Biologische afvalwaterbehandeling

De biologische afvalwaterzuivering is de meest toegepaste en oudste methode voor het reinigen van afvalwater uit de industrie en huishouding. Met de AQUA-systeemreeks werd deze bijzonder effectieve methode gemodificeerd voor de terugwinning van afvalwater uit autowas- truckwash- en trein- en metrowash-installaties. Met de FAT/VOS wordt de behandeling van biologisch vervuild afvalwater in de food- en petfood-industrie mogelijk. De IBA Solo Turbante gebruikt deze techniek voor het zuiveren van sanitair en huishoudelijk afvalwater op plekken waar geen rioolaansluiting is en geloosd wordt op bodem of oppervlaktewater.


Theorie

Het technische bio-basisprincipe van deze behandelingsmethode bestaat uit een aeroob al dan niet in combinatie met een anaerobe afbraakstap. De anaerobe afbraakstap wordt indien nodig voor de aerobe stap geplaatst. Deze kan bijvoorbeeld dienen om Nitraat om te zetten in Stikstof. De anaerobe fase heeft zoveel inhoud dat er voldoende verblijftijd wordt verkregen. Dit zorgt voor een goede bezinking van slib en voldoende tijd voor de anaerobe afbraakproces.

De aerobe stappen zien er als volgt uit; Een reaktor (B), waarin aërobe organismen aanwezig zijn die hun voedingstoffen halen uit het afvalwater (Q) wat wordt toegevoegd.

Om zuurstof in te brengen en om de organismen zwevende te houden, wordt de waterbuffer belucht en gecirculeerd. De organismen voeden zich met stoffen uit het afvalwater. Deze stoffen worden via biochemische processen, waarbij zuurstof wordt gebruikt, omgezet in lichaamseigen stoffen. Deze stoffen worden opgenomen in de cellen. Zuurstof is nodig als brandstof.

Afb. 1: Schematische weergave actief-slib-methode - Na een verblijf in de reaktor wordt het afvalwater in een separator geleid en daar dermate tot rust gebracht, dat de organismen zich kunnen afzetten. Het gereinigde afvalwater (QA) wordt na verloop van tijd afgevoerd en de bezonken organismen worden terug geleid in de Reaktor (QRS) of uit het systeem ontnomen (QÜ)

Reinigingsdragers

De eigenlijke drager van het reinigingsvermogen is het zogenaamde actief-slib. Dit bestaat uit ontelbare kleine deeltjes met een meest voorkomende diameter van 50 tot 200 µm.

Het centrum van dit deeltje bestaat hoofdzakelijk uit inerte stoffen van het afvalwater, zoals; (1) oxiden van aluminium, ijzer en silicium (wat meestal leidt tot een bruinachtige verkleuring), (2) zware metalen, (3) hydroxiden en (4) kalk. Daarentegen zijn in het biologisch actieve randgebied- bacteriën herkenbaar aan hun grijze kleur.

Afb. 2: Principeschets van een actief-slibdeeltje - De samenstelling van het biologische randgebied verandert steeds, wat gedeeltelijk wordt veroorzaakt door verandering van het afvalwater en door een eigen dynamiek, waarvan de oorzaak nog niet bekend is.

Werkwijze van de bacterien

Onder het begrip bacteriën wordt, naar vorm, fysiologie en milieu-eisen, een uiterst veelzijdige groep van micro-organismen begrepen.

Alle bacteriën leven graag in een natte omgeving. Bacteriën verwerken voornamelijk organische stoffen en zorgen ervoor dat de bouwstenen van dit organisch materiaal terugkeren in de natuurlijke stofwisselingscyclus.

De afbraak van afvalstoffen uitsluitend op basis van stofwisselingsprocessen, geschiedt in meerdere fasen.

Een eenvoudig klein vuil-molecuul lost eerst op in vocht. Daarna wordt ze opgenomen door de bacterie en passeert ze de celwand en komt terecht in het stofwisselingsproces, waar intracellulaire enzymen voor de afbraak van het vuil-molecuul naar omzetting in kooldioxide en water zorgen. Met grote complexe moleculen is dit niet mogelijk. Hiervoor scheidt het micro-organisme extracellulaire enzymen af die deze moleculen als het ware in stukken ‘hakken’. Deze brokstukken worden dan weer intracellulair omgezet in kooldioxide en water. Daarbij wordt door verschillende mechanismen enerzijds bouwstof voor meer celmateriaal, anderzijds energie voor het eigenlijke stofwisselingsproces gewonnen. Afvalprodukten voor de bacterie, zoals kooldioxide en water, worden uiteindelijk via de celwand uitgescheiden.

