Principeschema
principeschema 1: Conventioneel systeem
principeschema 2: SBR-type
Principe- en installatiebeschrijving
Een aerobe waterzuivering op basis van biologische oxidatie met actief slib dient in hoofdzaak voor de verwijdering van de organische fractie uit afvalwater. Naast deze verwijdering van organische stof is een dergelijke zuivering ook in staat stikstof en fosfor in beperkte mate te elimineren (zie technische fiche 'biologische nutriëntverwijdering').
Aerobe micro-organismen organiseren zich in slibvlokken. Dergelijk actief slib is een mengsel van microscopische organismen: bacteriën, protozoa, rotiferen[1], enz. Wanneer voldoende zuurstof voorradig is, zijn deze organismen in staat om organische componenten uit het afvalwater (influent) te oxideren tot CO2 en water. Dit proces noemt men dissimilatie.
Een gedeelte van de organische stof echter wordt gebruikt voor de aanmaak van nieuwe biomassa. Dit wordt de assimilatie genoemd. De stijgende slibconcentratie kan onder controle worden gehouden door op geregelde tijdstippen biomassa uit het systeem te verwijderen. Indien een aerobe zuivering echter zeer laag belast wordt is deze slibgroei vaak uiterst laag.
De reactie van de oxidatie van organische stof kan als volgt voorgesteld worden:
afvalwater + biomassa + O2 -> CO2 + H2O + nieuwe biomassa
Uitvoeringsvormen
Conventioneel actief slib systeem
Een conventioneel actief slib systeem bestaat uit een beluchtingstank waarin de biologische afbraak plaatsvindt en een nabezinktank, waarin het slib wordt gescheiden van het behandelde afvalwater (zie principeschema 1). Slibvlokken met een goede structuur en hoge densiteit zijn aangewezen om deze stap vlot te laten verlopen. Soms wordt het beluchtingsbekken voorafgegaan door een mengtank (selector), waarin influent intensief gemengd wordt met slib. Op deze wijze tracht men de groei van draadvormende bacteriën te verminderen. Een conventioneel actief slib systeem vertoont over het algemeen een betere werking van de bezinking in vergelijking met een SBR omwille van de specifieke werking van de nabezinktank (conische vorm en uitgerust met schraper).
SBR (Sequencing Batch Reactor)
In een SBR (zie principeschema 2) worden achtereenvolgens in de tijd de diverse zuiveringsprocessen uitgevoerd in eenzelfde bekken. Vullen, beluchten, bezinken en aflaten is een standaard cyclus. Een SBR is daarom bij uitstek geschikt voor afvalwaterstromen die batchgewijze vrijkomen. Bij continue afvalwaterstromen moet een buffering worden toegepast. In een SBR kunnen verschillende biologische processen zoals nitrificatie en denitrificatie (zie technische fiche 'biologische nutriëntverwijdering') na elkaar uitgevoerd worden. Deze procestijden zijn flexibel en kunnen eenvoudig worden aangepast (bv. langere bezinkingstijd bij slecht bezinkend slib). Een SBR-systeem is gunstiger naar het vermijden van draadvormende bacteriën omdat tijdens de voedingsfase het systeem werkzaam is als een selector.
Membraanbioreactoren
Bij membraanbioreactoren wordt de bezinkingsstap vervangen door een membraanscheiding (zie technische fiche 'Membraanbioreactor').
Specifieke voor- en nadelen
Actief slib systemen zijn flexibel, robuust en kosteneffectief. Een brede range van influentconcentraties kan worden behandeld. Een actief slib systeem is flexibel en kan een goed zuiveringsresultaat behalen bij beperkt wisselende influent samenstelling of aanvoer. Bij sterke variatie van het afvalwater in concentratie of debiet is een buffertank (zie technische fiche 'Bufferbekken') noodzakelijk om deze pieken af te vlakken Een actief slib tank is een vrij eenvoudige technologie maar vereist toch regelmatig toezicht en opvolging van de belangrijkste procesparameters (bezinking, belasting, enz.). Een vergaande optimalisatie van de procesregeling kan in de meeste gevallen worden bereikt.
Onderhoud aan de installatie is beperkt, mede omdat mechanische onderdelen zoals slibschrapers of ruimers niet nodig zijn in kleine installaties.
Toepassing van een actief slibtank vereist een goed biologisch afbreekbaar afvalwater. De biologische afbreekbaarheid kan op laboschaal worden uitgetest. Een nadeel van de actief slibtank is dat er een relatief grote installatie nodig is vanwege de soms lange verblijftijd in de tank, het relatief lage slibgehalte en het grote nabezinkoppervlak dat vereist is. Andere belangrijke nadelen, vooral ten opzichte van anaerobe behandeling (zie technische fiche 'Anaerobe biologische afvalwaterzuivering'), zijn de hoge kosten voor energie en de verwerking en afvoer van het slib.
