NL8502677A - Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater. - Google Patents

Description

‘ ► t

Br/ws/7

Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater

De uitvinding betreft een werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, en meer in het bijzonder een werkwijze voor het verwijderen van metalen, kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke daaruit.

5 Normaal huishoudelijk afvalwater wordt gewoonlijk gezuiverd met oxidatief-biologische methoden bij voorbeeld in oxidatiebedden, continufliters, actief-slibinstallaties, oxidatiesloten of bioschijven.

Deze methoden maken gebruik van micro-organismen, die 10 onder aerobe omstandigheden in staat zijn de organische stoffen in het afvalwater af te breken en te verwijderen.

In het geval van industrieel afvalwater kunnen dergelijke oxidatief-biologische methoden 15 soms niet worden gebruikt, omdat de micro-organismen gevoelig zijn voor tal van bestanddelen van dit afvalwater en het proces door de aanwezigheid of een te groot gehalte van deze bestanddelen zou worden belemmerd. Daarom past men bij industrieel afvalwater 20 meestal chemische en/of fysische zuiveringsmethoden toe, zoals precipitatie van metalen in hydroxide- of sulfidevorm, adsorptie van metalen aan ionenwisselaars, adsorptie van kleurstoffen aan actieve kool, verwijdering van tensiden door flocculatie of extractie van fenolen 25 met een organisch oplosmiddel, al of niet in een combinatie met een biologische zuivering. Hoewel deze methoden in het algemeen redelijk goed voldoen, bestaat altijd nog behoefte aan andere methoden waarmee dergelijke bestanddelen met goed rendement uit afvalwater kunnen worden verwijderd.

30 Bij nader onderzoek is nu gevonden, dat een nevenproduct van de normale oxidatief-biologische zuiveringsmethoden, namelijk anaëroob uitgegist slib, uitstekend bruikbaar is als middel om metalen, kleurstoffen, tensiden en fenolen uit industrieel en 83ΰ 2 67 7

v C

-2- ander afvalwater te verwijderen. Vanwege de geringe kostprijs van dit product vormt het werken ermee een aantrekkelijk alternatief voor de bovengenoemde chemische en fysische methoden.

5 Ter toelichting moge dienen, dat bij de genoemde oxidatief-biologische zuiveringsmethoden veel slib van micro-organismen wordt gevormd, dat vervolgens kan worden gestabiliseerd door het in afgesloten tanks onder anaerobe omstandigheden te laten gisten. Het dan 10 verkregen product (anaëroob uitgegist slib) komt in vrij grote hoeveelheden beschikbaar, maar heeft tot nu toe weinig toepassing gevonden, zodat het vaak wordt verbrandof gestort (gedumpt). Door de uitvinding wordt hier echter een nieuwe toepassingsmogelijkheid geboden, die 15 economisch aantrekkelijk kan zijn.

Anaëroob uitgegist slib blijkt in de eerste plaats het vermogen te hebben om metaalionen met een hoog rendement uit afvalwater of een ander waterig milieu te adsorberen en vast te houden. Verder blijkt het ook 20 geschikt om andere stoffen zoals kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke uit het water te verwijderen. Dit betekent dat het slib uitstekend kan worden gebruikt om afvalwater dat deze stoffen bevat, te zuiveren. Na de behandeling laat het slib zich gemakkelijk, bij voorbeeld 25 door bezinken, uit het water afscheiden, zodat men enerzijds een van de genoemde stoffen bevrijd afvalwater en anderzijds een met dergelijke stoffen beladen slib overhoudt. Dit slib kan naar behoefte nog één of meer malen voor hetzelfde doel worden gebruikt, totdat het 30 verzadigingspunt is bereikt en kan ook chemisch worden verwerkt ter terugwinning van de bedoelde stoffen.

De uitvinding verschaft derhalve een werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, welke gekenmerkt is doordat men het afvalwater ter adsorptie 35 van metalen, kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke daaruit in contact brengt met anaëroob uitgegist slib, afkomstig van een oxidatief-biologisch waterzuiveringsprocedé.

8502 5 7 7 -3-

De adsorberende werking van het anaëroob uitgegiste slib kan worden toegeschreven aan de aanwezigheid van extracellulaire polymeren. Slib dat in een aëroob waterzuiveringsproces is gebruikt, bevat reeds een zekere hoeveelheid van deze polymere stoffen, maar 5 anaëroob uitgegist slib heeft een veel hoger gehalte daaraan, hetgeen bijdraagt tot een goed bezinkingsvermogen en een groot adsorberend vermogen. Overigens dient de uitvinding niet door een dergelijke theoretische verklaring te worden beperkt.

