BE1010340A6

BE1010340A6 - Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van verontreinigd water.

Info

Publication number: BE1010340A6
Application number: BE9600528A
Authority: BE
Original assignee: Biotim Naamloze Vennootschap
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1998-06-02
Also published as: DE69720108T2; DE69720108D1; EP0812806B1; EP0812806A1

Abstract

Werkwijze voor het zuiveren van verontreinigd water, in het bijzonder het verwijderen van biologisch moeilijk afbreekbare organische bestanddelen eruit, waarbij het verontreinigde water (1) doorheen een adsorptiebed (2) van actieve koolstof wordt geleid waarop zich een aërobe biomassa gehecht heeft, daardoor gekenmerkt dat een stroom van zuurstofhoudend gas (3) door het bed (2) wordt geleid zodanig dat het verontreinigde water (1) ter plaatse van het bed (2) met zuurstof verzadigd is.

Description

Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van verontreinigd water. Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van verontreinigd water, meer bepaald het verwijderen van biologisch moeilijk afbreekbare organische bestanddelen eruit.

In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze van het type waarbij het verontreinigde water doorheen een adsorptiebed van actieve koolstof wordt geleid waarop zich een aërobe biomassa gehecht heeft.

Dergelijke actieve koolbedden of koolkolommen worden vooral gebruikt na een biologische zuivering, eventueel na een snelfiltratie in een een-of meerlagenfilter waarbij zwevende stoffen verwijderd worden en de BOD waarde verder verminderd wordt.

Actieve kool adsorbeert beter grotere organische moleculen, waarvan vele trouwens moeilijk biologisch afbreekbaar zijn, dan kleine oplosbare moleculen die gemakkeljk door bijvoorbeeld een actief-slib proces kunnen verwijderd worden. Actieve kool kan aldus kleur-, geur-en smaakstoffen in het verontreinigde water en residuele organische micro-verontreinigingen zoals pesticiden tot de gewenste waarde beperken.

Na een bepaalde tijd geraken de koolstofkorrels verzadigd en kunnen ze de verontreinigingen niet langer adsorberen.

De actieve koolstofkorrels moeten dan vervangen worden door nieuwe. De verzadigde koolstofkorrels kunnen geregenereerd worden, hetgeen meestal thermisch gebeurd in een etage-oven.

Dit regelmatig vervangen en herbruikbaar maken van het bed actieve koolstofkorrels is tijdrovend en duur. Vandaar dat dit zuiveren met actieve koolstof in de praktijk niet toepasbaar is op afvalwater waarbij de koolstofkorrels zeer snel met organische verontreinigingen zouden verzadigd worden.

Om de werking van de actieve koolstoffilter nog te verbeteren wordt te reinigen water soms voorafgaand aan een ozonisatie onderworpen.

Ozon heeft een sterk oxiderende werking ten opzichte van organische stoffen en moeilijk afbreekbare stoffen, zoals sommige micropolluenten, worden geoxideerd. Door deze voorafgaande oxidatie worden deze moeilijk afbreekbare stoffen biodegradeerbaar. In het actieve koolbed ontstaat dan een biomassa en benevens de adsorptie van de niet geoxideerde grotere moleculen vindt in het koolbed ook een zekere biodegradatie plaats van de biodegradeerbaar geworden geoxideerde moleculen. Deze biologische werking wordt echter beperkt door de lage zuurstofconcentratie in het koolbed.

Om door chemische oxidatie grote hoeveelheden organische stoffen te verwijderen zijn grote hoeveelheden ozon noodzakelijk, hetgeen duur is. Vandaar dat in de praktijk kleine hoeveelheden ozon worden toegevoegd.

De uitvinding heeft een werkwijze van het voornoemd type voor het zuiveren van verontreinigd water als doel die voornoemde nadelen en andere nadelen niet vertoont.

Meer bepaald heeft de uitvinding als doel een werkwijze voor het verwijderen van moeilijk verwijderbare of recalcitrante organische bestanddelen uit een verontreinigd

water, waarbij gebruik gemaakt wordt van actieve koolstof maar waarbij deze actieve koolstof een veel langere gebruiksduur bezit dan bij de bekende werkwijzen met actieve koolstof, en waarbij, zonder ozonisatie, ook moeilijk verwijderbare organische stoffen gemakkelijk kunnen worden verwijderd, zodanig dat de werkwijze niet enkel voor drinkwaterzuivering maar ook voor de behandeling van afvalwater economisch toepasbaar kan zijn.

