NL2027088B1

NL2027088B1 - Aerobe biologische afvalwaterzuivering in een continu-doorstroomde reactor

Info

Publication number: NL2027088B1
Application number: NL2027088A
Authority: NL
Inventors: John Henrik Van Dijk Edward; Pronk Mario; Albert Haaksman Viktor
Original assignee: Univ Delft Tech; Haskoningdhv Nederland Bv
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-07-08
Also published as: IL303574A; AU2021396276A9; CN116867747A; CA3202046A1; US20240018025A1; WO2022124901A1; JP2023554611A; KR20230140563A; EP4259584A1; AU2021396276A1

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op Werkwijze voor het zuiveren van substraathoudend afvalwater in een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor B, waarbij ten minste een deel van biologisch slib 6 in een selector S onder anaerobe of anoxische omstandigheden wordt geconditioneerd met ten minste een deel van het te zuiveren substraathoudend afvalwater 2, al dan niet na een voorbehandelingstap VB van het aangevoerde afvalwater 1, zodanig dat tenminste 20 gew% van het slib in de selector S een verblijftijd in de selector heefi die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector, waarna het aldus geconditioneerde slib/water-mengsel 3, al dan niet na een eventuele aanvullende anaerobe of anoxische contactstap, wordt toegevoerd aan de aerobe zuiveringsreactor B en wordt ondenNorpen aan aerobe zuivering B, waarbij het na aerobe zuivering behandelde afvalwater 4, door bezinking NB, flotatie of mechanische afscheiding, van het slib wordt gescheiden, en (ten minste een deel van) het slib dat is gescheiden van het aeroob behandelde afvalwater als retourslib 6 naar de selector wordt teruggevoerd.

Description

P6094738NL %! Aerobe biologische afvalwaterzuivering in een continu-doorstroomde reactor De uitvinding ligt in het veld van aerobe biologische afvalwaterzuivering in een continu- doorstroomde reactor met een aerobe zuivering met korrelslib.

ACHTERGROND Ter bescherming van het aquatisch milieu is de biologische behandeling van afvalwater van huizen, steden en industriële activiteit een belangrijke activiteit. Een groot aantal biologische zuiveringstechnologieën zijn bekend en deze kunnen grofweg worden onderverdeeld in anaerobe en aerobe technologieën. In beide technologieën wordt gebruikt gemaakt van micro-organismen die de verontreinigingen in het afvalwater als substraat gebruiken en zo omzetten tot minder schadelijke stoffen. Bij anaerobe technologieën gedijen de micro-organismen (MO) zonder dat er noemenswaardig zuurstof aan het mengsel van MO en afvalwater wordt toegevoegd. De MO zetten de verontreinigingen daarbij met name om in methaangas en groei van de MO. Voorbeelden van dergelijke anaerobe technologieën zijn BioBulk, UASB, EGSB en anaerobe MBR. Voordeel van deze klasse van technologie is dat het methaangas nuttig kan worden toegepast. Het grootste nadeel is echter dat de afvalwaterzuiveringsprestatie nogal beperkt is en voor een adequate bescherming van het aquatisch milieu een vervolgzuivering in een aerobe technologie veelal noodzakelijk is. Opgemerkt wordt dat de hieronder gepresenteerde uitvinding geen onderdeel is van deze anaerobe klasse van zuiveringstechnologieén. In aerobe technologieën wordt op de een of andere wijze zuurstof aan de MO toegevoerd, bijvoorbeeld door inbreng van lucht door puntbeluchters, door bellenbeluchters of op andere wijze. De aerobe MO zetten organische koolstofhoudende verontreinigingen met name om in kooldioxide en groei van MO. Daarnaast zijn er aerobe technologieën waarin de procescondities zo worden ingericht, dat naast de aerobe MO ook MO kunnen gedijen die in staat zijn nutriënten als stikstof en fosfaat uit het afvalwater te verwijderen. Dergelijke procescondities omvatten veelal zogenaamde anaerobe en anoxische condities. Bij anoxische condities zijn naast organische verontreinigingen ook geoxideerde stikstofstofverbindingen zoals nitriet en nitraat aanwezig en kunnen MO gedijen die deze omzetten naar onschuldig stikstofgas. Bij de zogenaamde anaerobe condities is de concentratie van dergelijke geoxideerde stikstofverbindingen beperkt of zijn deze geheel niet aanwezig. Bij dergelijke condities kunnen MO gedijen die fosfaat opslaan, bijvoorbeeld door de MO van de PAO-klasse (fosfaataccumulerende organismen). Opgemerkt wordt, dat hoewel de gangbare benaming “anaeroob” van deze procescondities hetzelfde is in anaerobe zuiveringstechnologieën, het een heel andere klasse van MO betreft en niet dient te worden verward met de hierboven beschreven anaerobe zuiveringstechnologieën die met name methaan produceren. Opgemerkt wordt dat er ook specifieke MO bestaan die ammonium met nitriet 40 kunnen omzetten tot stikstofgas. Deze klasse van MO worden veelal als Anammox (anoxische ammoniumoxiderend) aangemerkt. Deze klasse van MO kan niet goed gedijen in de aanwezigheid van koolstofhoudende verontreinigingen en kan deze belangrijke verontreinigen ook niet verwijderen. Technologieën die anammox MO inzetten behoren daarom ook niet tot de aerobe afvalwaterbehandeling, maar hebben veelal wel een dergelijke aerobe zuiveringstechnologie-component nodig als voorbehandeling om uit ammonium of organische stokstofverontreinigingen nitriet te maken. Een veelgebruikte — en tot voor kort wereldwijd - meest gangbare technologie voor de aerobe afvalwaterzuivering, is het zogenaamde continu actiefslibsysteem. Eén van de uitvoeringsvormen is bijvoorbeeld de zogenaamde Carrouseltechnologie zoals beschreven in EP0474296. De MO groeien hierbij in de vorm van slibvlokken, die in de Carrousel zuiveringsreactor samen met het afvalwater worden rondgestuwd en op deze manier zowel aan aerobe alsook anoxische condities worden blootgesteld. Ook zijn er Carrousel-uitvoeringsvormen die een voorgeschakelde anaerobe reactor hebben om groei van de PAO MO te bewerkstellingen in het rondgestuwde actiefslib. Na verwijderingen van de verontreinigingen van het afvalwater door de MO in het actiefslib (AS), wordt het AS van het water afgescheiden door bezinking, flotatie, met membraanfilters of op een andere wijze, en wordt het AS teruggevoerd naar de aerobe, de anoxische en/of anaerobe procescondities. Om de afscheiding van het AS goed en snel te laten verlopen is het van belang dat het AS goede bezinkeigenschappen heeft. Daarom worden in AS-systemen veelal zogenaamde slibselectoren toegepast, waarbij het teruggevoerde AS goed wordt gemengd met onbehandeld afvalwater om zodoende de groei van zogenaamde draadvormige MO, die slechte bezinkeigenschappen hebben, af te remmen. Dergelijke slibselectoren zijn er in talloze uitvoeringsvormen, kunnen uit één of meerdere compartimenten of reactoren bestaan, zijn altijd goed gemengd en kunnen zowel belucht als niet-belucht worden toegepast. Ook kan de contacttijd van niet-beluchte slibselectoren worden verlengd door integratie of opvolgende niet- beluchte contacttank om de groei van PAO's te stimuleren. Kenmerkend voor deze slibselectoren — al dan niet met geïntegreerde of opvolgende niet-beluchte contacttank -is dat het slib en water goed worden gemengd en de verblijftijd van het slib in de slibselector hetzelfde is als verblijftijd van het slib/water mengsel. In andere termen uitgedrukt is de slibverblijftijd (SVT) hetzelfde als de hydraulische verblijftijd (HRT). Een ander kenmerk is dat wordt nagestreefd dat het slib in de slibselector eenzelfde SVT heeft en indien er onverhoopt toch sprake is van een beperkte spreiding in SVT, deze spreiding voor slibdeeltjes met verschillende afmetingen vergelijkbaar is. Opgemerkt wordt dat de hieronder gepresenteerde uitvinding, geen betrekking heeft op dit soort slibselectoren waarbij HRT = SVT.

Een nieuwe klasse in aerobe actiefsystemen maakt in plaats van vlokvorming actiefslib gebruik van korrelslib. Wetenschappelijk is aeroob korrelslib gekwalificeerd als slib met een afmeting van tenminste 0,212 mm en typisch kleiner dan 6 mm, waarbij tijdens bezinking geen coagulatie plaats vindt, zodat de slibvolumeindex (een maat voor de bezinkeigenschappen van slib) na 5 40 minuten bezinken vergelijkbaar is met die na 30 minuten bezinken. De belangrijkste voordelen zijn dat het aeroob korrelslib veel sneller bezinkt (4-40 m/h) dan vlokvorming actiefslib (0.5 — 2 m/h) en dat, als de korrels voldoende groot zijn, er binnen in de korrels de bovengenoemde benodigde anoxische en anaerobe condities voor nutriëntverwijdering ontstaan; zelfs als het korrelslib wordt belucht en de aerobe MO de organische, koolstofhoudende verontreinigen afbreken, kan zodoende simultaan dieper in de korrel worden gedenitrificeerd en fosfaat vastgelegd.

In vergelijking met actiefslibsystemen zijn er daarom geen, of beduidend minder, circulatie en voorstuwing nodig om het slib aan de verschillende benodigde condities bloot te stellen, hetgeen resulteert in energiebesparing van 20-50%. Hiervoor is het wel nodig dat het slib, afhankelijk van de toegepaste beluchtingscondities, een korrelafmeting van 0,4 mm en bij voorkeur een afmeting van groter dan 1 mm (en bij voorkeur minder dan 6 mm) heeft omdat anders geen of onvoldoende denitrificerend vermogen dieper in de korrel wordt bewerkstelligd.

Bovendien zijn de bouwkosten voor korrelslibzuiveringen significant lager dan voor actiefslibsystemen.

Enerzijds is door de snelle bezinking minder hydraulische verblijftijd in de zuiveringsreactor benodigd en anderzijds is, dankzij de goede bezinkeigenschappen van het korrelslib, de hoeveelheid MO veel hoger.

Ter vergelijking, waar actiefslibsystemen veelal gebruik maken van een MO-concentratie tussen 3-5 g/l, is dit bij korrelslibsystemen 8-20 g/l.

De eerste korrelslibtechnologie die op brede schaal voor de aerobe zuivering van afvalwater in de praktijk wordt toegepast, is beschreven in WO2004/024638. Bij het bewerkstelligen van de transitie van actiefslib naar korrelslib, en het behouden hiervan tijdens de zuivering, zijn er een aantal belangrijke procestechnische randvoorwaarden.

Het is essentieel dat het korrelslib aan een “anaerobe” fase (anaeroob verwijst hier naar “zonder beluchting”; strikt genomen kan deze fase ook anoxisch (in aanwezigheid van nitraat) zijn) wordt blootgesteld, opdat de MO organische koolstofverontreinigingen kunnen opnemen.

Deze opname is van belang om tijdens de aerobe behandeling de MO met name de aldus geabsorbeerde koolstofverontreinigingen te laten verademen, hetgeen een belangrijke randvoorwaarde is om korrelvorming te bewerkstelligen.

Bovendien, is deze koolstof nodig om in de anoxische en anaerobe delen van de korrel geoxideerde stikstofverbindingen om te zetten naar stikstofgas.

Anderzijds is het belangrijk om de mate van vlokvormig actiefslib te beperken.

Aangezien er — na absorptie in de bovengenoemde anaerobe fase — ook een deel van koolstofverontreinigingen in de het afvalwater resteert, zal dit resulteren in de groei van een beperkte hoeveelheid actiefslibvlokken.

Om deze belangrijke procescondities te creëren maakt WO2004/024838 gebruik van een zuiveringsreactor met discontinue afvalwater-voeding, een reactor in de klasse van de Sequencing Batch Reactoren (SBR-en). In een eerste fase wordt het afvalwater vanaf de bodem gevoed aan de reactor, zodat het onverdunde afvalwater in contact komt met de korrels en deze de organische stoffen kunnen absorberen.