Toepassing
De actief slib tank wordt op grote schaal toegepast voor industrieel en huishoudelijk afvalwater met organische vervuiling.
Randvoorwaarden
Meestal ligt de temperatuur van het afvalwater tussen de 15 en 35°C. Een brede range aan CZV waarden kan worden behandeld. Sterk zure of basische waters moeten worden gecorrigeerd zodat in het systeem een pH tussen 6,5 en 8,5 wordt gehandhaafd. Om een optimale groei van micro-organismen toe te laten is het belangrijk dat het afvalwater goed biologisch afbreekbaar is en een geschikte verhouding organische koolstof / stikstof / fosfor (C/N/P) bevat. Deze verhouding wordt meestal uitgedrukt als de BZV/N/P verhouding die idealiter 100/5/1 bedraagt. In sommige gevallen moet N en P worden toegevoegd. Actief slib systemen zijn relatief ongevoelig maar kunnen geïnhibeerd worden door hoge concentraties aan zouten of specifieke chemicaliën.
Werkingsgraad
De BZV wordt grotendeels verwijderd over een dergelijke biologische installatie. Het rendement voor CZV hangt af van de biologische afbreekbaarheid van water.
Hulpstoffen
Om de benodigde verhouding C/N/P te krijgen, kan dosering van nutriënten zoals fosfor en ureum nodig zijn. Een vuistregel is dat BZV/N/P = 100/5/1. Tevens kan het nodig zijn om de pH van het influent middels loog of zuur te corrigeren. pH correctie wordt soms ook toegepast rechtstreeks in de actief slib tank.
In een aantal gevallen is het noodzakelijk om micronutriënten zoals Na, Ca, Mg, Zn, Cu en/of B te doseren in zeer lage concentraties om de werking van de biologische processen te optimaliseren. Dit wordt meestal toegepast bij afvalwater met eenzijdige samenstelling.
Milieu-aspecten
Als reststof komt slib vrij. Afhankelijk van het influent, de locatie en de installatie kunnen maatregelen tegen geuroverlast, emissie van schadelijke stoffen en aërosolen naar de lucht of geluidsoverlast nodig zijn.
Kosten
De investeringskost is afhankelijk van de grootte van de installatie.
case 1: voedingsindustrie (2008)
De investeringskost van een SBR voor de behandeling van 30 m³/dag met een CZV-concentratie van 5000 mg/l inclusief buffertank van 100 m³ met pH correctie, nutriëntaanmaak en -dosering bedraagt 250 000 €.
case 2: voedingsindustrie (2008)
Voor de behandeling van 1600 m³/dag afvalwater met 1500 mg/l CZV bedraagt de investeringskost van een conventioneel actief slib systeem 950 000 € inclusief slibstockage en dienstgebouw.
Voor de jaarlijkse operationele kosten gelden de volgende vuistregels. Het onderhoud bedraagt ongeveer 2% van de investeringskosten. Het energieverbruik bedraagt circa 0,1 kWh per i.e., De arbeidstijd voor o.a. bediening is circa 1 dag per week voor systemen kleiner dan 1 000 i.e., circa 2 dagen per week voor systemen kleiner dan 4.000 i.e. en meer dan 3 dagen per week voor systemen groter dan 5.000 i.e.
Opmerkingen
geen
Complexiteit
Het actief slib proces is een relatief eenvoudig proces dat in veel gevallen automatisch wordt gestuurd. Er is echter wel een frequente manuele opvolging noodzakelijk om het zuiveringsproces te evalueren en bij te sturen.
Automatiseringsgraad
Aerobe biologische afvalwaterzuiveringssystemen zijn verregaand geautomatiseerd. Processturing dient geoptimaliseerd te worden op basis van analyseresultaten.
Referenties
- Baeyens J., Hosten L. en Van Vaerenbergh E., Afvalwaterzuivering, Stichting Leefmilieu - Kluwer Editorial, 1995
- EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
- Koot A.C.J., Behandeling van afvalwater, Uitgeverij Waltman, Delft (NL), 1980
- Stowa, Het actief slibproces de mogelijkheden en grenzen, 2007
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
[1] Rotiferen of radardiertjes zijn relatief grote, duidelijk beweeglijke, langgerekte, meercellige organismen. Komen vnl; voor bij laagbelaste systemen.