NL9300838A - Werkwijze voor het biologisch reinigen van een verontreinigde gasstroom. - Google Patents

Description

werkwijze voor het biologisch reinigen van een verontreinigde gasstroom

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwij ze voor het biologisch reinigen van een gasstroom die tenminste één verontreiniging bevat. Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor de biologische reiniging van een gasstroom, onder gebruikmaking van een micro-organismen bevattende vloeistof.

Bekende biologische gaszuiveringssystemen omvatten een biowasser, waarbij de micro-organismen zijn gedispergeerd in de vloeistof, en een zogenaamde biotrickling filter (hierna afgekort BTF), waarbij de micro-organismen tenminste ten dele zich bevinden aan een pakkingmateriaal.

In het geval van een biowasser breken de micro-organismen de door de vloeistof uit de gasstroom geabsorbeerde verontreiniging af. Hierbij groeien de micro-organismen en daardoor neemt de hoeveelheid biomassa toe. Eén en ander leidt uiteindelijk tot een afvoer van overtollige biomassa.

In geval van een BTF groeien de micro-organismen op het pakkingmateriaal in de vorm van een biofilm. De verontreinigingen uit de vloeistof worden geabsorbeerd in de vloeistof die langs de biofilm druipt, en diffunderen tot in de biofilm. De micro-organismen breken de verontreinigingen af en de afbraakprodukten, zoals water, kooldioxide en soms minerale zouten of zuren, worden afgegeven aan de vloeistof. Deze vloeistof kan bovendien nutriënten bevatten voor de micro-organismen, alsook zuur of alkali teneinde de vloeistof op een neutrale pH te bufferen.

Door overmatige groei kan de biofilm dermate in omvang toenemen, dat dit leidt tot een verhoogde drukval over de BTF, en uiteindelijk zelfs tot een verstoppen van de BTF. Allerhande mechanische en chemische procedures worden toegepast om tenminste een deel van de biofilm te verwijderen. Bijvoorbeeld worden de micro-organismen vergiftigd teneinde hen gemakkelijker mechanisch te kunnen verwijderen. Als gevolg van het feit dat de BTF voor onderhoud tijdelijk uit bedrijf moet worden genomen, is het nodig om twee BTF-installaties te installeren om continu een gasstroom biologisch te kunnen reinigen. Een bijkomend probleem is, dat de vrijgekomen biofilm afval vormt, dat separaat verwerkt en afgevoerd moet worden.

De uitvinding beoogt een werkwijze voor de biologische reiniging van een gasstroom te verschaffen, zoals bijvoorbeeld toe te passen in een biowasser en een biotricklingfilter (BTF), waarbij de inherente toename van de biomassa als gevolg van de biologische afbraak van de verontreiniging in sterke mate wordt geremd, terwijl tegelijkertijd de afbraak van de verontreiniging door de micro-organismen niet of in veel mindere mate afneemt.

Dit wordt bereikt met de werkwijze volgens de uitvinding voor het biologisch reinigen van een gasstroom die tenminste één verontreiniging bevat, omvattende: i) het in contact brengen van de verontreiniging bevattende gasstroom met vloeistof, waarbij de verontreiniging wordt opgenomen door de vloeistof en wordt afgebroken door met de vloeistof in contact staande micro-organismen; en ii) het regelen van een regelzoutconcentratie in de vloeistof zodanig dat de fractionele remming van de groeisnelheid van de micro-organismen groter is dan de fractionele afname van de afbraaksnelheid van de verontreiniging.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op de vinding, dat het effect van een toenemende regelzoutconcentratie op de maximale groeisnelheid van micro-organismen in sterke mate verschillend is van dat op de afbraaksnelheid van de verontreiniging. Door een verhoging van de regelzoutconcentratie is de remming van de groeisnelheid groter dan de afname van de afbraaksnelheid. Aldus kan de toename van de biomassa geremd, dan wel gestopt worden, terwijl de afbraaksnelheid voor de verontreiniging niet afneemt, dan wel in veel geringere mate afneemt.

Opgemerkt wordt, dat in geval van een relatief geringe afname van de afbraaksnelheid van de verontreiniging desondanks tot eenzelfde niveau een gasstroom biologisch kan worden gereinigd, door de biologische reinigingscapaciteit (bijvoorbeeld het reactorvolume) in overeenkomstige mate te vergroten.