Vervolgens wordt de toevoer van afvalwater gestopt en wordt de toevoer van zuurstofhoudend gas gestart.

Nadat de aerobe, anoxische en anaerobe biologische omzettingen voldoende zijn opgetreden om het afvalwater te reinigen tot de gewenste waterkwaliteit, wordt het slip met de slechtste bezinkeigenschappen, samen met het gevormde vlokkig slib, uit de reactor 40 afgevoerd.

De segregatie tussen de vlokken, slechter- en beter-bezinkend slib wordt bewerkstelligd door slib pas te spuien nadat er al een bepaalde mate van slibbezinking heeft opgetreden en door het slib in de bovenste helft van de reactor af te laten. Deze segregatie wordt thans in vakliteratuur ook omschreven als selectiedruk.

Sinds de eerste implementatie van aeroob korrelslib en werk- en uitvoeringswijze zoals oorspronkelijk beschreven in WO02004/024638, is de technologie, als gevolg van de vele voordelen, in een rap tempo bezig toepassing van actiefslibsystemen te verdringen. Een belangrijk nadeel van deze werk- en uitvoeringswijze is echter dat deze plaats vindt in SBR-en, terwijl een groot deel van de bestaande zuiveringen juist was gebaseerd op continue actiefslib.

De ombouw van een continue naar een discontinue gevoede reactor is niet eenvoudig. Gedreven door de vele voordelen van korrelslib, en de eerdergenoemde wetenschappelijke inzichten in de cruciale procescondities benodigd voor de vorming van korrelslib, vinden er veel pogingen plaats om Korrelslib ook in continu gevoede zuiveringsreactoren mogelijk te maken. Zo beschrijft WO2017/025345 een proces waarbij een separator wordt gebruikt om een deel van het actiefslib uit de beluchtingstank van een continu actiefslibsysteem te scheiden in twee fracties, t.w. een sneller- en langzamer-bezinkend deel, waarbij het sneller-bezinkende deel in de anaerobe tank met te-behandelen afvalwater en retourslib wordt gemengd.

US2020/0002201 beschrijft een continu actiefslibsysteem waarin een deel van het actiefslib dat vanuit de nabezinktank wordt gerecirculeerd naar het begin van het continue zuiveringsproces, in een “incubator” wordt behandeld en vervolgens wordt doorgecirculeerd naar het begin van het continue actiefslibsysteem. De beschreven behandeling omvat het toepassen van anoxische en anaerobe condities, waarbij ook een additionele koolstofbron wordt aangeboden door bijdoseren van chemicaliën of door een deel van het slib afkomstig van de voorzinking te vergisten.

Bovendien wordt op diverse plaatsen een separator toegepast om langzamer bezinkend slib selectief te spuien. Evenals WO2004024638 voorziet dit proces in alle randvoorwaarden, waarbij wordt geacht dat korrelvorming kan worden bewerkstelligd: er is een anaerobe fase en er wordt door de separator een selectiedruk opgelegd. Echter, uit publiek gepresenteerde resultaten van praktijktesten met dit proces (IWA Innovation conference on sustainable wastewater treatment and resource recovery, Shanghai (November 2019)) blijkt dat de werkwijze niet resulteert in verregaande korrelvorming: Slechts ca. 30% van al het slib bleek groter dan de wetenschappelijke ondergrens van 0,212 mm, en meer dan 90% van was kleiner dan 0,25 mm. De korrelslibfractie die voldoende groot is om de eerder beschreven simultane denitrificatie mogelijk te maken, waarvoor een korrelafmeting van tenminste 0,5 tot 1 mm nodig is, bleek vrijwel verwaarloosbaar. Hierdoor kan slechts een klein deel van de potentiële voordelen van zuiveren met korrelslib in een continu actiefslibproces worden bewerkstelligd.

Een vergelijkbaar proces wordt gepresenteerd in WO2019/195918. Ook hier wordt het slib vanuit de nabezinking gecirculeerd naar een apart compartiment, een aparte reactor of een serie van 40 reactors waar anoxische condities zijn om vervolgens samen met ruw afvalwater te worden gemengd in weer een ander compartiment, een aparte reactor of een serie van reactors om hier bloot te stellen aan anaerobe condities. Ook WO2019/195918 maakt gebruikt van een selectiedruk door minder goed bezinkend slib te spuien naar de slibverwerking. De hierboven beschreven nadelen van US2020/0002201 lijken ook hier te spelen. 5 In de stand der techniek is er een continue behoefte aan het verder implementeren en optimaliseren van de werkwijze zoals omschreven in WO2004/024638, en naar het bewerkstelligen van verdergaande korrelvorming in continu-systemen zoals onder andere hierboven beschreven.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING Proefondervindelijk hebben de uitvinders vastgesteld dat - ondanks het gebruik van een slibselector zoals hierboven in de context van de beschrijving van de carrouseltechnologie beschreven — al dan niet geïntegreerd of opgevolgd met een niet-beluchte tank - zoals in de prior art en door slib in een anaerobe tank te mengen met het onbehandeld afvalwater, al dan niet voorafgegaan door een anoxische fase - het in bovengenoemde beschreven werkwijzen met continu-systemen niet op een industriële wijze op continue schaal mogelijk was om een in aanzienlijk deel van het slib de gewenste korrelvorming van tenminste 0,4 — 1,0 mm te bewerkstellingen en te onderhouden. In hun onderzoek vonden de uitvinders echter dat er een correlatie is tussen de korrelgrootte en de mate van spreiding in de slibverblijftijd van individuele slibdeeltjes met verschillende bezinkeigenschappen of grootte in de anoxische of anaerobe contacttank of selector. Dit verrassende inzicht hebben de uitvinders vervolgens aangewend voor het ontwikkelen van een verbeterde werk- en uitvoeringswijze voor een continu gevoede aerobe biologische zuiveringsreactor op basis van WO2004/024838 en WO2017/025345, waarin door het toepassen van deze slibverblijftijdspreiding, regulier actiefslib kan worden omgezet in slib met een verdergaande korrelvorming en waardoor het voor het eerst in de praktijk mogelijk is de voordelen, die voorheen alleen in korrelslibtechnologie met SBR-en konden worden gerealiseerd, te evenaren.

In praktijk kan dit volgens de uitvinders worden gerealiseerd door voorafgaande aan de aerobe zuivering een selector onder anaerobe of anoxische omstandigheden te gebruiken die er actief voor zorgt, of op stuurt, dat het slib met grotere afmetingen en/of hogere bezinksnelheid in de selector langer met het substraathoudend afvalwater in contact is. Dit kan bijv. door in de selector (i) meerdere fasen met discrete of discontinue veranderingen in stroomsnelheid, (ii) een oplopende stromingsgradiënt (d.w.z. continu oplopende stromingssnelheid), of een combinatie van (i) en (ii) toe te passen. Op beide wijzen wordt er een spreiding in bezinksnelheid bewerkstelligd, en wordt de zowel de contacttijd als de substraatcontactconcentratie van de grotere korrels met het afvalwater verhoogd. Dit zorgt voor een verbetering op het proces in WO2017/025345. De selector heeft als functie om ten minste een significant deel van de grotere 40 slibkorrels een verblijftijd te geven die langer is dan de hydraulische verblijftijd van het geconditioneerde slib/water-mengsel, en daarbij bij voorkeur de grotere slibdeeltjes aan de hogere substraatconcentraties bloot te stellen. Daarbij heeft uitvoeringsvorm (i) met discrete veranderingen in stroomsnelheid de voorkeur. Dit kan voordeliger wijze (a) in een continue vorm tot stand worden gebracht door bij een gelijkblijvend water/slib-debiet variatie in de flux in de stroomrichting van de selector te verzorgen, en/of (b) in een semi-batch stap waarbij variatie in de stroomsnelheid in de selector wordt bewerkstelligd door variatie in de water/slib-debiet. De verschillende uitvoeringsvormen (j{(a) en (i}(b) en (ij zijn in de gedetailleerde beschrijving en in de figuren verder uitgewerkt.

Binnen de voordelige afvalzuivering op basis van aerobe korrelslibtechnologie heeft de uitvinding in het bijzonder betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van substraathoudend afvalwater in een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor, waarbij ten minste een deel van het biologisch slib in een selector onder anaerobe of anoxische omstandigheden wordt geconditioneerd met ten minste een deel van het te zuiveren substraathoudend afvalwater (al dan niet na een gangbare voorbehandelingstap van het aangevoerde afvalwater}, zodanig dat tenminste 20 gew% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector, en waarbij bij voorkeur de grotere slibdeeltjes in contact zijn met de hoogste substraatconcentratie, waarna het aldus geconditioneerde slib/water-mengsel (al dan niet na een eventuele aanvullende anaerobe of anoxische stap) wordt toegevoerd aan de aerobe zuiveringsreactor en wordt onderworpen aan (conventionele) aerobe zuivering, waarbij het na aerobe zuivering behandelde (gezuiverde) afvalwater van het slib wordt gescheiden.

Op deze wijze hebben slibdeeltjes met een grotere afmeting en/of snellere bezinkeigenschappen een langere contacttijd met het substraathoudende afvalwater dan de slibdeeltjes met een kleinere afmeting of lagere bezinkeigenschappen. Door gebruik van de selector wordt het aldus geconditioneerde slib/water-mengsel (al dan niet na een eventuele aanvullende anaerobe of anoxische stap) toegevoerd aan de aerobe zuiveringsreactor waarbij tenminste 20 gew% van het slib bestaat uit korrelslib. Bij voorkeur is het aandeel korrelslib zelfs tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 50 gew% en met meeste voorkeur tenminste 70 gew%, en heeft bij voorkeur tenminste 20 gew% van dit korrelslib, of met meer voorkeur tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 60 gew% en met meeste voorkeur tenminste 80 gew% een korrelgrootte van tenminste 04-1,0 mm.

Het slib dat is gescheiden van het aeroob behandelde afvalwater kan (als retourslib) naar de selector worden teruggevoerd. Middels deze terugvoer wordt het continue karakter van de afvalwaterbehandeling gegarandeerd, en wordt een effectieve korrelslibverdeling gevormd en in stand gehouden. In andere bewoording, in bovenstaande werkwijze wordt in de selector onder 40 anaerobe of anoxische condities het slib behandeld zodat de grotere slibdeeltjes een langere contacttijd met het afvalwater krijgen. Bovendien wordt bij voorkeur ook bewerkstelligd dat de grotere slibdeeltjes in de selector meer contact hebben met hogere substraatconcentraties dan de kleinere slipdeeltjes. In de praktijk varieert de substraatconcentraat sterk als gevolg van fluctuaties in afvalwatersamenstelling en opname door de MO in de selector. Met voorkeur worden tenminste de 10 gew% grootste slibdeeltjes tenminste 20% langer in contact gebracht met de hoogste substraatconcentratie in de selector dan de gemiddelde contacttijd van het slib en is deze substraatconcentratie tenminste 50% hoger dan de substraatconcentratie waaraan de 15 gew% van de kleinste slibdeeltjes in contact zijn.

De in de context van de uitvinding genoemde verbeterde spreiding in bezinksnelheid en verhoging van zowel de contacttijd als de substraatcontactconcentratie van de grotere korrels met het afvalwater- en de daarbij horende specificaties- worden door gebruik van de selector bij voorkeur binnen 200 dagen, met meer voorkeur binnen 150 dagen na opstart van de werkwijze bereikt. Zoals in figuur 11 weergegeven, zonder toepassing van de selector worden na deze opstartfase deze doelen niet bereikt.

In een uitvoeringsvorm wordt het slib/watermengsel in de selector onder anaerobe of anoxische omstandigheden onderworpen aan discrete veranderingen in stroomsnelheid en/of een stromingsgradiënt. In een bijzondere uitvoeringsvorm worden discrete veranderingen in stroomsnelheid bewerkstelligd door discrete variatie in flux in de stroomrichting van de selector en/of door discrete variatie in het debiet van het toegevoerde afvalwater en/of retourslib.

