NL8202536A - Werkwijze en inrichting voor het geschikt maken van calciumrijk afvalwater voor anaerobe fermentatie. - Google Patents

Description

, » . * -1-

Werkwijze en inrichting voor het geschikt maken van calciumrijk afvalwater voor anaerobe fermentatie

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het geschikt maken van calciumrijk afvalwater voor anaerobe fermentatie en op een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.

5 Aan afvalwater dat opgeloste organische bestanddelen be vat, die men door anaerobe fermentatie wil laten afbreken, bijvoorbeeld afvalwater van een suikerfabriek, wordt vaak cal-ciumhydroxyde toegevoegd om de groei van daarin aanwezige mi-cro-organismen door aanzienlijke verhoging van de pH, bij-10 voorbeeld tot aan 11, van het water, te remmen.

Voor de anaerobe vergisting van organische materialen dient eerst door middel van hydrolyse en verzuring het in het algemeen complexe materiaal, omgezet te worden in kleinere opgeloste bestanddelen, zoals vluchtige vetzuren, melkzuur en 15 alcoholen die door verdere fermentatie tot eenvoudige stoffen als CO^ en CH^ kunnen worden afgebroken. Bij die hydrolyse en verzuring kan de concentratie van de calciumionen groter zijn naarmate de concentratie aan vergistbare afbraakprodukten groter is. Het calcium moet echter op enig moment verregaand uit 20 het afvalwater worden verwijderd. Voor de hand liggend is, dit te bereiken door het op enige plaats in het proces als cal-ciumcarbonaat te laten precipiteren. Dit zou echter pas kunnen geschieden nadat het groeiremmende effect van het CaCOH)^ niet meer nodig is. Zodoende komt in de voor de hydrolyse en ver-25 zuring bestemde verzuringsvijver of -reactor Ca-rijk water, waaruit calcium kan precipiteren als de pH van het water en de calciumconcentratie voldoende hoog zijn. Bij verlaging van de pH door de in de slibvijver of -reactor onder invloed van anaerobe en facultatief-anaerobe micro-organismen gevormde 30 zuren gaat weer een deel van het neergeslagen calcium in oplossing, zodat ook het zuren bevattende water dat de slibvijver of -reactor verlaat, calciumrijk is. Dit calciumrijk verzuurd afvalwater wordt vervolgens toegevoerd aan de reactor waarin de verdere fermentatie, waarbij in hoofdzaak methaan 35 gevormd wordt, plaatsvindt. Wanneer blijkt, dat het afval- 8202536 tr > -2- water dat aan de reaktor waarin de methaanvorming plaatsvindt, toegevoerd wordt een hoger calciumgehalte heeft, dan het water dat die reaktor verlaat, wordt er calcium in de vorm van calciumcarbonaat in de reaktor neergeslagen.

5 De aanwezigheid van veel calciumcarbonaat in het methaan- vormende slib blijkt een ongunstige invloed op de structuur van dit slib te hebben. Het ruimen van de methaanreactor om neergeslagen calciumcarbonaat te verwijderen, bijvoorbeeld tijdens een stilstand van de zuivering, kan praktisch niet 10 uitgevoerd worden en indien het al mogelijk zou zijn, zou geen methode beschikbaar zijn om het actieve slib verregaand van calciumverbindingen te bevrijden.

Afgezien van ionen die bij het onderhavige probleem geen rol vanlbetekenis spelen, kan men voor calciumrijk water de 15 volgende neutraliteitsvergelijking opstellen.

(!) [ H+ J + 2 Ca + + = 0H" + HC03- + Z' + 2 CO- waarin £ Z~ de concentratie van vetzuren en melkzuur voorstelt. Bij de in de slibvijver in de methaanreactor gebruikelijke pH van 5 tot 7,5 zijn 20 H+ , JjOH" en £c03""J ten °PtZ^c^1^e van

Ca++ ] ’ [HC03" 60 [/" ] te verwaarlozen. Zodoende kan de neutraliteitsvergelijking vereenvoudigd worden tot: (2) 2 Ca++ = HC03" + Z"

In de slibvijver geldt echter: 2 Ca++ = Z“ (3) - -I 1· i 25 omdat daar pC0£ zeer laag is (ongeveer nihil) en derhalve HCQ3” laag zal zijn en derhalve t.o.v. Z~ te verwaarlozen is.

