BE890724A

BE890724A - Werkwijze en inrichting voor het produceren van methaangas uiteen zuiveren van waterige suspensies van organische verbindingen door middel van een anaeroob gistingsproces

Info

Publication number: BE890724A
Application number: BE2/59415A
Authority: BE
Inventors: W Verstraete; V De Proost; H P Ombregt; P Pipyn
Original assignee: Studiebureau O De Koninckx N V; Univ Gent
Priority date: 1981-10-14
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1982-04-14

Description


  "Werkwijze en inrichting voor het produceren van methaangas

  
 <EMI ID=1.1> 

  
dingen door middel van een anaëroob gistingsproces" &#65533;

  
Onderhavige uitvinding heeft, betrekking op een verbeterde industriële werkwijze met als doel het anaëroob zuiveren van afvalwater en de produktie van een methaanhoudend biogas, alsmede op inrichtingen die deze werkwijze toepassen.

  
Anaërobe gisting wordt in zuiveringsstations voor rioolwater reeds lang op uitgebreide schaal toegepast voor de stabilisatie van primair en sekundair slib. De laatste jaren worden anaërobe processen ook meer en meer ingezet voor de rechtstreekse zuivering van afvalwater.

  
Inderdaad zijn er voor de anaërobe behandeling van industrieel afvalwater met een COD van méér dan 1500 mg/l een aantal principiële voordelen ten opzichte van aërobe zuivering met bij-

  
 <EMI ID=2.1> 
- gering energieverbruik, daarentegen vorming van energierijk methaangas;
- een aanzienlijk lagere netto-slibproduktie;
- een lagere minerale nutriëntbehoefte;
- lange houdbaarheid van het slib, wat "campagne-werking" mogelijk maakt.

  
Bovendien zijn de belastingen die kunnen worden toegepast gelijk of hoger dan deze van het aktief-slibproces of andere aërobe zuiveringstechnieken.

  
Meestal wordt deze anaërobe gisting van afvalwater in één trap uitgevoerd, dit wil zeggen dat het volledig proces plaatsvindt in éénzelfde reaktor. In de praktijk zijn vier verschillende typen methaanreaktoren in gebruik :

  
l.- De laag- en hoogbelaste gistingstanks met periodieke

  
afvoer van gemenge vloeistof en subsequente toevoer van nieuw afvalwater. De belasting varieert van 0,5 tot 5 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m3 per dag.

  
2.- De kontaktreaktoren, waarbij de afgevoerde gemengde vloei-stof ontmengd en het slib weer in cirkulatie wordt gebracht. In dit geval bedraagt de slibbelasting eveneens maximaal 5 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m3 per dag.

  
3.- De anaërobe fil ter, waarbij het afvalwater doorheen een

  
filter wordt gestuurd, gevuld met pakkingmateriaal waarop anaërobe bakteriën gevestigd zijn. Hier bedraagt de maximale volumebelasting 7 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m3 per dag.

  
4.- De anaërobe upflow reaktor, waarbij het afvalwater op-

  
waarts 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 kg vervluchtigbare organische bestanddelen per m3 per dag.

  
De hierboven geschetste klassieke methaangisting welke tot op heden toegepast werd vertoont echter het grote nadeel dat ze bijzonder moeilijk te kontroleren en te sturen is en bovendien kwetsbaar is voor stootbelastingen met toxische verbindingen. Dit grote nadeel, dit imago van onbetrouwbaarheid is de grote oorzaak waarom de anaërobe waterzuiveringstechnieken nog niet op grote schaal zijn doorgebroken.

  
Tot op heden werd het proces uitgevoerd steunend op empirische bevindingen en werd de reaktor gestuurd aan de hand van

  
 <EMI ID=3.1> 

  
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. Hier zijn meerdere na-  delen aan verbonden. Ten eerste worden biochemisch totaal ver-  schillende deelprocessen onder dezelfde omstandigheden bedreven zodat onvermijdelijk vroeg of laat ontkoppelingen het gevolg kunnen zijn. Konkreet betekent dit dat het traagst en delikaatst

  
 <EMI ID=4.1> 

  
derspit kan delven ten opzichte van een ongekontroleerde en snel verlopende voorafgaande fase. Dit kan resulteren in een opstapeling van tussenprodukten zoals bijvoorbeeld vluchtige vetzuren, ammoniak, waterstof sulfiden en dergelijke die wanneer zij een bepaald koncentratieniveau bereiken het methaanvormingsproces kunnen stilleggen, hetzij door rechtstreekse vergiftiging van de bakteriën verantwoordelijk voor de verdere omzetting van hogervernoemde tussenprodukten, hetzij door de milieu-omstandigheden zoals bijvoor-

  
 <EMI ID=5.1> 

  
 <EMI ID=6.1> 

  
proces als dusdanig moeilijk verzekerd worden tegen mogelijke vergiftigingen door allerhande externe omstandigheden. Inderdaad kan een binnenkomende toxische stof het ganse proces onherroeplijk stilleggen wat een maandenlange heropstart vergt. Tenslotte is het proces weinig of niet beveiligd tegen organische of

  
 <EMI ID=7.1> 

  
opnieuw ernstige rendementsverlagingen kunnen voordoen.

