NL9301151A - Werkwijze voor de behandeling van afval met gebruik van oxidatie. - Google Patents

Description

Werkwijze voor de behandeling van afval met gebruik van oxidatie

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het behandelen van organische afvalmaterialen. Meer in het bijzonder heeft de onderhevige uitvinding betrekking op verbeterde werkwijzen voor de behandeling van slib en/of vast organisch afval.

Talrijke aërobe werkwijzen zijn in de loop der tijd ontwikkeld voor de biologische behandeling van stedelijk afval, zowel huiselijk als industrieel afvalwater, voor het verkrijgen van een effluent dat aanvaardbaar is voor het milieu. Eén van de veel gebruikte aërobe werkwijzen voor een dergelijke behandeling wordt aangeduid als het geaktiveerde slibproces, waarin organisch materiaal dat aanwezig is in het stedelijke afval bij aanwezigheid van gesuspendeerde biologisch aktieve organismen onder zodanige omstandigheden in kontakt wordt gebracht met een zuurstof bevattend gas, dat het organische materiaal wordt omgezet in een vorm die kan worden gescheiden van gezuiverd water. Bij deze werkwijzen wordt een gedeelte van het onoplosbare slib dat wordt gevormd teruggevoerd naar de aërobe zone. Een andere werkwijze is de druppel-filtratie-methode, waarbij de microörganismen op een drager zijn bevestigd.

Deze geaktiveerde slibsystemen en andere aërobe werkwijzen produceren gewoonlijk een signifikante netto positieve hoeveelheid slib dat gesuspendeerde vaste deeltjes bevat, die vervolgens op een periodieke basis moeten worden verwijderd. Dergelijk biologisch slib is moeilijk te behandelen omdat dit slechte ontwateringseigenschappen bezit en zeer aan bederf onderhevig is. Het deponeren van slib is dus een belangrijk milieuprobleem geworden.

Talrijke werkwijzen zijn ontwikkeld voor het stabiliseren van slib, waarvan één anaërobe vertering is. Bij anaërobe werkwijzen wordt het organische materiaal dat aanwezig is in het slib geöxideerd tot nevenprodukten zoals organische zuren, ammoniak en hoofdzakelijk methaan. Anaërobe vertering brengt echter hoge bedrijfskosten met zich mee en een aanzienlijke hoeveelheid tijd is nodig voor het verteringsproces.

Een andere werkwijze voor het stabiliseren van geaktiveerd slib wordt aangeduid als langdurige beluchting, waarbij het slib in kontakt wordt gebracht in een aërobe verteringszone en het organische materiaal in de loop van de tijd wordt geöxideerd. Hoewel langdurige beluchting signifikante voordelen kan geven ten opzichte van anaërobe vertering, zijn er problemen geassocieerd met dergelijke werkwijzen vanwege hoge bedrijfskosten en kapitaalinvesteringen.

Onder de vele variaties in werkwijzen die zijn geassocieerd met de aërobe behandeling van stedelijk afval bevinden zich de volgende: U.S. octrooischriften nrs. 3*547*814 en 3*670.887 beschrijven de behandeling van afvalwater waarin grote vaste delen eerst uit het afvalwater worden verwijderd door zeven en het achterblijvende afval in kon-takt wordt gebracht met een zuurstof bevattend gas en geaktiveerd slib. Octrooischrift 3*547*814 beschrijft dat anaërobe werkwijzen zijn gebruikt om het slib niet aan bederf onderhevig te maken en, zoals opgemerkt, een langdurige opslag vereisen. Een andere voorgestelde techniek voor het behandelen van een dergelijk slib omvat langdurige beluchting, die de mate van auto-oxidatie vergroot, met een netto vermindering van een dergelijk slib. Ongelukkigerwijs was de oxidatiesnelheid in het algemeen te klein om een signifikant effekt te hebben op de netto slibproduktie. Zelfs met langdurige beluchting en een toegenomen mate van auto-oxidatie, in het bijzonder bij de nul-netto-produktie van het slibniveau, ontstonden er problemen vanwege de grootte van de installatie en hoge bedrijfskosten. Om de grootte te verminderen hebben deze octrooihouders dus voorgesteld om een zuurstof-rijk gas en een zeer vluchtig organisch materiaal in het slib te gebruiken. Dit resulteerde in een lage opbrengst aan slib in de totale werkwijze.

U.S. octrooischrift 3*356.609 beschrijft een werkwijze voor het behandelen van stedelijk afval waarbij het aanvankelijke afvalwater wordt geklaard en het effluent vervolgens wordt verrijkt met een koolstofbron en in kontakt wordt gebracht met een zuurstof bevattend gas en geaktiveerd slib in een gedispergeerde aërobe kweekreaktor.

U.S. octrooischrift nr. 4.246.099 beschrijft een kombinatie van aërobe/anaërobe werkwijzen voor het verminderen en stabiliseren van vaste slibstoffen in een geaktiveerde slib-werkwijze. Bij deze werkwijze werd stedelijk afval eerst onder aërobe omstandigheden in kontakt gebracht met een zuurstof bevattend gas om de biodegradeerbare vluchtige gesuspendeerde vaste deeltjes gedeeltelijk te reduceren en vervolgens anaëroob te verteren om het slib gedeeltelijk te stabiliseren. Een slibvermindering tot minder dan 40# van de biodegradeerbare vluchtige gesuspendeerde vaste deeltjes die zijn toegevoegd aan de verteringszone werd bereikt. Het concept van de thermische aërobe vertering werd aangeduid als autother-mische aërobe vertering (ATAD), waarbij de verteringsinrichting werd bedreven bij verhoogde temperaturen, b.v. ongeveer 45°C-75eC, of in het thermofiele traject.