Dit doel wordt volgens de uitvinding verwezenlijkt door een werkwijze voor het zuiveren van verontreinigd water, in het bijzonder het verwijderen van biologisch moeilijk afbreekbare organische bestanddelen eruit, waarbij het verontreinigde water doorheen een adsorptiebed van actieve koolstof wordt geleid waarop zich een aërobe biomassa gehecht heeft en waarbij een stroom van zuurstofhoudend gas door het bed wordt geleid zodanig dat het verontreinigde water ter plaatse van het bed met zuurstof verzadigd is.

De op de actieve koolstofkorrels geadsorbeerde organische verontreinigingen worden in een sterk oxidatief midden door de micro-organismen afgebroken, hetgeen overeenkomt met een in-situ regeneratie van de actieve koolstof.

Het biologisch zuiveren van verontreinigd water door middel van een biomassa die gehecht is op een dragermateriaal is op zichzelf ook bekend. Het dragermateriaal is evenwel geen adsorberend materiaal zoals actieve koolstof maar bijvoorbeeld zand.

Alhoewel met deze zuiver biologische werkwijzen tot 99% van de verontreinigingen uit het water kunnen verwijderd worden, blijven in het water nog oplosbare microbiologische exudaten en residu's bestaande uit moeilijk afbreekbare organische bestanddelen die door de aanwezige

micro-organismen niet tijdens de verblijftijd van het water kunnen worden afgebroken, over.

Hierdoor zijn veelal dure bijkomende behandelingen zoals filtraties (bijvoorbeeld over membranen) of ozonbehandelingen nodig om aan de wettelijke voorschriften voor het lozen van afvalwater te voldoen of om het water te kunnen hergebruiken.

Volgens de uitvinding worden bij voorkeur het verontreinigde water en het zuurstofhoudende gas, bijvoorbeeld lucht, in dezelfde stromingszin doorheen het bed geleid. Deze stromingszin is doelmatig van boven naar beneden.

Deze uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het zuiveren van verontreinigd water die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de voornoemde werkwijze volgens de uitvinding.

Deze uitvinding heeft aldus betrekking op een inrichting voor het zuiveren van verontreinigd water, die een tank bevat waarin een bed van actieve koolstofkorrels is aangebracht waarop zich aërobe micro-organismen hebben gehecht die organische bestanddelen kunnen afbreken, welke tank voorzien is van een toevoerleiding voor verontreinigd water en van een afvoerleiding voor gezuiverd effluent, welke inrichting daardoor gekenmerkt is dat ze middelen bevat om zuurstofhoudend gas aan het bed toe te voeren.

Met het inzicht de kenmerken van de uivinding beter aan te tonen is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een werkwijze en een inrichting voor het zuiveren van water

volgens de uitvinding beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 op schematische wijze een inrichting weergeeft voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding ; figuur 2 een doorsnede weergeeft van een praktische uitvoering van de inrichting van figuur 1.

Om verontreinigd water 1, dat biologisch moeilijk afbreekbare organische bestanddelen bevat te zuiveren, wordt, zoals schematisch in figuur 1 is weergegeven, dit te zuiveren verontreinigd water 1 over een bed 2 geleid van actieve koolstofkorrels die gekoloniseerd zijn met aërobe micro-organismen, terwijl aan dit bed 2 een zuurstofhoudend gas 3 wordt toegevoegd zodanig dat het verontreinigde water 1 ter plaatse van het bed 2 met zuurstof verzadigd is.

Het verontreinigde water 1 wordt bovenaan het bed 2 ingebracht, bij voorkeur gesproeid, met zulkdanige snelheid dat geen dikke laag verontreinigd water op het bed 2 wordt gevormd. Een geschikte snelheid is tussen 1, 5 en 15 m/h gelegen.

Dit verontreinigd water werd bij voorkeur reeds biologisch voorbehandeld zodanig dat het in hoofdzaak enkel verontreinigd is met traag of moeilijk biodegradeerbaar organisch materiaal. Zulk organisch materiaal bevat bijvoorbeeld organische stikstof-en koolstofverbindingen die toxisch zijn ten opzichte van de conventionele biologische reinigingssystemen.

Het te behandelen verontreinigde water 1 bevat bij voorkeur minder dan 50 mg/1 vaste deeltjes in suspensie.