Met de term ‘discrete veranderingen’ in de context van de uitvinding worden (onderscheidbare) discontinue veranderingen in stroomsnelheid geduid.

In een bijzondere uitvoeringsvorm kent de selector een eerste stap van het onder anaerobe of anoxische condities scheiden van een deel van het slib in een sneller en een langzamer bezinkend deel, waarbij het mengsel van afvalwater en sneller of langzamer bezinkend deel wordt geselecteerd en dit mengsel ten minste in een tweede, volgende stap in de selector wederom wordt gescheiden in een sneller en langzamer bezinkend deel. Voor het bewerkstelligen van de scheiding in de verschillende stappen van de selector wordt op bezinksnelheid geselecteerd bij voorkeur telkens in een opstroomkolom waarbij de opstroomsnelheid van het afvalwater door de verschillende stappen van de selector individueel en onafhankelijk als parameter kan worden aangepast. Zodoende worden discontinue of discrete veranderingen in de stroomsnelheid bewerkstelligd. Dit kan bijvoorbeeld middels een opstroomkolom met concentrisch opgestelde compartimenten die samen de selector vormen. De opstroomsnelheid in elke stap van de selector ligt daarbij bij voorkeur in het traject van 1 — 25 m/h. Met voorkeur is de opstroomsnelheid in elke stap van de selector lager dan in de voorgaande stap, bij voorkeur telkens 25 — 50% van de opstroomsnelheid in de vorige stap. Bij voorkeur kent de selector tenminste een derde stap waarin het sneller of langzamer bezinkende deel uit de tweede stap verder wordt gescheiden in 40 een sneller of langzamer bezinkend deel, waarna de stroom van met slib behandeld afvalwater en het slib vervolgens naar een conventionele zuiveringsreactor worden gevoerd, en waarbij het resterende deel naar een eerdere stap van de selector wordt teruggevoerd. Deze derde stap verdient de voorkeur om accumulatie van te snel bezinkend slib te voorkomen. Door deze veelvoud aan scheidingstappen van slib op basis van bezinksnelheid / variatie in stroomsnelheid in de anaerobe selector wordt het doel bereikt van tenminste 20% van het slib in de selector met een verblijftijd in de selector die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector. Ook wordt het doel bereikt dat tenminste de 10 gew% grootste slibdeeltjes tenminste 20% langer in contact gebracht met de hoogste substraatconcentratie in de selector dan de gemiddelde contacttijd van het slib waarbij deze substraatconcentratie tenminste 50% hoger dan de substraatconcentratie waaraan de 15 gew% van de kleinste slibdeeltjes in contact zijn. Een dergelijke uitvoeringsvorm is schematisch in figuur 2 weergegeven.

In een andere uitvoeringsvorm is de selector een semi-batch stap waarbij in een reactor onder anaerobe of anoxische condities het slib met afvalwater in contact worden gebracht, en waarbij wordt gevarieerd in voedingssnelheid.

In een andere bijzondere uitvoeringsvorm kent de selector een scheiding door het creëren van een gradiënt in (oplopende of afnemende) stroomsnelheid, waardoor door de selector stroomafwaarts een continue scheiding van slib op basis van bezinksnelheid wordt bewerkstelligd, zodanig dat de slibverblijftijd in de selector met bezinksnelheid toeneemt. De gradiënt kan zodanig worden afgesteld dat het doel wordt bereikt. Dergelijke uitvoeringsvormen zijn schematisch in figuren 3 — 6 weergegeven. Hier wordt telkens gezorgd voor een continue stroomsnelheidstoename.

In elke van deze uitvoeringsvormen geldt dat het doel is tenminste 20 gew% van het slib in de selector met een verblijftijd in de selector die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector. Bij voorkeur is het aandeel korrelslib {d.w.z. slib met een afmeting van tenminste 0,212 mm) in de aerobe biologische zuiveringsreactor B zelfs tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 50 gew% en met meeste voorkeur tenminste 70 gew%, en bij voorkeur heeft tenminste 20 gew% van dit korrelslib, of met meer voorkeur tenminste 40 gew®%, met voorkeur tenminste 60 gew% en met meeste voorkeur tenminste 80 gew% van het korrelslib in de aerobe biologische zuiveringsreactor B een korrelgrootte van tenminste 0,4 — 1,0 mm. Bovendien wordt bij voorkeur ook bewerkstelligd dat de grotere slibdeeltjes in de selector meer contact hebben met hogere substraatconcentraties dan de kleinere slibdeeltjes. De vakman heeft met voedingssnelheid en debiet parameters die zodanig kunnen worden afgesteld dat deze doelen bereikt worden.

In elk van deze uitvoeringsvormen geldt dat accumulerende ophoping van slib in de selector kan worden voorkomen door periodiek de mate van menging of stroomsnelheid gedurende een 40 instelbare tijd te verhogen om ook het sneller bezinkende slib naar de benedenstroomse aerobe reactor te leiden. Verder kan in elk van de uitvoeringsvormen het aandeel van slibvlokken verder worden gereduceerd door tenminste een deel van het spuislib te onttrekken vanuit de locatie in de selector waar het aandeel van slechts bezinkbare slibdeeltjes het grootse is. Bij voorkeur vindt deze menging plaats met een frequentie van niet meer dan 2 keer per uur, met meer voorkeur niet meer dan 1 keer per uur en met nog meer voorkeur niet meer dan 1 keer per 4 uur. De toegepaste duur van de menging is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de hydraulische verblijftijd en bedraagt bij voorkeur tenminste 5 minuten en met meer voorkeur tenminste 15-30 minuten.

BESCHRIJVING WERKWIJZE EN UITVOERINGSVORMEN Hieronder worden verschillende mogelijke werk- en uitvoeringsvormen van de vinding gepresenteerd, allen met het doel om door een betere spreiding in slibverblijftijd - zoals hierboven beschreven - korrelvorming te bewerkstelligen. De deskundige zal herkennen dat de beschreven vormen met elkaar overeen hebben dat er een significante slibverblijftijdspreiding wordt bewerkstelligd, en dat deze spreiding wordt gecombineerd met het in contact brengen van het slib met onbehandeld afvalwater of vervuilde deelstromen dusdanig dat de grootste slibdeeltjes langdurige en met hogere substraatconcentraties in contact zijn. De deskundige zal ook herkennen dat de beschreven methoden varianten, alternatieven en andere uitvoeringsvorming die eenzelfde effect bewerkstelligen niet uitsluiten en dat dergelijke uitvoeringsvormen en soortgelijke werkwijzen onderdeel zijn van dezelfde vinding. Figuur 1 toont het basisprincipe van de verbeterde continu-doorstroomde biologische zuivering volgens de uitvinding. Afvalwater 1 wordt — indien gewenst - eerst voorbehandeld in voorbezinktank VB en wordt vervolgens via 2 gevoed naar de selector S en hier gemengd met retourslib 6. Vanuit de selector S stroomt het afvalwater/slib-mengsel naar de biologische zuiveringsreactor B, waama uit het gezuiverde afvalwater/slib-mengsel 4 het slib in nabezinker NB van het gezuiverde afvalwater 5 wordt afgescheiden en ten minste deels (als 6) teruggevoerd naar de selector. Een deel van het slib, dat door het zuiveringsproces groeit, wordt uit de zuivering gespuid. Deze slibspui 7 kan op verschillende plekken, of combinatie van plekken, plaats vinden. De deskundige zal begrijpen dat de voorbehandeling VB diverse uitvoeringsvormen kan hebben zoals, maar niet gelimiteerd tot roosters, zeven, filters, cyclonen, gravitaire bezinkers, lamella bezinkers, flotators, etc. De biologische zuiveringsreactor B kan elke gangbare uitvoeringsvorm van een continu-doorstroomd actiefslibreactor hebben, waaronder, maar niet gelimiteerd tot omloopsloot, propstroom, CSTR, Bardenpho, UCT, etc.. Een biologische reactor heeft in de regel ook compartimenten of deelreactoren waarin zowel aerobe, anoxische en anaerobe condities worden gehandhaafd.

In de context van de uitvinding wordt stroom 6 uitwisselbaar als biologisch slib, slib en retourslib weergegeven. Als verderop in Figuur 10 uitgewerkt, kan in de werkwijze volgens de uitvinding ten minste een deel van het retourslib zijn onttrokken aan een traditionele waterzuivering.

In deze uitvoeringsvorm wordt de gewenste spreiding in slibverblijftijd bewerkstelligd door variatie in de flux in de stroomrichting. De selector S is bij voorkeur een gecompartimenteerde opstroomreactor met concentrisch georiënteerde compartimenten, zoals in de dwarsdoorsnede in figuur 2A weergegeven, waarbij het effectieve volume van compartiment Sa kleiner is dan dat van Sb en dat weer kleiner dan dat van Sc. In een alternatieve vorm (in Figuur 2B wordt een selector toegepast met 3 naast elkaar en met elkaar verbonden compartimenten Sa, Sb en evt. Sc met aangepaste volumes, waarbij het effectieve volume van compartiment Sa kleiner is dan dat van Sb. Zowel in Figuur 2A als 2B kan ook met alleen compartimenten Sa en Sb worden gewerkt. (Retounslib 6 wordt ingebracht ter hoogte van de bodem in compartiment Sa, en hier met tenminste een deel van het afvalwater 2 in contact gebracht. Het resterende deel van het afvalwater 2 wordt ter hoogte van de bodem van de overige compartimenten ingebracht. Door de verticale stroming in compartiment a wordt er bewust een significante slibverblijftijdspreiding bewerkstelligd, als resultante van de slibverblijftijd van de individuele slibdeeltjes die wordt bepaald door hun individuele bezinkeigenschappen. Immers, deeltjes waarvan de bezinkeigenschappen (snelheid) veel lager zijn dan de verticale snelheid, zullen met de opwaartse stroming compartiment a verlaten en niet langer in dit compartiment verblijven dan de verblijftijd van het water in dit compartiment. Echter, slibdeeltjes die bezinkeigenschappen hebben die hoger zijn dan de vloeistofsnelheid verblijven langer in het compartiment dan het water en snelst bezinkende slibdeeltjes accumuleren ter hoogte van de bodem van het compartiment Sa, vanwaar ze doorstromen naar compartiment Sb. Door het contact met het voedingrijke water en de anoxische of anaerobe condities, kunnen de MO die belangrijk zijn voor de vorming van korrelslib, met voorkeur het substraat opnemen en krijgen de slibdeeltjes met de beste bezinkeigenschappen zo een biologisch selectievoordeel voor groei tot en voor instandhouding van korrelslib.

De slibdeeltjes komen vervolgens — afhankelijk van hun bezinksnelheid - via de overloop of onderloop van compartiment Sa in compartiment Sb. De vloeistofsnelheid in compartiment Sb is lager dan in compartiment Sa. Hierdoor zal er wederom een significante slibverblijftijdspreiding worden opgelegd aan het slib, en net zo belangrijk, zal slib met de beste bezinkeigenschappen meer contacttijd en met meer geconcentreerd afvalwater maken. Immers deeltjes die een bezinksnelheid hebben die vergelijkbaar is met de vloeistofsnelheid verblijven net zo lang als de vloeistof in het compartiment en komen relatief korter in contact met het minder onverdunde afvalwater in het onderste deel van het compartiment. Sneller bezinkende delen kunnen, samen met de best bezinkbare deeltjes van de onderloop van compartiment a significant langer in het onderste deel van compartiment Sb verblijven en verder substraat opnemen. Eenzelfde effect 40 treedt op in compartiment Sc die via de boven- en onderloop wordt gevoed uit compartiment Sb.

Ook hier komen de sneller bezinkbare individuele slibdeeltjes het langst en met het meest geconcentreerde afvalwater in contact. Als vanzelfsprekend kan de selector volgens hetzelfde principe met verdere compartimenten (Sd, Se, ...) worden uitgebreid.