benaderingr "j Γ 1

In de methaanreactor is bij/_ 2 Ca = ΗΌ03~ (4·) omdat bij goede afbraak £z~J nagenoeg nul zal zijn en derhalve 8202536 * * -3- te verwaarlozen t.o.v. ^HC0^"j

De calciumconcentratie van het aan de methaanreactor toegevoerde afvalwater wordt bepaald door Z* en aangezien Z" afhankelijk is van het COD, is de calciumconcentratie 5 van het aan de methaanreactor toegevoerde water in. feite afhankelijk van het COD. Wordt de COD zeer hoog, dan zal Ca++ in het aan de methaanreactor toegevoerde afvalwater hoger zijn dan volgens 2 Ca++ = HCO^ en derhalve zal bij constant blijvende pH calcium als calciumcarbonaat in de methaan-10 reactor neerslaan.

Gevonden werd dat dit probleem opgelost kan worden door in tenminste een deel van afvalwater dat aan een anaerobe fermentatie onderworpen is geweest, het tijdens de anaerobe fermentatie door reactie van het gevormde koolzuurgas met Ca(0H)2 15 in het afvalwater ontstane evenwicht

Ca (OH >2 + 2C02 t=?Ca(HC03)2 i=g.CaC03 ^ + C0£ T + H20 door vermindering van de partiële koolzuurdruk naar rechts te doen verschuiven, dan calciumrijk afvalwater met tenminste een deel van het aldus verkregen calciumarme water te verdunnen en 20 aansluitend het verkregen mengsel aan anaerobe fermentatie te onderwerpen.

Aldus kan men op eenvoudige wijze bereiken, dat het cal-ciumgehalte tot juist voor de slibvijver of -reactor, tot in de slibvijver of -reactor of tot juist voor de methaanreactor 25 nog hoog is, doch het aan de methaanreactor toegevoerde afvalwater niet een duidelijk hoger calciumgehalte heeft dan afvalwater waaraan geen Ca(0H)2 is toegevoegd, respectievelijk dan het afvalwater dat de methaanreactor verlaat.

De partiële koolzuurdruk wordt volgens de uitvinding bij 30 voorkeur verminderd door bij rustige beweging de gasdruk boven het oppervlak van het afvalwater te verminderen en/of het afvalwater met een ander gas dan koolzuur te strippen c.q. te beluchten.

Als ander gas dan koolzuurgas kan bijvoorbeeld lucht of 35 stikstof, doch ook koolzuurvrij biogas worden gebruikt. Daar* voor kan men het bij de fermentatie gevormde gas, na verwijdering van het eventueel daarin aanwezige C02, gebruiken.

8202536 -4-

De werkwijze kan op een continue stroom calciumrijk afvalwater worden toegepast, waarmee het volgens de uitvinding verkregen calcium-arme water continu wordt gemengd.

De volumeverhouding bij die menging is afhankelijk van de COD en 5 de voortdurende calciumconcentratie van het water dat de methaanreactor verlaat.

De toe te passen volumeverhouding kan worden bepaald en geautomatiseerd aan de hand van de COD en Ca++ van het, eventueel met gehy-drolyseerde en verzuurde, doch nog niet voor de verdere anaerobe fermen-10 tatie geschikt gemaakte afvalwater, enerzijds, en Ca++ van het afvalwater dat de methaanreactor verlaat, anderzijds. De mengverhouding dient zodanig te zijn dat Ca van het aan de methaanreactor toegevoerde water en van het water dat de methaanreactor verlaat nagenoeg gelijk is.

Volgens de werkwijze van de uitvinding is het zelfs mogelijk een te 15 hoog calciumcarbonaatgehalte van het slib in de methaanreactor te verlagen door de mengverhouding calciumarm water : calciumrijk water zo te kiezen dat Ca++ van het water dat de reactor verlaat groter is dan Ca++ van het aan de reactor toegevoerde water.

De uitvinding betreft ook een inrichting voor het uitvoeren van 20 deze werkwijze, die gekenmerkt is doordat deze ëen ruimte voor anaerobe fermentatie omvatt een omloopleiding voor het daarom terugvoeren van een deel van het daarin behandelde water, een stripperinrichting met gas-invoer- en/of drukverlagende middelen in die omloopleiding, een ruimte om geprecipiteerd calciumcarbonaat te laten, bezinken en een aansluiting 25 van die omloopleiding op de toevoer van te reinigen afvalwater naar de fermentatieruimte om de vloeistof uit die stripperinrichting naar die toevoer te leiden.