Het gezuiverde effluent 4 wordt onderaan het bed 2 opgevangen.

Het bed 2 bestaat uit korrels van geactiveerde koolstof met een hoge verhouding oppervlakte/volume en een grote porositeit.

De dikte van het bed 2 is bij voorkeur gelegen tussen 1 en 3 m en is bijvoorbeeld 2 m.

De aërobe micro-organismen die zieh vastgehecht hebben op de actieve koolkorrels van het bed 2 bestaan uit een mengsel heterotrofe en autotrofe micro-organismen en eventueel hogere organismen zoals protozoa en wormen.

Uiteraard kunnen aan het verontreinigde water 1 nutriënten voor de micro-organismen worden toegevoegd, bijvoorbeeld onder de vorm van minerale zouten zoals fosforbevattende zouten.

Bij het opstarten van de werkwijze wordt bij voorkeur een verrijkte cultuur van de heterotrofe en autotrofe bacteriën, bijvoorbeeld afkomstig van een actief slib reaktor, aan het bed 2 toegevoegd.

Het zuurstof bevattende gas 3 kan gevormd zijn door lucht of gassen afkomstig van een voorafgaande biologische behandeling.

Dit gas 3 wordt bovenaan in het bed 2 geïnjecteerd, bij voorkeur met een snelheid tussen 1, 5 en 15 m/h, bijvoorbeeld ongeveer 10 m/h. Dit gas 3 stroomt dus in dezelfde zin als het te zuiveren verontreinigde water 1 door het bed 2. De overmaat aan gas 3 stroomt onderaan uit het bed 2. Het zuurstof bevattende gas 3 kan eveneens

geïntroduceerd worden onderaan het koolstof bed 2 waarbij het in tegenstroom met het verontreinigde water 1 doorheen het bed 2 wordt gestuurd.

Onder deze omstandigheden wordt op de koolstofkorrels een dunne laag verontreinigd water gevormd die verzadigd of oververzadigd is met zuurstof en die een groeibodem vormt voor diverse actieve biomassa.

De zuivering kan gunstig worden beïnvloed door een lichte overdruk in het bed 2, bijvoorbeeld 0, 05 tot 1 bar.

Indien de verblijftijd van het verontreinigde water 1 in het bed 2 niet voldoende lang is, kan het effluent 4 geheel of gedeeltelijk een tweede maal, eventueel samen met nieuw te behandelen verontreinigd water, door het bed 2 worden gevoerd.

Door de aanwezigheid van vaste deeltjes in suspensie in het verontreinigde water 1 en de biomassa die op het bed 2 groeit, moet het bed 2 van tijd tot tijd worden gewassen om het verstoppen te vermijden.

Dit wassen geschiedt door gedurende 10 tot 30 minuten, bijvoorbeeld 15 minuten, voorgefiltreerd water, bijvoorbeeld een gedeelte van het effluent 4, in tegenstroom en dus van onder naar boven met een relatief grote snelheid van 15 tot 40 m/h, bijvoorbeeld ongeveer 20 m/h, doorheen het bed 2 te doen stromen. Het is mogelijk, en in sommige gevallen aangewezen, een tegenstroom wassing met lucht gedurende 10 minuten uit te voeren.
EMI7.1

De temperatuur in het bed 2 wordt tussen 4 en 40 C gehouden en bij voorkeur boven 22 C, en de pH tussen 5 en 10.

De adsorptie en mechanische filtratie door het actieve koolstofbed 2 wordt aangevuld met een katalytische en biologische bacteriële werking die door de continue toevoer van zuurstof wordt gestimuleerd.

De uitgesproken biologische activiteit in het bed 2, heeft voor gevolg dat het bed 2 in-situ geregenereerd wordt, zodanig dat de actieve koolstof niet moet worden geregenereerd of althans relatief lang kan worden gebruikt alvorens te moeten geregenereerd worden, waardoor de werkwijze economisch is.

Door de zuurstofrijke voorwaarden rond en vooral binnenin de koolstofkorrels en het verlengde contact met de biomassa worden de moeilijk biodegradeerbare stoffen afgebroken, eventueel na adsorptie op de actieve koolstof. De voorwaarden in het bed 2 zijn ook voordelig voor de microbiologische hydrolyse van moeilijk biologisch afbreekbare gereduceerde stikstofverbindingen en laat de groei toe van autotrofe nitrificerende biomassa.

