Biologische afvalwaterzuivering is een belangrijk proces voor de zuivering van industrieel en gemeentelijk afvalwater. Het maakt gebruik van de natuurlijke stofwisselingsprocessen van micro-organismen om organische verbindingen, voedingsstoffen en verontreinigende stoffen uit afvalwater te verwijderen. De gebruikte biologische processen zijn gebaseerd op het vermogen van bacteriën, schimmels en andere micro-organismen om organische stoffen af te breken en om te zetten in onschadelijke eindproducten zoals kooldioxide (CO₂), water (H₂O) en biomassa. Dit gebeurt onder aerobe of anaerobe omstandigheden, afhankelijk van het type afvalwater dat behandeld moet worden en het gekozen proces.
Inhoudsopgave
Technische basisbeginselen
In de industriële praktijk wordt biologische afvalwaterbehandeling uitgevoerd in verschillende soorten reactoren die de biologische afbraak optimaliseren. De meest voorkomende processen zijn
1. aerobe biologische afvalwaterbehandeling
- In dit proces worden micro-organismen in een zuurstofrijke omgeving gebruikt om organische verbindingen af te breken tot kooldioxide, water en biomassa. De meest voorkomende processen zijn het actief slibprocesbiofilmprocessen (bijv. tricklingfilters en vastbedreactoren) en membraanbioreactoren (MBR).
Geactiveerd slibproces:
- In actief-slibtanks wordt het afvalwater gemengd met actief slib dat een groot aantal micro-organismen bevat. De micro-organismen breken de organische belasting af terwijl er lucht of zuurstof wordt ingeblazen om voor de nodige zuurstoftoevoer te zorgen.
Foto: Beluchtingstank met denitrificatie en nitrificatie voor afvalwater uit de voedingsindustrie (proces: ALMA BHU BIO)
Bioreactoren met membranen (MBR):
- Een combinatie van klassieke actiefslibtechnologie en membraanfiltratie. Deze systemen bieden het voordeel van een zeer hoge efficiëntie in de afscheiding van micro-organismen en gezuiverd water, wat vooral belangrijk is bij hergebruik van water (waterrecycling).
Afbeelding: Compacte membraanbioreactor in modulair ontwerp(ALMA BIO MBR)
2. anaerobe biologische afvalwaterbehandeling
- Bij anaerobe behandeling werken de micro-organismen zonder zuurstof. Dit proces is bijzonder geschikt voor afvalwater met een hoge organische belasting, bijvoorbeeld uit de voedingsindustrie of de chemische industrie. De producten van deze processen zijn onder andere methaan, kooldioxide en ammoniak. Anaerobe processen zijn energie-efficiënt omdat er geen zuurstof aan te pas hoeft te komen en omdat ze ook biogas genereren als energiebron.
- Een veelgebruikt proces is de anaerobe slibvergister of de UASB-reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), waarin organische stoffen worden afgebroken door een gegranuleerd anaeroob slib.
Foto: Anaerobe behandeling in de ALMA BHU GMR biogasreactor
Relevantie in de praktijk
Biologische afvalwaterzuivering is een kosteneffectief en milieuvriendelijk proces voor het verwijderen van organische stoffen, voedingsstoffen (zoals stikstof en fosfor) en verontreinigende stoffen. Het wordt gebruikt in een groot aantal industrieën, waaronder
- Voedingsmiddelen- en drankenindustrie: Deze industrie produceert grote hoeveelheden organisch verontreinigd afvalwater dat effectief kan worden behandeld met biologische processen.
- Chemische industrie: Biologische behandeling wordt hier gebruikt om organische oplosmiddelen, oppervlakteactieve stoffen en andere verbindingen af te breken.
- Pulp- en papierindustrie: Deze industrie produceert afvalwater met hoge concentraties organische stoffen en voedingsstoffen die biologisch afgebroken moeten worden.
Processen en mechanismen
Organische afbraak: De afbraak van organische stoffen door micro-organismen vindt plaats door de opname van de verbindingen als voedingsstoffen. Micro-organismen zetten complexe organische verbindingen om in eenvoudigere moleculen, die vervolgens worden afgebroken tot kooldioxide, water en biomassa.
Stikstofverwijdering (nitrificatie en denitrificatie):
- Nitrificatie: Ammonium (NH₄⁺) in afvalwater wordt eerst omgezet in nitriet (NO₂-) en vervolgens in nitraat (NO₃-) onder aerobe omstandigheden door nitrificerende bacteriën.
- Denitrificatie: Onder anaerobe omstandigheden reduceren denitrificerende bacteriën nitraat tot gasvormig stikstof (N₂), dat als een onschadelijk gas in de atmosfeer ontsnapt.
Fosforverwijdering: Het fosforgehalte in afvalwater kan worden verlaagd door biologische fosfaatverwijdering. Bepaalde micro-organismen slaan fosfor op in hun cellen als polyfosfaten, die vervolgens als slib uit het systeem worden verwijderd.
Uitdagingen en optimalisatie
Hoewel biologische afvalwaterzuivering veel voordelen biedt, zijn er ook uitdagingen waarmee in de industriële praktijk rekening moet worden gehouden:
Hoge concentraties toxische stoffen: Sommige industriële afvalwaters bevatten toxische stoffen (bv. zware metalen, fenolen of gechloreerde verbindingen) die de activiteit van micro-organismen remmen. In dergelijke gevallen moeten extra voorbehandelingsstappen, zoals chemische neerslag, oxidatie (bijv. Fentonproces) of membraanprocessen (bijv. omgekeerde osmose) worden gebruikt om de verontreinigende stoffen te verwijderen of te verminderen.
Precipitatie- en flocculatie-installaties (CP-installaties):
- In sommige gevallen, in combinatie met biologische afvalwaterbehandeling, chemisch-fysische systemen (zoals de ALMA CHEM MCW) gebruikt om moeilijk afbreekbare stoffen te verwijderen of om de bezinking van vaste stoffen te verbeteren.
Foto: CP-installatie voor de verwijdering van biologisch slecht afbreekbare stoffen(ALMA CHEM MCW)
Biofouling in membraansystemen:
- Biofouling kan voorkomen in biologische zuiveringsinstallaties die werken in combinatie met membraanprocessen (bv. MBR of omgekeerde osmose). Dit is de ophoping van micro-organismen en hun stofwisselingsproducten op het membraan, waardoor de prestaties afnemen. Een effectieve voorbehandeling, zoals de biologisch geactiveerde filtratie ALMA BioFil Compact of de ALMA BHU BAF, kan helpen om achtergebleven organisch materiaal te verwijderen en biofouling te minimaliseren.
Foto: Biologisch geactiveerde filtratie in betonconstructie met kleikorrels als groeidrager en filtermateriaal(ALMA BHU BAF)
Conclusie
Biologische afvalwaterzuivering is een belangrijke technologie voor de zuivering van afvalwater in de industrie. Het maakt gebruik van het natuurlijke vermogen van micro-organismen om organisch materiaal en voedingsstoffen af te breken en biedt een kosteneffectieve, duurzame en milieuvriendelijke oplossing. Door verschillende biologische, chemische en fysische processen te combineren, kan de efficiëntie verder worden verhoogd en worden aangepast aan de specifieke eisen van de betreffende industrie.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
