Biowasser

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  Bioscrubber
—  Biologische wasser

Verwijderde componenten

—  Alcoholen: methanol, ethanol, butanol, glycol, diglycol,…
—  Aldehyden en ketonen: formaldehyde, acetaldehyde, aceton, methylisobutylketon (MIBK), methylethylketon (MEK),…
—  Carboxylzuren en hun esters: azijnzuur, propionzuur, acetaten, methylmetacrylaat,…
—  Fenolen
—  Heterocyclische zwavel en stikstofcomponenten
—  Mercaptanen
—  Amines
—  Chlorofenolen
—  H2S
—  In mindere mate: naftaleen, thioethers, NH3

Principeschema

Procesbeschrijving

Een biowasser bestaat uit een gaswasser en een biologische reactor. In de gaswasser worden de te verwijderen componenten uit de gasstroom in het waswater geabsorbeerd. In de biologische reactor worden de geabsorbeerde verontreinigingen in het waswater vervolgens biologisch afgebroken. De gezuiverde wasvloeistof wordt gerecirculeerd naar de wasser waar het terug verontreinigingen opneemt.

Biologisch afbreekbare koolwaterstoffen worden in de biowasser omgezet in H2O en CO2. De niet afbreekbare koolwaterstoffen blijven in het waswater aanwezig. Componenten zoals H2S en NH3 worden in respectievelijk sulfaat en nitraat omgezet. Om het zoutgehalte en het gehalte niet afbreekbare KWS laag genoeg te houden moet regelmatig gespuid worden. Dit kan op basis van geleidbaarheid of via een vaste spui gebeuren. De mate van spui is afhankelijk van de afgassamenstelling. Er is vastgesteld dat zelfs tot zoutgehalten die overeenkomen met een geleidbaarheid van 5 mS/cm nog stabiele biologische afbraak kan verkregen worden [2]. Een hydraulische verblijftijd van het waswater van 20 – 40 (maximum) dagen geeft goede resultaten.

De gaswasser moet zodanig worden ontworpen dat de verblijftijdvan de gassen in de wasser ongeveer 1 seconde is. Afhankelijk van de oplosbaarheid van de componenten kan dit iets meer of minder zijn. De wasser moet een speciale open pakking en speciale sproeikoppen hebben om verstoppingen door het bioslib te vermijden.

Het biologisch systeem heeft naast een koolstofbron (KWS) eveneens nutriënten nodig om te overleven. Hiertoe wordt aan een biowasser een nutriëntenmengsel toegevoegd. Dit nutriëntenmengsel bevat stikstof, fosfor en sporenelementen.

De biologische reactor bevat een beluchting om de bacteriën te voorzien van voldoende zuurstof om de componenten af te breken. In het geval van slecht oplosbare en moeilijk afbreekbare componenten is het gevaar voor stripping van de componenten naar de lucht reëel. Om te vermijden dat door stripping verontreinigingen worden geëmitteerd moet de lucht van de beluchting in deze gevallen best terug door de biowasser worden gestuurd.

De biologische reactor kan zijn uitgevoerd als een actief slib systeem of een biofilmsysteem op dragermateriaal. De systemen met dragermateriaal kennen meestal een lagere slibproductie. Bij de opstart van een biowasser wordt de biologie geënt met slib uit een biologische waterzuiveringsinstallatie of een andere biowasser. Dit slib zal zich moeten aanpassen aan de specifieke componentsamenstelling van de afgassen. Vooral de aanpassing aan moeilijker afbreekbare componenten kan enkele weken tot een maand duren vooraleer de vooropgestelde efficiëntie wordt bereikt.

Voor afbraak van specifieke zwavel en chloorcomponenten wordt soms geënt met bacterieculturen die specifiek in laboratoriumcondities zijn opgekweekt.

Varianten  

Gebruik  van de bestaande waterzuivering

Indien een bedrijf reeds beschikt over een biologische zuivering kan de mogelijkheid worden onderzocht om enkel in een gaswasser te investeren en de bestaande biologie als biologisch compartiment te gebruiken. De spui van de gaswasser gaat samen met het andere bedrijfsafvalwater naar de biologie. Een gedeelte van het effluent van de biologie kan als wasvloeistof worden gebruikt. Dit kan de investeringskosten drukken.

