Anaerobe biologische afvalwaterzuivering

Principeschema

 

Anaerobe contactreactor

Opstroomreactor

 

Principe- en installatiebeschrijving

Anaerobe behandeling van afvalwater wordt meestal toegepast voor de behandeling van meer geconcentreerd afvalwater. Het anaerobe slib bevat verschillende groepen van micro-organismen die samenwerken om organisch materiaal via hydrolyse en verzuring uiteindelijk tot biogas om te zetten. Biogas bestaat typisch uit 70% methaan (CH4) en 30% koolstofdioxide (CO2) met restfracties van andere gassen (bv. H2 en H2S). Het methaan kan als energiebron gebruikt worden. Er bestaan verschillende uitvoeringsvormen van anaerobe reactoren. De figuur schetst een contactreactor en een opstroomreactor.

De contactreactor is vergelijkbaar met een conventioneel actief slibsysteem (zie technische fiche 'Actief slib systemen') maar onder anaerobe omstandigheden. Het slib wordt in de reactor gemengd met afvalwater en wordt nadien in de bezinker afgescheiden en teruggevoerd naar de reactor.

In de anaerobe opstroomreactor wordt het influent onderaan de verticaal opgestelde reactor in gebracht. Het slib in de reactor is in hoofdzaak korrelvormig en vormt een deken in de reactor met onderaan de meest compacte slibkorrels en daarboven de lichtere korrels en zwaardere slibvlokken. Erg lichte slibvlokken zullen door de opwaartse stroming uitspoelen, maar kunnen eventueel wel afgevangen worden in een nageschakelde bezinktank. Bovenaan de reactor wordt het biogas verzameld en afgevoerd, gescheiden van het gedeeltelijk gezuiverde water en het slib.

Naast de contactreactor en opstroomreactor zijn er nog andere uitvoeringsvormen:

  • Conventionele vergister

Deze uitvoeringsvorm wordt vooral toegepast voor de vergisting van RWZI-slib en vloeibaar organisch afval. Het systeem wordt gekenmerkt door zeer lage belastingen en een groot volume om een zo lang mogelijke verblijftijd te krijgen. Bij dit type reactor is een geen recirculatie van anaeroob slib.

  • Anaerobe gepakte filter (slib op drager)

Deze reactor is gevuld met dragermateriaal en wordt meestal bedreven als een opstroomreactor

  • UASB (upflow anaerobic sludge blanket) of EGSB (expanded granular sludge bed)

Beide systemen zijn varianten van de opstroomreactor. Het verschil tussen beiden ligt vooral in de verhoogde recirculatie van de EGSB-reactor. Samen met het uitgesproken korrelslib maakt dit hogere belastingen mogelijk in de EGSB (15-30 kg CZV/m³/dag).

  • anaerobe membraanbioreactor

Deze uitvoeringsvorm bestaat uit membranen voor slib-water scheiding. Het systeem wordt vooralsnog erg weinig toegepast

Na anaerobe zuivering zal vaak nog een nazuivering worden toegepast, bv. voor het verwijderen van de restfractie CZV en nutriënten N en P. Hiertoe past men meestal een aerobe nazuivering toe (zie technische fiche 'Actief slib systemen' en 'Biologische nutriëntverwijdering').

Specifieke voor- en nadelen

Voordelen:

  • vorming van biogas:

De aanwezige organische vervuiling wordt omgezet naar biogas met een belangrijke energetische waarde. Op die manier kan bv. de energie noodzakelijk voor de bedrijfsvoering van de waterzuivering geheel of gedeeltelijk teruggewonnen worden  

  • hoge belastingen

Typisch ligt de volumetrische belasting (CZV-vracht per m³ actief volume per dag) bij een anaerobe reactor 5 tot 10 maal hoger dan bij een aerobe afvalwaterzuivering

  • zeer lage slibproductie

 De slibgroei in een anaerobe reactor ligt 4-5 keer lager dan in een aeroob systeem

Werking in campagnes is mogelijk. Wanneer het anaeroob slib niet wordt gevoed zal het hiberneren[1] waardoor langere periodes zonder voeding kunnen worden overbrugd zonder excessieve slibsterfte. Bij heropstart zal het systeem vrijwel onmiddellijk terug actief worden.

