BE901711A

BE901711A - Werkwijze voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen, in een inrichting die een gefixeerd systeem van schuimstof met open cellen bevat, alsmede inrichting voor het uitvoeren van dergelijke werkwijzen.

Info

Publication number: BE901711A
Application number: BE0/214499A
Authority: BE
Original assignee: Prb Nv
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1985-05-29
Also published as: EP0190801A1; JPS61227892A; EP0190801B1; ATE40565T1; NL8500332A; DE3662007D1; CA1294571C

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen, waarbij een voedingsvloeistof en eventueel benodigde gassen door een gefixeerd systeem van polyurethanschuimstof-eenheden met opencellen worden geleid, welk systeem ten minste 2 tegen elkaar liggende schuimstoflagen met elk een vlak hoofdoppervlak en een geprofileerd hoofdoppervlak, waarbij in de opeenvolgende lagen telkens het geprofileerde oppervlak van een schuimstoflaag tegen het vlakke oppervlak van de aanliggende schuimstoflaag ligt.

Description

UITVINDINGSOCTROOI AANVRAAGSTER : PRB N. V., te Brussel, België.

BETREFFENDE EEN : Werkwijze voor het uitvoeren van micro- biologische vergistingen, in een inrichting die een gefixeerd systeem van schuimstof met open cellen bevat, alsmede inrichting voor het uitvoeren van dergelijke werkwijzen.

INTERNATIONALE CONVENTIE : Nederlandse octrooiaanvrage No. 8500332 gedeponeerd op 6 februari 1985 t. n. v. aanvraagster.

Werkwijze voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen, in een inrichting die een gefixeerd systeem van schuimstof met open cellen bevat, alsmede inrichting voor het uitvoeren van dergelijke werkwijzen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen, waarbij een voedingsvloeistof en eventueel benodigde gassen door een gefixeerd systeem van polyurethanschuimstof-eenheden met open cellen worden geleid, alsmede op een inrichting voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen.

Uit de Europese octrooiaanvrage 0046901 is een dergelijke werkwijze voor de anaerobe biologische zuivering van afvalwater, dat organische verontreinigingen bevat, bekend. Deze zuivering wordt uitgevoerd met behulp van anaerobe microorganismen, die aan een polyurethanschuimstofdrager gehecht zijn, waar ten minste een deel van het afvalwater doorheen geleid wordt.

Door de toepassing van een makroporeuze stof, in de vorm van een groot blok of in de vorm van stukken met een diameter van 1 tot 5 cm met open makroporiën en klein s. g. als dragermateriaal, wordt aan de aan het anaerobe proces deelnemende, slechts zeer langzaam groeiende micro-organismen een groot aktief oppervlak ter beschikking gesteld, waarop zij zich gelijkmatig en gefixeerd kunnen afzetten. Daardoor kunnen niet zoveel bacteriën weggespoeld worden dat de capaciteit van de reaktor verminderd wordt of zelfs tot stilstand komt. Door de makroporiën van het dragermateriaal worden daarbij de bacteriën tot een gedecentraliseerde groei gedwongen, waardoor een veel groter stofuitwisselingsvlak dan bij andere werkwijzen bereikt wordt.

Uit de publicatie van P. Huysman et al. in"Biotechnology Letters" vol. 5, nr. 9, 643-648 (1983) blijkt, dat naast de oppervlakte ruwheid de totale porositeit en de poriënafmeting, de reticulatie van schuimstoffen, in het bijzonder polyurethan-schuimstoffen, die als pakmateriaal in biologische methaanreactoren worden toegepast, van belang zijn voor de kolonievorming van de werkzame microorganismen.

Voorts verloopt volgens deze auteurs de biologische omzetting langzamer naarmate het pak-materiaal in grotere eenheden aanwezig is. In het bijzonder bij toepassing van een groot blok pak-materiaal verloopt de biologische omzetting langzaam.

Hoewel met de bekende werkwijzen voor microbiologische vergistingen, in het bijzonder indien daarbij al of niet gefixeerde schuimstofdragers worden toegepast, redelijke opbrengsten verkregen worden, kunnen de resultaten die met de bekende werkwijzen en inrichtingen verkregen

worden, nog aanzienlijk verbeterd worden.

In dit verband wordt nog opgemerkt, dat bij gebruik van schuimstofkubusjes, deze gaan drijven en derhalve moeilijk in de reactor gehouden kunnen worden, tenzij extra mechanische hulpmiddelen, zoals een draadnet, in de reactor worden aangebracht. Zij blijken daarnaast ook moeilijk met vloeistof in contact gehouden te kunnen worden.