Toevoegen van oplosverbeteraars [3].

Om het afvangen van moeilijk oplosbare stoffen te verbeteren kan een oplosverbeteraar toegevoegd worden. Een voorbeeld is een hoogkokende siliconenolie die dispers in het water aanwezig is. Er zal 100 – 1000 keer meer niet polaire VOS in de olie aanwezig zijn dan in het water. Door biologische afbraak van deze niet polaire VOS wordt de oplosverbeteraar terug geregenereerd. Het spuiwater moet via micro- of ultrafiltratie worden behandeld om de olie af te scheiden. Het spuislib moet worden ontwaterd. Het oliegehalte van het slib kan tot minder dan 3 % worden gereduceerd door de filterkoek te wassen met water.

Werkingsgraad

Verwijderingsrendement [1]:

VOS: 80 – 90 %

Geur: 70 – 80 %

Ammoniak: 80 – 95 %

Biowasser bij een vetsmelterij: 75 % geurverwijdering [9]

Randvoorwaarden

—  De verontreinigingen moeten wateroplosbaar zijn
—  De verontreinigingen moeten aëroob biologisch afbreekbaar zijn
—  De emissie moet relatief continu worden aangeboden. Bij een werkingsregime van 8 uur per dag, 5 dagen per week
      en minder zijn biologische technieken niet of minder geschikt.
—  Geleidbaarheid mag maximaal 5000 mS/cm bedragen voor een stabiele biologische afbraak [3]
—  De slibconcentratie mag maximaal 15 g/l droge stof bedragen.
—  Temperatuur: 15 – 40 °C [1], optimaal 30 – 35 °C [3]
—  Druk: atmosferisch [1]
—  VOS: 100 – 1 000 mg/m³ [1,3],
—  Geur: > 20 000 ge/m³ [1]
—  Ammoniak: 50 – 200 mg/m³ [1]

Hulpstoffen

Er zijn relatief weinig hulpstoffen nodig. De dosering van chemicaliën is normaal gezien laag. Volgende hulpstoffen zijn van toepassing:

—  Nutriëntenmengsel: samenstelling en dosering afhankelijk van de afgas-samenstelling. Meestal bestaande uit
      stikstof, fosfor, kalium en sporenelementen.
—  Zuur of base om de pH te corrigeren. Meestal zal enkel base moeten worden gedoseerd. Dit is zo bij zuurvormende
      zwavel, stikstof en chloorcomponenten.
—  Suppletiewater om de verdamping en de spui te compenseren. De spui wordt dikwijls op basis van geleidbaarheid
      geregeld;

Milieu-aspecten

Een biowasser creëert twee afvalstromen:

—  een spui beladen met zouten en niet biologisch afbreekbare CZV.
—  spuislib van de bioreactor. Dit moet op een milieuverantwoordelijke manier worden verwijderd

Er moet opgelet worden met de tussenopslag van het waswater. Door anaërobe omstandigheden kunnen hier geurcomponenten worden gevormd. Deze moeten dan verder worden behandeld.

Energieverbruik

Het energiegebruik voor de recirculatiepomp is 0,2 – 0,5 kWh/1 000Nm³/h.

Het verbruik van de ventilator wordt bepaald door de drukval over de wasser
(2 – 5 mbar).

Het elektriciteitsverbruik van de biologische reactor wordt vooral bepaald door de beluchting. De omvang van de beluchting is afhankelijk van de belasting van de bioreactor en dus ook van de belading van de lucht. Dit moet per geval bekeken worden.