  
Onderhavige, uitvinding heeft tot doel hogergenoemde nadelen

  
 <EMI ID=8.1> 

  
voor te stellen, waarbij uitgegaan wordt van de exacte theoretische benadering van het methaangistingsproces.

  
 <EMI ID=9.1> 

  
zullen in hetgeen volgt de theoretische grondslagen van het anaëroob gistingsproces meer in detail besproken worden.

  
Anaërobe gisting wordt meestal beschreven als zijnde een tweefasig proces. In de eerste fase worden complexe organische substraten in oplossing gebracht en daaropvolgend omgezet door fermentatieve bakteriën tot voornamelijk vluchtige vetzuren, )

  
 <EMI ID=10.1> 

  
 <EMI ID=11.1> 

  
Recent werd gevonden dat van de tussenprodukten alleen methanol, waterstof, HCOOH en acetaat direkt door de methanogene bakteriën kunnen worden gebruikt terwijl alle andere, de zogenaamde "electron sink compounds", naar deze produkten dienen te worden omgezet door een derde, speciale groep micro-organismen, de zogenaamde obligaat waterstof producerende acetogene (OHPA) bakteriën. Deze laatste groeien in zeer nauwe associatie met de

  
 <EMI ID=12.1> 

  
onmiddellijk de door de OHPA bakteriën gevormde waterstof verwijderen om de thermodynamische kondities voor de groei van hun syntrofen, de OHPA bakteriën, gunstig te beïnvloeden.

  
 <EMI ID=13.1> 

  
praktisch in elkaars nabijheid leven, met andere woorden in één

  
 <EMI ID=14.1> 

  
satie-hydrolyse en de verzuringsreakties in diezelfde reaktor uitgevoerd. Twee-fasige systemen zijn bekend, hebbende een solubilisatie-hydrolyse en verzuringsfase enerzijds en een methaanvormende fase anderzijds. Tot hiertoe waren de basismotieven voor deze fasenscheiding enkel het bewezen feit dat de twee hoofdgroepen van bakteriën (dit is de zuurvormende bakteriën en de

  
 <EMI ID=15.1> 

  
aan nutriënten, groeisnelheden en optimum proceskondities hebben.

  
 <EMI ID=16.1> 

  
laat van de solubilisatie-hydrolyse en verzuringsfase naar bepaalde tussenprodukten of "electron sink compounds" zo dat de methanogene fase optimaal kan werken. Deze sturing is een der hoofddoelen van deze uitvinding.

  
Onder axenische omstandigheden is het mogelijk de fermentatie te sturen door het in bedrijf stellen van een bepaald micro-organisme, zoals bijvoorbeeld een Lactobacillus species dat voornamelijk melkzuur produceert, of een Saccharomyces die voornamelijk ethanol vormt. Onder niet axenische omstandigheden is de beste manier om een fermentatie in een bepaalde richting te sturen het opdringen van bepaalde selectieve milieu-omstandigheden. De eerste vraag is wat de meest gunstige tussenprodukten zijn voor de methaanbakteriën en de tweede vraag is hoe de hydrolyse- en verzuringsfase moet worden gestuurd om deze produkten te bekomen.

  
Als antwoord op de eerste vraag werd er vooreerst theore-

  
 <EMI ID=17.1> 

  
ste tussenprodukten zijn voor de methaanbakteriën (zie Pipyn, P. & Verstraete, W, 1981 - Lactate and ethanol as intermediates in two-phase anaerobic digestion. Biotechnology & Bio-engineering,
13 : 1145-1154). Hieruit is gebleken dat ethanol en melkzuur energetisch gezien veruit de meest energierijke substraten zijn voor de bakteriën van de methanogene fase (OHPA bakteriën + methanogene bakteriën = syntrofen).

  
Er komt namelijk theoretisch circa viermaal zoveel energie vrij voor de syntrofen per eenheid geproduceerd methaan respektievelijk uit ethanol en melkzuur dan uit bijvoorbeeld het mogelijke intermediaire propionzuur. Per mol glucose omgezet naar methaan (CH4) bedraagt het energie-aandeel van de syntrofen, uitgedrukt in kJ, voor azijnzuur 197, propionzuur 45, boterzuur
150, ethanol 179 en melkzuur 206.

  
Beschouwt men de fermentatie vertrekkend van een koolhydraat,

  
 <EMI ID=18.1> 

  
(zonder doorsturing van het gas van de verzuringsfase naar de methanogene fase) slechts respektievelijk 15.4, 11.3 en 20.2% van de verandering van de totale vrije energie die vrijkomt door de hieronder beschreven biochemische reaktie ten goede komt van de syntrofen, dit indien de eerste fase gestuurd wordt naar  respektievelijk azijnzuur, propionzuur of boterzuur. 

  
 <EMI ID=19.1> 

  
Dit percentage wordt echter 44.1 en 51.1 % indien de voorverzuring gestuurd wordt naar respektievelijk ethanol en melkzuur.

  
 <EMI ID=20.1> 

  
bakteriën ten goede komt, ongeveer met een faktor 3 vermenigvuldigd wordt indien een ethanol en/of melkzuur gisting in plaats van een gemengde vetzuurgisting de methaangisting voorafgaat.

