NL9301208A

NL9301208A - Method of purifying waste water

Info

Publication number: NL9301208A
Application number: NL9301208A
Authority: NL
Original assignee: Rijkslandbouwhogeschool
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-02-01

Abstract

A method is described for the biological purification (biological treatment) of material to be purified (treated), the material to be purified being subjected to a treatment with anaerobic bacteria and aerobic bacteria, in such a way that the treatment with the anaerobic bacteria and with the aerobic bacteria takes place in the same liquid phase having an oxygen concentration of at least 100 μg/l. The anaerobic bacteria are present in biofilms having a thickness of at least 100 μm and remain active under the aerobic conditions.

Description

Werkwi.ize voor het zuiveren van afvalwaterWerkwi.ize for purifying waste water

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van materiaal zoals afval, afvalwater, verontreinigde grond, waarbij het te zuiveren materiaal wordt onderworpen aan een behandeling met anaërobe bacteriën en aerobe bacteriën.The invention relates to a method for purifying material such as waste, waste water, contaminated soil, wherein the material to be purified is subjected to a treatment with anaerobic bacteria and aerobic bacteria.

Biologische afvalwaterzuivering kan langs twee wegen plaats vinden. Enerzijds kan het organische afval via een in wezen reductief, zuurstofarm proces worden behandeld, waarbij organische verbindingen zoals vetzuren hoofdzakelijk worden omgezet in methaan en kooldioxide; bekend is dat de daarbij actieve anaërobe bacteriën zeer gevoelig zijn voor zuurstof en hun activiteit reeds bij zeer lage zuurstofconcentraties (in de orde van 10 yg/l) verliezen. Anderzijds kan het afval via een oxidatief, zuurstofrijk proces worden behandeld, waarbij organische verbindingen door de aerobe bacteriën uiteindelijk worden omgezet in kooldioxide en biomassa (slib).Biological wastewater treatment can take place in two ways. On the one hand, the organic waste can be treated via an essentially reductive, low-oxygen process, whereby organic compounds such as fatty acids are mainly converted into methane and carbon dioxide; it is known that the active anaerobic bacteria are very sensitive to oxygen and lose their activity even at very low oxygen concentrations (on the order of 10 µg / l). On the other hand, the waste can be treated via an oxidative, oxygen-rich process, in which organic compounds are ultimately converted into carbon dioxide and biomass (sludge) by the aerobic bacteria.

Voor diverse typen afval is het voordelig gebleken het anaërobe proces en het aerobe proces te combineren. Een belangrijk deel van de biologisch afbreekbare organische afvalstoffen (BZV) wordt dan in een betrekkelijk goedkoop proces anaëroob in methaan omgezet, waarna het overblijvende deel, inclusief eventuele niet anaëroob afbreekbare stoffen en tussenprodukten, aëroob wordt omgezet in kooldioxide; deze laatste, aerobe nazuiveringsstap wordt ook wel aangeduid met "polishing" (zie Lettinga, G. en Hulshoff Pol, L.W., Water Set. Tech. 2k, 87-107 [1991]). Ook halogeen houdend afval kan in een dergelijk tweetraps-proces worden behandeld, waarbij in de eerste stap organische polyhalogeenverbindingen door anaërobe bacteriën worden gedehalogeneerd of in minder halogeen houdende stoffen worden omgezet, waarna de produkten van de dehalogene-ring door aerobe bacteriën worden weggeoxideerd (zie Fathepure, B.Z. en Vogel, T.M., Appl. Env. tlicrobiol. 57, 3^18-3^22 [1991])·It has proven advantageous for various types of waste to combine the anaerobic process and the aerobic process. An important part of the biodegradable organic waste (BOD) is then converted anaerobically into methane in a relatively inexpensive process, after which the remaining part, including any non-anaerobically degradable substances and intermediates, is aerobically converted into carbon dioxide; the latter aerobic post-purification step is also referred to as "polishing" (see Lettinga, G. and Hulshoff Pol, L.W., Water Set. Tech. 2k, 87-107 [1991]). Halogen-containing waste can also be treated in such a two-stage process, in which in the first step organic polyhalogen compounds are de-halogenated by anaerobic bacteria or converted into substances containing less halogen, after which the products of the dehalogenation are oxidized away by aerobic bacteria (see Fathepure, BZ and Vogel, TM, Appl Env tlicrobiol 57, 3 ^ 18-3 ^ 22 [1991])

Nadeel van een dergelijk tweetraps-proces is dat er ten minste twee afzonderlijke reactoren voor nodig zijn, hetgeen hogere investeringen en proceskosten vergt.The disadvantage of such a two-stage process is that it requires at least two separate reactors, which requires higher investment and process costs.