Kostprijs

Algemeen:

  • Investering
    — 
    5 000 – 15 000 EUR voor 1 000 Nm³/h [2]
    —  17 – 23 EUR per m³/h [5]
  • Werkingskosten
    — 
    Personeelskosten:    ca. 0,5 dag per week (variabel) [2]
    —  Hulp & reststoffen:     hulpstoffen minimaal. Spuislibhoeveelheid afhankelijk van de belading van de lucht.
    —  Totale werkingskosten: 1,3 DM per 1 000 m³ [5]
    —  Totale werkingskost: 5 – 10 EUR per 1 000 m³ vanaf een debiet van 5 000 m³/h [6,8]

Kostenbepalende parameters zijn:

—  Afgasdebiet (evenredig)
—  Concentratieverontreinigingen (evenredig)
—  Snelheid van biologische afbraak (omgekeerd evenredig)
—  Vereiste efficiëntie (evenredig)

Gevalstudie 1 [4]:

—  Behandeling van afgassen van een koffiebranderij voor geurreductie
—  Configuratie = tweetraps biowasser
—  Debiet = 10 000 m³/h
—  Investeringskost = 260 000 EUR
—  Werkingskost

  • Energie: ca. 7 000 EUR
  • Chemicaliën- en waterverbruik: ca. 1 500 EUR
  • Personeel (onderhoud, opvolging): gemiddeld 1 h/d

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    — 
    Biodegradatie van componenten; geen VOS als restproducten
    —  Bij makkelijk afbreekbare componenten zijn ook hoge concentraties te behandelen
    —  Hoge concentraties aan verzurende zwavel-, stikstof- en chloorcomponenten kunnen worden verwijderd door
          de mogelijkheid van pH controle
    —  Door de grote hoeveelheid water kunnen piekemissies beter worden opgevangen dan bij een biofilter en
          biotricklingfilter
  • Nadelen
    — 
    Voorkeur voor stabiele afgasstroom naar samenstelling en belasting; bij wisselingen zal het rendement
          verminderen.
    —  Vooral geschikt voor goed oplosbare componenten
    —  Componenten moeten biologisch afbreekbaar zijn
    —  Productie van een slib dat moet worden afgevoerd
    —  Het spuiwater moet verder worden behandeld

Toepassingen

Biowassers worden toegepast in [2,4]:

—  Sigarettenindustrie voor geurreductie. De geurconcentratie wordt verminderd van ongeveer 5 000 ge/m³ naar
      200 – 300 ge/m³.
—  Solventproblemen waarbij alcoholen, ketonen, acetaten,… worden gebruikt.
—  Verwijdering van geurcomponenten, NH3, H2S,… uit gas afkomstig van een waterzuiveringsinstallaties
—  Verwijderen van geur voortkomend uit de productie van enzymes
—  Verwijderen van geur voortkomend uit de productie van aroma productie
—  Verwijdering van geur en zwavelcomponenten uit afgassen bij de rubber-industrie
—  Verwijdering van geur en zwavelcomponenten uit afgassen bij de productie van methionine
—  Verwijdering van geur bij de productie van polymeren
—  Verwijdering van geur, KWS en stikstofcomponenten bij de verwerking van verfafval
—  Behandeling van de afgassen afkomstig van stortplaatsen voor gevaarlijke afvalstoffen.
—  Ammoniakverwijdering bij veehouderij
—  Slachthuizen voor geurverwijdering

Referenties

  1. Factsheets luchtemissie beperkende technieken, www.infomil.nl, Infomil
  2. Common waste water and waste gas treatment and management systems in the chemical sector, BREF document, European IPPC Bureau, http://eippcb.jrc.es, 2002
  3. VDI 3478: “biological waste gas purification: bioscrubbers and trickle bed reactors” juli 1996
  4. informatie van leveranciers
  5. VDI Seminar 434802 am 25 november 2003: Optimieren der biologischen abluftreinigung
  6. A. Jacobs, B. Gielen, I. Van Tomme, Ch. De Roock en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor de houtverwerkende nijverheid”, oktober 2003
  7. T Feyaerts, D. Huybrechts en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor mestverwerking editie 2”, oktober 2002
  8. L. Goovaerts, M. De Bonte, P. Vercaemst en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor de metaalbewerkende nijverheid”, december 2003
  9. A. Derden, J. Schrijvers, M. Suijkerbuijk, A. Van de Meulebroecke1, P. Vercaemst en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor de slachthuissector”, juni 2003