U.S. octrooischrift nr. 4.026*793 beschrijft een aërobe verterings- werkwijze voor het verminderen van het gehalte aan vaste deeltjes in een biodegradeerbaar organisch slib door de vertering uit te voeren in een vat dat op een temperatuur in het traject van 38eC-46°C wordt gehouden.

U.S. octrooischrift nr. 4.652.374 beschrijft een gemodificeerde anaërobe fermentatie van stedelijk afval door hydrolyse en aanzuren van het afvalwater en vervolgens anaëroob verteren van het gehydrolyseerde afvalwater onder omstandigheden voor het voortbrengen van methaan.

Het is tevens bekend om bij een gemodificeerd-1angdurig-beluchtings-geaktiveerd-slibproces in kombinatie met autothermische aërobe vertering (ATAD) een hydrolytische hulpwijze te gebruiken welke de behandeling van het effluent uit de ATAD-reaktor met zuur en het onderwerpen van het verkregen gehydrolyseerde effluent aan biologische vertering in de aanvankelijke beluchtingszone omvat, waar het afvalwater in kontakt werd gebracht met een zuurstof bevattend gas en geaktiveerd slib. Proceèdings, 17th Conference on Municipal Sludge Management, HMCRI, Boston, Massa-chusetts, 1907, blz. 71"77·

Zoals kan worden afgeleid uit het overzicht van de belangrijke stand der techniek met betrekking tot aërobe werkwijzen, inclusief geaktiveerde slib-werkwijzen, zijn vele variaties voorgesteld in een poging om de slibproduktie te verminderen of te minimaliseren en om de overmaat slib te stabiliseren die door aërobe werkwijzen wordt voortgebracht. Al deze werkwijzen worden op de een of andere wijze behoorlijk complex en kunnen hoge bedrijfskosten of kapitaalinvesteringen met zich meebrengen om dat doel te bereiken. In de meeste gevallen is het uitermate moeilijk om deze werkwijzen op een zodanige wijze te modificeren, dat er een aanzienlijke vermindering van slib, gebaseerd op de oorspronkelijke organische toevoer, plaatsvindt, laat staan dat wordt bereikt dat slib kan worden geëlimineerd. Dit laatse doel is er een waar vaak naar werd gestreefd, maar dat zelden werd bereikt en kenmerkend tussenliggende fysische scheidings-werkwijzen zoals ontwateren en aansluitende verassing vereist. Verwijdering van organische materialen uit afvalstromen via beluchten en omzetten in een microbiële massa en de aansluitende omzetting daarvan in water en kooldioxide wordt zelden bereikt.

In U.S. octrooischrift nr. 4.915-840 wordt een verbetering voor het verminderen van slib bij een aërobe werkwijze beschreven, waarin stedelijk afval dat organisch materiaal bevat biologisch wordt verteerd door kontakt met een zuurstof bevattend gas bij aanwezigheid van biologisch aktieve organismen. De basiswerkwijze wordt getoond in fig. 1 van octrooischrift 4.915.840, die hierin is gereproduceerd als fig. 1 en waar- van de beschrijving is uiteengezet in kolom 4, regel 42 tot en met kolom 7, regel 20.

Er wordt in het bijzonder opgemerkt dat bij de werkwijze van oc-trooischrift 4.915-840, zoals getoond in fig. 1, de vermindering van slib wordt gecontroleerd door middel van een gedeelte verdikt biologisch geak-tiveerd slib dat in hydrolysevat 31 (HYD) in kontakt wordt gebracht met zuur, b.v. zwavelzuur, of base, b.v. alkalimetaalhydroxide, onder omstandigheden die voldoende zijn om hydrolyse van macromoleculaire componenten van de organische cellen tot stand te brengen en om ontleding van anorganische componenten tot stand te brengen. Gematigde zure hydrolyse wordt in vat 31 tot stand gebracht door het toevoegen van zuur en het aanhouden van een pH in het traject van ongeveer 0,5 tot 2 bij een druk die varieert van atmosferische druk tot ongeveer 207 kPa bij temperaturen die variëren van ongeveer 80° tot 130°C gedurende ongeveer 2 tot 10 uur, kenmerkend ongeveer 4 tot 6 uur. Tevens kan alkalische hydrolyse worden uitgevoerd en dit wordt bereikt door het in kontakt brengen met alkalische materialen, b.v. natriumhydroxide, en het aanhouden van een pH van ongeveer 7 tot 12 en een temperatuur van 20° tot 50eC gedurende ongeveer 5 tot 12 uur. De hydrolytische hulpwijze modificeert de celstruktuur van de macromoleculaire componenten en maakt deze in hoofdzaak oplosbaar en vergroot daardoor het vermogen van de biologisch aktieve organismen om thermofiele afbraak in de autothermische beluchtings-verterings-zone 34 tot stand te brengen. Door het vergroten of verminderen van de hoeveelheid verdikt slib dat wordt onderworpen aan hydrolyse, vergroot of verkleint men de afbraaksnelheid van het systeem en verminderde hoeveelheden slib kunnen worden beheerst door het regelen van de snelheid van een dergelijke afbraak en dus de mate van afbraak. Omdat de temperatuur-omstandigheden in de ATAD-eenheid zelf echter enig oplossen van deze macromoleculaire componenten tot die mate tot stand kan brengen, kan het voorgaande chemisch oplossen door midel van hydrolytische hulp als overbodig of niet efficiënt worden beschouwd.