  
Experimenten hebben de theorie bevestigd (Pipyn & Verstraete

  
 <EMI ID=21.1> 

  
 <EMI ID=22.1> 

  
gisting werden parallel aan een methaangisting onderworpen. De methaanreaktoren waren van het type opstroomreaktor met ingebouwd gas-slib-vloeistof afscheidingssysteem. De voordelen van de melkzuur/ethanol gisting zijn duidelijk :

  
1) verdere doorgedreven afbraak van de COD doordat het gehalte van het moeilijk afbreekbare proprionzuur in het effluent gering is. Dit uit zich in een 50% geringere resid.uele COD waarde van het effluent;

  
2) betere slibretentie in de methaanreaktor, wat zich uit

  
als een 50% geringer gehalte aan gesuspendeerde stoffen

  
 <EMI ID=23.1> 

  
3) veel geringere reukhinder normaal veroorzaakt door de

  
hogere vetzuren waaronder voornamelijk boterzuur.

  
 <EMI ID=24.1> 

  
of bij een niet gekontroleerde twee-fasige gisting het moeilijk af te breken propionzuur (dit is thermodynamisch weinig interessant voor de OHPA bakteriën) meestal gedeeltelijk in het effluent van de methaanreaktor overblijft. Dit is een in de praktijk be-

  
 <EMI ID=25.1>  1

  
 <EMI ID=26.1> 

  
Als antwoord op de voornoemde tweede vraag heeft men waargenomen (Pipyn & Verstraete 1981) dat de verzuring van bijvoorbeeld melasse grotendeels naar melkzuur en ethanol kan worden

  
 <EMI ID=27.1> 

  
voeding wat zich uit als diskontinue en hoge slibbelastingen. Dit gaat doorgaans gepaard met belangrijke pH schommelingen, namelijk met een daling van 7 tot 4 (zie Pipyn, Verstraete en Rygole, 1979 - Winnen van methaangas uit organische afvalstoffen. Wetenschappelijk eindrapport - Nationaal programma R & D afvalstoffen - Ministerie Wetenschapsbeleid, Brussel, België).

  
Verdere studies, met kontinu gestuurde fermentors tonen echter aan (zie Verstraete, 1981 - Phase separation in anaerobic digestion, Motives and methods. Belgisch-Nederlandse studiedag KVIV-NVA over Biogas - Antwerpen) dat een heterolaktische fermentatie niet over een lange periode stabiel kan worden in stand

  
 <EMI ID=28.1> 

  
Afhangend van de hydraulische- en slibretentietijd, de pH en de belasting worden verschillende fermentatiepatronen waargenomen. Zo wordt propionzuur een belangrijke komponent wanneer

  
 <EMI ID=29.1> 

  
worden ingesteld of wanneer de voorzuring beperkte verstoringen van substraattoevoer ondergaat. Bij kortere retentietijden en licht-zure pH-voorwaarden domineren r.ormaal de boterzuurvormende bakteriën. In het pH interval 5.2-5.5 en belastingen gaande

  
tot verzadiging (geen substraat limitatie) wordt de azijnzuur fermentatie bevorderd.

  
Een fermentatie onder niet axenische voorwaarden, waarbij

  
de mengkultuur selektief gericht is naar ethanol is het qevola van een pH regeling rond een waarde beneden 5 en ongeveer gelijk aan 4 en het toepassen van een slibverblijftijd van meerdere dagen.

  
Een andere mogelijkheid om de taak van OHPA bakteriën te vergemakkelijken bestaat erin een zo klein mogelijk aantal verschillende tussenprodukten te bekomen tijdens de verzuringsfase 
(zie Lescuré & Bourlet, 1979 - Epuration des eaux de sucrerie

  
par fermentation méthanique mésophile - Comptes Rendus de la  XVI-ième Assemblee Générale de la Commission Internationale  Technique de Sucrerie - Amsterdam). Dit is mogelijk door bepaal- 

  
de sturingsparameters extreem te houden, zoals extreem hoge slibbelasting, lage pH, zeer lange of zeer korte slibverblijftijd, hoge temperatuur, enz...

  
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de produktie van methaangas uit en de zuivering van waterige suspensies van organische verbindingen met een twee-fasig anaëroob fermentatieproces. De eerste fase bestaat hoofdzakelijk uit een biologische konditioneer- en kontrole tank (Biological Conditio-

  
ning and Control vessel of BCCV) en heeft als doel de voeding

  
naar de 2e fase zo optimaal en zo konstant mogelijk te maken,

  
met diverse middelen, waarop later zal worden ingegaan. De tweede

  
 <EMI ID=30.1> 

  
aldus gekonditioneerde voeding methaangas wordt geproduceerd.

  
Het resultaat van de volgens deze methode werkende installatie is :
- stabiele en betrouwbare werking van de methaanreaktor;
- hogere volumetrische belastingen van de methaanreaktor;
- hogere specifieke methaangasprodukties;
- hogere totale zuiveringsrendementen.

  
De middelen aangewend voor de kontrole en de konditionering in de lste fase kunnen als volgt worden samengevat. Konditionering
- solubilisatie en hydrolyse onder optimale omstandigheden;
- vorming van vluchtige vetzuren, melkzuur of ethanol onder specifieke proceskondities om de produktie van de gewenste metabolieten te maximaliseren; - voldoende buffering naar kwaliteit en kwantiteit;
- toevoeging van nutriënten; <EMI ID=31.1>  <EMI ID=32.1> 

  
Regeling <EMI ID=33.1> 
- temperatuurregeling;
- regeling van de voeding naar de biologische konditioneer- en <EMI ID=34.1> 

  
 <EMI ID=35.1> 
- regeling van het gehalte aan gesuspendeerde stoffen.

