NL8702867A

NL8702867A - Werkwijze voor biologische afvalwaterzuivering.

Info

Publication number: NL8702867A
Application number: NL8702867A
Authority: NL
Original assignee: Schreiber Berthold
Priority date: 1987-04-11
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1988-11-01
Also published as: US5076928A; DE3712433C2; DE3712433A1

Description

SI

-1- <*

Werkwijze voor biologische afvalwaterzuivering.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de biologische afvalwaterzuivering door middel van levend slib daaronder begrepen de biologische verwijdering van fosfaat.

5 Het is bekend, ter verwijdering van fosfaatver- bindingen uit afvalwater de werkwijze van het langs chemische weg neerslaan van fosfaat toe te passen. Daarbij worden neerslagmiddelen, zoals ijzer- en aluminiumzouten aan het afvalwater toegevoegd. Deze werkwijze wordt al sinds 10 vele jaren in praktijk gebracht bij bezinkinrichtingen die hun gezuiverd afvalwater in overwegend stilstaand water afvoeren. Het neergeslagen fosfaat wordt met het overtollig slib, waarin de fosfaatverbindingen aan de slibvlokken worden gead- resp. geabsorbeerd, uit de inrichting met 15 levend slib verwijderd. Het direkt toevoegen van het neerslagmiddel in het bekken met het levend slib wordt als simultaan-neerslaan aangeduid.

Deze werkwijze van het langs chemische weg neerslaan van fosfaat heeft echter twee grote nadelen: 20 enerzijds zijn wegens de dure neerslag-chemicaliën de werkingskosten dienovereenkomstig hoog en anderzijds treden door het neerslaan extra grote hoeveelheden van metaalhoudende slibmaterialen op, die opnieuw op kostbare wijze op stortplaatsen moeten worden opgeslagen. Door de 25 steeds verdergaande eisen die worden gesteld aan de afvalwaterzuivering wordt de fosfaatverwijdering ter verhindering van de eutrofiëring van water steeds dringender noodzakelijk. Op economische gronden is daarom de voorkeur te geven aan de biologische fosfaat-verwijdering, waarbij 30 .noch neerslagmiddelen nodig zijn noch bovendien chemische.hoeveelheden overtollig slib ontstaan. De biologische fosfaat-verwijdering heeft echter in haar prestatievermogen grenzen, en om die reden wordt ongeveer tot een 75%-ige fosfaat-verwijdering de biologische en voor hogere verwijde-35 ringsverhoudingen een combinatie van biologische en chemische fosfaat-verwijdering gebruikt. De combinatie van beide werkwijzen heeft het voordeel, dat slechts zoveel fosfaat chemisch moet worden neergeslagen, als biologisch niet .8702867 i -2- w kan worden verwijderd.

De biologische fosfaat-verwijdering berust op bac-teriële stofwisselingsprocessen, die zich slechts instellen, wanneer verschillende en in bepaalde volgorde verlopende 5 biologische procesfasen aanwezig zijn. Deze zijn een anaerobe, een oxische en een anoxLsche procesfase, die in overeenkomstige reactiebekkens verlopen.

In de anaerobe reactor worden bij gebrek aan zuurstof door bacteriën voor het winnen van energie energie-10 rijke polyfosfaten uit het inwendige van de bacteriecel in orthofosfaten omgezet, in oplossing gebracht en aan het haar omgevende water afgegeven. Gelijktijdig wordt door de bacteriën de zich in het anaëroob bekken vormende klein-molige opgeloste organische stof van het afvalwater opge-15 nomen en opgehoopt.

In het aansluitend oxisch bekken met kunstmatige zuurstoftoevoer wordt de opgehoopte, organische stof ge-oxydeerd. De energie, die hierbij vrijkomt, wordt ten dele voor de biogroei, ten dele voor de ophoping van het poly-20 fosfaat in het inwendige van de cel, dat door omzetting van uit het water opgenomen orthofosfaat is ontstaan, gebruikt. Daarbij is de opneming van orthofosfaat uit het water in hoeveelheden groter dan de vroegere heroplossing van orthofosfaat in de anaerobe reactor, daarom wordt 25 des te meer orhtofosfaat opgenomen, naarmate meer orhto-fosfaat in de anearobe trap werd afgegeven. Er moet daarom naar worden gestreefd, in de anaerobe reactor zo veel mogelijk orhtofosfaat weer op te lossen, om te bereiken, dat in het aëroob werkende bekken, des te meer orhtofosfaat 30 in de biomassa kan worden opgenomen en met het overtollig slib uit het reactorsysteem kan worden verwijderd.