10 Bekend was reeds, dat het slib van een normale actief-slibinstalliatie na enige tijd een gehalte aan metalen kan bevatten, welke metalen kennelijk afkomstig zijn uit het in de installatie verwerkte afvalwater (M.J. Brown, en J.N. Lester, Water Research, 15 Vol.13, 817-837 (1980)). Het betreft daar echter een toevallige, niet-bedoelde, metaaladsorptie uit afvalwater waarin de aanwezigheid van metalen door de geringe concentratie niet stoort. Bovendien werkt de installatie met actief slib onder beluchting, hetgeen betekent dat in 20 hoofdzaak een verwijdering van opgeloste organische stoffen plaatsvindt. De uitvinding betreft daarentegen een doelbewuste verwijdering van metalen, kleurstoffen en dergelijke uit afvalwater, waarbij gebruik wordt gemaakt van anaëroob uitgegist slib dat onder de 25 gebruiksomstandigheden geen organische stoffen afbreekt, maar uitsluitend voor de adsorptie van de metalen en dergelijke dient.

De werkwijze volgens de uitvinding laat zich op eenvoudige wijze uitvoeren door anaëroob uitgegist 30 slib met afvalwater in contact te brengen en na verloop van een zekere contactduur uit het water af te scheiden.

De contactduur behoeft slechts kort te zijn, b.v. 5-20 minuten, met een voorkeur voor 10 minuten. Daarbij kan het mengsel van afvalwater en slib door roer- of meng- 35 0 2 6 7 7 -4- tl organen voortdurend in beweging worden gehouden. Het afscheiden van het slib uit het water geschiedt bij voorkeur door bezinking, waarbij de bezinkingstijd afhankelijk is van de mate waarin het slib met de 5 geadsorbeerde stoffen is beladen. Zo kan de bezinkingstijd bijvoorbeeld variëren tussen 10 en 30 minuten, met een optimum bij 20 minuten. Daarnaast is ook afscheiding door filtratie of centrifugeren mogelijk. Het gehele procédé kan zowel continu als discontinu worden 10 uitgevoerd. Het afgescheiden slib kan één of meermalen opnieuw worden gebruikt, tot het verzadigingspunt is bereikt en kan naderhand op metalen, kleurstoffen of dergelijke worden verwerkt. Het afgescheiden afvalwater kan worden geloosd, opgeslagen of verder worden 15 gezuiverd.

De verdere zuivering van het afvalwater, na afscheiding van het anaëroob uitgegiste slib daaruit, kan in principe op diverse wijzen geschieden. Doorgaans zal men de meest geschikte zuiveringsmethode daarvoor kiezen 20 aan de hand van de nog aanwezige verontreinigingen. In het bijzondere geval dat het afvalwater nog een groot percentage aan opgeloste organische stoffen bevat, afkomstig van normaal huishoudelijk afvalwater, zal men % met voordeel voor de verdere zuivering een oxidatief-25 biologisch zuiveringsproces kiezen. De totale werkwijze omvat dan op zijn minst twee trappen, namelijk een eerste trap waarin metalen, kleurstoffen, tensiden en dergelijke met behulp van anaëroob uitgegist slib worden verwijderd, en een tweede trap waarin de opgeloste organische stoffen 30 met behulp van de oxidatief-biologische methoden, b.v. in oxidatiebedden, bioschijven, een actief-slibinstallatie of een oxidatie-sloot worden afgebroken. Deze uitvoeringsvorm heeft het grote voordeel, dat alle stoffen die in de tweede trap zouden storen, nu in de 35 eerste trap door het anaëroob uitgegiste slib worden geadsorbeerd en verwijderd, zodat een duidelijke rendementsverhoging bij het oxidatief-biologische proces in de tweede trap kan worden bereikt. Bestonden de 8502 67 7 -. 1 -5- storende stoffen uit metalen, dan heeft men bovendien het voordeel dat het in de tweede trap gevormde slib niet met metalen verontreinigd is en zonder bezwaar voor bemestingsdoeleinden in de landbouw kan 5 worden gebruikt.

De werkwijze volgens de uitvinding, met gebruikmaking van anaëroob uitgegist slib, kan worden toegepast voor het verwijderen van tal van uiteenlopende stoffen uit afvalwater. Voorbeelden daarvan zijn 10 kationisch opgeloste stoffen zoals metaalkationen, kationische kleurstoffen en kationische tensiden, en daarnaast ook niet-ionisch opgeloste en half-opgeloste stoffen zoals dispersie- en reactiekleurstoffen. Voor al deze stoffen is het anaëroob uitgegiste slib zonder 15 speciale voorbehandeling bruikbaar, waarbij het adsorptiemechanisme waarschijnlijk op interactie met geladen delen van de extracellulaire polymeren uit het slib en op insluitingsverschijnselen berust.

