NL7808555A - Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater. - Google Patents

Description

3020 STAMICARBON B.V.

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd:

Victor E.A. BAENENS te Maasmechelen, België Hans VAN GGOL te Limbricht

WERKWIJZE VOOR HET ZUIVEREN VAN AFVALWATER

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het nitrificeren en denitrificeren van afvalwater met behulp van aktief slib waarbij het afvalwater continu, in één reaktieruimte achtereenvolgens een aerobe en een anaerobe zone doorloopt.

5 Een dergelijke werkwijze is onder andere bekend uit: Van de

Geest en Witvoet, Nitrification and denitrification in carroussel systems, Conference on nitrogen as a water pollutant, Vol 3, IAWPR en wordt uitgevoerd in een oxidatiesloot van het carrouseltype met gesuspendeerd aktief slib, zoals beschreven in het Nederlandse octrooi 10 131.423.

Bij de zuivering van afvalwater, dat stikstofverbindingen in gereduceerde en in geoxideerde vorm bevat, doet zich het probleem voor; dat tenminste twee stappen nodig zijn om deze verbindingen uit het afvalwater te'verwijderen.

15 De gereduceerde stikstofverbindingen worden onder aerobe condities, dat wil zeggen in aanwezigheid van in water opgeloste moleculaire zuurstof door micro-organismen geoxideerd tot nitraat, waaronder in dit verband ook nitriet wordt verstaan.

De reeds in het afvalwater aanwezige en de onder aerobe 20 condities gevormde nitraten worden vervolgens onder anaerobe condities gereduceerd tot moleculaire stikstof.

Het is bekend, dat de bacteriën die werkzaam zijn in nitrificatie en denitrificatie, zonder nadelige gevolgen voor de verwijdering van stikstofverbindingen uit afvalwater, plotselinge 25 veranderingen in zuurstofconcentraiie verdragen, zodat het mogelijk 7808555 2 is om in één reactieruimte met dezelfde slibmassa zowel te nitrificeren als te denitrificeren.

Aangezien bij een werkwijze voor het denitrificeren en nitrificeren van afvalwater in een oxidatiesloot zoals hierboven beschreven, 5 vrij grote afstanden liggen tussen de plaatsen waar het water belucht wordt, ontstaan door het zuurstofverbruik bij het oxideren van met name organisch materiaal en ammoniak door het aktieve slib anaerobe zones, dat wil zeggen zones waar het zuurstofgehalte zo laag is, dat geen nitrificatie meer kan optreden, zodat in een reactieruimte zowel 10 nitrificatie als denitrificatie optreedt.

Bij een dergelijke werkwijze is de cyclustijd van het afvalwater ongeveer 15 tot 30 minuten. Onder cyclustijd verstaat men hier de tijd die verloopt vanaf het moment, dat het afvalwater een aerobe zone binnenkomt, totdat het afvalwater de eerstvolgende aerobe zone binnenkomt, 15 dat wil zeggen, de verblijftijd van het afvalwater in een trajekt gevormd door een aerobe en de eerstvolgende stroomafwaarts gelegen anaerobe zone tezamen verstaan.

In het Brits octrooischrift 1.438.697 is een werkwijze beschreven voor het verwijderen van stikstofverbindingen uit afvalwater 20 waarbij het afvalwater in een eerste stap gedenitrificeerd, in een tweede stap genitrificeerd en in een derde stap wederom gedenitrificeerd wordt. Het effluent van de tweede stap wordt gerecirculeerd naar de eerste stap. Deze werkwijze is bruikbaar in het geval verhoudingsgewijs een geringe hoeveelheid organisch materiaal in het afvalwater aanwezig 25 is, vergeleken met de hoeveelheid stikstofverbindingen.

De eliminatie van stikstofverbindingen in afvalwater kan volgens de Nederlandse octrooiaanvragen 7405627 ook bereikt worden door in één bassin binnen een periode van 24 uur het geproduceerde afvalwater gedurende tenminste de produktie-uren aëroob te behandelen 30 in aanwezigheid van gesuspendeerd aktief slib, vervolgens in een anaerobe toestand te brengen waarbij het actieve slib in suspensie gehouden wordt, waarna men tenslotte het gesuspendeerde slib laat bezinken en de heldere vloeistof decanteert. Deze werkwijze kan alleen discontinu uitgevoerd worden.

7808555 3

Omdat aan het uitvoeren van nitrificatie en denitrificatie in een oxydatiesloot van het carroussel-type het nadeel kleeft dat de inrichting een ingewikkelde vorm moet hebben om de vereiste verblijftijden te realiseren en om in de oxidatiesloot een propstroom in stand 5 te houden is dit type minder geschikt voor een kleinschalig bedrijf.