Gehydrolyseerd slib dat niet wordt toegevoegd aan de autothermische aërobe verteringszone 34 kan worden behandeld voor het verwijderen van fosfor of stikstof of de pH hiervan kan worden aangepast voor het optimaliseren van de afbraak in de autothermische aërobe verteringszone. Gehydrolyseerd slib wordt via leiding 38 uit vat 31 verwijderd en toegevoegd aan vat 40 waarin bijvoorbeeld de pH naar boven is ingesteld tot een alkalisch niveau voor het laten neerslaan van fosforverbindingen die vervolgens via leiding 42 worden verwijderd. De rest van het materiaal in vat 40 wordt via leiding 44 verwijderd en toegevoerd aan de autothermi-sche aërobe verteringszone 34.

Volgens een verder verbeterde werkwijze, zoals beschreven in U.S, octrooischrift nr. 5*141.646, wordt slib rechtstreeks uit een mengvat aan een ATAD-reaktor toegevoegd voor het verschaffen van onmiddellijke vertering. Tijdens periodieke rustige perioden wordt vervolgens een gedeelte van de neergeslegen biomassa uit de ATAD-reaktor verwijderd en aan een hydrolyse-eenheid toegevoegd voor behandeling met een sterk zure of basische oplossing. Men laat de neergeslagen biomassa gedurende een bepaalde tijd, bij voorkeur ten minste ongeveer zes uur, hydrolyseren en vervolgens wordt deze bovenstrooms van de ATAD-reaktor aan de mengkamer teruggevoerd. Het hydrolysaat wordt gemengd met het binnenkomende slib, dat vervolgens rechtstreeks aan de ATAD-reaktor wordt toegevoerd. Het binnenkomende slib neutraliseert de gehydrolyseerde stroom om deze op een gewenste pH van 7 te brengen. Het gehydrolyseerde slib, dat een temperatuur heeft die hoger is dan kamertemperatuur, helpt tevens bij het verwarmen van het binnenkomende voedingsslib. Periodiek wordt gezuiverde bovendrijvende vloeistof uit de ATAD-reaktor verwijderd en teruggevoerd naar de installatie.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze die bijzondere voorkeur heeft wordt getoond in fig. 5 van Amerikaans octrooischrift 5*141.646 en wordt in fig. 2 van deze beschrijving gereproduceerd. Bij deze werkwijze kan het slib of het vaste afval dat ongeveer 8% vaste deeltjes omvat via leiding 84 aan de maalinrichting 86 worden toegevoerd en daarna via leiding 52 aan de menger 54. Daarna wordt het slib via leiding 56 naar een autothermische anaërobe verterings-(AAD)-eenheid 88 gevoerd, waar methaangas wordt onttrokken via leiding 90* Eventueel kan (via leiding 92) neergeslagen biomassa uit de AAD-eenheid worden gehydrolyseerd in de eenheid 62 en worden teruggevoerd naar de mengkamer 54. Desgewenst kan overmaat slib via leiding 93 bovenstrooms van het hydrolysevat 62 worden verwijderd.

De AAD-eenheid 88 is een autothermische anaërobe verteringsinrich-ting. Deze komt overeen met de ATAD-reaktor 58, behalve dat deze hogere ingangsconcentraties vaste deeltjes vereist en anaëroob is, zodat geen zuurstof (beluchting) wordt toegevoerd. De AAD-eenheid is ontworpen om energie te onttrekken uit het slib of afval vóór het uiteindelijke stabiliseren via composteren. Water en/of voedingsstoffen kunnen desgewenst via leiding 96 aan de AAD-eenheid worden toegevoegd. Bovendrijvende vloeistof van AAD uit eenheid 88 wordt via leiding 94 aan de ATAD-reaktor 58 toegevoerd.

Een gedeelte van de ATAD-biomassa wordt, zoals hiervoor, neergeslagen en verwijderd en via leiding 60 naar de hydrolyse-eenheid 62 teruggevoerd, waarna de gehydrolyseerde stroom via leiding 66 aan menger 54 wordt toegevoegd. Gezuiverde bovendrijvende vloeistof uit de ATAD-reaktor kan via leiding 70 aan de installatie worden teruggevoerd of aan een inrichting voor het verwijderen van voedingsstoffen 72, zoals hierboven beschreven, worden toegevoegd. Behandelde bovendrijvende vloeistof wordt via leiding 78 naar de installatie teruggevoerd.

Het zoeken is daarom verder gegaan naar verbeterde werkwijzen voor het behandelen van organisch afval en slib-materialen om de produktie van slib te verminderen en om dit volgens een goedkoper en eenvoudiger werkwijze te doen.