Ook anionische stoffen (chromaten, 20 kleurstoffen, tensiden, fenolen etc.) kunnen door het anaëroob uitgegiste slib worden geadsorbeerd, mits dit een voorbehandeling heeft ondergaan met een kationisch tenside, zoals bij voorbeeld benzalkoniumchloride of cetyltrimethylammonium bromide. Het kationische tenside 25 hecht zich waarschijnlijk zodanig aan het slib dat het kationische deel ervan vrij beschikbaar blijft, zodat adsorptie van anionische stoffen uit het afvalwater mogelijk wordt. Het met kationische tensiden behandelde anaerobe slib laat zich nog gemakkelijker dan onbehandeld 30 anaëroob slib door bezinking of dergelijke uit het waterige milieu afscheiden.

De voorbehandeling van het anaëroob uitgegiste slib met kationisch tenside kan eenvoudig geschieden door het slib met het tenside in contact te 35 brengen. De benodigde hoeveelheid kationisch tenside is in het algemeen 800-1300 ppm, betrokken op het gewicht van het slib. Kleinere hoeveelheden dan 800 ppm hebben onvoldoende effect en grotere hoeveelheden dan 1300 ppm hebben het nadeel dat dan het bezinkingsvermogen van 8502 37 7 - -6- het slib achteruit gaat. Overigens is de bovengrens van de hoeveelheid kationisch tenside enigszins afhankelijk van de aard van het tenside, bij voorbeeld 1000 ppm voor benzalkoniumchloride en 1300 ppm voor 5 cetyltrimethylammonium bromide. Verder dient men er rekening mee te houden dat een deel van de hoeveelheid kationisch tenside (b.v. 500 ppm) niet door het slib wordt geadsorbeerd maar naast het slib in opgeloste toestand aanwezig blijft. Dit deel van het kationische 10 tenside vermengt zich met het te reinigen afvalwater en kan later daaruit in een afzonderlijke bewerking worden verwijderd.

Het adsorptievermogen van het anaëroob uitgegiste slib voor anionische stoffen kan verder worden 15 vergroot door tijdens de voorbehandeling van-het slib met kationische tensiden tevens aluminium(III)ionen of ijzer(III)ionen toe te passen.

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de tekening, die enkele uitvoeringsvormen schematisch 20 weergeeft.

Figuur 1 toont een eenvoudige opstelling voor het verwijderen van metalen, kleurstoffen, tensiden, fenolen etc. uit afvalwater.

Figuur 2 toont een opstelling met twee 25 trappen: een trap voor het verwijderen van metalen, kleurstoffen etc. met anaëroob uitgegist slib en een trap voor het verder reinigen van het afvalwater met oxidatief-biologische methoden.

Figuur 3 toont een opstelling die bedoeld is 30 voor het achtereenvolgens verwijderen van kationische en anionische metalen, en metaalcomplexen, kleurstoffen, tensiden en dergelijke uit afvalwater.

Figuur 4 toont een variant op de opstelling van figuur 3.

35 De opstelling van figuur 1 kan algemeen dienen voor het verwijderen van metalen, kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke uit afvalwater. In de stroomrichting van het afvalwater (van links naar rechts) 85 0 2 67 7 ·*' 1 -7- vindt men achter elkaar een mengstation 1 met roerder 2 en een bezinkingsstation 3. Het via de leiding 4 toegevoerde afvalwater komt in het mengstation 1 in contact met een hoeveelheid anaëroob uitgegist slib dat 5 via de leiding 5 wordt toegevoerd. Na een voldoende contactduur bereikt het mengsel het bezinkstation 2, waar het slib door bezinking wordt afgescheiden en via de leiding 6 wordt afgevoerd. Bevatte het ingevoerde afvalwater een gehalte aan opgeloste metalen, dan is het 10 via de leiding 6 afgevoerde slib met deze metalen beladen. Het kan desgewenst nog één of meermalen voor hetzelfde doel worden gebruikt of aan een proces worden onderworpen ter terugwinning van het metaal. Via de leiding 7 wordt afvalwater afgevoerd, dat nagenoeg vrij 15 van metalen is.

De opstelling kan niet alleen voor het verwijderen van metalen, maar ook voor het verwijderen van kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke uit afvalwater worden gebruikt. Gaat het daarbij om 20 anionische stoffen, dan dient via de leiding 5 anaëroob slib te worden toegevoerd, dat vooraf met een kationisch tenside is behandeld.