Micropolluenten die normaal in concentraties aanwezig zijn die onvoldoende zijn om microbiologische activiteit in stand te houden, kunnen na voorafgaande adsorptie toch worden afgebroken. Verbindingen die sterk hydrofiel zijn en normaal niet of niet volledig door adsorptie op een actieve koolstofbed worden verwijderd, zullen toch door de biologische activiteit afgebroken worden.

In figuur 2 is een inrichting weergegeven die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de hiervoor beschreven werkwijze.

Deze inrichting bevat een rechtopstaande gesloten tank 5 waarin, op een geperforeerde bodem 6, een bed 2 van actieve koolstofkorrels is aangebracht.

Boven dit bed 2 is een sproei-inrichting 7 opgesteld, waarop de toevoerleiding 8 voor het verontreinigde water 1 is aangesloten die door een afsluiter 9 kan afgesloten worden.

Onderaan, onder de geperforeerde bodem 6 sluit op de tank 5 een afvoerleiding 10 voor het effluent 4 aan.

Een driewegkraan 11 in de afvoerleiding 10 is met de leiding 8 verbonden door een recycleerleiding 12.

Bovenaan mondt in de tank 5 een luchttoevoerleiding 13 uit waarin een compressor 14 is opgesteld. De luchttoevoerleiding 13 vormt samen met de compressor 14 middelen om zuurstofhoudend gas 3, meer bepaald lucht, aan het bed 2 toe te voeren.

Onderaan, juist onder de geperforeerde bodem 6 en boven de aansluiting van de afvoerleiding 10, sluit een door een klep 15 afsluitbare afvoerleiding 16 voor de overmaat lucht aan.

In een variante kan de compressor 14 vervangen zijn door een afzuigventilator in de afvoerleiding 16.

Helemaal onderaan mondt in de bodem van de tank 5 een door een afsluiter 17 afsluitbare toevoerleiding 18 uit voor waswater, terwijl bovenaan, boven het bed 2 de tank 5 van een afsluitbare afvoerleiding 19 is voorzien.

De werking van deze inrichting zal uiteengezet worden aan de hand van twee praktische voorbeelden.

Voorbeeld 1.

Tijdens de zuivering waren de afsluiters 17 en 19 gesloten.

De afsluiter 9 en de klep 15 waren open en de driewegkraan 11 bevond zich in de stand waarbij de afvoerleiding 10 gedeeltelijk open was maar ook in verbinding was met de recycleerleiding 12.

Via de toevoerleiding 8 werd 1 m3/h te behandelen water, afkomstig van een aërobe afvalwaterbehandelingsinstallatie van een farmaceutisch bedrijf en met een gemiddelde CZV van 84 mg/l, een gemiddelde Kjeldahl-stikstofconcentratie van 18 mg/l en een pH van 7, 3 toegevoerd, bijvoorbeeld door middel van een pomp.

Dit te behandelen water bevatte organische bestanddelen die als recalcitrant ten opzichte van biolgische afbraak, toxisch voor nitrificerende bacteriën en acuut toxisch voor vissen zoals aangetoond werd door een Brachydanio rerio overlevingstest, kunnen worden beschouwd.

Aan dit water werd een hoeveelheid via de recycleerleiding 12 gerecycleerd effluent 4 toegevoegd en het gevormde verontreinigde water 1 werd door de sproei-inrichting 7 op het actieve koolstofbed 2 gesproeid dat een volume van 4
EMI10.1
bezat. De hoeveelheid gerecycleerd effluent 4 werd door de driewegkraan 11 zo ingesteld dat het verontreinigde water 1 een neerwaartse stroomsnelheid had van 3 m/h.

Door middel van de compressor 14 werd via de leiding 13 lucht afkomstig van een inrichting voor het verwijderen van nutriënten met een snelheid van 10 m/h ingebracht.
EMI11.1

De druk in de tank 5 bedroeg 0, bar en de temperatuur in het bed 2 bedroeg meer dan 22OC. In het verkregen effluent 4 was de CZV waarde gedaald tot 22 mg/l en de Kjeldahl-stikstofconcentratie gedaald tot 4 mg/l. Het effluent 4 was volledig vrij van voor vissen toxische verbindingen zoals extraheerbare organohalogenen (EOX concentratie gedaald van 0, 42 mg Cl/l tot minder dan 0, 01 mg Cl/l).