  
Naargelang het te behandelen influent zullen alle of enkele dezer middelen worden aangewend. Ze worden hierna verder beschreven.

  
Volgens de uitvinding wordt de solubilisatie-hydrolyse bevorderd door de voornoemde BCCV te laten volgen door een slibafscheidingsstap - dit kan zijn een gravitaire bezinking met behulp van een parallelle platenafscheider of een andere techniek-

  
 <EMI ID=36.1> 

  
mende organismen die de solubilisatie-hydrolyse bevorderen, par-

  
 <EMI ID=37.1> 

  
tank (BCCV) te recirkuleren. De solubilisatie-hydrolyse kan verder worden bevorderd door toevoeging van enzymepreparaten in de BCCV.

  
Volgens de uitvinding wordt de produktie in de BCCV van geschikte metabolieten voor de methaanproduktie door de zuurvormende fermentatieve bakteriën gemaximaliseerd volgens één der volgende werkwijzen.

  
In een eerste werkwijze wordt in de BCCV de vorming van propionzuur zoveel mogelijk tegengegaan door bij zure pH te werken

  
 <EMI ID=38.1> 

  
aan 10 dagen toe te passen bij volumebelastingen groter dan 15 a 25 kg COD/m3.dag afhankelijk van de temperatuur en de aard van het afvalwater.

  
In een tweede werkwijze wordt in de BCCV de vorming van boterzuur begunstigd door te werken bij een pH begrepen tussen 5 en 6,5 en bij een slibverblijftijd begrepen tussen 2 en 10 dagen.

  
In een derde werkwijze wordt de vorming van azijnzuur bevorderd in de BCCV indien bij een pH gewerkt wordt van 5,2 en 5,5 en een slibverblijftijd gelijk aan de hydraulische verblijftijd en een volumebelasting van ongeveer 15 kg COD/m3.dag.

  
In een vierde werkwijze wordt een homolaktische tot heterolaktische fermentatie bekomen (fermentatie naar melkzuur of naar melkzuur + ethanol) door discontinue substraattoevoer en subsekwente pH daling van neutraal tot uitgesproken zuur (pH ongeveer 4). De slibverblijftijd dient dan gelijk te zijn aan de hydraulische verblijftijd en van de grootte orde te zijn van enkele uren tot 2 dagen afhankelijk van de substraatkoncentratie. Dit kan bijvoorbeeld worden verwezenlijkt door twee BCCV's in parallel te bedrijven en alternerend de ene of de andere te voeden.

  
In een vijfde werkwijze wordt een ethanol gisting bekomen door bij een uitgesproken zure pH te werken (rond pH 4), en met een lange slibverblijftijd (meerdere dagen) door middel van doorgedreven slibafscheiding en recirculatie.

  
Volgens de uitvinding wordt een buffering naar kwaliteit van de waterige suspensie van organische verbindingen voorzien door mechanische menging in de BCCV; buffering naar kwantiteit bij diskontinue voeding wordt voorzien door te werken met een varierend vloeistofpeil in de BCCV, zodat de tweede fase in principe gevoed wordt met een konstant debiet en sterk gedempte koncen-

  
 <EMI ID=39.1> 

  
Verder worden volgens de uitvinding, de nodige nutriënten zoals stikstof en fosfor toegevoegd volgens de behoeften van de bakteriën-populaties zowel in de BCCV, na de BCCV of beiden. 

  
 <EMI ID=40.1> 

  
Hoge koncentraties aan sulfaat in het influent worden vol-  gens de uitvinding gereduceerd in de eerste reaktor tot sulfide  en verwijderd door stripping bij zure pH, ten einde aldus de methaangisting in de tweede reaktor optimaal te laten verlopen en zodat het gevormde biogas van optimale kwaliteit zou zijn.

  
Volgens de uitvinding worden hoge koncentraties aan nitraat en nitriet in het influent gereduceerd in de eerste reaktor tot stikstofgas en aldus onschadelijk gemaakt voor de navolgende methaangisting in de tweede reaktor.

  
Volgens de uitvinding wordt de betrouwbaarheid van het methaanvormingsproces verder bevorderd door een doorgedreven regeling en automatisatie.

  
De gewenste optimum pH in de BCCV wordt in stand gehouden door een pH-regelkring onder eventuele toevoeging van zuren of basen. De gewenste optimum pH van de voeding naar de tweede fase

  
 <EMI ID=41.1> 

  
fluent van de BCCV onder eventuele toevoeging van zuren of basen.

  
De gewenste temperatuur in de BCCV wordt in stand gehouden

  
 <EMI ID=42.1> 

  
opwarming of afkoeling in een warmteuitwisselaar. Op dezelfde manier wordt door een tweede temperatuurregelkring de gewenste optimum temperatuur in de tweede fase in stand gehouden.

  
 <EMI ID=43.1> 

  
 <EMI ID=44.1> 

  
de BCCV. Afhangend van de koncentratie, bufferkapaciteit en fer-

  
 <EMI ID=45.1> 

  
sproken zijn.