Bij voorkeur wordt deze inrichting volgens de uitvinding zo uitgevoerd dat de stripperinrichting middelen heeft om de vloeistofstroom 30 daarvan af te sluiten, om de vloeistof in hoofdzaak daaruit te verwijderen en middelen zoals graafmiddelen om het neergeslagen calciumcarbonaat daaruit te verwijderen.

Wanneer de hydrolyse, de verzuring en de methaanvorming in één trap plaatsvinden, worden calciumarm water en calciumrijk afvalwater bij voor-35 keur juist voor toevoer aan de methaanreactor gemengd.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de 8202536 -5- •Λ- 'Jr 4 Λ hand van bijgaand stroomschema, als voorbeeld hieronder nader toegelicht.

Een stroom afvalwater, rijk aan calciumhydroxyde en met een pH van 11, wordt door leiding 1 naar een hydrolyse- en 5 verzuringsinrichting 2 gevoerd, waar vaste bestanddelen precipiteren, waaronder een deel van het calcium als calciumcarbo-naat, terwijl hydrolyse en verzuring van de opgeloste organische bestanddelen optreden. Deze inrichting kan een open vijver zijn of een dichte reactor als door een streeplijn aange-10 duid. Door de verzuring gaat een deel van het geprecipiteerde calciumcarbonaat weer in oplossing. Door leiding 3 stroomt het afvalwater vervolgens naar een methaanreactor 4. Indien de hydrolyse, de verzuring en de methaanvorming in één trap worden uitgevoerd, stroomt het afvalwater zonder tussenschakeling 15 van 2 in de reactor, zoals aangegeven door de streep-stiplijn 23. Dit afvalwater heeft bijvoorbeeld een concentratie aan te fermenteren organische bestanddelen, welke overeenkomt met een COD van 7000 mg/1 ( £z" <v '70 mmol/1) en derhalve een gehalte aan opgeloste calciumionen van 1400 mg/1 (volgens (3).

20 Volgens de uitvinding wordt dit water nu, alvorens aan de methaanreactor 4 te worden toegevoegd, verdund met water dat aan een anaerobe fermentatie onderworpen is geweest en - derhalve een lage C0D bezit ( Z”j ru 0) - en verregaand van calcium bevrijd is (C 0) dat door leiding 11, 12 wordt toege- v u 25 voerd en bij 13 in leiding 3 wordt bijgemengd, bijvoorbeeld in een volumeverhouding 1 : 1. Dit betekent, dat het in reactor 4 binnenstromende water een COD van 3500 verkrijgt en een calr ciumgehalte van 700 mg/1, laag genoeg om bij een pH van + 7 de fermentatie te doen plaatsvinden zonder precipitatie van CaCO^ 30 waardoor de kwaliteit van het slib in 4 niet nadelig wordt beïnvloed.

Uitgaande van een constante pH van 7.0 en een temperatuur van 30°C en een p^Q in de methaanreactor van 0,2 (20¾ CO^ in het biogas) kan volgens de neutraliteitsvergelijking (4) 35 berekend worden, dat de concentratie aan opgelost calcium 700 mg/1 zal bedragen.

Uit die reactor 4 komt aldus water met een lage C0D ( [Z I ^ 0) en met een ongewijzigd calciumgehalte van 700 mg/1.

40 Het praktisch calciumvrije gereinigde water, dat door 11, 8202536 -6- 12 bij 13 wordt bijgemengd, verkrijgt men nu volgens de uitvinding als volgt:

Van het uit de reactor 4 naar afvoer 5 stromende aan een anaerobe fermentatie onderworpen water wordt bij 6 een deel 5 (bijvoorbeeld de helft) afgetakt en door een leiding 7 naar een strip.perinrichting 8 gevoerd. Daarin wordt de partiële druk van het CO^ zo verlaagd, dat het calciumhydrocarbonaat ontleedt en onder afgifte van koolzuurgas en water als calciumcarbonaat precipiteert. De partiële drukverlaging kan ge-10 schieden door een ander gas dan CO2, bijvoorbeeld lucht, bij 9 in inrichting 8 te voeren en goed te verdelen, De inrichting 8 kan een open vijver zijn. Men kan ook een overkapping 10 aanbrengen (gestreept weergegeven) en een onderdruk boven de vloeistof opwekken (gasafzuiging schematisch door pijl 14 weer-15 gegeven).Als strippergas kan men ook biogas gebruiken, waaruit het CO^ in hoofdzaak is verwijderd, en dit is met streeplijnen aangegeven als leiding 16 uit de methaangasafvoer van reactor 4, in welke leiding bij 15 het CO2 uit het gas wordt verwijderd.