Om accumulatie van te snel bezinkbare slibdeeltjes in het laatste compartiment (in figuren 2A en 2B is dat compartiment Sc) te voorkomen, wordt deze bij voorkeur continu of discontinu gemengd met een menger M. Deze menging kan plaats vinden door gebruikt van een mechanisch roerwerk of voorstuwing, echter ook door inbrengen van een gas of door dit laatste compartiment dusdanige afmetingen te geven dat de resulterende verticale vloeistof groter is dan in compartiment a. Ondanks dat dit gas ook zuurstof of zuurstofhoudend gas kan zijn, wordt de selector gezien als een anaerobe of anoxische reactor, het gas in het laatste compartiment zal hooguit de effectieve anaerobe contacttijd van de selector verminderen.

De afmetingen en resulterende snelheden van de compartimenten zijn dusdanig gekozen dat de hierboven beschreven gewenste mate van slibverblijftijdspreiding optreedt.

In de schematische weergaven in figuur 2 zijn naast compartiment Sa ook twee verdere compartimenten Sb en Sc weergegeven. Op basis van de hier gegeven informatie zal de deskundige herkennen dat er voor het bewerkstelligen van de uitvinding tenminste één verder compartiment Sb noodzakelijk is, maar dat er ook meer verdere compartimenten (Sb, Sc, Sd, Se...) kunnen worden gebruikt voor verdere optimalisatie en beheersbaarheid. Met het aantal verdere compartimenten nemen de mogelijkheden voor het verder spreiden en controleren van de slibverblijftijdspreiding-verdeling verder toe. Dit geldt ook voor de wijze van compartimentering en het bewerkstelligen van stroming en menging in de desbetreffende compartimenten. Zo wordt bijvoorbeeld een vierhoekige tank bij voorkeur uitgevoerd met compartiment Sa en alleen één verder compartiment Sb. Het is optioneel om de overloop van een verder compartiment via een leiding over te brengen naar het onderste deel van een verder (bij voorkeur naastliggend) compartiment.

Overigens kan de invoer van afvalwater 2 ook plaats vinden vanaf de bodem van het compartiment en toevoer van retourslib 6 ter hoogte van het vloeistofniveau in het compartiment. De scheidingswand tussen de compartimenten hoeft in dit geval aan de onderzijde geen opening tussen de compartimenten te hebben. Dit is in figuur 2C voor alleen compartiment Sa weergegeven. De vloeistofsnelheid van het afwater 2 in het compartiment Sa wordt dusdanig gekozen deze de slibdeeltjes in 6 uitspoelt naar compartiment Sb. Slibdeeltjes met een grotere bezinksnelheid verblijven langer in dit compartiment Sa voordat deze uitspoelen met het opwaarts stromende afvalwater dan deeltjes met lagere bezinksnelheid. Zo wordt eveneens de gewenste spreiding in contacttijd en substraatcontactconcentratie bewerkstelligd. Evenals getoond in figuur 2A kunnen meerdere compartimenten met een afvalwatervoeding op de bodem elkaar opvolgen.

40

Figuur 3 toont een andere voorkeursvariant, waarbij de selector S is uitgevoerd met een oplopende vloer v waardoor de vloeistofsnelheid met de stroming toeneemt. Afvalwater 2 en (retour)slib 6 wordt intensief met elkaar in contact gebracht aan de beginzijde, waarbij het afvalwater en bij voorkeur via de bodem egaal wordt verdeeld of dit optioneel door een menger M wordt bewerkstelligd. Vervolgens stroomt het water/slib-mengsel naar rechts (in de richting van de oplopende vloer v) waardoor de vloeistofsnelheid gestaag toeneemt. De snelst bezinkbare slibdeeltjes kunnen zich ter hoogte van begin van de selector rondom de bodem concentreren en vervolgens met de toenemende stroomsnelheid via de aflopende vloer v naar het begin van de selector bewegen. Minder snel bezinkende slibdeeltjes zullen via 3 een minder lange verblijftijd in de selector hebben. Aldus wordt de gewenste spreiding in slibverblijftijd verkregen. Een deskundige kan herkennen dat deze voorkeursvariant ook geïntegreerd kan worden toegepast in een omloop- of propstroomsysteeem, zoals geïllustreerd in figuren 4A, 4B en 4C. Figuur 4B en 4C is een zijaanzicht, Figuur 4A is het topaanzicht. Figuur 4B laat zien hoe de voorkeursvariant van figuur 3 kan worden uitgevoerd door aanbrengen van een oplopende verhoging of deflectieschot tussen segment a en a’ van een omloopsysteem. Door dit deflectieschot neemt de stroomsnelheid over het deflectieschot toe en worden slibdeeltjes met een voldoende grote bezinksnelheid (d.w.z. een bezinksnelheid die hoger is dan de stroomsnelheid} door het afschot stroomopwaarts gevoerd of tenminste langzamer stroomafwaarts gevoerd en daarmee langer in contact gebracht met het afvalwater dat net voor, of aan het begin van het deflectieschot wordt ingevoerd. Periodiek wordt de menger of voorstuwer voor enige tijd bedreven. Afhankelijk van de voorkeur kan (retour)slib 6 vlak voor (als in Figuur 4b) of na het schot (zoals in Figuur 8b, hieronder beschreven) wordt toegevoerd, of op een willekeurige andere plek, bijvoorbeeld middels de bestaande retourslibinlaat. Het is bij deze uitvoering belangrijk dat er in segment a tot a’ voldoende anaerobe tijd wordt verkregen voor hydrolyse en adsorptie van de organische verontreinigingen door het slib. Figuur 4C illustreert hoe hetzelfde wordt bewerkstelligd door een in de stroomrichting oplopende verhoging in een verdiepte bodem voor segment a en a’. Uiteraard kan dit vergelijkbaar worden toegepast in segmenten van propstroomsystemen.

Evenals bij de eerder genoemde voorkeursvariant wordt verdere spreiding in de slibverblijftijd bevorderd door de fluctuaties in het afvalwaterdebiet gedurende de dag en kan periodiek de menger of voorstuwer worden gebruikt om accumulerende ophoping van de best-bezinkende slibdeeltjes in te selector te voorkomen.

In een andere voorkeurvariant wordt de slibverblijftijdspreiding in een omloop- of propstroomsysteem verkregen door aanbrengen van een gedeeltelijke verbreding van de kanaalbreedte, resulterende in een variatie van de vloeistofsnelheid en bezinking van de best- bezinkende slibdeeltjes richting de bodem. Zie figuur 5. Dit is een tussenvorm van de discontinue 40 variatie in stroomsnelheid, en de continue stromingsgradiënt.

Voor de inbouw van de selector in bestaande situaties kan het constructief lastig of niet kosteneffectief zijn om de eerder gepresenteerde voorkeursvarianten praktisch toe te passen.

In dat geval verdient de voorkeursvariant zoals getoond in figuur 6 de voorkeur.

De werking is identiek aan die van figuren 4a of 4b, maar de vloeistofsnelheidstoename wordt hier gecreëerd door het plaatsen van een deflectieschot d vóór het invoeren van afvalwater en retourslib.

Door de reductie in stroomsnelheid net na de deflectie zullen de grotere korrels daarachter richting bodem bezinken en contact maken met voeding.

Bij deze variant is het, evenals bij de eerder gepresenteerde integratie belangrijk dat er in segment a tot a’ voldoende anaerobe tijd wordt verkregen voor hydrolyse en adsorptie van de organische verontreinigingen door het slib.

In een andere voorkeursvariant wordt, zoals geïllustreerd in figuur 7, het afvalwater 2 over de bodem van de selector S verdeeld en wordt (retour)slib 6 via een leiding met zijwaartse openingen op tenminste 3 verschillende hoogtes ingebracht.

Via de die opening komt het slib in contact met afvalwater.

De gewenste spreiding in slibverblijftijd wordt verkregen doordat de sneller bezinkende slibdeeltjes op een grotere diepte in de selector met afvalwater in contact komen.

In een andere voorkeursvariant, zie figuur 8, wordt de gewenste spreiding in slibverblijftijd in de selector 8 verkregen door gebruik te maken van tenminste 2 compartimenten en deze afwisselend te voeden met afvalwater 2 en (retour)slib 6. Het slib 6 kan zowel schematisch weergegeven in de figuur ter hoogte van de bodem van het compartiment worden toegevoerd, of ter hoogte van het vloeistofniveau of ergens hier tussenin.

Tijdens het voeden is de menger/voorstuwer niet in gebruik en treedt er stratificatie van het slibbed op basis van bezinkeigenschappen.

De kleinste slibdeeltjes gaan met de stroom mee naar boven, de zwaardere grotere deeltjes bewegen daar tegenin en hebben langduriger contact met het substraathoudende afvalwater.

De conditionering gebeurt hier door discontinue variatie in de stroomsnelheid.

Na de bereiken van de gewenste anaerobe contacttijd wordt het voeden gedurende een gewenste periode gecontinueerd, maar nu met menger M in bedrijf, zodat het slib/water-mengsel 3 wordt gevoed naar de continue biologische reactor.

Om het continue karakter van de afvalwaterzuivering te behouden worden minimaal 2 compartimenten alternerend bedreven, zodat er een continue afvoer van geconditioneerd slib/afvalwater 3 gegarandeerd wordt.

Ook kan, evenals in eerder beschreven varianten in plaats van het gebruik van een menger M het transport van de grotere slibdeeltjes naar reactor B plaats vinden door gebruik van een pomp, vijzel, mammoetpomp, grove bellen of soortgelijk.

Met hierboven uitgewerkte uitvoeringsvormen en zoals in figuren 2 — 8 weergegeven, en alle hierboven beschreven denkbare variaties daarop, is een continue voeding van slib naar de biologische reactor B mogelijk. 40

De deskundige zal herkennen dat indien een continue voeding van slib naar de biologische reactor B vanuit de selector S voor de werking van de biologische reactor niet essentieel is, dezelfde voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden bereikt met gebruik van slechts één selectortank/compartiment en zonder voorzieningen voor stroomsnelheiddifferentiatie (bijv. deflectieschotten). Deze uitvoeringsvorm is weergegeven in figuur 9A. In deze voorkeursvariant wordt de selector S dan eerst in korte tijd gevuld met (retour)slib 6. Daarna wordt de selector S met een lager debiet verticaal doorstroomd met voeding

2. De grotere slibdeeltjes concentreren richting de bodem van de selector tijdens dit voeden en de kleinere spoelen uit, hetgeen de spreiding in slibverblijftijd bewerkstelligd. Tijdens het voeden wordt substraat uit het afvalwater opgenomen door het slib. In eerste instantie wordt het snel- afbreekbare-substraat (zoals vetzuren) aanwezig in het ingevoerde afvalwater vrijwel volledig opgenomen door de grotere slipdeeltjes ter hoogte van de bodem van de selector. Dientengevolge is dit substraat niet meer beschikbaar voor de kleinere slibdeeltjes hoger in de selector. Pas zodra de MO in de grotere slibdeeltjes volledig zijn verzadigd met substraat en de slibdeeltjes geen substraat meer kunnen opnemen, komt er substraat beschikbaar voor de MO in de hoger liggende slibdeeltjes in de selector. Dit is in figuur 9A weergegeven met de arcering. Het slib in de gearceerde ‘zone a’ in de figuur, is in contact met het substraat, terwijl het slib in ‘zone b’ dit niet is. In de tijd neemt de hoogte van zone a toe. Dat is in figuur 8B schematisch weergegeven. De horizontale as is de tijd sinds voeden van het afvalwater en op de verticale as is de hoogte van het substraatfront (grens e tussen zone a en b) weergegeven. Zodra dit substraatfront de bovenkant van de selector heeft bereikt is de maximaal effectieve contacttijd tussen slib en afval bereikt (tijd-dt in figuur 9B) en wordt de menger M gestart en spoelt het slib door naar reactor B, waarna bovenstaande stappen worden herhaald.

Voor alle genoemde voorkeursvarianten geldt dat het retourslib ook intermitterend of met verschillende stroomsnelheden aan de selector wordt toegevoegd.