Bovendien is er het nadeel, dat nagenoeg alle organische materiaal verwijderd wordt in de aerobe zone door oxidatie met zuurstof. Dit heeft tot gevolg, dat de denitrificatie in de anaerobe zone moet plaatsvinden door endogene ademhaling van de micro-organismen en niet 10 door oxidatie van organisch materiaal aanwezig in het afvalwater.

De denitrificatiesnelheid bij endogene ademhaling is gering, zodat daarbij slechts gedeeltelijke denitrificatie plaatsvindt, tenzij een verhoudingsgewijs lange verblijftijd in de anaerobe zone toegepast wordt.

Bij de werkwijze volgens het Britse octrooischrift 1.438.697 15 is dit laatste nadeel niet aanwezig. Hierbij is men echter genoodzaakt in tenminste drie gescheiden stappen te werken, zodat tenminste drie reactieruimten nodig zijn.

Aan de discontinue werkwijze volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 7405627 zijn de nadelen van geringere flexibiliteit en 20 ongeschiktheid voor continu werkende bedrijven verbonden.

Het doel van de uitvinding is een continue werkwijze te verschaffen waarbij in één reaktieruimte afvalwater genitrificeerd en gedenitrificeerd wordt zonder dat bovengenoemde nadelen optreden, zodat met verhoudingsgewijs kleine en eenvoudige eenheden volstaan 25 kan worden.

Volgens de uitvinding bereikt men dit als de cyclustijd maximaal 3 minuten bedraagt, onder de conditie, dat in tenminste 40% van de inhoud van het bassin de concentratie van in het afvalwater opgeloste moleculaire zuurstof minimaal 0,5 mg/l en in tenminste 20% 30 van de inhoud van het bassin maximaal 0,1 mg/l bedraagt, bij een slib- 20 belasting van maximaal 0,2 g BZVg / (g.slib , dag).

Onder de zuurstofconcentratie wordt hier zoals gebruikelijk de concentratie in de waterfase verstaan en niet in de slibvlok.

7808555 4

Onder slibbelasting wordt verstaan het aantal grammen 20 verontreinigingen uitgedrukt als BZV (bepaald volgens NEN 3235 - 5.4)

V

dat per gram slib per dag wordt toegevoerd aan de zuiveringsinstallatie.

Het is bijzonder verrassend, dat nitrificatie en denitrifi-5 catie.in één reactieruimte in dergelijke mate optreden bij de zeer korte verblijftijden in de respectievelijke zones. De korte cyclustijden, gecombineerd met de geringe hoeveelheid opgeloste moleculaire zuurstof in de aerobe zone lieten namelijk nauwelijks verwachten dat nitrificatie zou optreden.

10 De werkwijze volgens de uitvinding onderscheidt zich van de bekende stand van de techniek, doordat hoge denitrificatierendementen bereikt worden zodat met verhoudingsgewijs kleine en eenvoudige eenheden volstaan kan worden. Mogelijk wordt dit bereikt doordat een deel van de organische verontreinigingen, die in de aerobe zone komt, niet met .

15 zuurstof geoxideerd wordt, maar aan het slib geadsorbeerd en pas in de anaerobe zone afgebroken wordt.

De cyclustijd mag niet langer dan 3 minuten bedragen. Bij langere cyclustijden treedt een daling van de denitrificatiesnelheid op, die zo sterk is dat cyclustijden volgens de bekende werkwijzen 20 noodzakelijk worden, om dezelfde resultaten te bereiken als bij de hele korte cyclustijden. Bij voorkeur bedraagt de maximale cyclustijd 1 minuut. De minimale cyclustijd wordt bepaald door de praktische uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding en zal in het algemeen minimaal 1/2 minuut zijn.

25 Het is niet noodzakelijk dat de cyclustijd in alle gevallen hetzelfde is. Het is goed mogelijk dat het water in een installatie enkele cyclussen doorloopt voordat het weer op het punt van uitgang terug is, waarbij de diverse cyclussen elk een verschillende cyclustijd kunnen hebben.

30 De concentratie van in het afvalwater opgeloste moleculaire zuurstof bedraagt bij voorkeur minimaal 0,5 mg/l in tenminste 50 % en maximaal 0,1 mg/l in tenminste 20 % van de bassin inhoud.

Bij voorkeur is de concentratie aan opgeloste zuurstof in de aerobe zone maximaal 3 mg/l, meer in het bijzonder maximaal 1,5 mg/l.