Vanzelfsprekend kan ook de positie van de blokjes niet kwantitatief aangegeven worden, want men weet niet waar zij zich op een bepaald tijdstip bevinden.

Gevonden is nu, dat de opbrengsten met 20 tot 25% verbeterd kunnen worden, indien bij het uitvoeren van microbiologische vergistingen waarbij een voedingsvloeistof en eventueel benodigde gassen door een gefixeerd systeem van gereticuleerde polyurethanschuimstof-eenheden met open cellen worden geleid, een systeem gebruikt wordt, dat bestaat uit ten minste 2 op elkaar volgende schuimstoflagen met elk een vlak hoofdoppervlak en een geprofileerd hoofdoppervlak, waarbij in opeenvolgende lagen de hoofdoppervlakken zich in nagenoeg evenwijdige respectievelijk concentrische positie ten opzichte van elkaar bevinden.

De gebruikte drager van polyurethanschuimstof kan zowel uit harde, zachte als semi-harde schuimstof bestaan. Bij voorkeur wordt echter een zachte of half-harde schuimstof gebruikt, die bestand is tegen vervorming, zodat zelfs bij het in gebruik zijn van het materiaal, de poriën waardoor gas en vloeistof kunnen stromen, gehandhaafd worden. Met betrekking tot de poriëngrootte van de schuimstof wordt opgemerkt dat deze in het algemeen 15 tot 100 poriën per inch (ppi) (2 tot 200 poriën per cm) bedraagt. De schuimstoflagen kunnen op elke bekende chemische en mechanische manier gefixeerd worden.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur een systeem van schuimstoflagen gebruikt, dat ten minste uit 2 vertikaal naast elkaar geplaatste schuimstofplaten bestaat en over 10 tot 100 %, bij voorkeur 40 tot 80 vol % van de reaktorruimte verdeeld is.

Het is echter bij bepaalde vergistingen ook zeer doelmatig een systeem te gebruiken, dat uit een opgerolde schuimstofbaan bestaat, waarbij bij voorkeur het geprofileerde oppervlak naar buiten is gekeerd.

Met betrekking tot het geprofileerde oppervlak van de schuimstoflagen wordt opgemerkt, dat het geprofileerde oppervlak bij voorkeur bestaat uit een patroon van uitstekende en verdiepte delen van nagenoeg gelijke afmetingen.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de concentratie van de biomassa op een optimaal niveau gehouden, terwijl de tijd gedurende

welke de biomassa gebruikt wordt en derhalve de opbrengst van de omzettingen, evenals de aard van de omzettingen, bepaald en bestuurd kunnen worden.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft waarbij men een biologisch materiaal laat groeien in een toegevoerde voedingsstof, waarbij de voedingsstof en andere toegevoegde, voor de omzetting benodigde vloeibare en/of gasvormige stoffen, door een bed worden geleid, dat een steunlaag voor het biologische materiaal vormt, dat in een reactievat aanwezig is. Het systeem is zo opgebouwd dat naast de beweging van stoffen, microben en enzymen door de open poriën (microopeningen) van de polyurethanschuimstof er ook macro-openingen zijn, waardoor de bij een omzetting gevormde gassen gemakkelijk kunnen ontwijken.

De werkwijze volgens de uitvinding is zeer in het bijzonder geschikt voor toepassing in een up-flow reaktor, waarbij een systeem van tegen elkaar liggende schuimstoflagen wordt gebruikt, waarbij de vlakke oppervlakken zich in de stromingsrichting bevinden.

Volgens de werkwijze van de uitvinding kunnen zowel aerobe, anaerobe als facultatief anaerobe microbiologische omzettingen worden uitgevoerd. Deze omzettingen kunnen plaats vinden bij aanwezigheid van bacteriën, gisten en/of schimmels, maar zij kunnen ook bij afwezigheid van die microorganismen doch aanwezigheid van de voor de omzetting benodigde enzymen worden uitgevoerd.

Evenals bij de bekende werkwijzen waarbij schuimstofdragers voor de microben en/of enzymen worden toegepast, groeit het biologische materiaal op basis van een toegevoerde voedingsstof.

De schuimstof-eenheden kunnen in 2 soorten microbiologische processen worden toegepast, t. w.

(a) omzettingen waarbij het gewenste eindprodukt in oplossing in de vloeistof aanwezig is die ontstaat uit de basis van het vergistingsbedrijf en waarin het gewenst is het wegspoelen van actief groeiende cellen in de voedingsvloeistof te voorkomen of te verminderen (b) omzettingen waarbij het gewenste eindprodukt in de groeiende celstof aanwezig is en waarin de groeiende bacterie-of funguscellen uit de schuimstof worden verdreven en in een verzamelvat worden gewassen aan het einde van de vergisting om van de vloeistof te worden gescheiden.