Om de heroplossing van fosfaat in het anaerobe deel te waarborgen, mag daar geen zuurstof zijn ingébracht en geen gebonden zuurstof in de vorm van nitraat/-35 nitriet aanwezig zijn. Omdat echter in het oxisch gedeelte van het bekken door toevoer van zuurstof voor de biologische zuivering onder andere ook ammonium tot nitraat/nitriet wordt geoxydeerd, moet in een aan de anaerobe fase voorgeschakelde anoxysche fase zonder aanwezig^heid van op-40 gelost zuurstof het nitraat/nitriet microbiologisch op adem .8702867 -3- » \ worden gebracht, dat wil zeggen worden gereduceerd.

De in het voorafgaande vermelde uitvoeringsvormen kunnen als volgt worden samengevat:

Procesfasen.

5 __

Aanduiding Procesomstandigheden Stofwisselingsprocessen anaëroob Geen zuurstoftoevoer. Omzetting van cel-poly-

Geen vrije zuurstof, fosfaat in orthofosfaat.

10 Geen gebonden zuur- Microbiële energiewinning.

stof in de vorm Oplossing van orthofos- van nitraat/- faat in het water. Afzet- nitriet. ting van organische stof.

15 oxisch Zuurstoftoevoer. Oxydatie van organische

Vrije zuurstof. stof. Oxydatie van ammo-

Vorming van nitraat/- nium tot nitraat/nitriet.

nitriet. Verhoogde opneming van 20 orthofosfaat uit het water. Omzetting van orthofosfaat in cel-poly-fosfaat: 25 anemisch Geen zuurstoftoevoer. Denitrificering, dat wil

Geen vrije zuurstof, zeggen reductie van ni-

Afbraak van nitraat/ traat tot stikstof. Oxy--nitriet. datie van organische stof.

30 _

De in het voorafgaande vermelde voor de biologische fosfaat-verwijdering noodzakelijke procesfasen worden in de praktijk met verschillende vormen van bekken en met verschillende systemen van de kring- en terugloop- 35 leiding van afvalwaterstromen, de beluchting en voorts de meet- en regeltechniek toegepast. De laatste stand van deze techniek is in aflevering 42 van de publicaties van het instituut voor stedebouw van de technische universiteit van Brunswijk met de titel '‘Biologische Stickstoff- und Phosphorelimination in Abwasser-Reinigungsanlagen" in maart 40 1987 gepubliceerd. Na al deze bijdragen en verdere Ame - .8702867 -4- rikaanse publicaties worden de verschillende procesfasen voor het langs biologische weg verwijderen van fosfaat in gescheiden, in serie geschakelde reactoren, bekkens of delen van bekkens met overeenkomstige afvalwaterkringloop-5 en terugvoerleidingen uitgevoerd.

Deze rangschikking in gescheiden bekkens heeft echter de volgende nadelen: 1. De plaatsing van meer in serie geschakelde bekkens is kostbaar.

10 2. De in de vorm van een cascade in serie ge schakelde bekkens hebben voor het doorstromen een groter verval nodig en daarmee in de meeste gevallen overeenkomstig hogere pompkosten.

3. De kringloop- en terugvoerleidingen naar de 15 afzonderlijke reactoren zijn ingewikkeld en kostbaar.

4. De aanpassing van meer kleinere bekkenvolumina aan de schommelend optredende afvalwaterladingen is niet naar tevredenheid. De afmeting en de bouw van afzonderlijke reactoren voor de afzonderlijke procesfasen berust 20 op aannamen van zo konstant mogelijke toevoerladingen. Daarbij worden echter met het uur, met de dag, met de week en met het seizoen de hydraulische en organische toeloopladingen, het soort van opgenomen stoffen en voorts de verhouding van de opgenomen stoffen onderling, veranderd. 25 5. De regeling van beluchting en omwenteling moet voor ieder bekken afzonderlijk worden uitgevoerd, hetgeen hoge meet- en regeltechnische onkosten betekent.

Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag, een werkwijze voor biologische afvalwaterzuivering 30 door middel van levend slib daaronder begrepen de biologische verwijdering van fosfaat te verschaffen, waarbij de biologische reinigingsprocessen van de koolstof-, stikstof- en fosforverwijdering met eenvoudiger technische inrichtingen kunnen worden uitgevoerd. De uitvinding als 35 oplossing van deze opgave wordt gekenmerkt, doordat de op zich bekende biologische zuiveringsprocessen van de koolstof-, stikstof- en fosforverwijdering simultaan in een: afzonderlijk bekken met levend slib met geregelde, zich periodiek herhalende oxische, !anoxische en anaerobe procesfasen worden uitgevoerd. De voorkeur van deze kenmerken worden in 40 het navolgende nader toegelicht: Aan een bekken met levend .8702867 -5- φ slib wordt het te reinigen afvalwater toegevoerd, daar met levend slib in kontakt gebracht en zolang met afzonderlijke aggregaten voor de beluchting en omwenteling in verschillende procesfasen simultaan behandeld, totdat de 5 lading vuil biologisch is afgebroken of verwijderd.