Volgens de onderhavige uitvinding zijn deze en andere doelen nu bereikt door de ontdekking van een werkwijze voor de behandeling van organisch afval die de stappen omvat van het toevoegen van het organische afval aan een ATAD-reaktor en het organische afval te onderwerpen aan biologische vertering in de ATAD-reaktor zodat daarin een biomassa en een heldere bovendrijvende vloeistof worden gevormd en die wordt gekenmerkt doordat ten minste een gedeelte van de biomassa wordt geoxideerd voor het produceren van een geoxideerd effluent daarin en terugvoeren van het geoxideerde effluent naar de ATAD-reaktor. Een bijzonder voordeel van de toepassing van een dergelijke oxidatie-stap vergeleken met de hydrolyse-stap van Amerikaans octrooischrift 4.915*840 is, dat in het geval van de oxidatie-stap van de onderhavige uitvinding geen opgeloste vaste deeltjes worden gevormd, die een nadelige invloed kunnen hebben op de beneden-stroomse verwerking daarvan. In het geval van hydrolyse, zoals in Amerikaans octrooischrift 4.915*840, aan de andere kant, worden overvloedige hoeveelheden opgeloste vaste deeltjes gevormd die aldus een mogelijke basis verschaffen voor het nadelig beïnvloeden van verschillende beneden-stroomse processen. Bovendien ligt een ander voordeel, vergeleken met Amerikaans octrooischrift 4.915*840, in het feit dat bij de werkwijze van de onderhavige uitvinding al het oplossen dat kan plaatsvinden door middel van verhoogde temperaturen in de ATAD-reaktor, plaatsvindt vóór de chemische oxidatie-stap en de overbodigheid of inefficiëntie volgens de stand der techniek wordt daardoor vermeden.

In een uitvoeringsvorm die de voorkeur heeft omvat de werkwijze tevens het periodiek verwijderen van de heldere bovendrijvende vloeistof uit de ATAD-reaktor. Bij voorkeur omvat de werkwijze tevens het afschel- den van de vaste deeltjes van de vloeistof, in de vorm van de ATAD-bio-massa, en vervolgens het terugvoeren van de afgescheiden biomassa naar de ATAD-reaktor, waarbij de heldere bovendrijvende vloeistof vervolgens wordt verwijderd.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding die de voorkeur heeft is de oxidatiestap een chemische oxidatiestap. Bij voorkeur omvat de chemische oxidatiestap het in kontakt brengen van ten minste een gedeelte van de biomassa met waterstofperoxide bij aanwezigheid van een Fenton' s reagens katalysator, bij voorkeur ferrosulfaat.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze van de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze het afscheiden van ten minste een gedeelte van de biomassa van de heldere bovendrijvende vloeistof vóór de oxidatiestap. Bij voorkeur wordt de oxidatiestap uitgevoerd bij een pH tussen ongeveer 1,0 en 6,0 en bij voorkeur bij ongeveer 3.5·

Volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding die de voorkeur heeft wordt het organische afval onderworpen aan biologische vertering in de ATAD-reaktor bij een temperatuur tussen ongeveer 40° en 70eC en met de meeste voorkeur wordt ten minste een gedeelte van de biomassa chemisch geoxideerd bij een temperatuur van ten minste ongeveer 50° en in het algemeen tussen ongever 50° en 70"C, hoewel hogere temperaturen mogelijk zijn. Dus wordt, naast de warmte die wordt voortgebracht tijdens de biologische vertering zelf, verdere warmte voortgebracht tijdens het chemische oxidatieproces. Met andere woorden, de warmte die wordt voortgebracht vóór de oxidatiestap wordt gebruikt voor het katalyseren van verdere oxidatie van de macromoleculaire componenten daarin en in feite wordt het hierdoor in sommige gevallen mogelijk om de behoefte aan de katalysator die hierboven is besproken te elimineren.

In een uitvoeringsvorm die de voorkeur heeft omvat de werkwijze het verwijderen van stikstof en fosfor uit de heldere bovendrijvende vloeistof voor het verkrijgen van een gezuiverde heldere bovendrijvende vloeistof. Bij voorkeur wordt de stikstof biologisch en de fosfor door preci-pitatie verwijderd.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze van de onderhavige uitvinding wordt het behandelen van afval uitgevoerd door het toevoegen van het afval aan een AAD-vat en onderwerpen van het afval aan biologische vertering in het AAD-vat zodat daarin een eerste biomassa en een eerste bovendrijvende vloeistof wordt gevormd, toevoegen van de eerste bovendrijvende vloeistof uit het AAD-vat aan een ATAD-reaktor en onderwerpen van de eerste bovendrijvende vloeistof aan biologische verte- ring in de ATAD-reaktor voor het daarin vormen van een tweede biomassa en een tweede bovendrijvende vloeistof, oxideren van ten minste een gedeelte van de tweede biomassa voor het vormen van een geoxideerd effluent daarin en terugvoeren van het geoxideerde effluent naar het AAD-vat.

Bij vookeur omvat de werkwijze het afscheiden van ten minste een gedeelte van de tweede biomassa van de tweede bovendrijvende vloeistof vóór de oxidatiestap.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze van de onderhavige uitvinding die de voorkeur heeft omvat de oxidatiestap een chemische oxidatiestap, bij voorkeur met het in kontakt brengen van ten minste een gedeelte van de tweede biomassa met waterstofperoxide bij aanwezigheid van een Fenton's reagens katalysator, bij voorkeur ferrosulfaat.

Andere doelen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit een analyse van de volgende gedetailleerde beschrijving die betrekking heeft op de tekeningen, waarin:

Fig. 1 is een blokstroomschema van een geaktiveerd slibproces waarin een hydrolytische hulpwijze voor een autothermische aërobe verteringszone is opgenomen voor een versterkte vermindering van slib, zoals uiteen is gezet in U.S. octrooischrift nr. 4.915*840;

Fig. 2 is een blokstroomschema van een geaktiveerd slibproces waarin een gedeelte van de biomassa uit de ATAD-reaktor wordt gehydrolyseerd in een hydrolysevat en het gehydrolyseerde effluent vervolgens wordt teruggevoerd naar de ingang van de ATAD-reaktor volgens U.S. octrooischrift nr. 5-141.646.

