NL9200108A - Werkwijze en inrichting voor de biologische zuivering van afvalwater. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor de biologische zuivering van afvalwater.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor de biologische zuivering van afvalwater. Daarbij omvat de uitvinding alle soorten biologische afvalwaterzuiveringsmethoden, zoals bijvoorbeeld anaerobe werkwijzen en aerobe werkwijzen, en strekt zich evenzeer uit tot bijvoorbeeld vastbedreaktoren en actief-slib-bek-kens.

Bij de afvalwaterzuivering is het in het algemeen het doel een zo groot mogelijk deel van de organische stoffen uit het afvalwater in organische eindprodukten zoals C02 en H20 om te zetten. Bij het af breken van organische verbindingen worden de energierijke, hoogmoleculaire produkten omgezet.

Bij de aerobe waterzuivering worden de organische verbindingen door aerobe bacteriën opgenomen in de stofwisseling en geoxydeerd tot de genoemde anorganische eindprodukten C02 en H20. Daarbij wordt ongeveer 50% van de in het afvalwater aanwezige koolstof omgezet in C02, dat in de lucht wordt weggevoerd. De andere helft van de koolstof blijft in organische vorm in het zuiveringsslib achter.

Onder anaerobe omstandigheden worden de hoogmoleculaire organische verbindingen in het afvalwater overwegend omgezet en niet geoxydeerd. Organische stoffen worden daarbij slechts afgebroken tot tussenprodukten zoals zuren en alcoholen. In vergelijking met de anorganische eindprodukten bij aerobe afbraak is de gewenste afbraak hier echter niet voldoende. Daarom wordt bij anaerobe afvalwaterzuivering een verdere omzetting in biogas (CH4, C02) nagestreefd, dat uit het afvalwater ontwijkt en het koolstofgehalte van het afvalwater aanzienlijk vermindert.

Bij de zogenaamde twee-staps anaerobe afbraak zijn de tussenprodukten zuren, alcoholen, C02 en H2. In een tweede afbraakstap zetten anaerobe methaanbacteriën de zuren om in hoofdzakelijk methaan en C02. De afbraak van een complexe organische verbinding tot methaan kan echter slechts zo snel en in zodanige hoeveelheid plaats hebben, als er voor de methaanbacteriën omzetbare substraten aanwezig zijn.

Bij de anaerobe waterbehandeling wordt er naar gestreefd, 90 tot 95% van de koolstof in biogas om te zetten, terwijl de rest in het afvalslib terecht komt. Het biogas zelf bevat weer circa 30% C02, afhankelijk van hoe het afbraakproces plaats heeft gevonden.

Uit het voorafgaande is duidelijk, dat als gevolg van de stijgende hoeveelheden afvalwater die dagelijks gezuiverd worden aanzienlijke hoeveelheden C02 in de atmosfeer terecht komen. Voor West-Duitsland berekent men een hoeveelheid van meer dan 1 miljoen ton C02 per jaar. C02 moet echter als schadelijke stof beschouwd worden waarvan de in de atmosfeer te brengen hoeveelheid beperkt moet blijven.

De onderhavige uitvinding heeft derhalve tot doel een verwijderings- en gebruiksmogelijkheid voor het bij de afvalwaterzuivering vrijkomende kooldioxyde te verschaffen.

Aan de uitvinding ligt de gedachte ten grondslag, dat dit op verrassend eenvoudige wijze bereikt kan worden door het uit afvalwater uittredende gasvormige kooldioxyde (C02) op te vangen en in de aanwezigheid van alkali- en/of aardalkalioxyden en/of -hydroxyden om te zetten in alkaliën/ of aardalkalicarbonaten.

De uitvinding betreft derhalve in haar algemeenste uitvoeringsvorm een werkwijze voor de biologische zuivering van afvalwater, waarbij het vrijkomende en uit het afvalwater tredende kooldioxyde opgevangen wordt en door een alkali- en/of aardalkalioxyde en/of -hydroxyde gebonden wordt tot alkali- en/of aardalkalicarbonaat. De overeenkomstige inrichting voor de biologische zuivering van afvalwater bestaat in haar meest algemene uitvoeringsvorm uit een verzamel- en opvanginrichting voor het tijdens de biologische zuivering vrijkomende C02, en een reaktiekamer, waarin het C02 met de genoemde reagentia onder vorming van de respectievelijke carbonaten reageert.

Het is bekend, dat bijvoorbeeld CaO uit de lucht C02 en water opneemt onder vorming van CaC03. Deze carbona-tisering kan ook gebeuren door volledig droog C02, ze bereikt een maximum bij circa 600-800°C en daalt bij circa 900°C tot nul, en is ook een evenwichtsreaktie.

Ook is de reaktie van Ca(OH)2 in aanwezigheid van C02 tot CaC03 en H20 bekend.