Verrassenderwijs is nu gevonden dat anaërobe bacteriën onder bepaalde omstandigheden in een reactor met betrekkelijk hoge zuurstofconcentraties hun activiteit behouden. Aldus kunnen de anaërobe en aerobe behandeling van organische afvalstoffen gelijktijdig in dezelfde reactor plaats vinden, zodat een efficiënte omzetting van vrijwel alle organische stoffen mogelijk is.Surprisingly, it has now been found that anaerobic bacteria retain their activity under certain conditions in a reactor with relatively high oxygen concentrations. Thus, the anaerobic and aerobic treatment of organic waste can take place simultaneously in the same reactor, so that an efficient conversion of almost all organic substances is possible.

De werkwijze volgens de uitvinding voor de biologische behandeling van te zuiveren materiaal, waarbij het te zuiveren materiaal wordt onderworpen aan anaërobe bacteriën onder aerobe omstandigheden, wordt derhalve gekenmerkt, doordat de behandeling met de anaërobe bacteriën en met de van nature aanwezige aerobe bacteriën in dezelfde fase plaats vindt. Met anaërobe bacteriën worden hier in de eerste plaats methanogene en acetogene bacteriën bedoeld.The method according to the invention for the biological treatment of the material to be purified, wherein the material to be purified is subjected to anaerobic bacteria under aerobic conditions, is therefore characterized in that the treatment with the anaerobic bacteria and with the naturally occurring aerobic bacteria in the same phase takes place. Anaerobic bacteria here primarily mean methanogenic and acetogenic bacteria.

Volgens de onderhavige werkwijze heersen in de vloeistoffase volledig aerobe omstandigheden, d.w.z. een zuurs tof concentratie van ten minste 100 pg/1, in het bijzonder van ten minste 500 yg/1. De zuurstof-concentratie in de bij de volgens de uitvinding toe te passen reactor ligt bij voorkeur tussen 1 en 25 mg/1, met meer voorkeur tussen 2 en 23 mg/1. De werkwijze onderscheidt zich van eerder beschreven coculturen van micro-aerofiele en anaërobe organismen met beperkte zuurstoftoevoer, doordat de strikt anaërobe bacteriën in de vloeistoffase onder aerobe omstandigheden werkzaam zijn, waarbij een verhouding tussen toegevoerde zuurstof en biologisch zuurstofverbruik (BZV) van i 1 geldt. De aerobe en anaërobe bacteriën bevinden zich met voordeel in dezelfde biofilm en zijn homogeen door het reactorslib verdeeld.According to the present method, fully aerobic conditions prevail in the liquid phase, i.e. an oxygen concentration of at least 100 µg / l, in particular of at least 500 µg / l. The oxygen concentration in the reactor to be used in the reactor according to the invention is preferably between 1 and 25 mg / l, more preferably between 2 and 23 mg / l. The method differs from previously described cocultures of micro-aerophilic and anaerobic organisms with limited oxygen supply in that the strictly anaerobic bacteria in the liquid phase operate under aerobic conditions, whereby a ratio between supplied oxygen and biological oxygen demand (BOD) applies. The aerobic and anaerobic bacteria are advantageously located in the same biofilm and are distributed homogeneously throughout the reactor sludge.