Door het remmen van de groeisnelheid van de micro-organismen wordt bereikt, dat bij een biologisch filter de geproduceerde hoeveelheid biomassa sterk vermindert, en dat bij een BTF ofwel stopzetten kan worden vermeden, dan wel de werkingsduur aanzienlijk kan worden verlengd.

Met betrekking tot de onderhavige uitvinding wordt onder de fractionele remming van de groeisnelheid verstaan, de fractie waarmee de maximale groeisnelheid afneemt door het toevoegen van een bepaalde concentratie van het regelzout. Onder de fractionele afname van de afbraaksnelheid wordt verstaan, de fractie waarmee de afbraaksnelheid afneemt als gevolg van de ingeregelde concentratie van het regelzout.

De verhouding (R) van de fractionele remming over de fractionele afname is groter dan 1. De verhouding R is bij voorkeur groter dan 1,3, meer bij voorkeur groter dan 1,5. In het algemeen ligt de verhouding in het bereik van 1,2 tot 10, zoals 1,3 tot 8, meer in het bijzonder 1,5 tot 8.

Een regelzout dat overeenkomstig de uitvinding kan worden gebruikt, omvat zouten van alkalimetalen, zoals natrium, aardalkalimetalen, zoals calcium en magnesium, en andere polyvalente metaalionen, zoals aluminium.

Het effect van het regelzout is afhankelijk van het type micro-organisme dat in reincultuur, gemengde cultuur, of als actief slib wordt gebruikt. Verder is het effect van het regelzout afhankelijk van de af te breken verontreiniging. In het algemeen kan worden gesteld dat meerwaardige positieve ionen een groter effect leveren. Zo is het regeleffect van calcium en magnesium groter dan bijvoorbeeld dat van natrium. Echter, vanuit economisch oogpunt wordt veelal de voorkeur gegeven aan het toevoegen van natriumzouten of -verbindingen. Derhalve kunnen bijvoorbeeld worden toegevoegd natriumchloride, natriumsulfaat, natriumcarbonaat en natriumhydroxide.

In het geval van een BTF zijn de micro-organismen gehecht aan een dragermateriaal. Door het verhogen van de regelzoutconcentratie doet zich hierbij het voordelige effect voor, dat tevens de micro-organismen een sterkere neiging vertonen om gehecht te zijn aan het dragermateriaal. Derhalve zijn minder micro-organismen aanwezig in de gespuide vloeistof, waardoor scheidingskosten beperkt blijven.

In het geval van een biowasser zijn de micro-organismen gedispergeerd in de vloeistof.

Bij de afbraak van de verontreiniging kunnen de afbraakprodukten zich gaan ophopen in de vloeistof. In sommige gevallen dragen deze afbraakprodukten een zuur karakter, zoals bijvoorbeeld het geval is bij de biologische oxidatie van gehalogeneerde koolwaterstoffen, waarbij halogeen waterstofzuur ontstaat. De vloeistof wordt daarbij ten dele gerecirculeerd, en voor het andere deel gespuid en ter compensatie wordt verse vloeistof toegevoegd. Indien de afbraakprodukten zuur of base bevatten, kan aan de recirculerende vloeistof een neutraliserende verbinding worden toegevoegd, waardoor de pH op een bepaalde waarde wordt gebufferd en door deze toevoeging in situ het regelzout wordt gevormd. Aldus is het mogelijk om door de mate van spui een bepaalde regelzoutconcentratie in de vloeistof overeenkomstig de uitvinding te regelen. Het regelen van de regelzoutconcentratie kan dus geschieden door regelzout toe te voegen aan of af te voeren uit de vloeistof.

Gebruikelijke en voor de afbraak van de verontreiniging specifieke micro-organismen kunnen bij de biologische reinigingswerkwijze volgens de uitvinding worden gebruikt. Voorbeelden zijn actief slib uit een afvalwaterbehandelingsinstallatie, bijvoorbeeld voor de afbraak van ethanol en methylmetacrylaat, Hyphomicrobium voor de afbraak van dichloormethaan, Xanthobacter en Ancylobacter aquaticus voor dichloormethaan.

Genoemde en andere kenmerken van de biologische reinigingswerkwijze volgens de uitvinding zullen hierna verder verduidelijkt worden aan de hand van een aantal bij wijze van voorbeeld gegeven, niet-limitatieve voorbeelden, die geenszins bedoeld zijn om de uitvinding daartoe te beperken.