Het spreekt voor zich, dat alle bovengenoemde voorkeursvarianten ook kunnen worden toegepast in de slibretourleiding parallel aan de zuiveringsreactoren met slechts een deel van het retourslib.

Hierbij is de het deel van het retourslib dat wordt behandeld in de selector S bij voorkeur meer dan 30 gew%, met meer voorkeur meer dan 50 gew% en met meeste voorkeur meer dan 70 gew% bedraagt.

Voor alle eerder gepresenteerde voorkeursvarianten geldt dat deze bij voorkeur worden gecombineerd met het afscheiden en spuien van de kleinste of slechtst bezinkbare slibdeeltjes, in een spuislib 7. Mechanische of gravitaire scheiders kunnen worden gebruikt en dergelijke scheiders bevinden zich dan meestal in het retourslib, de selector S maar kunnen ook parallel aan de biologische reactor B of tussen B en de nabezinktank NB worden toegepast. Door dergelijke scheiders in combinatie met de optimalisatie van verblijf- en contacttijdverdeling in selector S te gebruiken, wordt korrelvorming in de continue zuivering nog verder gestimuleerd. Bij voorkeur is deze slibspui van de kleinste en slechts bezinkbare slibdeeltjes tenminste 30 gew- % van de totale hoeveelheid slib die uit het continue zuiveringsproces wordt afgevoerd (spuislib) en met meer voorkeur tenminste 40 gew%, met meer voorkeur tenminste 60 gew% van het spuislib. Bij voorkeur is de gemiddelde afmeting van de afgescheiden en aldus gespuide kleinste slibdeeltjes maximaal 0,4 mm of met nog meer voorkeur maximaal 0,2 mm. Op deze wijze wordt het aandeel korrelslib verhoogd.

Als hierboven gemeld, deze selectieve spui kan (zie ook figuur 1) op diverse plekken in het actiefslibsysteem plaats vinden, zoals tussen actiefslibreactor B en nabezinktank NB, in de nabezinktank NB, in een retourleiding van het actiefslibsysteem maar ook in de anaerobe selector S. Voor alle uitvoeringsvormen van de Selector S geldt dat deze bij voorkeur ook middelen heeft voor afscheiden en spuien van de kleinste of slechtst bezinkbare slibdeeltjes. In een variant bevinden zich middelen zoals aflaat aan de bovenzijde van de Selector S. Bijvoorbeeld Figuur 9A toont hoe selectieve spui plaats kan vinden bij de bovenkant van het slibbed, in de Selector S. Dit bovenste deel van de tank bevat bij voorkeur het slib met de kleinste afmeting en door in het bovenste deel van de tank te spuien, worden de kleinste deeltjes zo afgescheiden van de grotere slibdeeltjes meer richting de bodem van de tank. Figuur 2b toont hoe de slibspui 7 plaats vindt in het bovenste deel van compartiment Sh, alwaar de concentratie van slib met de kleinste afmetingen het hoogst is en figuur 9A toont hoe het slib met kleinste afmeting, e, door de slibspui 7 wordt afgevoerd.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van substraathoudend afvalwater in een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor, waarbij ten minste een deel van het biologisch slib in een selector onder anaerobe of anoxische omstandigheden wordt geconditioneerd met ten minste een deel van het te zuiveren substraathoudend afvalwater (al dan niet na een gangbare voorbehandelingstap van het aangevoerde afvalwater), zodanig dat tenminste 20 gew% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector, en waarbij bij voorkeur de grotere slibdeeltjes in contact zijn met de hoogste substraatconcentratie, waarna het aldus geconditioneerde slib/water-mengsel (al dan niet na een eventuele aanvullende anaerobe of anoxische stap) wordt toegevoerd aan de aerobe zuiveringsreactor en wordt onderworpen aan (conventionele) aerobe zuivering, waarbij het na aerobe zuivering behandelde (gezuiverde) afvalwater, van het slib wordt gescheiden door bezinking, flotatie of mechanische afscheiding. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van 40 substraathoudend afvalwater in een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor

B, waarbij ten minste een deel van het biologisch slib 6 in een selector S onder anaerobe of anoxische omstandigheden wordt geconditioneerd met ten minste een deel van het te zuiveren substraathoudend afvalwater 2 (al dan niet na een gangbare voorbehandelingstap VB van het aangevoerde afvalwater), zodanig dat tenminste 20% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector, waarna het aldus geconditioneerde slib/water-mengsel 3 (al dan niet na een eventuele aanvullende anaerobe of anoxische contacttijd) wordt toegevoerd aan de aerobe zuiveringsreactor B en wordt onderworpen aan (conventionele) aerobe zuivering, waarbij het na aerobe zuivering behandelde (gezuiverde) afvalwater 4 van het slib wordt gescheiden door bezinking NB, flotatie of mechanische afscheiding, en (ten minste een deel van) het slib dat is gescheiden van het aeroob behandelde afvalwater als retourslib 6 naar de selector teruggevoerd. Een deel van het slib, bij voorkeur met de slechtst bezinkbare slibdeeltjes, kan als slibspui 7 worden afgevoerd. Er wordt verwezen naar figuur 1 hierin. In bovenstaande werkwijze wordt in de selector onder anaerobe of anoxische condities het slib op basis van verschil in bezinksnelheid door de selector heen gesegregeerd, en erop gestuurd dat de grotere slibdeeltjes (gekenmerkt door hogere bezinksnelheden) een langere contacttijd met het afvalwater krijgen en dat de grotere slibdeelties in contact komen met een hogere substraatconcentratie in het afvalwater dan de kleinere slibdeeltjes. Dit kan bijv. door in de selector (i) meerdere fasen met discrete of discontinue veranderingen in stroomsnelheid, (ii) een oplopende stromingsgradiënt (d.w.z. continu oplopende stromingsnelheid), of een combinatie van (i) en (ii) toe te passen.

In een uitvoeringsvorm wordt het slib/watermengsel in de selector onder anaerobe of anoxische omstandigheden onderworpen aan discrete veranderingen in stroomsnelheid en/of een stromingsgradiënt. In een bijzondere uitvoeringsvorm worden discrete veranderingen in stroomsnelheid bewerkstelligd door discrete variatie in flux in de stroomrichting van de selector en/of door discrete variatie in debiet van het aangevoerde afvalwater en/of retourslib. Voordeliger wijze ontstaat uitgaande van traditioneel actiefslib door bovenstaande werkwijze korrelslib, bij voorkeur binnen 200 dagen na opstart, met meer voorkeur binnen 100 dagen na opstart van de werkwijze. Als hierboven beschreven, aangezien korrelslib aanzienlijk sneller bezinkt dan slibvlokken, kan worden volstaan met een beduidend kleinere nabezinking en/of kan beduidend meer slib in het zuiveringsproces worden gehandhaafd, hetgeen resulteert in een verdergaande zuivering van het afvalwater. Bij het onderhavige proces, wordt in een continu, met afvalwater gevoed zuiveringsproces korrelslib verkregen en kan een kleiner bezinkvolume of een snellere opwaartse stroming worden gebruikt terwijl nog steeds een effectieve scheiding van slib 40 en behandeld water wordt gehandhaafd. Verder kunnen het volume van anoxische tank tussen de anaërobe en aerobe zone of anoxische compartimenten als onderdeel van de beluchtingsreactor worden verkleind of zijn niet vereist, evenals de noodzaak tot het recyclen van water / slib van de aërobe zone naar de anoxische zone en de anaërobe zone, terwijl volledige verwijdering van stikstofverbindingen uit het afvalwater nog steeds mogelijk is.

In een uitvoeringsvorm kan een anoxische reactorcompartiment of reactorzone tussen de anaërobe en aerobe stappen (a) en (b) worden uitgesloten.

Zoals hierboven beschreven heeft de uitvinding in het bijzonder betrekking op een werkwijze voor continue afvalwaterzuivering, waarbij afvalwater 1 eventueel in een voorbezinktank VB wordt voorbehandeld en het voorbehandelde afvalwater 2 vervolgens: (a) in een selector S onder anaerobe condities in contact wordt gebracht met biologisch slib 10 om een mengsel van afvalwater en slib te krijgen, waarbij de selector S controleert en/of ervoor zorgt dat tenminste 20% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector, (b) waarbij de stroom 3 met het in de selector geconditioneerde slib vervolgens naar een aerobe zuiveringsreactor B wordt gevoerd, en (c) waarbij (door bezinking NB, flotatie of mechanische afscheiding) slib van het afvalwater wordt afgescheiden, om behandeld afvalwater 5 te verkrijgen, en (ten minste een deel van) het afgescheiden slib als retourslib 6 wordt teruggevoerd naar stap (a), terug naar de selector S, en waarbij een deel van het slib, bij voorkeur met de slechtst bezinkbare slibdeeltjes, als stroom 7 uit de zuivering kan worden gespuid. Deze slibspui 7 kan op verschillende plekken, of combinatie van plekken, plaats vinden.

Aldus bewerkstelligt de selector dat grotere, sneller bezinkende slibdeeltjes langer in contact zijn met, en met hoger geconcentreerd, substraatrijk afvalwater dan de kleinere, langzamer bezinkende slibdeeltjes. Hierdoor kunnen de MO in deze grotere slibdeeltjes meer en langer substraat opnemen dan de kleinere slipdeeltjes met een korte verblijftijd en minder contact met hoge substraatconcentraties. Dit resulteert in een concurrentievoordeel voor de groei van MO die korrelvorming stimuleren en de vorming en stabiele instandhouding van korrelslib in het continue zuiveringsproces.

Het heeft de voorkeur dat tenminste 40% en met meer voorkeur 50 — 90% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector.

Indien er geen voorbehandeling nodig is, zijn de afvalwaterstromen 1 en 2 gelijk en uitwisselbaar.

In een uitvoeringsvorm heeft het de voorkeur dat tenminste 40% en met meer voorkeur 50 — 90% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 40% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector.

Het heeft de voorkeur dat de selector het slib-afvalwatermengsel zo conditioneert dat het aandeel korrelslib in de aerobe biologische zuiveringsreactor B tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 50 gew% en met meeste voorkeur tenminste 70 gew%, en heeft bij voorkeur tenminste 20 gew% van dit korrelslib (d.w.z. slib met een afmeting van tenminste 0,212 mm), of met meer voorkeur tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 60 gew% en met meeste voorkeur tenminste 80 gew% van dit korrelslib in de aerobe biologische zuiveringsreactor B een korrelgrootte van tenminste 0,4 — 1,0 mm.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de verbeterde korrelslibverdeling en slibverblijftijdverdeling volgens de uitvinding bewerkstelligd door gebruik van een selector S die discrete of discontinue veranderingen in de stroomsnelheid hanteert, bij voorkeur een selector S met verschillende compartimenten (Sa, Sb, etc.) met een eigen stroomsnelheid, waarbij de stroomsnelheid in een opvolgend compartiment telkens 25 — 50 % is van die van het voorgaande compartiment.

Met meer voorkeur is de Selector S een opstroomreactor met een concentrische verzameling van compartimenten, met een binnenste, eerste compartiment Sa en tenminste een of meer verdere compartimenten (Sb, Sc etc.) daar concentrisch omheen georiënteerd, welke telkens aan de onder- en bovenzijde met het voorgaande compartiment in verbinding staan, waarbij zich een toevoer voor (retounslib 6 in de onderste helft van het eerste compartiment Sa bevindt, en elk volgend compartiment telkens in de onderste helft verder een toevoer voor een afvalwater 2 heeft zodanig dat het slib en afvalwater 1a met elkaar in contact worden gebracht, waarbij de selector voor een verticale stroming (‘opstroom’) in de compartimenten zorgt. De vakman kan de diameters van de verschillende compartimenten zodanig kiezen om het gewenste verschil in stroomsnelheid tussen naastliggende compartimenten te bewerkstelligen. Op deze wijze wordt (a1) het mengsel op bezinksnelheid geselecteerd en wordt een eerste portie slib 81, welke langzaam bezinkbaar slib omvat via de overloop naar het tweede compartiment gebracht, terwijl een tweede portie slib $2, welke snel bezinkbaar slib omvat, onderaan verzameld wordt en via de verbinding aan de onderzijde naar het tweede compartiment wordt gebracht, waarbij met voorkeur het snel bezinkbare slib 82 in het tweede compartiment weer met afvalwater bij een lagere doorstroomsnelheid in contact wordt gebracht, en het proces van scheiding van snel bezinkbaar slib 83 aan de onderzijde in verbinding met een derde compartiment en langzaam bezinkbaar slib S4 via de overloop naar het derde compartiment wordt herhaald. Op deze wijze wordt de contacttijd van het snel bezinkbare slib met het afvalwater verhoogd en wordt tevens bewerkstelligd dat de grootste slibdeeltjes de hoogste substraatconcentratie ervaren en preferent substraat kunnen adsorberen voor de vorming van korrelvormende MO's. Er wordt verwezen naar Figuur 2A voor verdere uitleg.