  
 <EMI ID=46.1> 

  
gen in de biologische kwaliteit van de voeding, door ongewone belas-tingen, zowel van vergistbare of van toxische produkten, te detecteren en de voeding naar de installatie eventueel af te sluiten. 

I

  
Er zijn praktische gevallen waarbij de te behandelen waterige suspensie geen stoffen meer bevat die tot organische zuren kunnen worden omgezet, maar alleen reeds gevormde organische zuren (bijvoorbeeld : afvalwater van vlasroterijen, afvalwater van de kringloop voor het wassen van suikerbieten in een suikerfabriek).

  
Volgens de uitvinding kan een verandering in de biologische kwaliteit van de voeding toch nog worden gedetecteerd door een kleine BCCV te voorzien in parallel met de'hoofdstroom, en na toevoeging van een gemakkelijk verzuurbaar substraat zoals bij-

  
 <EMI ID=47.1> 

  
en in funktie daarvan de voeding naar de installatie eventueel af te sluiten.

  
De pH verandering of ApH tussen voeding en effluent van de tweede fase methaanreaktor anderzijds is een maat voor het rendement van de methaangisting. Afhangend van de bufferkapaciteiten

  
 <EMI ID=48.1> 

  
meer uitgesproken zijn.

  
 <EMI ID=49.1> 

  
dingsdebiet naar de methaanreaktor bij te regelen teneinde een gewenst methaangistingsrendement te bereiken, en om de voeding naar de installatie eventueel af te sluiten.

  
 <EMI ID=50.1> 

  
stoffen van de voeding naar de 2e reaktor geregeld op een waarde kleiner dan ongeveer 0.2 a 0.25 maal het gehalte opgeloste COD

  
fen.) Dit wordt verwezenlijkt door de BCCV te laten volgen door een slibafscheidingstrap (zie solubilisatie-hydrolyse) en door een gekontroleerde gehele of gedeeltelijke afvoer van het afgescheiden slib.

  
In de tweede trap van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het gekonditioneerde effluent van de eerste fase doorheen een geëxpandeerd bed van slib geleid. Dit slib bevat de bakteriën welke tussenkomen in de tweede en de derde theoretische fase

  
 <EMI ID=51.1> 

  
bakteriën en de methanogene bakteriën. Dit gebeurt in de zogenaamde methaanreaktor, bestaande uit een recipiënt welke zodanig is gebouwd dat de vloeistof, afkomstig van de konditioneringsfase,

  
doorheen een geëxpandeerd slibbed kan stijgen zonder dat genoemd te"

  
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. Dit type methaanreaktor wordt ook anaërobe "upflow reaktor" genoemd ofwel "Anaerobic Upflow Sludge Blanket" (UASB) reaktor.

  
In een uitvoeringsvariante van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het gekonditioneerde effluent van de eerste fase doorheen een methaanreaktor geleid waarin zich op inerte materialen gefixeerdr methaanbakteriën bevinden. Dit kan zijn fixatie op vast pakkingsmateriaal in de zogenaamde anaërobe filter, ofwel op vrij in de vloeistof zwevend inert materiaal, in de zogenaamde gefluidiseerd bed reaktor.

  
De praktijk heeft uitgewezen dat gezien de aard van het methanogeen slib (alleen bakteriën, geen eencelligen of meercelligen, slechte vlokvormingskapaciteiten), er zich in bepaalde toe-

  
 <EMI ID=52.1> 

  
tweede fase zouden doordringen, belangrijke slibverliezen kunnen voordoen via het effluent. Dit slibverlies kan gelijk of groter <EMI ID=53.1> 

  
Volgens de uitvinding kan daarom de methaanreaktor worden gevolgd door een slibafscheidingstrap - dit kan zijn een gravitaire bezinking met behulp van een parallelle platenafscheider= een filter, of een andere techniek - en het aldus afgescheiden methanogeen slib kan partieel of geheel in de methaanreaktor worden teruggevoerd. Deze werkwijze, die in feite een kombinatie is tussen een upflow reaktor en een kontaktreaktor, wordt hybried reaktor genoemd.

  
Volgens de uitvinding wordt de afscheiding van slib in de slibafscheidingstrap bevorderd door een voorafgaande ontgassing van het effluent van de methaanreaktor. Dit kan gebeuren in een cascadetoren, waar het effluent naar beneden stroomt over een reeks alternerend opgestelde horizontale schotten. Dit kan verder gebeuren door het effluent van de methaanreaktor kortstondig
(enkele minuten) te beluchten.

  
Eveneens wordt volgens deze uitvinding de afscheiding van slib in de slibafscheidingstrap verder bevorderd door toevoeging van beperkte hoeveelheden polyelektroliet, in het bijzonder door sterk cationische organische polyelektrolieten.

  
We verwijzen nu naar de bijgevoegde tekening welke een vereenvoudigd blokschema voorstelt van de algemene werkwijze volgens de uitvinding, waarbij zoals gezegd volgens het geval

  
 <EMI ID=54.1> 

  
De voeding 1 van de installatie gaat naar een eerste warmtewisselaar voor temperatuurkontrole 2, en daarna naar de BCCV

  
3. De voeding 1 is in het algemeen elke waterige suspensie van vergistbare organische verbindingen. Meer in het bijzonder is

  
 <EMI ID=55.1> 

  
gende industrieën : suikerfabrieken, melasse verwerkende bedrijven, gistfabrieken, stokerijen en industriële alcoholfabrieken,

  
 <EMI ID=56.1> 

  
konservenfabrieken, aardappelverwerkende fabrieken en zetmeelfabrieken, vlasroterijen, brouwerijen, papierfabrieken, soyamelkfabrieken, slachthuizen en' destruktiebedrijven, bepaalde petrochemische en pharmaceutische bedrijven.

