BE866935A

BE866935A - Werkwijze voor het stabliseren van afvalwater

Info

Publication number: BE866935A
Application number: BE2056960A
Authority: BE
Original assignee: Studiebureau O De Koninckx N V
Priority date: 1978-05-11
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1978-11-13

Description

"Werkwijze voor het stabiliseren van afvalwater" 1

Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een nieuw industriëel proces voor het stabiliseren van gekoncentreerd afvalwater. Zoals bekend, kan gekoncentreerd afvalwater, met andere woorden afvalwater met een hooggehalte aan onrganische bestanddelen na een eventuele peliminaire mechanische zuivering, gestabiliseerd worden door middel van een anaëroob gistingsproces, de zogenaamde methaangisting, waarbij, naast de stabilisatie van het afvalwater eveneens een waardevol produkt, namelijk methaan, bekomen wordt. Dit proces biedt eveneens het belangrijke voordeel dat, tijdens de vergisting, de aangroei

van de microbiële biomassa bijzonder gering is en dat het gistingsslib zich vrij goed laat ontwateren. Het is dus duidelijk dat dit gistingsproces in grote mate bijdraagt tot de oplossing van de problemen in verband met de slibverwijdering bij afvalwater zuivering. Daarenboven is het energieverbruik van hogergenoemde anaërobe gisting bijzonder gering, in tegenstelling tot de aërobe zuiveringswerkwijzen, waar het energieverbruik, zoals bekend, steeds zeer belangrijk is.

Tot op heden werd de klassieke anaërobe methaangisting aanzien als een proces dat theoretisch hoofdzakelijk uit twee verschillende fasen bestaat welke in de praktijk simultaan in één trap worden uitgevoerd. Volgens de klassieke theorie wordt in de eerste fase het complex van organische stoffen in het gekoncentreerd afvalwater onder invloed van een verzameling van fermentatieve bakteriën, langzaam in oplossing gebracht en vervolgens omgezet in een mengsel van vluchtige vetzuren. De

tweede fase van genoemd proces wordt gekenmerkt door het feit dat de aldus gesynthetiseerde vetzuren gemakkelijk door methaanbakteriën, omgezet worden in methaan en koolzuurgas.

Men heeft kunnen vaststellen dat nagenoeg 70% van het in

de tweede fase gevormde methaan ontstaat uit het in de eerste fase verkregen azijnzuur. Eveneens is bekend dat de hogergenoem-de methaanbakteriën traag aangroeien en dat zij geremd worden bij een te grote zuurvorming in de eerste fase, dit is wanneer de pH kleiner wordt dan 6,0. Uit het bovenstaande werd afgeleid dat de eerste fase van het methaangistingsproces, namelijk de fase waarin de organische verbindingen gesolubiliseerd worden en vervolgens omgezet worden in vluchtige vetzuren, meer bepaald in azijnzuur, de belangrijkste stap is van het totale proces, aangezien deze fase rendementsbepalend is. De tweede fase, namelijk de vorming van methaangas en koolzuurgas uit azijnzuur, wordt bevorderd door lange slibverblijftijden, waardoor bekomen wordt dat de methaanbakteriën sneller aangroeien dan dat ze verwijderd worden.

Bij deze fase dient, zoals bekend, vermeden te worden dat de pH van het reaktiemilieu onder 6,0 zou dalen aangezien dan de methaanbakteriënaangroei te sterk zou geremd worden.

Zoals gezegd, wordt de hierboven beschreven klassieke tweefasige methaangisting in de praktijk in één trap uitgevoerd,

dit wil zeggen dat het volledige proces plaatsvindt in éénzelfde reaktor. In de praktijk zijn vier verschillende typen methaanreaktoren in gebruik :

1. De laag- en hoogbelaste gistingstanks met periodieke afvoer van gemengde vloeistof en subsequente toevoer van nieuw afvalwater. De belasting varieert van 0,5 tot 5,0 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m<3> per dag.