Fig. 3 is een blokstroomschema van een werkwijze voor het behandelen van afval waarbij oxidatie volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt toegepast;

Fig. 4 is een blokstroomschema van een andere werkwijze voor het behandelen van afval volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 5 is een blokstroomschema van nog een andere werkwijze voor het behandelen van afval volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 6 is een blokstroomschema van nog een andere werkwijze voor het behandelen van afval volgens de onderhavige uitvinding; en

Fig. 7 is een blokstroomschema van een andere werkwijze voor het behandelen van afval volgens de onderhavige uitvinding.

Met betrekking tot de figuren, waarin overeenkomende referentienum-mers betrekking hebben op overeenkomende gedeelten, toont fig. 3 een systeem 50 voor het behandelen van slib, waarin slib dat ten minste 2% vaste deeltjes bevat, maar bij voorkeur ten minste ongeveer 4# vaste deeltjes, via een toevoer leiding 52 wordt toegevoegd aan een mengvat 5** en daarna via leiding 56 aan een ATAD-reaktoreenheid 58. De funktie van de menger 54 zal hierin verder worden beschreven.

In de ATAD-reaktoreenheid 58 wordt een autothermisch thermofiel aëroob vereteringsproces zoals beschreven in U.S. octrooischrift 3.5^7.814 bij ongeveer 40-70°C uitgevoerd. Lucht of een ander zuurstof bevattend gas, in sommige gevallen nitraten, wordt met de juiste snelheid via leiding 59 aan de ATAD-reaktor 58 toegevoegd voor het aëroob verteren van de gesuspendeerde vaste deeltjes in de reaktor. Periodiek, bijvoorbeeld één keer per dag, wordt de ATAD-reaktor 58 stilgelegd en laat men de biomassa in de reaktor bezinken tijdens een rustige periode (bij voorkeur ongeveer 1/2 tot 1 uur). Daarna wordt een gedeelte van de bezonken biomassa, bij voorkeur tussen 1% en ongeveer 10% van de biomassa in de ATAD-reaktor, uit de ATAD-eenheid 58 verwijderd en via leiding 60 aan het oxidatievat 62 toegevoegd voor een oxidatieve behandeling daarin.

In het oxidatievat 62 vindt bij voorkeur chemische oxidatie plaats.

Dit wordt bij voorkeur gedaan door gebruik van waterstofperoxide als het chemische oxidatiemiddel. Oxidatie van de biomassa in de ATAD-reaktor wordt bij voorkeur uitgevoerd in een ladingsgewijs werkende geroerde reaktor waarin de pH op een konstant niveau tussen ongeveer 1 en 6, bij ’ voorkeur op een pH van ongeveer 3.5. wordt gehouden, waarbij dit wordt bereikt door het toevoegen van zuur, zoals zwavelzuur, in een hoeveelheid die wordt benodigd om dit te doen. De oxidatiereaktie kan worden gekatalyseerd door het gebruik van Fenton’s reagens, d.w.z. ferrosulfaat, dat periodiek kan worden toegevoegd aan de reaktor. De hoeveelheid ferrosulfaat die wordt toegevoegd hangt natuurlijk af van de doorvoer van de reaktor, maar gewoonlijk zal dit een hoeveelheid tot ongeveer 100 mg per liter zijn en, wanneer een dergelijke katalysator wordt gebruikt, bij voorkeur tussen ongeveer 3 en 100 mg per liter en met de meeste voorkeur tussen ongeveer 5 en 10 mg per liter. Zoals hierboven besproken is het in sommige gevallen, wanneer de temperatuur van de biomassa hoog genoeg is, echter mogelijk om een autokatalytische reaktie uit te voeren, zonder de noodzaak om deze katalysator hieraan toe te voegen. Het is echter tevens mogelijk om andere bekende chemische oxidatieprocessen toe te passen, zoals ozonisering, waarbij ozon elektrisch wordt opgewekt en vervolgens als het oxidatiemiddel wordt toegevoegd; chemische oxidatie met gebruik van middelen zoals dichromaten en permanganaten; en oxidatie met natte lucht, bij verhoogde temperaturen en drukken, die alle commerciële processen zijn die bekend staan als warmtebehandelings-processen, zoals het

Zimpro- en Porteus-proces.

In het oxidatievat 62 zelf worden verschillende chemische componenten geoxideerd. Zeer in het bijzonder kunnen, tussen de verschillende organische componenten daarvan, verschillende toxische componenten van de bezonken biomassa-stroom worden geoxideerd, inclusief conponenten die niet gevoelig zijn voor processen zoals de hydrolyse van U.S. octrooi-schrift 5·1^1.646. Deze omvatten complexe koolwaterstoffen of zeer gereduceerde koolwaterstoffen zoals PCB's enz. Het elimineren van deze toxische materialen is niet alleen belangrijk op een totaal-basis, maar het helpt tevens bij het vergroten van de efficiëntie van de ATAD-reaktor zelf (zowel als de AAD-reaktor volgens de uitvoeringsvorm die hieronder wordt besproken). Verder staat de oxidatie van moeilijk afbreekbare of mogelijk remmende organische materialen toe dat het proces efficiënter werkt, hoofdzakelijk omdat de accumulatie van doel-toxische componenten in de ATAD- of AAD-reaktor daardoor wordt voorkomen.