Voorbeelden van microbiologische omzettingen van de soort (a) zijn de bereiding van azijn uit alcoholische oplossingen, van melkzuur, propionzuur, boterzuur, barnsteenzuur, citroenzuur, acetyl-methylcarbinol, butyleenglycol, gluconzuur, fumaarzuur en oxaalzuur uit suikers.

Voorbeelden van microbiologische omzettingen van de soort (b) zijn de bereiding van gisten, op melasse en vloeibaar gemaakte delen van houtpulp.

Een zeer belangrijke toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is ook de behandeling van afvalwater met aeroob of anaeroob slib.

De celstructuur van het polyurethanschuimstof-systeem volgens de uitvinding voorkomt, dat de bacteriën die bij de anaerobe vergisting betrokken zijn, tot een dichte laag gaan aangroeien, wat verstopping van de reaktor tot gevolg zou kunnen hebben.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft als voordeel dat men beschikt over een berekenbaar systeem, dat eenvoudig kan worden aangebracht en waarbij men de hoeveelheid vloeistof naar wens kan regelen. Om in de tussenruimtes tussen de rolstapelingen geen voorkeurskanalen te laten ontstaan worden verschillende lagen rolstapels verspringend op elkaar geplaatst. Door gebruik te maken van dergelijke opgerolde schuimstofbanen kan de diffusie-afstand bestuurd en derhalve geoptimaliseerd worden.

De ruimtes tussen de uitstekende noppen kan bovendien voor de gasevolutie gebruikt worden.

Bij voorkeur is de afstand van elk punt in de schuimstofbanen tot de waterige fase die blootgesteld is aan de vrije menging en doorstroming, steeds kleiner dan 10 cm.

De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen. Daarbij is in een vat dat voorzien is van toevoermiddelen voor vloeibare voedingsvloeistof en gassen, en afvoermiddelen voor vloeistof, gas en eventueel cellen van microben, een systeem van eenheden van polyurethanschuimstoflagen met open poriën gefixeerd, waarbij de polyurethanschuimstoflagen elk een vlak hoofdoppervlak en een geprofileerd hoofdoppervlak bezitten terwijl de hoofdoppervlakken zich in nagenoeg evenwijdige respectievelijk concentrische positie t. o. v. elkaar bevinden.

Bij voorkeur bestaat het dragersysteem van polyurethanschuimstof eenheden uit ten minste 2 naast elkaar aangebrachte schuimstofplaten.

Zeer doelmatig kan het dragersysteem van polyurethanschuimstofeenheden ook bestaan uit een opgerolde schuimstofbaan, waarbij het geprofileerde oppervlak naar buiten is gekeerd. terwijl de as van de opgerolde baan nagenoeg in de stromingsrichting ligt.

Bij voorkeur bestaat het dragersysteem van polyurethanschuimstof lagen, waarvan het geprofileerde oppervlak bestaat uit een regelmatig patroon van uitstekende en verdiepte delen van nagenoeg gelijke afmetin-

gen.

Een vat waarin geschikte schuimstofeenheden aangebracht kunnen zijn, is een langwerpig rond vat waarvan de as nagenoeg vertikaal staat, en waarin polyurethanschuimstofeenheden uniform gestapeld zijn, terwijl toevoerleidingen voor verse voedingsvloeistof en gassen op elke gewenste hoogte aanwezig kunnen zijn.

De uitvinding wordt verder verduidelijkt door middel van de volgende beschrijving onder verwijzing naar de 3 figuren.

Fig. 1 is een perspectief van een systeem uit polyurethanschuimstof met open poriën (1), waarvan het hoofdoppervlak (2) vlak is en het hoofdoppervlak (3) geprofileerd is. Het geprofileerde oppervlak heeft een regelmatig patroon van uitstekende (4) delen en verdiepte delen (5) van nagenoeg gelijke afmetingen.

Fig. 2 is een zijaanzicht van een tweelagig systeem uit polyurethanschuimstoflaag met open poriën, waarin (4) een uitstekend deel en (5) een verdiept deel aangeeft, terwijl (6) openingen tussen het vlakke oppervlak (2) en het geprofileerde oppervlak (4) aangeeft.

