hoog gehalte aan grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal in twee trappen wordt gezuiverd, waarbij in de eerste trap 5 het afvalwater wordt ingevoerd in een reactor van een uit tenminste twee reactoren bestaande eerste serie reactoren, waarin het afvalwater biologisch wordt gefiltreerd en slib-stabilisatie plaatsvindt, en het hierbij gevormde biogas wordt afgevoerd naar een gashouder en de effluent wordt 10 geleid naar een tweede serie reactoren met tenminste één reactor, terwijl de andere reactor van de eerste serie reactoren wordt geregenereerd en in de tweede serie reactoren de in de effluent van de ene reactor achtergebleven organische verontreinigingen anaëroob in methaangas worden omge-15 zet, welk gas vervolgens wordt gevoerd naar de gashouder, terwijl de effluent afkomstig van de tweede serie reactoren, die praktisch vrij is van organische verontreinigingen, wordt afgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 20kenmerk, dat de temperatuur van de influent afvalwater in de eerste serie reactoren 10-60eC bedraagt en bij de tweede serie reactoren 30-60°C.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat in de eerste serie reactoren als 25 entslib slijkgistingsslib wordt gebruikt, terwijl in de tweede serie reactoren als entslib korrelig slib wordt toegepast .

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de eerste serie reactoren inter- 30 mitterend wordt bedreven, waarbij tijdens bedrijf van de ene reactor de andere wordt geregenereerd, waarbij wanneer in de ene reactor het slib met ingevangen grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal een bepaald niveau heeft bereikt, de toevoer van de influent naar die ene reactor wordt 35 gestaakt en wordt ingevoerd in de andere thans geregenereerde reactor, waarna die ene reactor wordt geregenereerd en de effluent uit de eerste serie reactoren continu wordt ingevoerd in de tweede serie reactoren.

4 -ΙΟ Ι’ Conclusies;

5. Werkwijze volgens conclusie 4, m e t h e t .8702643 J» -11- τ kenmerk, dat de eerste serie reactoren wordt geregenereerd door recirculatie van het biogas uit de gashouder en/of door de recirculatie van de effluent afkomstig van de tweede serie reactoren.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de eerste serie reactoren wordt bedreven bij een opwaartse snelheid van 0,1 - 2,0 m/uur, terwijl de tweede serie reactoren wordt bedreven bij een opwaartse snelheid van 0,1 - 10,0 m/uur.

7. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een eerste serie reactoren met tenminste twee reactoren en een tweede serie reactoren met tenminste een reactor, waarbij elk van de 15 eerste serie reactoren is voorzien van een influenttoevoer voor afvalwater met hoog gehalte aan grof gesuspendeerd en colloïdaal materiaal voor het invoeren van dit afvalwater onder in de reactor, welke reactor voorts is voorzien van fijnvlokkig biologisch filtermateriaal, de bovenzijde van 20 elk van de reactoren is verbonden met de onderzijde van de tweede serie reactoren via een eerste leiding voor het toevoeren van de effluent afkomstig van de eerste serie reactoren en met een gashouder via een tweede leiding voor het afvoeren van het gevormde biogas naar de gashouder, 25 terwijl de reactor van de tweede serie reactoren aan de bovenzijde is voorzien van een leiding voor het afvoeren van de effluent en van een leiding voor het afvoeren van het gevormde biogas naar de gashouder, terwijl de afvoer-leiding voor de tweede effluent is verbonden met een leiding 30 voor het recirculeren van de effluent in respectievelijk de ene en andere reactor van de eerste serie reactoren, waarbij tenslotte de gashouder aan de bovenzijde is voorzien van een leiding voor het recirculeren van het biogas in de eerste en tweede reactor van de eerste serie reactoren 35 en van een leiding voor het afvoeren van het biogas naar de verbruiker. .8702843