  
 <EMI ID=57.1>  

  
er worden volgens noodzaak biokatalysatoren 4 voedingstoffen 5

  
 <EMI ID=58.1> 

  
 <EMI ID=59.1> 

  
waterstof, H S en sporen organische zuren. Om reukhinder te vermijden kan dit gas worden behandeld in een ontgeuringsinstaildtie 7.

  
Het effluent van de biologische konditioneer- en kontrole-

  
 <EMI ID=60.1> 

  
scheiden slib 9 wordt geheel of gedeeltelijk gerecirculeerd naar

  
 <EMI ID=61.1> 

  
 <EMI ID=62.1> 

  
geleid.

  
De verblijftijd in de BCCV 3 bedraagt ongeveer 1 uur tot ongeveer 2 dagen, de belasting uitgedrukt als kg COD per m3 tank en per dag ongeveer 5 tot ongeveer 150 kg COD/m3.dag. In de meeste gevallen wordt gewerkt in het interval 3 uur-1 dag en 10-60 kg COD/m3.dag. De temperatuur kan 10 tot 55[deg.]C bedragen, doch

  
is meestal begrepen tussen 25 en 50[deg.]C.

  
Het effluent van de slibafscheider 8 gaat naar een tweede warmtewisselaar voor temperatuurkontrole 11 en vervolgens, na toevoeging volgens de noodwendigheden van voedingsstoffen 5 en

  
 <EMI ID=63.1> 

  
Het in deze reaktor geproduceerde methaanrijke biogas kan naar een biogaszuiveringsinstallatie 13 worden geleid voor verwijde-

  
 <EMI ID=64.1> 

  
 <EMI ID=65.1> 

  
bruiker 14.

  
Het effluent van de methaanreaktor wordt eerst ontgast, eventueel mits korte beluchting, in 15 en gaat vervolgens naar een tweede slibafscheider 16. Het afgescheiden slib 17 wordt geheel of gedeeltelijk gerecirkuleerd naar de methaanreaktor 12, de rest wordt afgevoerd via 18. 

  
Het behandelde effluent 19 verlaat de slibafscheider 16 om te worden geloosd of nabehandeld.

  
De verblijftijd in de methaanreaktor bedraagt ongeveer 3

  
 <EMI ID=66.1> 

  
m3 tank en per dag ongeveer 1 tct ongeveer 30 kg COD/m3.dag.

  
In de meeste gevallen wordt gewerkt in het interval 6 uur - 2 dagen en 8-25 kg COD/m3.dag. De temperatuur kan 8-45[deg.]C bedragen,

  
 <EMI ID=67.1> 

  
Specifieke biogasprodukties, uitgedrukt in Nm3 biogas per

  
m3 reaktorruimte en per dag, bedragen ongeveer 3 tot 10 Nm3/m3.dag, en zijn meestal begrepen tussen 4 en 7 Nm3/m3.dag.

  
Naargelang de waarde van de ApH over de BCCV 3 of over de

  
 <EMI ID=68.1> 

  
katastrofebekken 20 ter bescherming van de installatie. Dit kan eveneens door pH meting over een kleine BCCV in parallel waarin een verzuurbaar substraat werd gedoseerd (niet afgebeeld), en dit in geval van volledig voorverzuurde voeding. Eveneens niet

  
 <EMI ID=69.1> 

  
 <EMI ID=70.1> 

  
 <EMI ID=71.1> 

  
De tabel I toont de resultaten van twee typische praktische toepassingen van de werkwijze volgens de uitvinding, bekomen met semi-industriële installaties. 

TABEL I

  

 <EMI ID=72.1>

Claims

EISEN <EMI ID=73.1>

zuivering van waterige suspensies van organische verbindingen door middel van een anaëroob gistingsproces, met het kenmerk dat zij in twee verschillende trappen wordt uitgevoerd, namelijk

<EMI ID=74.1>

<EMI ID=75.1>

mogelijk te houden door de voornaamste karakteristieken van de waterige suspensie zoals pH, temperatuur, gehalte aan gesuspendeerde stoffen, debiet en koncentratie en samenstelling van de organische en anorganische komponenten te regelen, en een tweede trap waar uit de aldus gekonditioneerde voeding methaan wordt geproduceerd met hogere belastingen, hogere zuiveringsrendementen, hogere specifieke methaanprodukties en onder stabiele en betrouwbare omstandigheden.

2.- Werkwijze volgens eis 1, met het kenmerk dat in de eerste trap het influent doorheen een biologische konditioneeren kontroletank wordt gevoerd, terwijl in de tweede trap de voeding doorheen een methaanreaktor van het "upflow" of "UASB" type wordt gevoerd, dit is een reaktor waarbij het substraat

van onder naar boven doorheen een geëxpandeerd bed van methanogeen slib wordt geleid en bovenaan voorzien van een gas-waterslib afscheider met interne slibterugvoer.