Voor het stofwisselingsproces (de ademhalingsketen) is zuurstof onontbeerlijk. Dit wordt door beluchtingsturbines mechanisch ingebracht en is in opgeloste vorm aanwezig in het water. Verder zijn er nog andere parameters, in minimale hoeveelheden, noodzakelijk in het afvalwater, die het stofwisselingsproces beinvloeden.

Belangrijke parameters zijn bepaalde in oplossing zijnde elementen, die bij acuut gebrek in het afvalwater in de vorm van zouten kunstmatig worden toegevoegd, zoals stikstof en fosfor. Daarbij spelen zwavel, kalium en een hele rij van sporenelementen eveneens een belangrijke rol. Met uitzondering van stikstof en zuurstof zijn alle noodzakelijke stoffen in overvloed aanwezig in het afvalwater van autowasinstallaties/huishoudens/foodindustrie, waarbij het toevoegen van stikstof af en toe noodzakelijk is, voornamelijk tijdens de opstartfase.

Door het eiwitkarakter van de enzymen beïnvloedt de pH-waarde van het afvalwater het reactie-vermogen van deze enzymen. Daarbij blijkt dat verschillende enzymen in een betrekkelijk breed pH-gebied kunnen functioneren. Over het algemeen ligt het, voor het biologische proces, gunstige gebied tussen 6,5 < pH < 7,5.

Door het vrijkomen van kooldioxide neemt het bufferend vermogen van de waterbuffer voor afvalwater met hoge pH-waarden belangrijk toe. Bovendien wordt door de biologische afbraak van organische alkalische (de oppervlakte-actieve) stoffen, het afvalwater extra geneutraliseerd.

De temperatuur heeft een dubbele invloed op de snelheid van de biologische reacties.Allereerst leidt een temperatuurverhoging in het algemeen altijd tot een hogere snelheid van chemische en biologische reacties. De snelheidsverhoging is echter niet onbegrensd, omdat enzymen door hun eiwitkarakter bij stijgende temperatuur denatureren (als het ware kapot-koken en dus niet meer actief zijn).

Afhankelijk van de macromoleculen, waaruit de vuildeeltjes in het afvalwater bestaan en hun ontledingsproducten, zijn verschillende soorten enzymen voor de omzetting noodzakelijk.Omdat een bacteriesoort over het algemeen maar weinig enzymen kan produceren, is een grote hoeveelheid aan soorten de basis voor een allesomvattende omzetting van alle voedingstoffen in het afvalwater. Bovendien zijn veel bacteriën in staat hun enzymenproduktie zo te modificieren dat ook moeilijk afbreekbare moleculen en voedingsstoffen verwerkt kunnen worden, zoals minerale oliën en oplosmiddelen op oliebasis.

Het proces, waarbij voor de verwerking van een nieuwe voedingstof nieuwe enzymen door de bacterie worden ontwikkeld, wordt ook wel adaptatie oftewel aanpassing genoemd.Door bacterien te adapteren, door verschillende kweek-methodes, kan een biologische afbraak meteen efficient plaatsvinden. Door niet ge adapteerde bacterien toe te passen zal in de aanvangsfase de afbraak onvolledig zijn.

In de praktijk

Afvalwatertechniek gebruikt de biologische methode om afvalwater van car-truck-trein- en vliegting-was-installaties geschikt te maken voor hergebruik (AQUA HZ/HRW). Daarnaast wordt dit principe gebruikt bij de VOS/FAT, en IBA-systemen Aqua Spa Bio/BIO-FLOW.

De reaktor (B afb. 1) wordt bij waterhergebruik voor carwash gecreeerd door een bovengrondse installatie waarin lucht wordt ingebracht middels een beluchtingsturbine die meteen het water circuleerd, de Bio-Reaktor. Procesbekkens (ondergronds) zorgen voor de slibafzetting en dienen zo als seperator (C). Doordat slibafzetting alsook afbraak van vervuiling tijd vergt is een ruime procesbekken - inhoud noodzakelijk, varierend van 10 - 100 m³.

Afgezet slib

In de praktijk zal QA het gereinigde Afvalwater, gedeeltelijk worden hergebruikt (85 %) en worden geloosd (10 %). De overige 5 % is verlies door verdamping en water wat aan de voertuigen blijft hangen.

Bel ons voor meer informatie of vul ons contactformulier in.