Verder bestaat, in verband met hydrolysereakties waarbij ofwel een sterk zuur of een sterke base wordt gebruikt, de mogelijkheid van neven-reakties, die op hun beurt extra toxische componenten kunnen vormen. Deze mogelijkheid wordt eveneens geëlimineerd door het toepassen van de oxida-tieve behandeling van de onderhavige uitvinding. Bij deze oxidatiereak-ties is het daarom mogelijk om dergelijke toxische componenten af te breken tot hun basisbestanddelen, zodat daaruit kooldioxide wordt voortgebracht. Dit is natuurlijk onmogelijk wanneer hydrolysereakties worden gebruikt.

Daarom is er, bij het gebruik van de oxidatie-behandeling van de onderhavige uitvinding, een aanzienlijke vermindering in de chemische zuürstofbehoefte (COD) van het organische materiaal, waardoor dus de efficiëntie in de ATAD-reaktor wordt verbeterd en de totale oxidatie-behoefte daarin wordt verminderd. Dit geeft nog een ander voordeel in zowel termen van de aard van het produkt dat daaruit wordt verkregen en in termen van financiële besparingen.

Op een overall basis vermindert de onderhavige uitvinding dus de COD en lost deze signifikante hoeveelheden van de chemische componenten die in de bezonken biomassa die daarin wordt behandeld aanwezig zijn, op. In ieder geval wordt het geoxideerde effluent uit de oxidatiereaktor 62 vervolgens via leiding 66 aan het mengvat 5^ toegevoegd, waar deze wordt gemengd met het binnenkomende voedingsslib uit leiding 52. Op deze wijze neutraliseert het binnenkomende slib tevens de geoxideerde stroom, waarbij deze dichter bij de gewenste pH wordt gebracht. Desgewenst kan een verdere aanpassing van de pH worden uitgevoerd door het toevoegen van een zuur of een base via leiding 68.

Het wordt tevens op prijs gesteld dat het geoxideerde slib dat wordt toegevoegd aan de menginrichting 5^ warm is, waarbij dit helpt om de temperatuur van de binnenkomende slib uit toevoerleiding 52 te verhogen en daardoor verder de kosten verlaagt door het elimineren of ten minste verminderen van de behoefte aan afzonderlijke verwarmingsapparatuur.

Periodiek wordt een gezuiverde heldere bovendrijvende vloeistof verwijderd uit de ATAD-eenheid 58 en via leiding 70 naar de installatie teruggevoerd. Het ATAD-effluent kan tevens worden getransporteerd naar een afscheider voor vaste deeltjes (zoals een klaarinrichting, een ver-dikkingsinrichting of een ultrafilter) voor het doel van het afscheiden van de ATAD-biomassa van de bovendrijvende vloeistof. Iets van de afgescheiden ATAD-biomassa kan vervolgens terug worden getransporteerd naar ’ de ATAD-reaktor, terwijl een ander gedeelte naar de oxidatie-eenheid kan worden gestuurd (zie fig. 7)· Deze afscheiding van de ATAD-biomassa is in het bijzonder signifikant waar wordt beoogd om het produkt benedenstrooms te onderwerpen aan enige verdere stroomafwaartse aërobe biologische behandeling. De aanwezigheid van een signifikante hoeveelheid van de ther-mofiele (ATAD) biomassa daarin kan daarop een ernstige negatieve invloed hebben. Meer in het bijzonder is deze ATAD-biomassa betrekkelijk moeilijk af te breken en is deze bestand tegen afbraak in een dergelijk benedenstrooms biologisch behandelingssysteem. Dit resulteert op zijn beurt in een signifikante opbouw van dit materiaal in deze benedenstroomse systemen, wat dus de totale prestatie van deze werkwijzen vermindert.

Er wordt tevens opgemerkt dat er de voorkeur aan wordt gegeven dat het slib dat wordt toegevoegd aan mengvat 5^ een vast gehalte heeft van ongeveer 4#. Echter kunnen lagere gehaltes vaste deeltjes, zoals tot ongeveer 2% vaste deeltjes, in sommige gevallen eveneens worden behandeld, zoals wanneer de warmte die wordt opgewekt in de biologische reak-ties in de ATAD-reaktor voldoende is om thermofiel te werken.

Met betrekking tot fig. k wordt vervolgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding geïllustreerd die overeen komt met de uitvoeringsvorm die hierboven is beschreven met betrekking tot fig. 3. maar die het mogelijk maakt dat voedingsstoffen via leiding 70 uit de bovendrijvende vloeistof worden verwijderd. In het bijzonder illustreert fig. 4 een station voor het verwijderen van voedingsstoffen 92 die gezuiverde bovendrijvende vloeistof ontvangt via leiding 70 en die wordt behandeld voor het verwijderen van stikstof en fosfor. In deze uitvoeringsvorm worden chemicaliën via leiding 76 aan het station voor de verwijdering van voedingsstoffen 72 toegevoegd, terwijl fosfaat/chemisch slib ofwel wordt teruggevoerd naar de oxidatiereaktor 62 en/of wordt verwijderd via leiding 74. De behandelde bovendrijvende vloeistof wordt vervolgens via leiding 78 naar de installatie teruggevoerd.