In een uitvoeringsvorm is de selector S een opstroomreactor met 3 naast elkaar en met elkaar verbonden compartimenten Sa, Sb en evt. Sc met aangepaste volumes, waarbij het effectieve volume van compartiment Sa kleiner is dan dat van Sb, waarbij biologisch slib 6 en te zuiveren substraathoudend afvalwater 2 achtereenvolgens van Sa naar Sb en van Sb naar Sc stromen, welke compartimenten telkens aan de onder- en bovenzijde met het voorgaande compartiment in verbinding staan, waarbij zich een toevoer voor (retour)slib 6 in de onderste helft van het eerste compartiment Sa bevindt, en elk volgend compartiment telkens in de onderste helft verder een toevoer voor een afvalwater 2 heeft zodanig dat het slib en afvalwater 1 met elkaar in contact worden gebracht, waarbij de selector voor een verticale stroming (‘opstroom’} in de compartimenten zorgt. Er wordt verwezen naar Figuur 2B voor verdere uitleg.

In een werkwijze volgens de uitvinding wordt variatie van stroomsnelheid in de selector bewerkstelligd door variatie van het aanvoerdebiet van het afvalwater 2. De uitvinders hebben gevonden dat fluctuatie van het afvalwaterdebiet 2 dat over de dag wordt aangeleverd voor een verdere stimulans op de slibverblijftijdspreiding kan zorgen. Vooral gedurende periodes met lagere toevoer, accumuleren de best bezinkbare slibdeeltjes rondom de bodem van de verschillende compartimenten en komen deze zo maximaal in contact met meest geconcentreerde, minst verdunde afvalwater. Dit maakt de spreiding van slibverblijftijd van het slib in de selector nog significanter.

In een werkwijze volgens de uitvinding wordt variantie van stroomsnelheid in de selector bewerkstelligd door variatie van het aanvoerdebiet van het slib 6.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt korrelvorming verder gestimuleerd door in de selector niet alleen de spreiding van de slibleeftijd te bewerkstelligen, maar de groei van de korrelvormende MO's verder te bevorderen door de substraatconcentratie aanwezig in het aangevoerde afvalwater te verhogen door het doseren van een geschikte externe koolstofbron of door een voorbehandeling van het aangevoerde afvalwater zoals hydrolyse, fermentatie, etc.. Op deze wijze wordt het aandeel van snel-biologisch-afbreekbare substraat, zoals vetzuren, bij voorkeur verhoogd tot tenminste 15% van de totale substraatconcentratie, of met meer voorkeur tot tenminste 25% van de totale substraatconcentratie. In een uitvoeringsvorm wordt de concentratie aan substraat verhoogd door doseren van een externe koolstofbron, een deelstroom van de slibverwerking behorende bij de zuivering waar de biologische reactor in gebruik is, of door het afvalwater geheel of gedeeltelijk voor te behandelen door middel van een hydrolyse of fermentatie.

Er zijn geen restricties aan de afvalwaterbron.

Het te behandelen afvalwater met de werkwijze volgens de uitvinding bevat typisch een organische nutriënt (organische stof), in de context van de uitvinding ook wel als substraathoudend afvalwater geduid.

Typisch is het biochemische zuurstofverbruik (BZV) van het binnenkomende afvalwater minimaal 50 mg / I, zoals 100 - 10.000 mg / |. Elk type afvalwater, zoals rioolwater of water van industriële productieprocessen, kan volgens de uitvinding worden behandeld.

De werkwijze volgens de uitvinding kan dus ook worden aangeduid als afvalwaterbehandeling.

Het afvalwater dat wordt onderworpen aan de werkwijze volgens de uitvinding kan voorafgaand aan stap (a) worden voorbehandeld, zoals afvalwater dat een primaire behandeling heeft ondergaan zoals bekend in de techniek, hoewel primaire behandeling niet altijd nodig zal zijn om het huidige proces efficiënt uit te voeren.

Typische voorbehandeling van het afvalwater omvat een of meer van de volgende behandelingen: zuiveren, verwijderen van grove zwevende delen, verwijderen van vet en voorbezinken.

In een uitvoeringsvorm is de het aandeel snel-biologische-afbreekbare vetzuren in de afvalwaterbron minder dan 10-15 gew% van de totale hoeveelheid substraat/nutriënt en/of is er een fluctuatie in de vetzuurconcentratie in het aangevoerde afvalwater waardoor dit aandeel ten minste 20% van de tĳd lager is dan 10-15 gew®%. De uitvinders vonden dat lage vetzuurconcentraties en variaties daarin de continue afvalwaterzuivering op basis van korrelslibtechnologie bemoeilijken; het gebruik van selectoren volgens de uitvinding maakt continue afvalwaterzuivering op basis van korrelslibtechnologie beheersbaar.

De selector S volgens de uitvinding is onderdeel van de anaerobe zone.

In een voorkeursuitvoeringsvorm vormt de selector S de (enige) anaerobe zone.

De omstandigheden in de selector S worden "anaëroob" genoemd omdat er geen zuurstof wordt toegevoegd.

Als hierboven beschreven is het ook mogelijk dat de omstandigheden in de selector S anoxisch zijn.

Bij anoxische condities zijn naast organische verontreinigingen ook geoxideerde stikstofverbindingen zoals nitriet en nitraat aanwezig en kunnen MO gedijen die deze omzetten naar onschuldig stikstofgas.

Bij anaerobe condities is de concentratie van dergelijke geoxideerde stikstofverbindingen beperkt of zijn deze geheel niet aanwezig.

Bij dergelijke condities kunnen MO gedijen die fosfaat opslaan.

Binnen de anaërobe zone zijn de condities en verblijftijd van het afvalwater zodanig dat de slibkorrels organische nutriënten uit het binnenkomende afvalwater kunnen opnemen.

Deze organische voedingsstoffen worden typisch opgeslagen in de micro- organismen in de vorm van polymeren, zoals poly-beta-hydroxybutyraat (PHB). Typische gemiddelde verblijftijden voor het mengsel van slib en water in de anaërobe zone van stap zijn 15 min - 5 uur, bij voorkeur 30 min - 2 uur.

Als in de beschrijvingsinleiding vermeld, korrelslib wordt in de stand der techniek gekwalificeerd als slib met een afmeting van tenminste 0,212 mm (en typisch kleiner dan 6 mm) en dat tijdens bezinking niet coaguleert, zodat de SVI na 5 minuten bezinken vergelijkbaar is met die na 30 40 minuten bezinken.

Vlokvormig slib heeft kleinere afmetingen.

Hoewel kleine hoeveelheden vlokvormig slib aanwezig kunnen zijn in het afvalwaterzuiveringssysteem volgens de uitvinding, is de werkwijze erop gericht om het aandeel vlokvormig slib te verminderen.

Aangezien vlokvormig slib minder verblijftijd heeft in de selector S en bovendien minder contact heeft met het substraat in de Selector — laat staan met de hoogste substraatconcentraties in de Selector, wordt de groei ervan niet bevorderd en blijft de fractie van vlokvormig slib in de minderheid.

Met het huidige proces blijft het aandeel vlokvormig slib beperkt tot maximaal 40 gew%, bij voorkeur minder dan 30 gew% met een grootte van 0,212 mm of kleiner.

Het huidige proces verloopt soepel met zulke beperkte hoeveelheden vlokvormig slib en daarnaast kan de hoeveelheid vlokkig slib verder worden beperkt door voor de slibspui 7 (het slib dat uit het zuiveringssysteem wordt afgevoerd om accumulatie van slib door de voortdurende slibaangroei te voorkomen) met name slib af te laten met minder snelle bezinkeigenschappen, bijvoorbeeld door dit slib in de nabezinktank te onttrekken zo ver als mogelijk van de inlaat, of door dit slib in selector te onttrekken op plekken waar het aandeel van sneller bezinkend slib gering is of en/of door toepassen van een gravitaire of mechanische separator in het retourslib of parallel aan de aerobe reactor of selector en spuien van het aldus verkregen kleinste slib.

In de context van de uitvinding worden de term ‘snel bezinkend slib’ en ‘zwaar slib’ als synoniem gezien, evenzo voor de termen ‘langzaam bezinkend slib’ en ‘licht slib.’ Bezinksnelheden of bezinkingssnelheden worden in de techniek gewoonlijk bepaald.

Een in de techniek bekende praktische maat voor de bezinksnelheid is de slibvolume-index (SVI). SVI wordt gedefinieerd als het volume (in ml) ingenomen door 1 gram slib na een bepaalde bezinkingstijd.

Typische waarden voor de verhouding van de SVI na 5 minuten bezinken (SVI-5) over de SVI na 30 minuten bezinken (SVI-30) voor het korrelslib volgens de uitvinding zijn lager dan 3, typisch in het bereik 1 - 2,5, meer typisch ongeveer 1,5, terwijl conventioneel vlokvormig slib een SVI-5 / SVI-30- verhouding van meer dan 3 heeft.

Gezien de aanwezigheid van micro-organismen kan het in het systeem volgens de uitvinding aanwezige slib ook wel aangeduid worden als "actief slib". De micro-organismen die nodig zijn voor de werkwijze volgens de uitvinding zijn te vinden in het slib van conventionele afvalwaterzuiveringsinstallaties.

Ze hoeven niet te worden geïsoleerd, aangezien de gestelde voorwaarden ervoor zorgen dat deze micro-organismen onderdeel blijven van de slibkorrels.

Het mengsel van afvalwater en slib dat de Selector S verlaat, wordt vervolgens overgebracht naar de aerobe reactor B, waaraan moleculaire zuurstof wordt toegevoerd (beluchting), b.v. gebruikmakend van beluchters zoals bekend in de techniek.

De gemiddelde verblijftijden van het mengsel van slib en water in de aerobe reactor B kunnen sterk variëren, afhankelijk van bijv. de omvang en het type vervuiling in het binnenkomende afvalwater en gewenste zuiveringsgraad, en zijn typisch 1 — 30 uur, bij voorkeur 2 — 20 uur.

De gemiddelde verblijftijden van het slib variëren eveneens afhankelijk van bijv. de omvang en het type vervuiling in het binnenkomende afvalwater 40 en gewenste zuiveringsgraad, en zijn typisch 3 — 40 dagen, bij voorkeur 5 — 20 dagen.

Beluchting van de aerobe zone wordt uitgevoerd met een zodanige snelheid dat de concentratie van opgeloste moleculaire zuurstof in het afvalwater in de reactor B bij voorkeur ten minste 0,5 mg/l is en met meer voorkeur ten minste 1 mg / I, terwijl deze bij voorkeur niet hoger is dan 5 mg / |, met meer voorkeur niet hoger dan 10 mg / |. Het is geen onderdeel van de uitvinding om de traditionele aerobe reactor en de aerobe omstandigheden te veranderen. De reactor B kan naast aerobe zones of compartimenten ook zones en compartimenten hebben waarin anoxische condities optreden waarmee denitrificatie en verdergaande verwijdering van stikstofverbindingen uit het afvalwater wordt bewerkstelligd.