De daarbij gebruikte kalk kan ofwel droog, ofwel licht bevochtigd (vaak voldoet al 1 gew.% overschotsvocht) of als kalkmelk (witte melkachtige suspensie) gebruikt worden. Het gebruik van vochtige Ca(OH)2 of kalkmelk heeft daarbij de voorkeur. De reaktiekinetiek is goed stuurbaar. Door de in ieder geval bij de reaktie met co2 plaatsvindende waterafscheiding (in gasvorm of vloeibaar) komt tijdens de reaktie meer vocht vrij. Dit kan ter verkrijging van een droog eindprodukt vervolgens door drogen of filtreren verwijderd worden.

De uitvinding benut deze reaktiemechanismen in een volledig nieuwe toepassing (afvalwaterzuivering).

Het in gasvorm uit een afvalwaterzuiveringsbekken vrijkomende C02 wordt daartoe vervolgens opgevangen. Op de eenvoudigste manier gebeurt dit door een overkapping van de overeenkomstige zuiveringsinrichting en een ventilator, waardoor het gas af gezogen wordt. Vervolgens laat men het C02 afhankelijk van de gekozen carbonatiseringstechniek met het betreffende reagens (CaO, Ca(OH)2 in vaste vorm, kalkmelk) in een daarvoor geschikt aggregaat reageren.

Als calciumoxyde of vast calciumhydroxyde wordt gebruikt is deze bij voorkeur fijnverdeeld aanwezig. Hoe hoger het specifieke oppervlak, des te vollediger verloopt de carbonatiseringsreaktie en des te hoger wordt de hoeveelheid als carbonaat gebonden C02. Wervelbedreaktoren kunnen bijvoorbeeld als reaktieaggreagaat gebruikt worden, omdat die een intensief contact van het gas met het reagens mogelijk maken.

Daarbij wordt het reagens in stukjes of fijnverdeeld over een rooster geleid, waarbij het procesgas (fluïdiseringsgas) in dit geval het C02 zelf kan zijn. Het is ook mogelijk het C02 afzonderlijk toe te voegen. Op deze wijze vindt in de wervelstroom een in-situ-carbonatisering plaats.

Als kalkmelk gebruikt wordt bij de carbonatise-ringsreaktie, wordt het mogelijk om het gasvormige C02 zo mogelijk in fijnverdeelde vorm in de suspensie te spuiten. Daartoe kan de suspensie in een eenvoudig reaktievat gevoerd en door een overloop weer afgevoerd worden, waarbij langs het traject tussen in- en uitlaat een bij voorkeur grote hoeveelheid C02 in fijnverdeelde vorm in de suspensie wordt gespoten. Door de suspensie in beweging te brengen, bijvoorbeeld door middel van roerders, vibratoren of ultra-soonmengers enzovoorts wordt de omzetting van C02 door het vloeibare kalkhydraat evenzeer bespoedigd als door de gerichte temperatuursturing die hierboven is beschreven.

Op verbluffend eenvoudige wijze kan men volgens de uitvinding ook bij bestaande zuiveringsinstallaties (door het aanbrengen van besproken apparatuur) een gedeeltelijke of volledige reaktie van milieu-onvriendelijk C02 met alkali- en/of aardalkalioxyden en/of -hydroxyden tot milieu-vriendelijke carbonaten bereiken, en deze - afhankelijk van de gekozen uitvoering - in de vorm van een slib -of na drogen - in vaste fijnverdeelde vorm.

Een bijzonder voordeel en een bijzonder voordelige variant van de werkwijze volgens de uitvinding zijn daarin gelegen dat de gewonnen anorganische carbonaten, in de eerste plaats calciumcarbonaat, magnesiumcarbonaat of mengvormen (dolomiet) vervolgens weer in de zuiveringsinstallatie zelf gebruikt kunnen worden.

Bijvoorbeeld dienen de carbonaten voor de regulering van de pH (buffering) van het afvalwater. Gelijktijdig kan op deze manier echter ook een belangrijke en noodzakelijke substraatbron voor nitrificerende bacteriën in het afvalwater gebracht worden.

Bij de nitrificatie worden H+-ionen geproduceerd, en wel volgens de volgende reaktievergelijking: NH4+ + 202 -* NO3- + H20 + 2H+

De hierbij gevormde zuren verhinderen de nitrificatie. Als CaC03 aanwezig is, reageert dit met de zuren onder vorming van calciumwaterstofcarbonaat (Ca(HC03)2). Hierbij heeft tegelijkertijd een regulering van de pH-waarde plaats. De H+-ionen reageren met HC03"-ionen in het water, waarbij opnieuw H20 en C02-gas ontstaat. Het C02 wordt door de nitri-ficerende bacteriën als koolstofbron gebruikt.

Door de verhoging van de concentratie anorganisch koolstof wordt de nitrificatie begunstigd, omdat de nitri-ficerende bacteriën deze gebruiken.

Deze autotrofe micro-organismen (nitrificerende bacteriën) verwerken deze anorganische koolstofbronnen tot biomassa (C5H702N), bijvoorbeeld volgens de volgende reak-tievergelijking: NH4+ + 1,83 02 + 1,98 HC03 -» 0,021 C5H702N + 0,98 N02" + 1,04 H20 +1,88 H2C03

Ca komt als ion in het water vrij.