Figuur 2 geeft een opstelling die bedoeld is voor de zuivering van huishoudelijk afvalwater in twee 25 trappen. In de stromingsrichting van het water (van links naar rechts) ziet men achter elkaar een voorbezinkstation 8, een mengstation 1, een bezinkstation 3, een beluchtingsstation 9 en een nabezinkstation 10.

Het via de leiding 11 ingevoerde afvalwater wordt in het 30 voorbezinkstation 8 van gesuspendeerde stoffen ontdaan, die via de leiding 12 worden afgevoerd. In het mengstation 1 wordt anaëroob uitgegist slib uit de leiding 5 bijgemengd ter verwijdering van metalen, kleurstoffen, tensiden etc. uit het water. Na een zekere 35 contactduur iaat men het slib in het starion 3 bezinken waarna het via de leiding 6 wordt afgevoerd. Dit slib is dan met metalen, kleurstoffen, tensiden of dergelijke beladen, voor zover zulke stoffen althans in het afvalwater aanwezig waren. In het station 9 wordt via 30 02 07 7 -8- de leiding 13 actief slib aan het water toegevoegd/ waarna het mengsel onder voortdurende beluchting (via 14) dit station passeert. Vervolgens wordt het actieve slib in het nabezinkstation 10 afgescheiden en via de leiding 5 16 afgevoerd, terwijl gezuiverd water via de leiding 15 de opstelling verlaat. Een deel van het actieve slib (dat intussen in hoeveelheid is toegenomen), wordt via de retourleiding 13 naar het beluchtingsstation 9 teruggevoerd. Een ander deel gaat naar een 10 gistingsstation 16, waar het onder anaerobe omstandigheden wordt uitgegist en gestabiliseerd. Het uitgegiste slib wordt via de leiding 19 afgevoerd, terwijl een deel ervan via de retourleiding 20 naar het mengstation 1 gaat ter wille van de adsorptie van 15 metalen, kleurstoffen, etc. uit vers toegevoêrd afvalwater.

De opstelling van figuur 3 is bedoeld voor het na elkaar verwijderen van kationisch en anionisch opgeloste metalen, en metaalcomplexen, kleurstoffen, tensiden 20 en dergelijke uit afvalwater. In de stromingsrichting van het afvalwater (van links naar rechts) ziet men achtereenvolgens een mengstation 21 met roerder 22, een bezinkstation 23, een tweede mengstation 24 met roerder 25 en een tweede bezinkstation 26. In het eerste 25 mengstation 21 wordt het afvalwater uit de leiding 27 in contact gebracht met anaëroob uitgegist slib dat via de leiding 28 wordt toegevoerd. Na een zekere contactduur kan het mengsel bezinken in het station 23, waarna het (intussen met kationische metalen, kleurstoffen, tensiden 30 en dergelijke beladen) slib via de leiding 29 wordt afgevoerd. In het mengstation 24 wordt het doorstromende afvalwater vermengd met anaëroob uitgegist slib uit de leiding 30, welk slib vooraf met een kationisch tenside is behandeld. Na een zekere contactduur wordt het 35 laatstgenoemde slib, dat intussen met anionische kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke beladen is, in het bezinkstation 26 afgescheiden en via de leiding 31 verwijderd. Beide soorten slib (uit 23 en 26) kunnen ook niet-ionische en half-opgeloste kleurstoffen, tensiden etc. bevatten en kunnen desgewenst opnieuw voor het 3502 67 7 -9- zelfde doel worden gebruikt. Ook kan het slib uit de leiding 29 op metalen, kleurstoffen, tensiden en dergelijke worden verwerkt. Via de leiding 32 wordt afvalwater afgevoerd dat van de oorspronkelijk aanwezige 5 metalen, kleurstoffen, tensiden en dergelijke is bevrijd.

Aangezien het uit de opstelling van figuur 3 afgevoerde water nog wat kationisch tenside in opgeloste toestand zal bevatten, afomstig van het via de leiding 30 ingebrachte voorbehandelde slib, verdient het 10 aanbeveling dit water verder te zuiveren. Hiervoor kan men de variant van figuur 4 toepassen.