Nadelen:

  • geen volledige afbraak van organische componenten: noodzaak tot nazuivering via bv. aerobe zuivering;
  • geen doorgedreven nutriëntverwijdering: ook hier blijft een nageschakelde aerobe zuivering met nutriëntverwijdering dikwijls nodig;
  • meest efficiënte zuivering in het mesofiele gebied, i.e. tussen 30-37°C, waardoor in veel gevallen opwarming van het influent noodzakelijk is;
  • minder robuust systeem mbt toxiciteit en inhibitie;
  • risico op geurhinder.

Toepassing

Anaerobe zuivering wordt toegepast in verschillende sectoren. In de voedingssector wordt deze techniek regelmatig ingezet om de vaak hoge kosten van de aerobe afvalwaterzuivering te verminderen door gedeeltelijke afbraak van de organische vracht en omzetting naar biogas.

Voor de vergisting van aeroob slib en vloeibaar organisch afval wordt ook frequent beroep gedaan op anaerobe processen.

Randvoorwaarden

Anaerobe zuivering wordt vaak voorafgegaan door een tank voor buffering en conditionering van het afvalwater. Verblijftijden zijn typisch 2 dagen. Er treedt verzuring op tot pH 5,5 à 6 en hydrolyse van de zwevende stoffen.

Typisch worden anaerobe reactoren voor zuivering van afvalwater ingezet wanneer het afvalwater voldoet aan volgende voorwaarden:

  • middelmatige tot hoge CZV-concentratie
  • temperaturen vanaf ongeveer  20°C
  • matige tot lage zoutconcentraties
  • lage sulfaatconcentratie (verhouding van de CZV-concentratie over de SO4-concentratie kleiner dan 10)
  • lage concentratie vetten/oliën
  • afwezigheid van toxische componenten

Meestal zal het effluent van de anaerobe zuivering niet voldoen aan de geldende lozingsnormen en is een bijkomende zuiveringsstap noodzakelijk. In vele gevallen zal dan gekozen worden voor een aerobe nazuivering, waarbij zowel de organische- als de nutriëntenvracht verder verminderd wordt.

Werkingsgraad

De anaerobe reactor kan toegepast worden voor de verwijdering van o.a. de volgende parameters:

  • CZV: gemiddeld zal de reactor 80-90% van de ingaande CZV verwijderen;
  • N: wordt opgenomen in het slib a rato van 13g N per 1000g CZVverwijderd;
  • P: wordt opgenomen in het slib a rato 3g P per 1000g CZVverwijderd.

Er wordt ’ongeveer 0,35-0,4 Nm³ biogas geproduceerd per kg CZV die verwijderd wordt uit het influent. De calorische waarde bedraagt 20 à 30 MJ/Nm³.

Hulpstoffen

Er zijn geen hulpstoffen nodig.

Milieu-aspecten

Belangrijk is een goede opvang en behandeling van het gevormde biogas, zodat dit niet kan ontsnappen in de atmosfeer. 60-75% van het biogas bestaat uit methaan, wat een broeikasgas is waarvan het effect ongeveer 20 keer groter is als koolstofdioxide.

Kosten

Een UASB reactor voor industrieel afvalwater met een CZV van 3000 mg/l met een actief volume van 500 m³ en een volumetrische belasting van 5 kg CZV/m³.d wordt begroot op 1 000 000 euro. De prijs is echter afhankelijk van bouwkundige specificaties (type fundering), luchtzuivering en gasbehandeling (conditionering gas, fakkel,…), automatisatie,…

Opmerkingen

 /

Complexiteit

Afgezien van de biologische processen die plaatsgrijpen in de anaerobe reactor is dit een vrij eenvoudig systeem, qua complexiteit vergelijkbaar met een conventionele aerobe waterzuivering

Automatiseringsgraad

Anaerobe afvalwaterzuiveringstechnieken kunnen volledig geautomatiseerd worden zoals ook aerobe afvalwaterzuiveringstechnieken (zie technische fiche 'Actief slib systemen' en 'Biologische nutriëntverwijdering').

Referenties

  • EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
  • R.E. Speece, Anaerobic Biotechnology for industrial wastewater, 1996
  • TNAV, leverancierbevraging, 2008
  • VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
  • www.paques.nl

[1] in een soort van rustfase komen

 

 

Versie : februari 2010

Producten en diensten: