NL9301208A

NL9301208A - Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater.

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

Description

Werkwi.ize voor het zuiveren van afvalwater

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.

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).

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])·

Nadeel van een dergelijk tweetraps-proces is dat er ten minste twee afzonderlijke reactoren voor nodig zijn, hetgeen hogere investeringen en proceskosten vergt.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Voorbeeld 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.

Voorbeeld 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.

Claims

1. Werkwijze voor biologische zuivering van te zuiveren materiaal, waarbij het te zuiveren materiaal wordt onderworpen aan een behandeling met anaërobe bacteriën en aerobe bacteriën, met het kenmerk, dat de behandeling met de anaërobe bacteriën en met de aerobe bacteriën in een fase met een zuurstofconcentratie van ten minste 100 pg/l plaats vindt,

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij men een zuurstof-concentratie tussen 1 en 25 mg/1 toepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de bacteriën aanwezig zijn in aggregaten.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de bacteriën aanwezig zijn op een vaste drager.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de bacteriën aanwezig zijn in een biofilm van ten minste 300 pm.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het te zuiveren materiaal hoofdzakelijk organische afvalstoffen bevat.