Voorbeeld 1

Actief slib uit een afvalwaterzuiveringsinstallatie werd gebruikt om het effect van het regelzout te onderzoeken op de groeisnelheid op alsook de afbraaksnelheid van een ethanol in een waterige nutriëntoplossing. Een kleine hoeveelheid actief slib werd gebruikt voor het bereiden van een voorkweek voor de biomassa in een waterige voedingsoplossing die 100 mM ethanol bevatte. Na uitputting van de koolstofbron werd deze voorkweek gebruikt als ent voor het uitvoeren bij kamertemperatuur van de groeisnelheid- en afbraaksnelheid-experimenten.

Schudkolven, die bevatten 50 ml van een waterige voedingsoplossing met 5 mM ethanol, werden geënt met een aantal druppels van de bereide voorkweek. Elke kolf bevatte een bepaalde hoeveelheid regelzout in de vorm van natriumchloride in een concentratie van 0 tot 1000 mM. De groeisnelheid in de vorm van de vorming van biomassa werd tijdens het experiment gevolgd door het meten van de optische dichtheid bij 450 nm. De OD450 werd geijkt tegen gedistilleerd water. De groei van de micro-organismen wordt gekarakteriseerd door de maximale groeisnelheid μ^, waarvan de waarde wordt bepaald·uit de maximale helling van de gemeten groeicurven. Figuur 1 toont de waarde van de maximale groeisnelheid μ^ als functie van de NaCl-concentratie. Uit figuur 1 blijkt, dat de maximale groeisnelheid van de actief slibsuspensie in sterke mate wordt beïnvloed door de regelzoutconcentratie. De maximale groeisnelheid neemt af met ongeveer een factor 4 door het verhogen van de NaCl-concentratie van 0 tot 1000 mM. De verhouding R bedraagt bij 400 mM 1,7 en bij 800 mM 1,9.

Voor het meten van de afbraaksnelheid van ethanol werden schudkolven voorzien van een biomassa-concentratie van ongeveer 300 mg droge stof/dm3. De aanvankelijke ethanolconcentratie in elke schudkolf bedroeg ongeveer 1,5 mM. De regelzoutconcentratie in de vorm van NaCl varieerde tussen 0 en 1000 mM.

Uit de verkregen afbraakcurven werd de specifieke afbraaksnelheid berekend door de helling van de afbraakcurve te delen door de bijbehorende concentratie van de biomassa.

De waarden voor deze specifieke afbraaksnelheid als functie van de NaCl-concentratie worden getoond in figuur 2.

Uit figuur 2 blijkt, dat de specifieke afbraaksnelheid voor ethanol enigszins afneemt met de toenemende NaCl-concentratie. De invloed van het regelzout op de specifieke afbraaksnelheid is aanmerkelijk lager dan op de maximale groeisnelheid (figuur 1).

Voorbeeld 2

Dezelfde experimentele procedures als gebruikt in voorbeeld 1 werden uitgevoerd met een gemengde cultuur geoogst uit een BTF dat op laboratoriumschaal wordt gebruikt voor het afbreken van een methylmetacrylaat bevattende gasstroom. De biologische flora, aanwezig als biofilm op het pakkingsmateriaal van het BTF, had zich ontwikkeld uit een actieve slibsuspensie, waarmee het BTF aanvankelijk geënt was.

Figuur 3 toont het effect van een toenemende NaCl-concentratie op de maximale groeisnelheid. Uit figuur 3 blijkt, dat bij een NaCl-concentratie vanaf ongeveer 800 mM de groei van de micro-organismen in hoofdzaak volledig onderdrukt is, waarbij de verhouding R bedraagt 2,7.

Figuur 4 toont, dat de specifieke afbraaksnelheid van methylmetacrylaat (MMA) bij toenemende NaCl-concentratie afneemt, maar dat bij 800 mM NaCl de micro-organismen nog steeds een relatief hoge afbraaksnelheid vertonen (ongeveer 60% van de specifieke afbraaksnelheid bij 0 mM NaCl).

Voorbeeld 3

Soortgelijke experimentele procedures als beschreven in voorbeeld 1 werden uitgevoerd met een micro-organismencultuur die in staat is om dichloormethaan (DCM) af te breken onder aërobe omstandigheden. Deze kweek was een verrijkte kweek en had zich ontwikkeld in een continu bedreven BTF, dat aanvankelijk was geënt met een zuivere kweek van

Hyphomicrobium. DCM was de enige koolstofbron in een kunstmatige afgasstroom.