De werkwijze met anaërobe en aerobe zuivering in dezelfde fase als volgens de uitvinding heeft het voordeel dat resten BZV in dezelfde reactor kunnen worden verwijderd als waarin de anaërobe afbraak plaats vindt. Verder kunnen stoffen die giftig zijn voor anaërobe bacteriën (bij voorbeeld bij de houtverwerkende industrie voorkomende harszuren) en/of stoffen die door deze anaërobe bacteriën niet worden afgebroken onder invloed van de aanwezige zuurstof worden verwijderd en/of ontgift.The process with anaerobic and aerobic purification in the same phase as according to the invention has the advantage that residues of BOD can be removed in the same reactor in which the anaerobic degradation takes place. Furthermore, substances that are toxic to anaerobic bacteria (e.g. resin acids occurring in the wood processing industry) and / or substances that are not degraded by these anaerobic bacteria can be removed and / or detoxified under the influence of the oxygen present.

Een ander probleem dat voordelig met de werkwijze volgens de uitvinding kan worden opgelost is de verwerking van polyhalogeenhoudende verbindingen. Voor de afbraak daarvan is zowel anaërobe als aerobe behandeling nodig. Bij toepassing van het éénfase-systeem kunnen beide biologische omzettingen in dezelfde bioreactor plaats vinden. Daarbij worden bij voorbeeld chlooratomen van chloorverbindingen (zoals poly-chloorbifenyleen (PCB) en perchloorethyleen) door middel van anaërobe organismen verwijderd, waarna de niet anaëroob afbreekbare of niet chloorhoudende verbindingen als BZV kunnen worden afgebroken.Another problem that can be solved advantageously with the method according to the invention is the processing of polyhalogen-containing compounds. Its breakdown requires both anaerobic and aerobic treatment. When using the single-phase system, both biological conversions can take place in the same bioreactor. For example, chlorine atoms of chlorine compounds (such as polychlorobiphenylene (PCB) and perchlorethylene) are removed by means of anaerobic organisms, after which the non-anaerobically degradable or non-chlorine-containing compounds can be broken down as BOD.

De bij de werkwijze volgens de uitvinding te gebruiken bacteriën, in het bijzonder de anaërobe bacteriën, bevinden zich bij voorkeur in aggregaten of biofilms met een voldoende dikte, van ten minste 100 pm, in het bijzonder ten minste 300 pm. In deze aggregaten kunnen de aan de oppervlakte aanwezige bacteriën op den duur aëroob worden of door aerobe bacteriën worden vervangen, maar blijven de aan de binnenzijde aanwezige bacteriën anaëroob actief. De aggregaten kunnen van nature gevormde aggregaten zijn of gefabriceerde aggregaten. Een gunstige vorm van bacteriële aggregaten is zg. korrelslib met een korreldiameter van ten minste 300 pm. In een andere uitvoeringsvorm kunnen de anaërobe bacteriën op een vaste drager aanwezig zijn. Verdere mogelijkheden zijn in flocculent aëroob actief slib gegroeide anaërobe zones, flocculent anaëroob slib, in gelbeds opgenomen bacteriën en draadvormig slib dat gevormd wordt als lange biofilms op een vaste drager in een snel doorstroomde rector.The bacteria to be used in the method according to the invention, in particular the anaerobic bacteria, are preferably in aggregates or biofilms with a sufficient thickness of at least 100 µm, in particular at least 300 µm. In these aggregates, the bacteria present on the surface can eventually become aerobic or be replaced by aerobic bacteria, but the bacteria present on the inside remain anaerobically active. The aggregates can be naturally formed aggregates or manufactured aggregates. A favorable form of bacterial aggregates is so-called grain sludge with a grain diameter of at least 300 µm. In another embodiment, the anaerobic bacteria may be on a solid support. Further possibilities are anaerobic zones grown in flocculent aerobic activated sludge, flocculent anaerobic sludge, bacteria incorporated in gel beds and filamentous sludge formed as long biofilms on a solid support in a fast-flow rector.

De aard en de herkomst van de anaërobe en aerobe bacteriën zijn niet kritisch. De anaërobe bacteriën kunnen uit de gebruikelijke bronnen, zoals anaërobe afvalwaterzuiveringsinstallaties en minder gebruikelijke bronnen zoals actief-slibinstallaties afkomstig zijn. De aerobe bacteriën komen van nature voor in anaëroob slib of ontwikkelen daarin in korte tijd.The nature and origin of the anaerobic and aerobic bacteria are not critical. The anaerobic bacteria can originate from conventional sources, such as anaerobic wastewater treatment plants and less common sources, such as activated sludge plants. The aerobic bacteria occur naturally in anaerobic sludge or develop within a short time.