2. De kontaktreaktoren, waarbij de afgevoerde gemengde vloeistof wordt ontmengd en het slib weer in circulatie wordt gebracht. In dit geval bedraagt de slibbelasting eveneens maximaal 5,0 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m'

per dag.

3. De anaërobe filter, waarbij de afvalmassa doorheen een filter wordt gestuurd waarop anaërobe bakteriën gevestigd zijn. Hier bedraagt de maximale volumebelasting 7,0 kg vervluchtig-bare organische bestanddelen per m per dag.

4. De anaërobe up-flow reaktor, waarbij het afvalwater opwaarts doorheen een bed van anaëroob slib wordt gevoerd en vervolgens door middel van een speciale techniek wordt ontmengd

in gezuiverd afvalwater, gas en slib, waarbij het slib terug in

de reaktor afzinkt. De maximale volumebelasting bedraagt 15,0 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m per dag.

tot op heden toegepast werd vertoont echter het grote nadeel dat ze bijzonder moeilijk te kontroleren en te sturen is.

bevindingen en werd de reaktor gestuurd aan de hand van pH- aflezingen en van de hoeveelheid geproduceerd methaan. Deze problemen zijn grotendeels te wijten aan een gebrekkige theoretische kennis van het reaktiemekanisme van het gistingsproces, en aan het feit dat genoemd proces tot op heden in zijn geheel in één enkele reaktor wordt uitgevoerd.

Onderhavige uitvinding heeft tot doel hogergenoemde nadelen van de klassieke methaangisting op te heffen door een werkwijze voor te stellen, waarbij uitgegaan wordt van de exacte theoretische benadering van het methaangistingsproces.

Teneinde het wezen der uitvinding beter te doen begrijpen, zullen in hetgeen volgt de theoretische grondslagen waarop de werkwijze van de uitvinding steunt meer in detail besproken worden.

Na een grondige theoretische studie en uitgebreid experimenteel werk werd gevonden dat de methaangisting in feite dient beschouwd te worden als zijnde een driefasige reaktie welke, in de praktijk, in twee trappen dient te verlopen, dit in tegenstelling tot de klassieke opvattingen waarbij, zoals reeds gezegd,

tie.

De werkwijze van de uitvinding omvat een meertrapsreaktie en onderscheidt drie individueel verschillende fasen in het gistingsproces. In de eerste fase wordt, zoals in de klassieke methode, het komplex van organische stoffen in het afvalwater onder invloed van fermentatieve bakteriën omgezet in vluchtige vetzuren. In het raam van deze uitvinding is het belangrijk op te merken dat genoemde fermentatieve bakteriën relatief snelgroeiend zijn en dat de in deze fase gevormde produkten hetzij voornamelijk azijnzuur, hetzij hogere vetzuren zoals propionzuur en boterzuur zijn. Laatstgenoemde hogere vetzuren zullen in hetgeen volgt als "electron sink compounds" vermeld worden.

Er werd gevonden dat het eindresultaat van het fermentatieproces in sterke mate beinvloed wordt door de partieeldruk van het waterstofgas in de reaktor.

In de tweede fase der gisting worden genoemde electron

sink compounds omgezet in azijnzuur en waterstofgas onder invloed van de zogenaamde obligaat-waterstof-producerende acetogene bakteriën.

Deze bakteriën zijn dermate traaggroeiend dat hun groeisnelheid de snelheidsbepalende stap van het totale gistingsproces vormt. Er werd vastgesteld dat de groeisnelheid van laatstgenoemde bakteriën omgekeerd evenredig is met de koncentratie aan waterstofgas in de reaktor.

In de derde en laatste theoretische fase van het gistingsproces wordt het waterstofgas geoxydeerd tot methaangas onder invloed van de zogenaamde methaanbakteriën en wordt eveneens

het in de eerste fase gevormde azijnzuur gedeeltelijk in methaangas omgezet. Hierbij weze opgemerkt dat de methaanbakteriën traag groeien en dat hun groeisnelheid recht evenredig is met

de koncentratie aan waterstofgas in de reaktor.