3.- Werkwijze volgens eis 1, met het kenmerk dat de eerste trap hoofdzakelijk verwezenlijkt wordt in een biologisch konditioneer- en kontrolevat terwijl de tweede trap verwezenlijkt wordt in een methaanreaktor waarin zich op inerte materialen gefixeerde methaanbakteriën bevinden.

4.- Werkwijze volgens eis 3, met het kenmerk dat de methaanreaktor gevormd wordt door een anaërobe filter.

5.- Werkwijze volgens eis 3, met het kenmerk dat de methaanreaktor gevormd wordt door een gefluidiseerd bed reaktor. 6.- Werkwijze volgens eis 1 of 2, met het kenmerk dat in de eerste trap de solubilisatie-hydrolysereakties worden bevorderd door na de BCCV slib af te scheiden en geheel of gedeeltelijk te recirculeren.

7.- Werkwijze volgens eis 1 of 2, met het kenmerk dat in de eerste trap de solubilisatie-hydrolysereakties worden bevorderd door toevoeging van enzymepreparaten.

8.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat in de eerste trap de produktie van geschikte metabolieten voor de methaanvormende trap door de zuurvormende fer- mentatieve bakteriën wordt gemaximaliseerd door tegengaan van

<EMI ID=76.1>

dan 6 en slibretentietijd kleiner dan 10 dagen of volumebelastingen groter dan 15 a 25 kg COD/m3.dag;

9.- Werkwijze volgens één der eisen 1 tot 7, met het ken-

<EMI ID=77.1>

ten voor de methaanvormende trap door de zuurvormende fermentatieve bakteriën wordt gemaximaliseerd door bevorderen van de boterzuurvorming, door de BCCV te bedrijven bij een pH begrepen tussen 5 en 6,5 en een slibverblijftijd begrepen tussen 2 en 10 dagen.

10.- Werkwijze volgens één der eisen 1 tot 7, met het kenmerk dat in de eerste trap de produktie van geschikte metabolieten voor de methaanvormende trap door de zuurvormende fermentatieve bakteriën wordt gemaximaliseerd door bevorderen van de

5,2 en 5,5, een slibverblijftijd gelijk aan de hydraulische verblijftijd en een volumebelasting van ongeveer 15 kg COD/m3. dag.

11.- Werkwijze volgens één der eisen 1 tot 7, met het kenmerk dat in de eerste trap de produktie van geschikte metabolieten voor de methaanvormende trap door de zuurvormende fermentatieve bakteriën wordt gemaximaliseerd door bevorderen van de melkzuur en ethanol vorming, door een diskontinue voeding van de BCCV, verwezenlijkt bijvoorbeeld door alternerende voeding van één van twee BCCV's in parallel, met hydraulische verblijftijd in de BCCV begrepen tussen enkele uren en twee dagen.

12.- Werkwijze volgens één der eisen 1 tot 7, met het kenmerk dat in de eerste trap de produktie van geschikte metabolieten voor de methaanvormende trap door de zuurvormende fermentatieve bakteriën wordt gemaximaliseerd door bevorderen van de ethanolvorming, door de BCCV te bedrijven bij een pH rond 4 en een

<EMI ID=78.1>

scheiding en -recirculatie.

13.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat in de eerste trap kwaliteit en hoeveelheid van de waterige suspensie zodanig wordt geëgaliseerd dat de tweede trap zo konstant mogelijk wordt gevoed, wat wordt verwezenlijkt door mechanische menging en/of variërend waterniveau in de BCCV.

14.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat in de eerste trap toxische hoeveelheden sulfaat en sulfide worden verwijderd.

15.- Werkwijze volgens eis 14, met het kenmerk dat de toxische hoeveelheden, sulfaat en sulfide worden verwijderd door sulfaatreduktie in de biologische konditioneer- en kontroletank en daaropvolgende stripping bij zure pB.

16.- Werkwijze volgens eis 14, met het kenmerk dat de toxische hoeveelheden nitraat en nitriet worden gereduceerd tot stik- <EMI ID=79.1>

17.- Werkwijze volgens één der voorafgaande eisen, met het kenmerk dat de betrouwbaarheid van de werking van de tweede trap nog wordt verhoogd door minstens één der volgende automatische regelkringen : - pH regeling in de biologische konditioneer- en kontroletank <EMI ID=80.1> - temperatuurregeling van de voeding naar de biologische konditioneer- en kontroletank;

<EMI ID=81.1>

18.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat het pH verschil tussen voeding en effluent van de biologische konditioneer- en kontroletank en/of voeding en ef- fluent van de methaanreaktor, worden gemeten als maat voor de biologische kwaliteit van de voeding, om bij onaanvaardbare kwaliteit de voeding naar de installatie af te sluiten, en eventueel

af te leiden naar een katastrofebekken.

<EMI ID=82.1>

kenmerk dat in het geval van een volledig vóórverzuurde voeding, een kleine biologische konditioneer- en kontroletank in parallel met de hoofdstroom wordt geschakeld, en na toevoeging van een verzuurbaar substraat, het pH verschil voor en na deze kleine biologische konditioneer- en kontroletank wordt gemeten als maat voor de biologische kwaliteit van de voeding, om bij onaanvaardbare kwaliteit de voeding naar de installatie af te sluiten, en eventueel af te leiden naar een katastrofebekken.