In deze uitvoeringsvorm wordt fosfor bij voorkeur door precipitatie uit de bovendrijvende vloeistof verwijderd, terwijl stikstof bij voorkeur biologisch of via andere geschikte wijzen, zoals door lucht-strippen van ammoniak, wordt verwijderd. Voorheen werd niet ingezien dat stikstof en extra fosfor zou worden geproduceerd in een ATAD-reaktor tijdens het verteren. De voorgestelde wijze van het verwijderen van voedingsstoffen in Amerikaans octrooischrift 4.915-840 is dus in vergelijking inefficiënt. Er wordt op prijs gesteld dat tijdens het verwijderen van voedingsstoffen tevens andere opgeloste vaste stoffen, die een probleem kunnen vormen bij andere benedenstroomse behandelingswerkwijzen, worden verwijderd.

Met betrekking tot fig. 5 wordt een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding voor het behandelen van vaste organische afvalmaterialen beschreven. In deze uitvoeringsvorm wordt een opstelling die overeen komt met degene die wordt getoond in fig. 4 gebruikt, met de toevoeging van een maalinrichting bovenstrooms van de menginrichting 54. Kenmerkend wordt een afvalwaterstroom die ten minste vaste deeltjes omvat via leiding 84 aan een maalinrichting 86 toegevoegd, die via leiding 52 met de menginrichting 54 is verbonden. De maalinrichting wordt in deze uitvoeringsvorm toegepast om de deeltjesgrootte te verminderen en om de vaste deeltjes om te zetten in een meer handelbare toestand voor bio-degradatie via vloeibare compostering. Dit systeem is dus geschikt voor de behandeling van afvalwater, vuilnis, bladeren, gemaaid gras enzovoort. Als een verder kenmerk van deze uitvoeringsvorm kunnen water en/of voedingsstoffen desgewenst via leiding 61 aan de ATAD-reaktor 58 worden toegevoegd.

Een signifikant voordeel van de hierboven beschreven opstelling is, dat voor sommige soorten vaste organische afvalmaterialen voedingsstoffen moeten worden toegevoegd, dat de toepassing van de hierboven beschreven werkwijze waar de ATAD-biomassa wordt geoxideerd het mogelijk maakt dat voedingsstoffen worden teruggevoerd naar het proces via menginrichting 54, waarbij op het gebruik van chemicaliën wordt bespaard.

De stap voor het verwijderen van voedingsstoffen die hierboven is beschreven met betrekking tot fig. 5 kan tevens worden toegepast. Desge- wenst kan het uiteindelijke produkt dat de voorkeur heeft vervolgens via leiding 78 naar de installatie worden teruggevoerd.

In fig. 6 wordt een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding beschreven in de kontext van een systeem voor het opwekken van energie, dat methaangas uit slib/afval extraheert vóór het composteren.

In deze uitvoeringsvorm kan het slib of het vaste afval dat voor ongeveer è% uit vaste deeltjes bestaat via leiding 84 aan de maalinrichting 86 worden toegevoegd en daarna via leiding 52 aan de menginrichting 54. Het slib wordt daarna via leiding 56 naar een autothermische anaërobe verteringseenheid (AAD) 88 gevoerd, waar methaangas via leiding 90 wordt onttrokken. Eventueel kan, via leiding 92, bezonken biomassa uit de AAD-eenheid worden geoxideerd in de oxidatiereaktor 62 en vervolgens aan de mengkamer 54 worden teruggevoerd. Wanneer dit noodzakelijk is kan een overmaat slib via leiding 93 uit de oxidatiereaktor 62 worden verwijderd.

De AAD-eenheid 88 is een autothermische anaërobe verteringsinrich-ting. Deze komt overeen met de ATAD-reaktor 58, behalve dat deze een hogere ingangsconcentratie vaste stof benodigt en anaëroob is, zodat geen zuurstof (beluchting) wordt toegevoerd. De AAD-eenheid is ontworpen voor het extraheren van energie uit het slib of het afval vóór het uiteindelijke stabiliseren via composteren. Water en/of voedingsstoffen kunnen desgewenst via leiding 96 aan de AAD-eenheid worden toegevoegd. Bovendrijvende vloeistof uit AAD-eenheid 88 wordt via leiding 94 aan de ATAD-reaktor 58 toegevoerd.

Men laat een gedeelte van de ATAD-biomassa bezinken en deze wordt als voorheen verwijderd en via leiding 60 naar de oxidatiereaktor 62 teruggevoerd, waarbij de geoxideerde stroom hieruit via leiding 66 naar de menginrichting 54 wordt gevoerd. Gezuiverde bovendrijvende vloeistof uit de ATAD-reaktor kan via leiding 70 naar de installatie worden teruggevoerd of deze kan, zoals hierboven beschreven, aan een inrichting voor het verwijderen van voedingsstoffen 72 worden toegevoegd. Behandelde bovendrijvende vloeistof kan via leiding 76 aan de installatie worden teruggevoerd.

Vervolgens wordt met betrekking tot fig. 7. in een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding die overeen komt met degene die wordt getoond in fig. 3t een afscheidingsstap voor vaste deeltjes gebruikt met betrekking tot de bovendrijvende vloeistof die wordt verwijderd via decanteerleiding 70. In het bijzonder illustreert fig. 7 een afscheider voor vaste deeltjes 101, zoals een klaarinrichting, een ver-dikkingsinrichting of een ultrafilter, waaruit vaste deeltjes, zoals de ATAD-biomassa die in de bovendrijvende vloeistofstroom is bevat, worden afgescheiden van de bovendrijvende vloeistof en ofwel worden teruggevoerd naar de ATAD-reaktor via leiding 103 en/of worden teruggevoerd naar de oxidatiereaktor 62 via leiding 105. De gezuiverde bovendrijvende vloeistof kan vervolgens via leiding 107 naar de installatie worden teruggevoerd. In alle andere aspekten zijn de componenten van fig. 7 hetzelfde al degene die worden getoond in fig. 3 en die hierboven zijn besproken.