Overeenkomstig de hierboven geschetste theorie wordt de werkwijze van de uitvinding in de praktijk in twee verschillende trappen uitgevoerd.

Aldus wordt in een eerste trap van de werkwijze het organisch materiaal in het afvalwaterkoncentraat in oplossing gebracht en voor het grootste gedeelte omgezet in "electron sink compounds". Tevens wordt in deze trap, door een oordeelkundige keuze der reaktievoorwaarden, verhinderd dat de reaktie overeenkomstig de tweede en de derde fase spontaan zou plaatsvinden. Overeenkomstig de uitvinding kan dit geschieden door een kritische keuze van de pH van het reaktiemilieu, de slibverblijftijd, de partieeldruk van het waterstofgas of door een kombinatie van deze parameters.

In de tweede trap van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de oplossing van genoemde "elektron sink compounds" doorheen een geëxpandeerd bed van slib geleid. Dit slib bevat

de bakteriën welke tussenkomen in de tweede en de derde theoretische fase van het methaangistingsproces, namelijk respektievelijk de obligaat-waterstof-producerende acetogene bakteriën en de methaanbakteriën. De groeisnelheid van deze bakteriën wordt bevorderd door er voor te zorgen dat de waterstofgas koncentratie voldoende laag is voor de groei der obligaat-waterstofproducerende acetogene bakteriën en terzelfdertijd voldoende hoog is voor de groei der methaanbakteriën. De optimale keuze van laatstgenoemde parameter wordt bepaald op basis van de koncentratie aan "electron sink compounds" in het reaktiemilieu. Bovendien kan, overeenkomstig de uitvinding, deze trap van de werkwijze bevorderd worden door toepassing van speciale katalysatoren zoals aktieve kool, metaalverbindingen, enz....

Deze katalysatoren hebben een groot absorptievermogen al of niet specifiek voor waterstof, waardoor zij groeikernen

kunnen zijn voor de obligaat waterstof producerende acetogene bakteriën en de methaanbakteriën.

Het spreekt vanzelf dat de randvoorwaarden voor de aangroei der bakteriën, namelijk de pH-waarde, de waterstofgaskoncentratie en de celverblijftijd, ook in deze trap van de werkwijze dienen gekontroleerd te worden.

De werkwijze overeenkomstig de uitvinding kan, zoals

bij het klassieke methaangistingsproces, uitgevoerd worden

bij temperaturen gelegen tussen 15 en 55[deg.]C.

De werkwijze overeenkomstig de uitvinding vereist de toepassing van een inrichting welke hoofdzakelijk uit minstens twee hoofdelementen bestaat. Het eerste element, de zogenaamde aanzuurreaktor, bestaat uit een recipient dat luchtdicht is afgesloten en dat voorzien is van middelen welke toelaten de gasoverdruk en de pH in te stellen. De volumebelasting van de aanzuurreaktor bedraagt maximaal 75 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m per dag. De afgassen welke waterstof bevatten, kunnen via een reukafsnijder worden afgewend of via het tweede element worden afgeleid.

Dit tweede element, de zogenaamde methaanreaktor, bestaat uit een recipiënt welke zodanig is gebouwd dat de vloeistof, afkomstig van de aanzuurreaktor, doorheen een geëxpandeerd slibbed kan stijgen zonder dat genoemd slibbed daarbij wordt uitgespoeld. Bovendien is deze methaanreaktor voorzien van een afscheidingselement dat toelaat het mengsel gas- water- slib

te ontmengen en het slib onder invloed van de zwaartekracht

naar het slibbed te doen terugkeren. De maximale volumebelasting van de methaanreaktor bedraagt 25 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m<3> per dag.

Tussen genoemde twee hoofdelementen, namelijk de aanzuurreaktor en de methaanreaktor, is bovendien de nodige tussenapparatuur voorzien om de vloeistof bij de overgang van de eerste naar de tweede trap te konditioneren met betrekking tot de pH,

de temperatuur, de nutritiëntkoncentratie en het gehalte aan zwevende "bezinkbare en flotteerbare" bestanddelen.