20.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat de voeding naar de tweede trap wordt bijgeregeld in funktie van de waarde van het pH verschil vóór en na de methaanreaktor, teneinde een gewenst methaangistingsrendement te bereiken en te behouden.

21.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat het gehalte aan gesuspendeerde stoffen van de voeding

<EMI ID=83.1>

<EMI ID=84.1>

de biologische konditioneer- en kontroletank het slib af te scheiden en gedeeltelijk te verwijderen.

22.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat om okkasioneel slibverlies uit de reaktor op te van-I

gen, de methaanreaktor gevolgd wordt door een externe slibafschei- ding en het afgescheiden slib geheel of gedeeltelijk wordt gere- cirkuleerd.

23.- Werkwijze volgens eis 22, met het kenmerk dat deze slibafscheiding wordt bevorderd door een voorafgaande ontgassing

in een daartoe gekonstrueerde cascadetoren.

24.- Werkwijze volgens eis 22, met het kenmerk dat deze slibafscheiding nog wordt bevorderd door een voorafgaande kort- stondige beluchting van enkele minuten.

25.- Werkwijze volgens eis 22, met het kenmerk dat de af-

<EMI ID=85.1>

door toevoeging van beperkte hoeveelheden polyelektroliet.

26.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat de eerste trap in hoofdzaak gevormd wordt door het toevoeren van het influent aan een eerste warmtewisselaar voor temperatuurkontrole; het verder voeren van het influent naar een biologische konditioneer- en kontroletank en het vanuit deze

laatste verplaatsen van het effluent naar een slibafscheider

waarbij het afgescheiden slib geheel of gedeeltelijk gerecirkuleerd wordt naar de voornoemde biologische konditioneer- en kontroletank.

27.- Werkwijze volgens eis 26, met het kenmerk dat in de biologische konditioneer- en kontroletank geroerd wordt waarbij,

<EMI ID=86.1>

caliën voor de regeling van de pH worden toegevoerd.

28.- Werkwijze volgens één der voorgaande eisen, met het

<EMI ID=87.1>

geproduceerd gas aan een ontgeurings installatie wordt toegevoerd.

29.- Werkwijze volgens één der eisen 1 tot 25, met het kenmerk dat de tweede trap in hoofdzaak gevormd wordt door het toevoeren van het effluent van de konditioneer- en kontroletank aan een methaanreaktor waarvan het effluent wordt ontgast en <EMI ID=88.1>

<EMI ID=89.1>

gescheiden slib geheel of gedeeltelijk gerecirkuleerd wordt

<EMI ID=90.1>

30.- Werkwijze volgens eis 29, met het kenmerk dat vooraleer

<EMI ID=91.1>

eerst een temperatuurkontrole ondergaat.

31.- Werkwijze volgens eis 29 of 30, met het kenmerk dat vooraleer het voornoemde effluent aan de methaanreaktor wordt toegevoerd aan dit effluent voedingsstoffen en chemicaliën voor de regeling van de pH worden toegevoegd.

32.- Werkwijze volgens één der eisen 29 tot 31, met het kenmerk dat het in de methaanreaktor geproduceerde biogas aan een zuiveringsinstallatie wordt toegevoerd.

<EMI ID=92.1>

één der voorgaande eisen, met het kenmerk dat zij hoofdzakelijk gevormd wordt door een biologische kondentioneer- en kontroletank en een methaanreaktor.

34.- Inrichting volgens eis 33, met het kenmerk dat de methaanreaktor van het "upflow" of "UASB" type is, met andere woorden een reaktor waarbij het substraat van onder naar boven doorheen een geëxpandeerd bed van methanogeen slib wordt geleid en bovenaan voorzien is van een gas- water- slibafscheider met interne slibterugvoer.

35.- Inrichting volgens eis 33, met het kenmerk dat de methaanreaktor gevormd wordt door een anaërobe filter.

36.- Inrichting volgens eis 33, met het kenmerk dat de methaanreaktor gevormd wordt door een gefluidiseerd bed reaktor.

37.- Werkwijze en inrichting voor het produceren van methaan gas uit en zuiveren van waterige suspensies van organische verbin dingen door middel van een anaëroob gistingsproces, hoofdzakelijk zoals voorafgaand beschreven en weergegeven in de bijgaande tekening. <EMI ID=93.1> 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. :

Bladzijde 2, Lijn 28 :

gel ieve te le zen :

"... van gemengde vloeistof..." in plaats van :

"... van gemenge vloeistof..." Bladzijde 14, lijn 17 :

gelieve te lezen :

"... gefixeerde ..."

in plaats van :

"... gefixeerdr..." Bladzijde 21, lijn 19 :

gelieve te lezen :

"fide en nitraat en nitriet worden.." in plaats van :

"fide worden ..."

<EMI ID=94.1>

men ziet dat eis 16 verwijst naar eis 14 om de nitriet- en

<EMI ID=95.1>

<EMI ID=96.1>

gevoegd bij het dossier van een uitvindingsoctrooi van

zulke aard mag zijn, dat het, hetzij aan de beschrijving, hetzij aan de tekeningen, grondwijzigingen aanbrengt 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 2/59415 volledig of gedeeltelijk geldig te maken indien dit het niet was, in het geheel of gedeeltelijk, krachtens de huidige in voege zijnde Wetgeving.

<EMI ID=97.1>

dossier te voegen. en er fotocopie van te leveren.