7808555 20 5

Bij slibbelastingen groter dan 0,2 gram BZV /(gram slib, dag),

O

komt het proces van nitrificatie en denitrificatie onder de 'onderhavige condities in het algemeen tot stilstand. Bij voorkeur ligt de slibbelas- 20 ting tussen 0,02 en 0,1 gr BZVg /(gram slib, dag).

5 Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt het vooroordeel doorbroken, dat men nitrificatie en denitrificatie zoal niet in aparte bassins, dan toch in zeer duidelijk onderscheiden gedeelten van één bassin moet uitvoeren. Een van de gevolgen van de onderhavige uitvinding is daarom dat de constructie van het bassin eenvoudig én daardoor 10 goedkoper is.

Aan het ontwikkelen van afvalwaterzuiveringsprocessen waarbij tezamen met organisch materiaal ook stikstofverbindingen door nitrificatie en denitrificatie worden verwijderd is reeds meer dan 15 jaar gewerkt. Uit de stand van de techniek blijkt echter dat nitrificatie en 15 denitrificatie zoal niet in aparte bassins dan toch in duidelijk onderscheiden gedeelten van één bassin dienen plaats te vinden.

Ook bij de werkwijze volgens de uitvinding zou men kunnen spreken van twee onderscheiden gebieden in één bassin. De verblijftijden in de beide zones zijn echter een fraktie van de bekende verblijf-20 tijden, terwijl ook de zuurstofconcentratie in de aerobe zone beduidend lager is dan volgens de bekende werkwijze, zodat er ten opzichte van de bekende werkwijze van een veel minder duidelijke scheiding in twee zones sprake is. In feite werkt men volgens de uitvinding in de aerobe zone onder condities die bij de bekende werkwijze heersen in 25 de gebieden waar de aerobe zone overgaat in de anaerobe. Het mag dan ook als zeer verrassend gekenmerkt worden dat onder deze condities toch nog volledige nitrificatie optreedt.

Het is van belang, dat door de uitvinding op eenvoudige wijze de manco's verbonden aan oxydatiesloten van het carrousel-typen en 30 zuiveringsinrichtingen voor discontinue werkwijzen worden vermeden.

Door de maatregelen volgens de uitvinding kan met één type inrichting de afvalwaterproduktie zowel klein- als grootschalig worden verwerkt.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur uitge— voerd met gesuspendeerd aktief slib, terwijl moleculaire zuurstof 35 ingebracht wordt door middel van waterstralen, zoals bij voorbeeld 7808555

G

beschreven in de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7301201. Bij deze werkwijze krijgt men een zeer goede menging van afvalwater, aktief slib en moleculaire zuurstof.' In dit geval kan het van voordeel zijn de beluchting met bovengenoemde waterstralen te kombineren met 5 een geautomatiseerde, trapsloos regelbare, zuurstofinslag. Dat kan in dit geval bijvoorbeeld bereikt worden door de uitstroomsnelheid van de waterstralen te verlagen door de pompcapaciteit te reduceren.

De uitvinding kan ook uitgevoerd worden in een al of niet gepakte kolom, waarbij onder de niet gepakte kolom ook een schacht 10 die zich geheel of gedeeltelijk in de bodem bevindt, verstaan wordt.

De werkwijze volgens de uitvinding kan in een gepakte kolom bijvoorbeeld uitgevoerd worden door afvalwater met daarin opgeloste zuurstof onder in een kolom te leiden.

Door' de‘eenvoud van de inrichting waarin de werkwijze volgens 15 de uitvinding toegepast kan worden, zijn als caissons gebouwde bassins die op de plaats van bestemming zijn afgezonken ook zeer geschikt.

De werkwijze volgens de uitvinding kan ook in bepaalde bestaande inrichtingen worden uitgevoerd. In principe behoeft men dan slechts de besturing van de beluchting en soms het beluchtingssysteem 20 op een adequate wijze aan de procesvoering volgens de uitvinding aan te passen.

Voor zover bij de werkwijze volgens de uitvinding gesuspendeerd aktief slib wordt toegepast, zal de slibbezinking in het algemeen buiten het bassin waarin de nitrificatie en denitrificatie plaatsvinden, 25 gebeuren. De recirculatie en afvoer van bezonken slib vinden op bekende wijze plaats.

Voor het simultaan optreden van nitrificatie en denitrificatie in één bassin, waarbij de procescondities voor nitrificatie zeer ongunstig zijn,is nog geen eenduidige verklaring gevonden. De onderzoe-30 kingen van aanvraagster hebben echter geleid tot een biologisch, continu-werkend afvalwaterzuiveringsproces waarmee een belangrijke bijdrage wordt geleverd in het algemeen belang en meer in het bijzonder aan het terugdringen van de lozing van verontreinigingen op het oppervlaktewater .