De inrichting 8 is bij voorkeur door een niet tot de bo-20 dem reikend schot 20 in twee ruimten 21 en 22 verdeeld, waarbij het bij 9 toegevoerde gas in ruimte 21 een vrij sterke beroering doet ontstaan, terwijl de vloeistof vandaar onder schot 20 door naar ruimte 22 stroomt, waarin naar de afvoerleiding 11 een rustig stromingsregime heerst en het calciumcarbonaat dus 25 goed kan neerslaan.

Er kunnen twee of meer stripperinrichtingen 8 zijn, zodat de vloeistofstroom naar en uit de ene of de andere inrichting wordt geleid. Telkens kan dan uit één der inrichtingen 8, die van de leidingen 7 en 11 is afgesloten en waaruit de vloei-30 stof is afgevoerd, het geprecipiteerde calciumcarbonaat worden verwijderd, bijvoorbeeld door een schematisch weergegeven graaf-inrichting 17. Het proces kan daarbij continu worden voortgezet via de andere inrichting 8,

Door de leiding 11, 12 wordt dus aan een anaerobe fermen-35 tatie onderworpen afvalwater (COD 1¾ o, CA ^ 0) naar mengpunt 13 gevoerd.

Men kan dit water ook door de gestreept weergegeven leiding 18 naar een meer stroomopwaartse plaats in het proces voeren, bijvoorbeeld naar punt 19 bij de invoer van de hydro- 40 lyse- en verzuring.sreactor 2, zelfs in de reactor of tussen de reactor en de methaanreactor.

8202536

Claims (8)

1. Werkwijze voor het geschikt maken van ..calciumrijk afvalwater voor anaerobe fermentatie, met het kenmerk, dat men in tenminste een deel van afvalwater dat aan een anaerobe fermentatie onderworpen is geweest, het tij- 5 dens de anaerobe fermentatie door reactie van het gevormde koolzuurgas met Ca(0H)2 in het afvalwater ontstane evenwicht Ca (OH>2 + 2C02<=^Ca(HC03)2^=^CaC03 + C02T + H20 door vermindering van de partiële koolzuurdruk naar rechts doet verschuiven, dan calciumrijk afvalwater met tenminste een deel van lQ het aldus verkregen calciumarme water verdunt en aansluitend het verkregen mengsel aan anaerobe fermentatie onderwerpt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de partiële koolzuurdruk vermindert door intermitterend de gasdruk boven het oppervlak van het afval- 15 water te verminderen en/of met een ander gas dan koolzuur te strippen onder continu roeren.

^ 3. Werkwijze volgens conclusie 2, rn. e t het ken merk, dat men de partiële koolzuurdruk vermindert door met lucht te strippen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men de werkwijze toepast op een continue stroom calciumrijk afvalwater.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat men het nog aan een anaerobe 25 fermentatie te onderwerpen calciumrijke afvalwater in een vo-lumeverhouding 1 : 1 verdunt met aan een anaerobe fermentatie onderworpen afvalwater.

6. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat 30 deze een ruimte voor anaerobe fermentatie omvat, een omloop-leiding voor het daarom terugvoeren van een deel van het daarin behandelde water, een stripperinrichting met gasinvoer- en/ een ruimte om geprecipiteerd calciumcarbonaat te laten bezinken en een aansluiting van die omloopleiding op de toevoer van 35 te reinigen afvalwater naar die fermentatieruimte om de vloei- 8202536 ' «8- stripperinrichting naar die toevoer te leiden.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het k e n-m e r k, dat de stripperinrichting middelen heeft om de vloeistofstroom daarvan af te sluiten, om de vloeistof in 5 hoofdzaak daaruit te verwijderen en middelen zoals graafmidde-len om het neergeslagen calciumcarbonaat daaruit te verwijd deren.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de stripperinrichting een ruimte heeft 10 met middelen om zowel de te behandelen vloeistof als gas daarin te voeren zodat het gas door de vloeistof op kan stijgen, en een ruimte, waarin calciumcarbonaat neer kan slaan, meer naar de vloeistofafvoer gelegen en van die eerstgenoemde ruimte gescheiden door een onderloop. 8202536