De ammonium-stikstof was volledig genitrificeerd en omgezet tot nitraat-stikstof.

Op de aktieve kool werd de aanwezigheid vastgesteld van de nitrificerende organismen Nitrosomonas en Nitrobacter, en het hoger organisme Dero furcatus.

Na 591 dagen werking van de inrichting is noch regeneratie, noch vervanging van de actieve koolkorrels nodig gebleken.

De via de leiding 16 afgevoerde lucht was volkomen geurloos.

Wanneer het bed 2 door weerhouden vaste deeltjes en overdreven groei van de biomassa dreigde te verstoppen werd de compressor 14 gestopt en de afsluiter 9 gesloten. De driewegkraan 11 werd in de stand geplaatst waarbij de leiding 10 gesloten is en de klep 15 werd in sluitstand geplaatst.

De afsluiters 17 en 19 werden daarentegen geopend en waswater werd met een snelheid van 20 m/h gedurende 15 minuten doorheen het bed 2 gestuurd.

Het waswater werd via geopende afvoerleiding 19 afgevoerd naar een inrichting voor het afscheiden van de biomassa.

Voorbeeld 2.

Het voorbeeld 1 werd herhaald maar met te zuiveren water afkomstig van een chemisch bedrijf, met een gemiddelde CZV waarde van 865 mg/l en een Kjeldahl-stikstofconcentratie van 111 mg/l.

Het effluent 4 had nog slechts een CZV waarde van 67 mg/l en bezat een Kjeldahl-stikstof concentratie van 38 mg/l. De ammonium-stikstof in het effluent 4 was gedaald van 38 mg/l tot 5 mg/l, hetgeen een verwijdering van 87% betekent.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de hieraan toegevoegde tekeningen weergegeven uitvoeringsvormen, maar dergelijke werkwijze en inrichting voor het zuiveren van water kan in verschillende varianten worden uitgevoerd zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies.

1. - Werkwijze voor het zuiveren van verontreinigd water, in het bijzonder het verwijderen van biologisch moeilijk afbreekbare organische bestanddelen eruit, waarbij het verontreinigde water (1) doorheen een adsorptiebed (2) van actieve koolstof wordt geleid waarop zich een aërobe biomassa gehecht heeft, daardoor gekenmerkt dat een stroom van zuurstofhoudend gas (3) door het bed (2) wordt geleid zodanig dat het verontreinigde water (1) ter plaatse van het bed (2) met zuurstof verzadigd is.

2.-Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het verontreinigde water (l) en het zuurstofhoudende gas (3) in dezelfde stromingszin doorheen het bed (2) worden geleid.

3.-Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de stromingszin van het verontreinigde water (1) en het zuurstofhoudende gas (3) van boven naar beneden is. EMI13.1

4.-Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de stromingszin van het verontreinigde water (1) van boven naar beneden is, en de stromingszin van het zuurstofhoudende gas (3) van beneden naar boven is.

5.-Werkwijze volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de snelheid van het zuurstofhoudende gas (3) doorheen het bed (2) 1, 5 tot 15 m/h bedraagt.

6.-Werkwijze volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de snelheid van het verontreinigde water (1) doorheen het bed (2) 1, 5 tot 15 m/h bedraagt. <Desc/Clms Page number 14>

7.-Werkwijze volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat het bed (2) zich in een gesloten tank (5) bevindt waarin een overdruk tussen 0, 05 en 1 bar wordt gecreëerd.

8.-Werkwijze volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat een gedeelte van het effluent (4) teruggevoerd wordt en aan te zuiveren water wordt toegevoegd alvorens door het bed (2) te worden gestuurd.

9.-Inrichting voor het zuiveren van verontreinigd water (1), die een tank (5) bevat waarin een bed (2) van actieve koolstofkorrels is aangebracht waarop zieh aërobe micro-organismen hebben gehecht die organische bestanddelen kunnen afbreken, welke tank (5) voorzien is van een toevoerleiding (8) voor verontreinigd water (1) en een afvoerleiding (10) voor gezuiverd effluent (4), daardoor gekenmerkt dat ze middelen (13-14) bevat om zuurstofhoudend gas (3) aan het bed (2) toe te voeren.

10.-Inrichting volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de tank (5) verticaal is opgesteld en boven het bed (2) een sproei-inrichting (7) is opgesteld voor het verontreinigde water (1).