De zuiveringswerkwijze met simultane procesfasen (daaronder wordt in deze samenhang verstaan, dat de procesfasen in een afzonderlijk gebouw, maar niet gelijktijdig verlopen) stelt steeds het totaal bekkenvolume 10 voor de momentaan verlopende procesfase ter beschikking.

Van het totaal bekkenvolumen worden geen bekkendelen afgescheiden, die zich als afzonderlijke starre reactoren slechts onflexibel kunnen gedragen. Wordt bijvoorbeeld in een anoxische reactor de denitrificatie niet ver genoeg 15 uitgevoerd, omdat niet voldoende substraat toeloopt, dan wordt in de aansluitende anaerobe reactor de fosfaat-heroplossing niet optimaal uitgevoerd. Bij de simultane werkwijze daarentegen laat het totaal bekkenvolumen met een wezenlijk grotere verblijftijd ter beschikking en 20 iedere toestromende organische lading dient de denitrificatie en pas wanneer deze is afgesloten, kan de aansluitende anaerobe fase beginnen.

De duur van de procesfasen wordt bij voorkeur in afhankelijkheid van de gemeten troebeling van de be-25 zinkwater-fractie van het afvalwater-levend slib-mengsel uit het bekken met het levend slib naar behoefte geregeld.

Dit wordt in het volgende nader toegelicht:

Uit het bekken met levend slib wordt voor het continu meten van de troebeling voortdurend een deelstroom 30 van het afvalwater-levend slib-mengsel onttrokken, daarvan wordt het levend slib afgescheiden en het bezinkwater aan een troebelingsmeting onderworpen. De gemeten troebe-lingswaarden worden in een kromme getekend (fig.1) en dienen voor de regeling van de zuurstoftoevoer in het bek-35 ken met levend slib, die hier bijvoorbeeld via ventilatoren met persluchtbeluchting wordt verricht. Ligt de gemeten troebelingswaarde boven een ingestelde bovengrenswaarde, dan worden in het schakelpunt (1) de ventilatoren ingeschakeld en de oxische procesfase begint. Xn aanwezigheid van 40 zuurstof vindt de koolstofafbraak, de nitrificatie en de . 87 0 28 67 0 -6- fosfaat-opneming door de bacteriën plaats. Daarbij daalt de troebelingswaarde. Daalt de troebelingswaarde bij het bereiken van een voldoende zuiveringsprestatie beneden de ingestelde ondergrenswaarde, dan worden in het scha-5 kelpunt (2) de ventilatoren en daarmee de zuurstoftoevoer uitgeschakeld. In de nu beginnende anoxische procesfase is zuurstof niet meer vrij, maar nog slechts gebonden in de vorm van nitraat/nitriet aanwezig. Bij verdere toevoer van organische koolstof-lading beginnen nu bacteriën de 10 koolstof-afbraak met de zuurstof uit het nitraat/nitriet. Daarbij blijft de troebeling ook zonder ventilatoraan-drijving onder de ingestelde min-grenswaarde. Is ook de nitraat/nitriet-zuurstof verbruikt, dan begint de troebeling toe te nemen en de anoxische procesfase gaat in de 15 anaerobe procesfase over.

In de anaerobe procesfase vindt bij ontbrekende vrije en ontbrekende nitraat/nitriet-zuurstof ter dekking van de energiebehoefte van de bacteriën de omzetting van cel-polyfosfaat in orthofosfaat en de heroplossing 20 van dit fosfaat in het water. Door de verdere toeloop van organische stof neemt de troebeling in het bekken met levend slib toe. Overschrijdt de troebelingskromme de max-grenswaarde, dan worden in het schakelpunt (1) weer de ventilatoren ingeschakeld en de anaerobe fase wordt 25 door de oxische fase afgelost.