Fig. 3 is een schematisch bovenaanzicht van aanleunend geplaatste rollen van schuimstofbanen met één vlak hoofdoppervlak en één geprofileerd oppervlak, waarbij de geprofileerde oppervlakken naar buiten zijn gekeerd. Op een laag van aanleunende rollen van schuimstofbanen, bevindt zich ten minste nog één laag van aanleunend geplaatste rollen van schuimstofbanen die elk ten opzichte van de onderliggende rollen verspringend geplaatst zijn. In deze figuur zijn de openingen (7), openingen tussen opeenvolgende lagen.

Voorbeeld I
Afvalwater van een zetmeelverwerkend bedrijf werd met de twee volgende systemen op zijn anaerobe afbreekbaarheid onderzocht. a) een anaerobe reaktor (zoals aangegeven in de Proceedings van AS
Noordwijkerhout, 23-25 November 1983, P. Huysman, P. van Meenen, P. van Assche en W. Verstraete : fig. 1) werd tot 50% van zijn volume met gereticuleerde (open cellige) polyurethan kubussen met ribben van 2 cm en een nominale porositeit van 45 poriën per inch, gevuld. b) een identieke reaktor werd voor 48% gevuld met vier lamellen volgens de uitvinding, die vertikaal in de reaktor zijn aangebracht, waarbij zich telkens de rugzijde van de ene lamel tegen de noppenzijde van de volgende lamel bevond. Deze lamellen hebben een rugzijde van 1 cm dik en de noppen zelf zijn 2 cm hoog.

De lamellen bestaan uit hetzelfde open cellig polyurethan dragermateriaal als bij a). De concentratie

van het afvalwater dat in beide reaktoren werd gebracht bedroeg ge- middeld 7, 1 g COD/l. De voeding vond discontinu, 1 maal/dag plaats.

Er werd een maximale volumebelasting (g COD/lr. d) nagestreefd gekop- peld aan een totale COD vermindering van ten minste 80%.

Resultaten : 1) met de kubusvormige polyurethan dragers werd gemiddeld 8,2 g COD/1- reaktor. d van het afvalwater afgebroken. Aangezien 50% van de reak- torruimte was gevuld met kubussen betekent dit derhalve een COD af- braak van 16,4 g/l polyurethanschuimstof/d. De minimaal haalbare vo- lumebelasting waarbij nog 80% COD-reduktie bereikt werd was 9,84 g
COD/l reaktor/dag.

2) met de lamellaire polyurethandragers werd gemiddeld 11,0 g COD afge- broken per liter reaktor per dag. Met de 48% vulling in de reaktor betekent dit dus 22,9 g COD afbraak/l reaktor/d. Bij de reaktor waar- in lamellen waren aangebracht kon een volumebelasting van 13,2 g
COD/l reaktor/dag behaald worden en eveneens 80% COD-reduktie. De haalbare volumebelasting met het lamellaire reaktorvullingssysteem was derhalve 34% beter dan met de kubussen bij een gelijke 80% COD- reduktie.

Voorbeeld II
De opstartsnelheid van twee reaktoren als beschreven in voorbeeld I werd vergeleken.

Twee identieke reaktoren als in voorbeeld I werden nu met evenveel polyurethandragermateriaal gevuld. De ene reaktor bevatte evenwel drie op eenzelfde manier genopte lamellen als in voorbeeld I die met de rugzijden tegen de noppenzijden waren geplaatst. De andere reaktor was met kubussen met ribben van 2 cm gevuld.

Van de reaktoren (weer als aangegeven in opgemelde referentie) werd 5 volumeprocent van de inhoud met microbiologisch entmateriaal gevuld.

De opstartvolumebelasting werd bewust erg laag gehouden en was voor beide reaktoren identiek.

Tijdens de eerste week van de opstart werd bij een gemiddelde van 14 g COD/1 reaktor/d geen duidelijk verschil waargenomen tussen de twee types reaktoren. Tijdens de tweede week van de opstart werd bij de gemiddelde volumebelasting van nog steeds 14 g COD/1 reaktor/d 14% meer COD afgebroken door de met lamellen gevulde reaktor.

Voorbeeld III
Er werd een vergelijking gemaakt met betrekking tot de COD-afbraak

en de biogasproduktie/l reaktor/dag van een met drie lagen genopte lamellen gepakte reaktor als in Voorbeeld I en een met evenveel dragermateriaal als in de met lamellen gevulde reaktor, waarbij kubussen van 2 cm werden toegepast. De stapeling van de kubussen en lamellen werd zo uitgevoerd dat ze met de stapeling in fullscale reaktors overeenkwam.

Het gebruikte medium was hetzelfde als in voorbeeld I. Bij een volumebelasting van 109 g COD/1 reaktor/d werd in de beide reaktoren bij de lamellaire reaktor gemiddeld 16% meer COD afgebroken per dag dan bij de kubussenreaktor.