Claims

,

De werkwijze overeenkomstig de uitvinding bestaat er

dus in het gistingsproces in de praktijk op te splitsen in minstens twee trappen, waarbij in de eerste trap de eerste fase van het gistingsproces afzonderlijk wordt uitgevoerd en derhalve specifiek kan geoptimaliseerd worden. Evenzo kan in de tweede trap een betere kontrole van de werkvoorwaarden bereikt worden voor de twee volgende fasen.

De opsplitsing van het gistingsproces in twee trappen overeenkomstig de uitvinding laat dus toe de gehele reaktie ten alle tijde perfekt te kontroleren en te sturen en biedt bovendien het voordeel dat de maximale volumebelasting veel hoger

is dan deze welke tot op heden in de gebruikelijke ééntrapsreaktoren kon bereikt worden.

Het spreekt vanzelf dat talrijke wijzigingen van praktische aard kunnen aangebracht worden aan de hierboven beschreven werkwijze zonder daarom uit het kader van de uitvinding te treden.

EISEN

1. Werkwijze voor het stabiliseren van gekoncentreerd afvalwater door middel van methaangisting, met het kenmerk dat genoemde werkwijze in twee verschillende trappen wordt uitgevoerd, namelijk een eerste trap die er hoofdzakelijk in bestaat het komplex van organische stoffen in het gekoncentreerd afvalwater onder inwerking van fermentatieve bakteriën in oplossing te brengen en om te zetten in azijnzuur en hogere vetzuren en een tweede trap die er hoofdzakelijk in bestaat de in genoemde eerste trap gevormde hogere vetzuren onder inwerking van obligaat-waterstof-producerende acetogene bakteriën om te zetten in azijnzuur en waterstofgas, waarbij vervolgens, onder inwerking van methaanbakteriën, het gevormde waterstofgas geoxydeerd wordt tot methaangas en het gevormde azijnzuur wordt omgezet

in methaangas. 2. Werkwijze volgens eis 1, met het kenmerk dat genoemde tweede trap erin bestaat de in de eerste trap gevormde hogere vetzuren doorheen een geëxpandeerd bed van slib te leiden, waarbij genoemd slib genoemde obligaat-waterstof-producerende acetogene bakteriën en genoemde methaanbakteriën bevat.

3. Werkwijze volgens eis 1, met het kenmerk dat genoemde eerste en tweede trap in afzonderlijke reaktoren plaatsvinden.

4. Werkwijze volgens eis 1, met het kenmerk dat de waterstof houdende gassen geproduceerd in de eerste fase, door de reaktor van de tweede fase worden geleid ter verhoging van

de waterstofkoncentratie.

5. Werkwijze voor het stabiliseren van gekoncentreerd afvalwater, hoofdzakelijk zoals voorafgaand beschreven. INFORMATIENOTA.

De Titularis van de onder hoofde vermelde Belgische octrooiaanvrage deelt ons mede dat er een materiële correctie dient aangebracht te worden in de beschrijving van deze Belgische octrooiaanvrage, t.w. : <EMI ID=4.1> De ondergetekende weet dat geen enkel dokument gevoegd bij het dossier van een uitvindingsoctrooi van

zulke aard mag zijn, hetzij aan de beschrijving, hetzij aan de tekeningen, grondwijzigingen aan te brengen en verklaart dat de inhoud van deze nota zulke wijzigingen niet aanbrengt en slechts als doel heeft één of meerdere materiële vergissingen aan te duiden.

Hij erkent dat de inhoud van deze nota niet als uitwerking kan hebben de octrooiaanvrage nr. PV 2/56 960 volledig of gedeeltelijk geldig te maken indien dit het niet was, in het geheel of gedeeltelijk, krachtens de huidige in voege zijnde Wetgeving.

Hij machtigt de Administratie deze nota bij het dossier te voegen en er fotocopie van te leveren.