Voorbeeld IExample I

Aan korrelvormig anaëroob slib (afkomstig van UASB-reactor waarin bietvinasse wordt gezuiverd, Nedalco BV, korrelslib, gemiddelde doorsnede 1,3 mm) in een serumfles van 600 ml werd 100 ml ethanol toegevoerd (1023 CZV mg/1). Het mengsel werd geroerd onder een atmosfeer van 18% zuurstof. In figuur 1 wordt de gelijktijdige produktie van methaan met het verbruik van zuurstof geïllustreerd, waaruit blijkt dat de anaërobe bacteriën en aerobe bacteriën naast elkaar werkzaam zijn. Bij zes maal herhaalde toevoer van ethanol bleven de methaanproduktie en het zuurstofverbruik 18 dagen gehandhaafd (voedingen 1F t/m 6F, alle onder 18% zuurstof). De concentratie opgeloste zuurstof lag tussen 1,5 en 7 mg/1 (figuur 2; horizontale as: tijd in dagen). Na de derde toevoer ontwikkelden zich aerobe methaan-oxiderende bacteriën, die het door de anaërobe bacteriën gevormde methaan begonnen te verbruiken. Na afloop van het experiment werd de anaërobe activiteit bepaald in een zevende voeding (figuren 1 en 2: 7F, 0% zuurstof boven vloeistof): er was na de 18 dagen nog een krachtige populatie van methanogene bacteriën aanwezig, naast facultatief aerobe bacteriën en methaan-oxiderende bacteriën. In een achtste voeding (8F, onder 18% zuurstof) werd methaan toegevoegd, waarbij de aanwezigheid van methaan-oxiderende bacteriën bleek.100 ml of ethanol (1023 COD mg / l) was fed to granular anaerobic sludge (from UASB reactor in which beet vinasse is purified, Nedalco BV, granular sludge, mean diameter 1.3 mm) in a serum bottle of 600 ml. The mixture was stirred under an atmosphere of 18% oxygen. Figure 1 illustrates the simultaneous production of methane with the consumption of oxygen, showing that the anaerobic bacteria and aerobic bacteria act side by side. With a repeated feed of ethanol six times, methane production and oxygen consumption were maintained for 18 days (feeds 1F through 6F, all below 18% oxygen). The dissolved oxygen concentration was between 1.5 and 7 mg / l (Figure 2; horizontal axis: time in days). After the third feed, aerobic methane-oxidizing bacteria developed, which began to consume the methane formed by the anaerobic bacteria. At the end of the experiment, the anaerobic activity was determined in a seventh feed (Figures 1 and 2: 7F, 0% oxygen over liquid): a powerful population of methanogenic bacteria was present after the 18 days, in addition to optional aerobic bacteria and methane -oxidizing bacteria. In an eighth feed (8F, under 18% oxygen), methane was added, revealing the presence of methane-oxidizing bacteria.

Voorbeeld IIExample II

Voorbeeld I werd herhaald met ethanol (986 mg CZV/1) en met verschillende zuurstofconcentraties. In figuur 3 is de methaanvorming afhankelijk van de zuurs tof concentratie in het medium weergeven. Bij een zuurstofconcentratie van 23 mg/1 blijkt nog methaan te worden gevormd.Example I was repeated with ethanol (986 mg COD / 1) and with different oxygen concentrations. Figure 3 shows the methane formation depending on the oxygen concentration in the medium. At an oxygen concentration of 23 mg / l, methane still appears to be formed.

Claims

Method for biological purification of the material to be purified, wherein the material to be purified is subjected to a treatment with anaerobic bacteria and aerobic bacteria, characterized in that the treatment with the anaerobic bacteria and with the aerobic bacteria is in a phase with an oxygen concentration at least 100 pg / l takes place,

The method according to claim 1, wherein an oxygen concentration between 1 and 25 mg / l is used.

The method of claim 1 or 2, wherein the bacteria are present in aggregates.

The method of claim 1 or 2, wherein the bacteria are present on a solid support.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the bacteria are present in a biofilm of at least 300 µm.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the material to be purified mainly contains organic waste materials.