Op deze manier kan een kringloop worden opgebouwd, waarbij het tijdens de afvalwaterzuivering gevormde C02 opgevangen wordt, in de carbonaatvorm wordt omgezet en aansluitend weer aan het proces wordt toegevoerd.

De uitvinding wordt hieronder aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld nader toegelicht, waarbij de figuur een sterk geschematiseerde voorstelling van een aëroob werkende afvalwaterzuiveringsinrichting voorstelt.

Het cijfer 10 geeft daarin de toevoer van het afvalwater in een met het cijfer 12 aangeven zuiveringsinrichting aan. De zuiveringsinrichting 12 is bedekt met een overkapping 14.

De uit de biologische stap van het afvalwaterzui-veringsproces opstijgende kooldioxyde wordt onder de overkapping 14 opgevangen en door middel van een ventilator 16 afgezogen en in een kalkmelksuspensie 18 gespoten (leiding 20), waarbij de suspensie 18 continu door een toevoeropening 22 in het reaktievat 24 wordt geleid. Aan de onderkant van het reaktievat 24 (bij 26) is een uitlaat aanwezig, waardoor de suspensie weer uit het reaktievat 24 wordt geleid. Door de reaktie van het kalkhydraat met de ingeleide kooldioxyde wordt in het reaktievat calciumcarbo- naat en water gevormd, die beide door af voer 26 worden afgevoerd.

Vervolgens kan het zo gevormde calciumcarbonaat (eventueel na drogen) naar een tweede toepassing (bijvoorbeeld als bouwstof) worden geleid (over transportinrichting 28a); het is echter ook mogelijk het bijvoorbeeld geheel of gedeeltelijk te gebruiken voor de buffering van de pH of als substraatbron voor nitrificerende bacteriën in de biologische stap van de zuiveringsinstallatie (door terugvoer inrichting 28b).

Omdat het gevormde calciumcarbonaat bijzonder fijnverdeeld is, is het bijzonder geschikt voor gebruik zowel binnen de zuiveringsinstallatie zelf als ook voor toepassingen daarbuiten. Daarbij kan het indien nodig zonder enig probleem ook samengeperst worden tot korrels.

Claims (12)

1. Werkwijze voor de biologische zuivering van afvalwater, waarbij het vrijkomende en uit het afvalwater uittredende C02 opgevangen wordt en gebonden wordt door het te laten reageren met een alkali- en/of aardalkalioxyde en/of -hydroxyde tot alkali- en/of aardalkalicarbonaat.

2. Werkwijze volgens conclusie lf met het kenmerk dat de omzetting van C02 tot carbonaat in vochtig of vloeibaar medium plaats heeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de omzetting van C02 tot carbonaat bij verhoogde temperaturen tot 800°C plaats heeft.

4. Werkwijze volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk dat het alkali- en/of aardalkalihydroxyde als suspensie aanwezig is en dat het C02 in de suspensie wordt geleid.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk dat de alkali- en/of aardalkalioxyde en/of -hydroxyde in een wervelbedreaktor met het C02 in contact wordt gebracht.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 1-5, met het kenmerk dat het zo gevormde carbonaat vervolgens in de biologische stap van de afvalwaterzuiveringsinstallatie wordt gebracht.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het carbonaat in de nitrificatiestap van de afvalwaterzuiveringsinstallatie wordt gebracht.

8. Inrichting voor de biologische zuivering van afvalwater met tenminste één biologische stap, waarin C02 vrij komt en een reaktiekamer (24), waarin het tevoren opgevangen gasvormig C02 gereageerd kan worden met alkaliën/ of aardalkalioxyde en/of -hydroxyde onder vorming van de respectievelijke carbonaten.

9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de afvalwaterzuiveringsinstallatie geheel of gedeeltelijk voorzien is van een overkapping, vanwaar een gasleiding voor het opgevangen C02 na de reaktiekamer voert.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, waarbij de reaktiekamer uit een wervelbedreaktor bestaat, waarbij het alkali- en/of aardalkalioxyde en/of -hydroxyde over een rooster wordt gevoerd, waar van onderaf C02 door geleid kan worden geleid.

11. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, waarbij de reaktiekamer (24) uit een reaktievat bestaat, die een aanvoer (22) en een afvoer (26) voor de in suspensievorm toe te voegen alkali- en/of aardalkalioxyde en/of -hydroxyde heeft en uitgerust is met een inspuit inrichting (20) voor het inspuiten van het C02 in de suspensie.

12. Inrichting volgens één der conclusies 8-11, waarbij de van de uitlaat (26) van de reaktiekamer (24) een transportinrichting (28) voor het gevormde carbonaat aanwezig is, die zo uitgevoerd is dat tenminste een gedeelte van het carbonaat in de afvalwaterzuiveringsinrichting (12) terug gevoerd kan worden.