De opstelling van figuur 4 verschilt van die uit figuur 3 doordat het met kationisch tenside voorbehandelde slib in de installatie zelf wordt 15 aangemaakt en doordat verhinderd wordt dat vrij kationisch tenside met het afvalwater wordt afgevoerd. In de stromingsrichting van het afvalwater (van links naar rechts) ziet men achter elkaar wederom een mengstation 21 een bezinkstation 23, een tweede mengstation 24 en een 20 tweede bezinkstation 26, met daar achter een derde mengstation 33 en een derde bezinkstation 34. De werking van de stations 21, 23, 24 en 26 is gelijk aan die van figuur 3. In het derde mengstation wordt het (inmiddels van de oorspronkelijk aanwezige kationische en anionische 25 metalen, kleurstoffen, tensiden etc. bevrijde) afvalwater gemengd met anaëroob uitgegist slib uit de leiding 35, zodat dit slib het opgeloste kationische tenside uit het water opneemt. Dit zo met tenside voorbehandelde slib wordt in het derde bezinkstation 34 afgescheiden en via 30 de retourleiding 36 naar het tweede mengstation 24 teruggevoerd. Via een leiding 37 wordt nog wat kationisch tenside ter suppletie bijgemengd. Aan het eind van de installatie wordt via de leiding 38 afvalwater afgevoerd dat nagenoeg vrij van kationische en anionische metalen, 35 kleurstoffen, tensiden, fenolen is.

üit het voorgaande zal duidelijk zijn dat de 6502 877 -10- werkwijze volgens de uitvinding uitstekend geschikt is om metalen, kleurstoffen, tensiden, fenolen etc. met een hoog rendement en op economische wijze uit afvalwater te verwijderen. Tevens zal het duidelijk zijn dat deze 5 werkwijze op velerlei gebied kan worden toegepast. Enkele voorbeelden van dergelijke toepassingen zijn: -verwijdering van zware of edele metalen uit afvalwater van galvaniseerbedrijven, leerlooierijen, de elektronische en fotografische industrie en de 10 non-ferro-industrie, eventueel met recuperatie van dergelijke metalen, -verwijdering van metalen, kleurstoffen en/of tensiden uit normaal huishoudelijk afvalwater, als voorafgaande trap bij de normale waterzuivering met 15 oxidatief-biologische methoden (figuur 2), -verwijdering van kleurstoffen uit afvalwater van de textielindustrie, de farmaceutische industrie of de papierindustrie, -verwijdering van tensiden en fenolen uit afvalwater van 20 schoonmaakbedrijven, -verwijdering van pesticiden, aromaten en dergelijke uit andere typen industrieel afvalwater, -verwijdering en eventueel terugwinning van uranylionen uit afvalwater van de kernindustrie, 25 -het ontgiften van industrieel afvalwater dat aan zuiveringsinstallaties voor huishoudelijk afvalwater wordt toegediend.

8502 677

Claims (9)

1. Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, met het kenmerk, dat men het afvalwater ter adsorptie van metalen, kleurstoffen, tensiden, fenolen en dergelijke daaruit in contact brengt met anaëroob 5 uitgegist slib van een oxidatief-biologisch waterzuiveringsprocedé.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men het afvalwater circa 5-20 minuten en bij voorkeur circa 10 minuten met het anaëroob uitgegiste 10 slib in contact laat.

3. Werkwijze volgens conclusie Γ of 2, met het kenmerk, dat men het anaëroob uitgegiste slib na het contact uit het afvalwater afscheidt.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het 15 kenmerk, dat men, na afscheiding van het anaëroob uitgegiste slib, het afvalwater verder zuivert door het te onderwerpen aan een oxidatief-biologisch waterzuiveringsproces.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 20 kenmerk, dat metaalkationen, kationische kleurstoffen en kationische tensiden uit afvalwater worden geadsorbeerd door het afvalwater in contact te brengen met anaëroob uitgegist slib dat geen speciale voorbehandeling heeft ondergaan.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat anionische metaalverbindingen, alsmede anionische kleurstoffen, tensiden, fenolen en andere anionisch opgeloste stoffen uit afvalwater worden verwijderd door het afvalwater in contact te brengen met anaëroob 30 uitgegist slib dat een voorbehandeling met een kationisch tenside heeft ondergaan.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het anaëroob uitgegiste slib is voorbehandeld met 800 -1300 ppm aan kationisch tenside, 85 0 2 37 7 -12- «r ,*ψ bet rokken op het gewicht van het slib.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het anaëroob uitgegiste slib is voorbehandeld met een kationisch tenside en met aluminium 5 (III)ionen of ijzer(III)ionen.

9. Werkwijze volgens conclusie 6-8, met het kenmerk, dat men het afvalwater eerst in contact brengt met anaëroob uitgegist slib, dat geen speciale voorbehandeling heeft ondergaan, en vervolgens, na 10 afscheiding van het slib, het afvalwater in contact brengt met anaëroob uitgegist slib, dat een voorbehandeling met een kationisch tenside heeft ondergaan. ? 0 2 8 7 7