7808555 7

De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het nitrificeren en denitrificeren van afvalwater. Deze inrichting bestaat onder meer uit een rond bassin en middelen voor het in rotatie brengen van de bassininhoud en voor het inbrengen van moleculaire zuurstof, 5 en wordt gekenmerkt, doordat deze middelen zodanig gedimensioneerd zijn, dat de cyclustijd in het bassin maximaal 3 minuten bedraagt.

Voorbeeld I

3

Aan een rond bassin met een inhoud van 1500 m , dat voorzien was van een beluchtingssysteem . met waterstralen, zoals beschreven in 3 10 de Nederlandse octrooiaanvrage 7301201, werd per uur 40 m afvalwater toegevoerd.

Het water in het bassin, dat gesuspendeerd aktief slib bevatte werd via de waterstralen gerecirculeerd, zodat in het bassin een rondgaande horizontale stroming ontstond. In het bassin bedroeg de cyclus-15 tijd maximaal 100 sec.

In een eerste proef werd afvalwater met de volgende samenstelling aan het bassin toegevoerd: CZV mg/1 580

Kjeldahl-N " 80 20 NH -N " 58 4 N02-N " <0,5 NO -N " <1 3 20

Dit resulteerde in een slibbelasting van 0,08 g BZV_./(g.slib, dag).

O

De beluchting werd zo geregeld, dat in ca. 60 % van het bassin het 25 zuurstofgehalte meer dan 0,5 mg/1 bedroeg. In 20-25 % van het bassin was dit gehalte kleiner dan 0,1 mg/1.

Het effluent van het bassin had na afscheiding van het slib de volgende samenstelling 6ZV mg/1 65 30 Kjeldahl-N " 5 « NH4-N " 5 NO -N " <0,5 a NOg-N ” 3

Dit betekent, dat een vergaande reduktie van organisch materiaal en 35 stikstof verkregen is.

7808555 9 8

Voorbeeld II

Een tweede proef werd onder vrijwel gelijke omstandigheden als de eerste proef uitgevoerd. Daarbij bedroeg de slibbelasting 0,10 20 g BZV /(g slib, dag), was in 30-35 % van'het bassin de zuurstofconcen-5 5 tratie groter dan 0,5 mg/1, en was in 30-35 % van het bassin de zuur- stofconcentratie lager dan 0,1 mg/1.

In de volgende tabel zijn naast elkaar de samenstelling van de toevoer en de afvoer uiteengezet.

toevoer afvoer 10 CZV mg/1 690 55

Kjeldahl-N " 90 16 NH -N ” 85 16 4 N02~N " <0,5 1 NOg-N . " <0,1 <1 15 Zoals duidelijk blijkt uit de resultaten van deze proef is de nitrificatie, vergeleken met de eerste proef, beduidend lager, resulterend in een verhoogde lozing van met name NH^-N, tengevolge van hèt feit dat de aerobe zone te klein was.

7808555

Claims (8)

9 3020

1. Werkwijze voor het nitrificeren en denitrificeren van afvalwater met behulp van aktief slib, waarbij het afvalwater continu in één reaktieruimte achtereenvolgens een aerobe en een anaerboe zone doorloopt, met het kenmerk, dat de cyclustijd maximaal 3 minuten 5 bedraagt, in tenminste 40 % van de inhoud van het bassin de concentratie aan opgeloste moleculaire zuurstof minimaal 0,5 mg/1 en in tenminste 20 % van de inhoud van het bassin maximaal 0,1 mg/l 20 bedraagt bij een slibbelasting van maximaal 0,2 g BZVg /(gslib, dag).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de cyclustijd 10 tussen 1/2 en 1 minuut ligt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de slib- 20 belasting tussen 0,02 en 0,1 g BZV_ /(g.slib, dag) ligt. 5

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat in tenminste 50 % van de bassininhoud de concentratie van opgelöste moleculaire 15 zuurstof minimaal 0,5 mg/1 bedraagt.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat in de aerobe zone het gehalte aan opgeloste zuurstof maximaal 3 mg/1 bedraagt.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het 20 aktieve slib in het afvalwater gesuspendeerd is.

7. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, onder meer bestaande uit een rond bassin en middelen voor het inbrengen van moleculaire zuurstof en het in rotatie brengen van de bassininhoud, met het kenmerk, dat deze middelen zodanig gedimensio- 25 neerd zijn, dat de cyclustijd maximaal 3 minuten bedraagt.

8. Werkwijze zoals in hoofdzaak beschreven en toegelicht aan de hand van voorbeeld I. 7808555