Derhalve vormde de lamellaire reaktor 48 1 biogas/l reaktor/d (dit komt overeen met +/-96 g COD afbraak/l reaktor/d) tegenover de kubussenreaktor die 40, 1 l biogas/l reaktor/d vormt (wat overeenkomt met + 80,2 g COD afbraak/l reaktor/d). Bij de toegepaste volumebelasting brak de lamellaire reaktor dus 88, 1% af van de COD tegenover de kubussenreaktor 73, 6%.

Voorbeeld IV
Een lamellenreaktor werd vergeleken met een kubussenreaktor. In dit voorbeeld was het gebruikte medium een voorverzuurde melasseoplossing van 30 g COD/l waar een deel mineralen aan werd toegevoegd, als in het medium van AWWT. In deze opstelling bedroeg het reaktorvolume van beide reaktoren 8 liter en vond de voeding door een met een tijdsklok gestuurde slangenpomp met regelbaar debiet plaats. De overmaat medium werd uit de reaktor verwijderd met een gasdicht hevelsysteem. Het afvalwater zelf werd door een tweede pomp in de reaktor gerecirculeerd.

De lamellenreaktor bevatte 48% dragermateriaal van het lamellaire noppentype als beschreven in voorbeeld I, terwijl de tweede reaktor 50 % kubussen-dragermateriaal bevatte.

De lamellaire reaktor brak gemiddeld 45 g COD af/l/d van dit afvalwater en reduceerde de COD tot 25% van de binnenkomende COD (75% COD-reduktie).

De overeenkomstige kubussenreaktor breekt evenwel slechts 36 g COD af/l/d, gekoppeld aan een COD-reduktie van eveneens 75%. Het verschil tussen beide reaktoren bedraagt aldus 20% meer COD afbraak in het voordeel van de lamellaire reaktor.

Claims

CONCLUSIES 1. Werkwijze voor het uitvoeren van microbiologische vergistingen, waarbij een voedingsvloeistof en eventueel benodigde gassen door een ge- EMI9.1 fixeerd systeem van polyurethanschuimstof-eenheden met open cellen worden geleid, met het dat men een systeem van ten minste 2 tegen elkaar liggende schuimstoflagen met elk een vlak hoofdoppervlak en een geprofileerd hoofdoppervlak, waarbij in de opeenvolgende lagen telkens het geprofileerde oppervlak van een schuimstoflaag tegen het vlakke oppervlak van de aanliggende schuimstoflaag ligt.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men ten minste 2 aanleunende schuimstofplaten gebruikt, die in 10 tot 100 %, bij voorkeur 40 tot 80 vol. X, van de reaktorruimte verdeeld zijn.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken- merk, dat men een opgerolde schuimstofbaan gebruikt.
4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat men een opgerolde schuimstofbaan gebruikt, waarbij het geprofileerde oppervlak naar buiten is gekeerd.
5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, met het kenmerk, dat men schuimstoflagen gebruikt, waarvan het geprofileerde oppervlak bestaat uit een patroon van uitstekende en verdiepte delen van nagenoeg gelijke afmetingen.
6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat men een systeem van op elkaar gestapelde opgerolde schuimstofbanen in een up-flow reactor gebruikt, waarbij de vlakke oppervlakken naar binnen zijn gekeerd.
7. Inrichting voor het uitvoeren. van microbiologische vergistingen, waarbij in een vat een systeem van eenheden van een polyurethanschuimstoflagen met open poriën is gefixeerd, met het kenmerk, dat de polyurethanschuimstoflagen een vlak hoofdoppervlak en een geprofileerd hoofdoppervlak bezitten en in de opeenvolgende lagen telkens het geprofileerde oppervlak van een laag tegen het vlakke oppervlak van de aanliggende laag ligt.
8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het systeem van eenheden van polyurethanschuimstoflagen bestaat uit ten minste 2 aanleunende schuimstofplaten.
9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het ken- merk, dat het systeem van eenheden van polyurethanschuimstoflagen bestaat uit een opgerolde schuimstofbaan, waarbij het geprofileerde opper- <Desc/Clms Page number 10> vlak naar buiten is gekeerd.
10. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het ken- merk, dat van de schuimstoflagen het geprofileerde oppervlak bestaat uit een regelmatig patroom van uitstekende en verdiepte delen van nagenoeg gelijke afmetingen.
11. Inrichting volgens conclusie 7-10, met het ken- merk, dat een up-flow reaktor een systeem van op elkaar gestapelde opgerolde schuimstofbanen bevat, waarbij de vlakke oppervlakken naar binnen zijn gekeerd.