Hoewel de uitvinding hierin is beschreven met betrekking tot bepaalde uitvoeringsvormen, moet worden begrepen dat deze uitvoeringsvormen alleen een illustratie vormen van de principes en toepassingen van de onderhavige uitvinding. Er moet daarom worden begrepen dat talrijke modificaties kunnen worden aangebracht aan de illustratieve uitvoeringsvormen en dat andere opstellingen kunnen worden ontworpen zonder af te wijken van de geest en het gebied van de onderhavige uitvinding zoals deze wordt gedefinieerd door de bijgevoegde conclusies.

Claims (22)

1. Werkwijze voor de behandeling van organisch afval welke bestaat uit het toevoeren van het organische afval aan een ATAD-reaktor (58) en onderwerpen van het organische afval aan biologische vertering in de ATAD-reaktor voor het vormen van een biomassa en een heldere bovendrijvende vloeistof daarin, met het kenmerk, dat ten minste een gedeelte van de biomassa (62) wordt geoxideerd voor het vormen van een geoxideerd effluent daarin en terugvoeren van het geoxideerde effluent (66) naar de ATAD-reaktor.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de heldere bovendrijvende vloeistof (70) periodiek wordt verwijderd uit de ATAD-reaktor (58).

3. Wrkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de oxida-tiestap (62) bestaat uit het chemisch oxideren van ten minste een. gedeelte van de biomassa.

4. Werkwijze volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat de chemische oxidatiestap (62) bestaat uit het in kontakt brengen van ten minste een gedeelte van de biomassa met waterstofperoxide bij aanwezigheid van een Fenton's reagens katalysator.

5· Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat Fenton's reagens katalysator ferrosulfaat bevat.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3. met het kenmerk, dat ten minste een gedeelte van de biomassa (60) wordt afgescheiden van de heldere bovendrijvende vloeistof vóór de oxidatiestap.

7. Werkwijze volgens conclusie 3~6, met het kenmerk, dat de chemische oxidatiestap (62) wordt uitgevoerd bij een pH tussen ongeveer 1 en 6.

8. Werkwijze volgens conclusie 7. met het kenmerk, dat de chemische oxidatiestap wordt uitgevoerd bij een pH van ongeveer 3.5·

9. Werkwijze volgens conclusie 1-8, met het kenmerk, dat het organische afval wordt onderworpen aan biologische vertering in de ATAD-reaktor (58) bij een temperatuur tussen ongeveer kO en 70eC.

10. Werkwijze volgens conclusie 9. met het kenmerk, dat ten minste een gedeelte van de biomassa wordt geoxideerd bij een temperatuur tussen ongeveer 40 en 70°C.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3* met het kenmerk, dat het organische afval bovenstrooms (5*0 van de ATAD-reaktor (58) wordt gemengd.

12. Werkwijze voor het behandelen van afval die bestaat uit het toevoeren van het afval aan een AAD-vat (88) en onderwerpen van het afval aan biologische vertering in het AAD-vat voor het vormen van een eerste biomassa en een eerste bovendrijvende vloeistof daarin en toevoeren van de eerste bovendrijvende vloeistof (9*0 uit het AAD-vat aan een ATAD-reaktor (58) en onderwerpen van de eerste bovendrijvende vloeistof aan biologische vertering in de ATAD-reaktor voor het vormen van een tweede biomassa en/of een tweede bovendrijvende vloeistof daarin, met het kenmerk. dat ten minste een gedeelte van de tweede biomassa (62) wordt geoxideerd voor het vormen van een geoxideerd effluent daarin en terugvoeren van het geoxideerde effluent (66) naar het AAD-vat.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat ten minste een gedeelte van de tweede biomassa (60) wordt afgescheiden van de tweede bovendrijvende vloeistof (70) vóór de oxidatiestap.

14. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de oxidatiestap (62) bestaat uit het chemisch oxideren van ten minste een gedeelte van de tweede biomassa.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de oxidatiestap (62) bestaat uit het in kontakt brengen van ten minste een gedeelte van de tweede biomassa (60) met waterstofperoxide bij aanwezigheid van een Fenton's reagens katalysator.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk. dat Fenton’s reagens katalysator ferrosulfaat bevat.

17· Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de chemische oxidatiestap (62) wordt uitgevoerd bij een pH tussen ongeveer 1 en 6.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de chemische oxidatiestap (62) wordt uitgevoerd bij een pH van ongeveer 3.5.

19· Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat stikstof en fosfor worden verwijderd uit de tweede bovendrijvende vleoistof (70) voor het verkrijgen van een gezuiverde heldere bovendrijvende vloeistof (76).

20. Werkwijze volgens conclusie 12, 13 of 14, met het kenmerk, dat de eerste biomassa (94) wordt afgescheiden uit het AAD-vat (88) en dat het afgescheiden gedeelte van de eerste biomassa (92) wordt toegevoerd aan de oxidatiestap (62).

21. werkwijze volgens conclusie 12, 13 of 14, met het kenmerk, dat het afval bovenstrooms (54) van het AAD-vat (88) wordt gemengd.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het vaste afval (86) bovenstrooms van de mengstap (54) wordt gemalen. ;