Figuur 5 toont de afname van de maximale groeisnelheid bij toenemende NaCl-concentratie. De maximale groeisnelheid daalt van circa 1,9 (dag'1) bij 0 mM NaCl tot nagenoeg volledige remming van de groei bij een NaCl-concentratie groter of gelijk aan 600 mM, waarbij de verhouding R bedraagt 1,33.

Figuur 6 toont de afname van de specifieke afbraaksnelheid voor DCM onder invloed van een toenemende NaCl-concentratie. Zelfs bij een NaCl-concentratie voor een volledige remming van de groeisnelheid van de biomassa, treedt nog steeds een redelijke afbraaksnelheid op, namelijk circa 22% van de maximale specifieke afbraaksnelheid bij een NaCl-concentratie van 0 mM.

Voorbeeld 4

Soortgelijke experimentele procedures als beschreven in voorbeeld 1 werden gebruikt met een micro-organismenpopulatie die in staat is om 1,2-dichloorethaan (DCE) af te breken en voor eigen groei te gebruiken.

De micro-organismenpopulatie bestond uit een zuivere cultuur van Xanthobacter autotrophicus. Verder werd gebruik gemaakt van een gemengde kweek die was geoogst uit een BTF dat aanvankelijk was geënt met een zuivere Xanthobacter autotrophicus-cultuur, die zich waarschijnlijk in het systeem onder niet-aseptische condities heeft ontwikkeld tot een heterogene microbiële massa, geschikt om DCE af te breken. Microscopisch onderzoek van deze biomassa toonde aan dat naast Xanthobacter autotrophicus andere microbiële soorten en hogere organismen aanwezig waren.

Figuur 7 toont de invloed van een toenemende NaCl-concentratie op de maximale groei van Xanthobacter autotrophicus op DCE. Bij een NaCl-concentratie tussen 200 en 250 mM werd de groeisnelheid volledig geremd.

Figuur 8 toont het effect van een toenemende NaCl-concentratie op de specifieke afbraaksnelheid van DCE door de mengcultuur. Uit figuur 8 blijkt, dat bij een volledige remming van de groeisnelheid (200-250 mM NaCl) de specifieke afbraaksnelheid voor DCE in geringe mate (10-20%) is afgenomen, waarbij de verhouding R bedraagt 6,7.

*****

Claims (9)

1. Werkwijze voor het biologisch reinigen van een gasstroom die tenminste één verontreiniging bevat, omvattende: i) het in contact brengen van de verontreiniging bevattende gasstroom met vloeistof, waarbij de verontreiniging wordt opgenomen door de vloeistof en wordt afgebroken door met de vloeistof in contact staande micro-organismen; en ii) het regelen van een regelzoutconcentratie in de vloeistof zodanig dat de fractionele remming van de groeisnelheid van de micro-organismen groter is dan de fractionele afname van de afbraaksnelheid van de verontreiniging.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het regelzout omvat ionen van alkalimetaal, aardalkalimetaal en polyvalente metalen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin het regelzout is gekozen uit de groep die omvat natriumzouten, magnesiumzouten, calciumzouten.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarin de micro-organismen zijn gehecht aan een dragermateriaal.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarin micro-organismen zijn gedispergeerd in de vloeistof.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, waarin de vloeistof tenminste ten dele wordt gerecirculeerd.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-6, waarin een deel van de vloeistof wordt gespuid en verse vloeistof wordt toegevoegd.

8. Werkwijze volgens conclusie 1-7, waarin de verhouding van de fractionele remming van de groeisnelheid over de fractionele afname van de afbraaksnelheid groter is dan 1,3, bij voorkeur groter dan 1,5.

9. Het gebruik van een regelzout bij het biologisch reinigen van een gasstroom die tenminste een verontreiniging bevat, waarbij een de verontreiniging bevattende gasstroom vloeistof in contact wordt gebracht en de verontreiniging wordt opgenomen door de vloeistof en wordt afgebroken door met de vloeistof in contact staande micro-organismen, zodanig dat de fractionele remming van de groeisnelheid van de micro-organismen groter is dan de fractionele afname van de afbraaksnelheid van de verontreiniging. *****