Vervolgens scheidt men het aldus biologische gezuiverd afvalwater af van van het mengsel van slip en water afkomstig van reactor B. Veelal gebeurd dit door gravitaire bezinking (nabezinking NB), maar dit kan ook plaats vinden door mechanische afscheiding, door flotatie, door filtratie of anderszins. Een dergelijke bezinkstap en afscheiding, waarbij het slib wordt gescheiden van het behandelde water, is gebruikelijk bij conventionele afvalwaterzuiveringsinstallaties. Vanwege de aanwezigheid van korrelslib, in plaats van slibvlokken, kunnen de bezinktanks veel kleiner zijn (bijvoorbeeld ongeveer een kwart in oppervlakte voor dezelfde invoer van afvalwater) in vergelijking met de conventionele bezinktanks die nodig zijn voor het bezinken van slibvlokken. Het binnenkomende mengsel van water en slib afkomstig van reactor B verblijft gedurende een voldoende lange tijd in de bezinktank of soortgelijke afscheider. Zodra het slib van het water is afgescheiden, is het biologisch gereinigde afvalwater voldoende schoon om het milieu te worden geloosd, hoewel voor sommige toepassingen en / of locaties aanvullende verdere behandeling, zoals filtratie of verwijdering van bijvoorbeeld metalen, gewenst kan zijn.

Het volgens de uitvinding behandelde water dat uit de nabezinker of soortgelijke afscheider wordt afgevoerd, is het belangrijkste product van de werkwijze volgens de uitvinding. Het gezuiverde water wordt in vergelijking met het binnenkomende afvalwater aan organische stof (organische nutriënten) onttrokken. Het behandelde water kan naar het milieu worden geloosd, verder worden gezuiverd of naar eigen inzicht worden gebruikt.

In hierboven beschreven werkwijze wordt op een natuurlijke wijze slib dusdanig geselecteerd dat er uitgaande van conventioneel actiefslib bij voorkeur binnen 200 dagen na opstart, met meer voorkeur binnen 150 dagen na opstart, korrelslibvorming plaatsvindt en gedurende het zuiveringsproces stabiel de meerderheid van het slib vormt. De vorming van een meerderheid van korrelslib kan worden versneld en ondersteund door initieel het zuiveringsproces op te starten met slib dat reeds tenminste voor een deel uit korrelslib bestaat. Bij voorkeur is het aandeel van korrelslib in het slib dat tijdens de opstart aan het systeem wordt toegevoegd tenminste 15 gew%, en bedraagt bij een slibconcentratie van 3 kg/m? bij voorkeur meer dan 0,6 kg/m?. Met meer voorkeur wordt opgestart met slib waarvan reeds meer dan 50% bestaat uit korrelslib.

Ook kan de vorming en stabiele instandhouding van korrelslib worden versneld en ondersteund door continu of incidenteel een vaste stof of chemicaliën (d.w.z. een dragermateriaal) toe te voegen aan het slib waaraan de slibdeeltjes kunnen hechten en waardoor de afmeting of gewicht wordt vergroot. Dit vaste dragermateriaal heeft bij voorkeur een afmeting van 0,05-2.5 mm en een relatieve dichtheid die vergelijkbaar (hetzelfde, binnen 5% afwijking} of groter is dan die van het afvalwater. Dit materiaal kan bijvoorbeeld korrelslib van een andere reactor zijn, geclassificeerd actiefslib, geclassificeerd zand, plastic granulaat of ander natuurlijk of synthetisch materiaal. Bijvoorbeeld wordt aan het slib een vaste stof toegevoegd met een soortelijke dichtheid van tenminste 1,05 kg/l. De MO is het slib zullen zich hechten aan deze stof waardoor de dichtheid van het slibdeeltje, en daarmee de bezinksnelheid, toe neemt. Een soortgelijk effect wordt bewerkstellig door vloeibare chemicaliën zoals bijvoorbeeld ijzerzouten, aluminiumzouten, calciumzouten, etc te doseren dusdanig dat de zouten in het slib/water-mengsel reageren in tot een vaste stof.

De vinding kan ook worden toegepast parallel aan een conventionele zuivering die geen voorzieningen heeft om korrelvorming slib te laten ontstaan, of geen verdergaande korrelvorming mogelijk maakt. Dit is in figuur 10 weergegeven. Hierin is zuiveringslijn L1 de conventionele zuivering, waarvan de biologische reactor uit één of meerdere compartimenten of reactoren bestaat die verschillende combinaties van aerobe, anoxische en anaerobe procescondities mogelijk maken. In de figuur is dit aangegeven als B1, B2 en B3, maar het kunnen ook meer of minder onderdelen zijn. Zuiveringslijn L2 is een werkwijze volgens de uitvinding. Door verbinden van een spui-slibliin van L2 met L1 heeft de zuiveringslijn conform de vinding ook een synergetisch effect bewerkstelligen op de werking, slibeigenschappen en MO's in de conventionele zuivering. Dit wordt bewerkstelligd door het spuislib (7) van de zuiveringslijn L2 niet te spuien naar de slibverwerking, maar geheel of gedeeltelijk naar één of meerdere van de biologische reactoronderdelen te brengen (lijn 8). Dit spuislib heeft immers betere biomassa- eigenschappen met grotere afmetingen en meer simultane denitrificatievermogen dan het reguliere slib in de conventionele lijn en zal zo de slibeigenschappen in, en werking van, de conventionele lijn verbeteren. Dit synergetisch effect kan nog verder worden versterkt door een deel van het retourslib 6 en/of het spuislib 7 van de conventionele lijn L1 via lijn 9 te voeden aan L2. Op deze wijze wordt ook een deel van het slib van de conventionele lijn onderworpen aan de werking van de selector S van lijn L2. Resultaat van de hierboven beschreven verbinding van de twee zuiveringslijnen is dat ook in lijn L1 een verbeterde werking en grotere slibdeeltjes wordt verkregen zonder dat al het afvalwater en slib door de innovatieve selector S hoeft te worden behandeld en zonder dat L1 moet worden opgebouwd tot een zuivering conform de vinding. In een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze volgens de uitvinding een stap waarbij spuislib 7 wordt gevoed (als 8) aan een traditionele zuivering, bij voorkeur een zuivering die geen middelen heeft om korrelvorming van het slib te bewerkstelligen. In een andere uitvoeringsvorm omvat de werkwijze volgens de uitvinding een stap waarbij spuislib of een deel van het retourslib afkomstig 40 van een traditionele zuivering wordt toegevoerd.

In een andere variant wordt eenzelfde synergetisch effect verkregen door de selector conform de vinding op te volgen, of te integreren, in een aerobe korrelreactor die werkt volgens het Sequentiële Batch Systeem (SBR) en zoals boven beschreven te verbinden met een continu, conventioneel systeem. Dit is in figuur 10 weergegeven. Zuiveringslijn L3 omvat de selector conform de vinding almede de AGS SBR. Het spuislib van de S-AGS-SBR in L3 (7) wordt toegevoerd via lijn 10 naar de conventionele lijn L1. Evenals bij de eerder beschreven synergetische koppeling kan ook het spuislib (7) of deel van het retourslib (6) van de conventionele lijn worden gevoed aan de selector S (via lijn 9).

Op basis van voorgaande kenmerkt de uitvinding zich ook door uitvoeringsvormen waarbij de selector S ook wordt gevoed met een deel van het retourslib en/of spuislib dat afkomstig is van een andere zuiveringslijn, of waarbij de selector S wordt opgevolgd of geïntegreerd met een korrelslibreactor die werkt volgens het principe van sequentiële batch.

Hier nauw mee verbonden, de uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het zuiveren van substraathoudend afvalwater, omvattende een selector S met een inlaat voor substraathoudend afvalwater 2, een inlaat voor biologisch slib 6, een afvoer voor geconditioneerd slib/water-mengsel 3 en eventueel een uitlaat voor spuislib 7, waarbij de uitlaat 3 in fluide verbinding staat met de inlaat van een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor B, welke reactor verder een inlaat voor biologisch slib 6, een inlaat die in fluide verbinding staat via de uitlaat van een selector S, een uitlaat voor het gezuiverde afvalwater 4 en eventueel een uitlaat voor spuislib 7 heeft. De uitlaat 4 kan in fluide verbinding zijn met de inlaat van een nabezinker NB, en inlaat 2 kan in fluide verbinding zijn met de uitlaat van een voorbehandelingstank VB, waarbij de inrichting geschikt is voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. In het bijzonder is de selector S ingericht om onder anaerobe of anoxische omstandigheden te opereren en ingericht met middelen die er actief voor zorgen of op sturen dat het slib met grotere afmetingen en/of hogere bezinksnelheid in de selector langer en met meer geconcentreerd substraathoudend afvalwater in contact is. Dit kan bijv. door de selector in te richten met middelen die zorgen voor (i) meerdere fasen met discrete of discontinue veranderingen in stroomsnelheid, (ii) een oplopende stromingsgradiënt (d.w.z. continu oplopende stroming snelheid), of een combinatie van (i) en (ii). Voorbeeld Als hulpmiddel voor het ontwerpen en optimaliseren van zuiveringen die gebruik maken van de vinding, hebben de uitvinders een simulatiemodel ontwikkeld dat de groei, uitspoeling en grootte van slibdeeltjes in continue biologische zuiveringen berekent in afhankelijkheid van de mate van slibverblijftijdspreiding in de selector/anaerobe tank. Het model beschrijft de stroming van water 40 met substraat door het apparaat, de bezinking en fluidisatie van de korrels en vlokken, de opname van substraat door de biomassa, de aangroei van de korrels en de selectie (spui) van de vlokken en de korrels.

Om de werking en effect van de vinding te illustreren bij verder vergelijkbare procescondities, werd dit model gebruikt om voor een traditionele continue zuivering bestaande uit een conventionele selector/anaerobe tank, beluchtingstank, nabezinktank en slibretour naar selector/anaerobe tank de ontwikkeling van de biologisch slibconcentratie en vorming van slibkorrels te simuleren. Hierbij werden de procescondities gekozen om representatief te zijn voor moderne actiefslibsystemen. Er werd uitgegaan van een substraatconcentratie in het afvalwater van 500 mg/l CZV (Chemisch Zuurstof Verbruik), een specifieke slibaangroei van 0,35 kg/kg CZV en een startsituatie met conventioneel flocculent, niet-korrelvormig slib met een homogene deeltjesgrootte van 100 um. Verder werd uitgegaan van een gangbare slibbelasting voor dit soort systemen van 0,2 kg CZV/kg ODS/dag. Hierin staat ODS voor de organische drogestof in het actiefslib in de aerobe reactor, hetgeen een maat is de hoeveelheid MO. Deze slibbelasting kan ook worden uitgedrukt in biologisch zuurstof verbruik (BZV) en komt bij een gangbare afvalwatersamenstelling overeen met ca. 0,1 kg BZV/kg ODS/dag.

De resultaten gedurende ruim 200 dagen zijn weergegeven in figuur 11B. Hierin is de afmeting van vlokken < 200 um, hebben “small granules” een afmeting van 200-400 um en zijn “large granules” geclassificeerd als >800 um. De figuur toont dat na ca. 50 dagen initiële afmeting van de slibdeeltjes van 100 um uitgroeit tot kleine korrels, maar dat een verdergaande korrelvorming niet plaats vond (geen “large granules”). Ook bleef de totale concentratie van organische biologische actieve biomassa (de MVLSS op de verticale as) in de reactor rond 3,2 g ODS/I). De resultaten van de simulatie kwamen zeer goed overeen met de praktijkervaring met de opstart van conventionele continue korrelslibsystemen alsmede de proefondervindelijke resultaten van langdurige pilotproeven van de uitvinders met dit soort systemen.

Hetzelfde model met exact dezelfde parameters en instellingen werd vervolgens gebruikt om te simuleren welke slibconcentratie en slibdeeltjegrootte werden verkregen indien de selector/anaerobe tank werd uitgevoerd conform de uitvinding en waardoor de grootste slibdeeltjes langer en meer contact met het substraat hebben. In de simulatie werd daarbij uitgegaan van de uitvoeringsvorm zoals weergegeven in figuur 8, maar andere uitvoeringsvormen zouden soortgelijke resultaten geven.