De duur van de afzonderlijke procesfasen wordt naar behoefte al naar de gemeten kwaliteitstoestand in het bekken met levend slib ingesteld. Zo wordt bijvoorbeeld pas na het overschrijden van een gekozen boven-30 grenswaarde van de troebeling, dus pas bij het bereiken van een bepaalde organische concentratie van de zuurstof-toevoer door de regeltechniek ingeschakeld en de koolstof-afbraak, de nitrificatie en de fosfaat-opneming uitgevoerd. En dan wordt verder bij het dalen beneden een voor-35 af gekozen troebelings-ondergrenswaarde opnieuw naar behoefte, dat wil zeggen, wanneer koolstofverbindingen verregaand zijn afgebroken, wanneer ammonium verregaand is genitrificeerd en wanneer orthofosfaat verregaand uit het water is opgenomen, de zuurstoftoevoer uitgescha-40 keld. Nu is het nitraatgehalte op zijn hoogst en eveneens . 87 0 2 81:/ 3 -7- de behoefte aan denitrificeren het grootst. In de nu volgende anoxische fase wordt gedenitrificeerd, en wel slechts zo lang als een behoefte, dat wil zeggen nitraat, aanwezig is. Dan gaat de anoxische fase over in de anaerobe fase.

5 In deze procesfase wordt slechts bij afwezigheid van vrije en gebonden zuurstof een gelijktijdig noodzakelijke toeloop van organische stof de bacteriële orthofosfaat-her-oplossing uitgevoerd totdat opnieuw bij het overschrijden van de maximale grenswaarde van de troebeling de behoefte 10 bestaat, de anaerobe fase af te breken en met inschakeling van de ventilatoren de oxische procesfase binnen te treden.

De regelparameter troebeling kan dus in de eerste plaats een ventilatorregeling naar behoefte uitvoeren en ten tweede ook de duur van de oxische, anoxische 15 en anaerobe procesfasen regelen, In plaats van de regelparameter troebeling kan ook de BSB of CSB of soortgelijke parameter ter regeling worden gekozen, omdat zij in dit meetgebied in een bijna lineaire afhankelijkheid staan, maar zij zijn in het gebruik wezenlijk duurder en ingewik-20 kelder.

De simultane biologische fosfaat-verwijdering, de ventilator-regeling naar behoefte en de regeling van de oxische, anoxische en anaerobe procesfasen bereiken in totaal een zuiveringsprestatie, zoals zij in andere 25 biologische afvalwaterzuiveringsinrichtingen niet wordt bereikt.

Aan de biologische fosfaat-verwijdering zijn vanwege de noodzakelijke fosfaat-heroplossing in de anaerobe procesfase, waarin geringe fosfaathoeveelheden worden 30 afgevoerd en vanwege de beperkte produktie van overmaat slib, waarmee fosfaathoudende biomassa uit de inrichting wordt verwijderd, grenzen gesteld, die soms bij een fosfaat-verwijderingsverhouding van 75% liggen. Deze fosfaat-verwijdering betekent voor vele inrichtingen een 35 wezenlijke vooruitgang in de verdergaande afvalwaterzuivering. Worden echter ter bescherming van water hogere fosfaat-verwijderingsverhoudingen verlangd, dan wordt bovendien een chemische fosfaat-neerslag simultaan uitgevoerd .

40 Bij de simultane chemische fosfaat-neerslag .8702867 ( -8- worden de in het voorafgaande genoemde neerslagmiddelen aan het bekken met levend slib bij voorkeur via de toevoer of via de slibterugloop uit het nabezinkbekken toegedoseerd. De dosering kan daarbij globaal of geregeld worden 5 uitgevoerd. De globale neerslagmiddel-dosering, die overwegend bij kleinere inrichtingen toe te passen is, berust op gemeten ervaringswaarden van de biologische fosfaat-verwijdering en doseert een konstante neerslagmiddelhoe-veelheid voor het vastgesteld globaal rest-fosfaatgehalte 10 in het afvalwater van de bezinkinrichting.

Bij grotere inrichtingen is aan de geregelde neerslagmiddel-dosering de voorkeur te geven. Daarbij wordt continu of quasi-continu het fosfaatgehalte in het afvalwater van het bekken met levend slib gemeten en daarna een 15 overeenkomstige hoeveelheid neerslagmiddel aan het afval-water-levend slib-mengsel toegedoseerd. Voordelig is het, de fosfaatconcentratie in dezelfde bezinkwater-fractie te meten, die voor de troebelingsmeting werd afgescheiden.

. 87 028Ê7

Claims

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de regeling van de oxische, de anoxische en anaerobe procesfasen in afhankelijkheid van gemeten troebelingswaarden van de bezinkwater-fractie van het afvalwater-levend slib-mengsel uit het bekken met 15 levend slib wordt uitgevoerd.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 en/of 2, m e t het kenmerk, dat aan het bekken met levend slib na de biologische fosfor-verwijdering bovendien neerslagmiddelen voor de chemische fosfor-verwijdering worden 20 toegevoegd. .8702867