De resultaten zijn weergegeven in figuur 11A. Ook hier ontstond na ca. 50 dagen slib met kleine korrels en was de slibconcentratie in het systeem met ca. 3,2 g ODS/I vergelijkbaar die van de traditionele zuivering. Echter, dankzij de spreiding van slibverblijftijd in de selector/anaerobe tank in combinatie met de resulterende hogere substraatconcentratie en substraatcontacttijd van de grotere slibdeeltjes, ontstond er niet zoals in het conventionele systeem een steady-state tussen 40 aangroei en uitspoeling van het slib, maar kon vanaf ca. 80 dagen een toenemend deel van de kleinere slibkorrels uitgroeien tot grote korrels. Na ca. 200 dagen bestond de meerderheid van het slib zelfs uit grote korrels en was dankzij het sterk verbeterde bezinkgedrag van deze grotere korrels de uitspoeling minder geworden en de concentratie van actieve biomassa in het zuiveringsproces toegenomen, van 3,2 g ODS/I naar ca. 6 g/l.

Ook werd voor de verschillende afmetingen van slibdeeltjes met hetzelfde model bepaald met welke substraatconcentratie ze in contact kwamen, en voor hoe lang. De resultaten hiervan zijn in figuur 11C weergegeven. Deze figuur laat substraatslibbelasting (in kgZCV/kg ODS/dag) van slibkorrels met verschillende afmetingen (in micrometer) zien. Waar in het traditionele zuiveringsproces het slib eenzelfde contacttijd met eenzelfde substraatconcentratie ondervindt, resulterende in een slibbelasting van 0,2 kg/kg ODS/dag, trad er in het proces conform de uitving een grote spreiding op, waarbij de korrels met de grotere afmetingen niet alleen langer, maar ook aan hogere substraatconcentraties werden bloot gesteld. Hierdoor was de slibbelasting voor de grote slibdeeltjes significant groter is dan het gemiddelde voor de slib, en zeer veel groter dan voor de kleinste deeltjes. Door deze hogere slibbelasting groeiden de slibdeeltjes met de grootste afmeting sneller dan de kleinere waardoor de verdergaande korrelvorming werd bewerkstelligd. Opgemerkt wordt dat soortgelijke modelberekeningen ook werden uitgevoerd voor andere procesomstandigheden, zoals hogere of lager slibbelasting, een hogere of lagere substraatconcentratie van het afvalwater, of andere uitvoeringsvormen van de traditionele zuivering of de werkwijze conform de vinding. De resultaten van die berekeningen illustreerden evenals het bovengenoemde voorbeeld eenduidig het werkingseffect en belangrijkste voordelen van de vinding. Zo maakt de vinding het mogelijk om in een continu zuiveringsproces verdergaande korrelvorming te bewerkstellingen en daardoor het systeem te bedrijven met meer actieve biomassa. Deze hogere concentratie biomassa resulteert erin dat met eenzelfde zuiveringsvolume meer afvalwater kan worden behandeld, of leidt tot een betere gezuiverd- waterkwaliteit. Daarnaast kan door het betere bezinkgedrag van de grotere korrels de nabezinking beduidend compacter worden uitgevoerd, of kan eenzelfde nabezinker meer afvalwater zuiveren. Dit resulteert in lagere bouw- en operationele kosten voor de zuivering van het afvalwater. Bovenal, is de korrelgrootte dusdanig dat simultane nitrificatie en denitrificatie kan plaats vinden tijdens beluchting, hetgeen niet alleen het energieverbruik sterk verlaagd maar ook de bouwkosten verder verlaagd aangezien diverse circulatiestromen en separate anoxische compartiment/tanks niet meer nodig zijn.

Claims

Conclusies

1. Werkwijze voor het zuiveren van substraathoudend afvalwater in een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor B, waarbij ten minste een deel van biologisch slib 6 in een selector S onder anaerobe of anoxische omstandigheden wordt geconditioneerd met ten minste een deel van het te zuiveren substraathoudend afvalwater 2, al dan niet na een voorbehandelingstap VB van het aangevoerde afvalwater 1, zodanig dat tenminste 20 gew% van het slib in de selector S een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector, waarna het aldus geconditioneerde slib/water-mengsel 3, al dan niet na een eventuele aanvullende anaerobe of anoxische contactstap, wordt toegevoerd aan de aerobe zuiveringsreactor B en wordt onderworpen aan aerobe zuivering B, waarbij het na aerobe zuivering behandelde afvalwater 4, door bezinking NB, flotatie of mechanische afscheiding, van het slib wordt gescheiden, en (ten minste een deel van) het slib dat is gescheiden van het aeroob behandelde afvalwater als retourslib 6 naar de selector wordt teruggevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het slib 6 met het afvalwater 2 in de selector onder anaerobe of anoxische omstandigheden wordt onderworpen aan discrete veranderingen in stroomsnelheid en/of een stromingsgradiënt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij discrete veranderingen in stroomsnelheid worden bewerkstelligd door discrete variatie in flux in de stroomrichting van de selector en/of door discrete variatie in de stroomsnelheid.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij tenminste 40% en met meer voorkeur 50 — 90% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 20% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij tenminste 40% en met meer voorkeur 50 — 90% van het slib in de selector een verblijftijd in de selector heeft die tenminste 40% groter is dan de hydraulische verblijftijd van het slib/water-mengsel in de selector.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de selector het slib- afvalwatermengsel zo conditioneert dat tenminste 20% en met meer voorkeur 40 — 100% van het slib in de aerobe biologische zuiveringsreactor B bestaat uit korrelslib met een minimale korrelgrootte van 0,212 mm.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de selector het slib- afvalwatermengsel zo conditioneert dat het aandeel korrelslib tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 50 gew% en met meeste voorkeur tenminste 70 gew% bedraagt, en 40 heeft tenminste 20 gew% van dit korrelslib, of met meer voorkeur tenminste 40 gew%, met voorkeur tenminste 60 gew% en met meeste voorkeur tenminste 80 gew% van het korrelslib in de aerobe biologische zuiveringsreactor B een korrelgrootte van tenminste 0,4 — 1,0 mm.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij tenminste de 10 gew% grootste slibdeeltjes tenminste 20% langer in contact gebracht met de hoogste substraatconcentratie in de selector dan de gemiddelde contacttijd van het slib en is deze substraatconcentratie tenminste 50% hoger dan de substraatconcentratie waaraan de 15 gew% van de kleinste slibdeeltjes in de selector mee in contact zijn.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij naast of in plaats van retourslib 6 van de nabezinktank NB, de selector S wordt gevoed met de slibfractie die wordt verkregen van mechanische of gravitaire scheiders die worden gebruikt om in de biologische zuiveringen of het retourslib de langszaamst bezinkende of kleinste slibdeeltjes selectief af te scheiden voor spui naar de slibverwerking.

10. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de concentratie aan biologisch snel-afbreekbaar substraat wordt verhoogd door doseren van een externe koolstofbron, een deelstroom van de slibverwerking behorende bij de zuivering waar de biologische reactor in gebruik is, of door het afvalwater geheel of gedeeltelijk voor te behandelen door middel van een hydrolyse of fermentatie.

11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de selector S een opstroomreactor is met een concentrische verzameling van compartimenten, met een binnenste, eerste compartiment Sa en tenminste een of meer verdere compartimenten (Sb, Sc etc.) daar concentrisch omheen georiënteerd, welke verdere compartimenten telkens aan de onder- en bovenzijde met het voorgaande compartiment in verbinding staan, waarbij zich een toevoer voor (retour)slib 6 in de onderste helft van het eerste compartiment Sa bevindt, en elk volgend compartiment telkens in de onderste helft verder een toevoer voor een afvalwater 2 heeft zodanig dat het slib en afvalwater 1a met elkaar in contact worden gebracht, waarbij de selector voor een verticale stroming (‘opstroom’) in de compartimenten zorgt.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 1 — 10, waarbij de selector S een opstroomreactor is met 3 naast elkaar en met elkaar verbonden compartimenten Sa, Sb en evt. Sc met aangepaste volumes, waarbij het effectieve volume van compartiment Sa kleiner is dan dat van Sb, waarbij biologisch slib 6 en te zuiveren substraathoudend afvalwater 2 achtereenvolgens van Sa naar Sb en van Sb naar Sc stromen, welke compartimenten telkens aan de onder- en bovenzijde met het voorgaande compartiment in verbinding staan, waarbij zich een toevoer voor (retour)slib 6 in de onderste helft van het eerste compartiment Sa bevindt, en elk volgend compartiment telkens in de onderste helft verder een toevoer voor een afvalwater 2 heeft zodanig dat het slib en afvalwater 1 met elkaar in contact worden gebracht, waarbij de selector voor een verticale stroming (‘opstroom’) in de compartimenten zorgt.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 1 — 10, waarbij de selector S een opstroomreactor is met 3 naast elkaar en met elkaar verbonden compartimenten Sa, Sb en evt. Sc met aangepaste volumes, waarbij het effectieve volume van compartiment Sa kleiner is dan dat van Sb, waarbij de selector voor een verticale stroming (‘opstroom’) in de compartimenten zorgt, waarbij de invoer van afvalwater 2 plaats vindt aan de bodemzijde van het compartiment en toevoer van retourslib 6 ter hoogte van het vloeistofniveau in het compartiment, waarbij slib 6 en te zuiveren substraathoudend afvalwater 2 achtereenvolgens van Sa naar Sb en van Sb naar Sc stromen, welke compartimenten telkens aan de bovenzijde met het voorgaande compartiment in verbinding staan.

14. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij variatie van stroomsnelheid in de selector wordt bewerkstelligd door variatie van het aanvoerdebiet van het afvalwater.

15. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij variantie van stroomsnelheid in de selector wordt bewerkstelligd door variatie van het aanvoerdebiet van het slib 6.

16. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de selector S ook wordt gevoed met een deel van het retourslib en/of spuislib dat afkomstig is van een andere zuiveringslijn.

17. Werkwijze volgens de voorgaande conclusie, waarbij de selector S wordt opgevolgd of geïntegreerd met een korrelslibreactor die werkt volgens het principe van sequentiële batch.

18. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de vorming van korrelslib wordt versneld en/of de instandhouding hiervan ondersteund door toevoegen van een dragermateriaal, waarbij dit dragermateriaal een gemiddelde afmeting heeft van 0,05 - 2,5 mm en een relatieve dichtheid die gelijk of groter is dan die van het afvalwater.

19. Inrichting voor het zuiveren van substraathoudend afvalwater, omvattende een selector S met een inlaat voor substraathoudend afvalwater 2, een inlaat voor biologisch slib 8, een afvoer voor geconditioneerd slib/water-mengsel 3 en eventueel een uitlaat voor spuislib 7, waarbij de uitlaat 3 in fluide verbinding staat met de inlaat van een continu-doorstroomde aerobe biologische zuiveringsreactor B, welke reactor verder een inlaat voor biologisch slib 6, een inlaat die in fluide verbinding staat via de uitlaat van een selector S, een uitlaat voor het gezuiverde afvalwater 4 en een uitlaat voor spuislib 7 heeft, en waarbij de uitlaat 4 in fluide verbinding kan zijn met de inlaat van een nabezinker NB, en inlaat 2 in fluide verbinding kan zijn met de uitlaat van een voorbehandelingstank VB, waarbij de inrichting geschikt is voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der conclusies 1 — 15.

20. Inrichting volgens conclusie 19, waarbij de selector S is ingericht om onder anaerobe of anoxische omstandigheden te opereren en met middelen die er actief voor zorgen of op sturen dat het slib met grotere afmetingen en/of hogere bezinksnelheid in de selector langer met het substraathoudend afvalwater in contact is. Dit kan bijv. door de selector in te richten met middelen die zorgen voor (i) meerdere fasen met discrete of discontinue veranderingen in stroomsnelheid, (ii) een oplopende stromingsgradiënt, of een combinatie van (i) en (ii).