Biomassa recirculatie is een cruciaal proces in biologische afvalwaterzuivering waarbij het slib, dat een hoge concentratie actieve micro-organismen bevat, wordt teruggevoerd naar het biologische reactorsysteem. Deze stap maakt een effectieve en stabiele biologische zuivering mogelijk door een voldoende hoge concentratie micro-organismen in het systeem te houden. Biomassa recirculatie wordt voornamelijk gebruikt in actiefslibprocessen en andere biologische reactorsystemen om de continue afbraak van organische verbindingen en nutriënten in afvalwater te garanderen.

Technische basisbeginselen

Bij biologische afvalwaterzuivering worden micro-organismen gebruikt om organische stoffen, voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor en andere verontreinigende stoffen af te breken. Deze micro-organismen hopen zich op in de vorm van actief slib of biomassa. Tijdens het zuiveringsproces wordt het actief slib gescheiden van het gezuiverde water en een deel van dit slib wordt afgevoerd als overtollig slib om de concentratie stabiel te houden. De rest wordt teruggevoerd naar het reactiesysteem - dit is biomassa recirculatie.

Recirculatie vindt meestal plaats in een apart circuit. Het slib kan op twee manieren worden gerecirculeerd:

  1. Intern: Het slib dat bezinkt in een secundaire bezinker of een andere scheidingseenheid wordt rechtstreeks teruggepompt naar de biologische reactor (beluchtingstank). Dit gebeurt continu of discontinu, afhankelijk van de bezettingsgraad en de behandelingsdoelstelling.
  2. Extern: In sommige systemen, zoals membraanbioreactoren (MBR), wordt de biomassa vastgehouden door het membraan, wat betekent dat interne recirculatie al geïntegreerd is in de architectuur van het systeem.

De rol van biomassa recirculatie in de praktijk

Biomassa recirculatie heeft verschillende belangrijke functies in biologische afvalwaterzuivering:

  1. Behoud van de micro-organismenpopulatie: De recirculatie van de biomassa zorgt ervoor dat er een hoge dichtheid van micro-organismen aanwezig is in de biologische reactor. Deze micro-organismen zijn verantwoordelijk voor de afbraak van organische verbindingen en voedingsstoffen. Een hogere concentratie biomassa leidt over het algemeen tot een hogere zuiveringsprestatie, omdat meer micro-organismen tegelijkertijd kunnen werken.

  2. Stabilisatie van het systeem: De continue terugkeer van biomassa houdt de slibleeftijd en slibconcentratie (MLSS - Mixed Liquor Suspended Solids) in de beluchtingstank stabiel. Een stabiele verhouding tussen micro-organismen en organische belasting (F/M-verhouding) is cruciaal voor de efficiëntie van de afbraak en het vermijden van bedrijfsstoringen zoals slibafvoer of zuurstoftekort.

  3. Verbeterde slibkwaliteit: De regelmatige terugkeer van biomassa zorgt voor een betere uitvlokking van het slib. Vlokkende slibstructuren bezinken gemakkelijker, wat leidt tot een betere scheiding van behandeld water en slib in de secundaire bezinker. Dit is vooral belangrijk om de helderheid van het gezuiverde water en de efficiënte afscheiding van vaste stoffen te garanderen.

Toepassing in verschillende systemen

  1. Geactiveerd slibproces: Bij het klassieke actiefslibproces wordt het actief slib na de biologische behandeling afgescheiden in een secundaire klaringsinstallatie. Het retourslib wordt dan teruggevoerd naar de beluchtingstank. De slibconcentratie in de actief-slibtank kan worden geregeld en de biologische activiteit kan worden behouden door de biomassa terug te voeren.

Sedimentatiebekken ontworpen als cirkelvormig bekken in betonconstructie met speciaal schrapersysteem

Foto: Sedimentverwijdering in een ronde klaringsinstallatie voor de recirculatie van biomassa(ALMA BHU BIO)

2. membraanbioreactoren (MBR)

  • In membraanbioreactoren wordt de biomassa door het membraan gescheiden van het gezuiverde water. Aangezien de membranen de micro-organismen vasthouden, blijft de biomassa in de reactor en wordt daar verder gebruikt. Dit leidt tot een hoge biomassaconcentratie en een hogere zuiveringsefficiëntie.

3. anaerobe processen:

  • In anaerobe processen, zoals de UASB-reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) wordt de biomassa ook in het systeem gehouden om de methaanproductie en organische afbraak te maximaliseren. Continue recirculatie of aanvulling van de biomassa is cruciaal voor de efficiëntie van deze systemen.
Anaerobe behandeling van afvalwater uit de voedingsindustrie met ALMA BHU GMR-technologie

Foto: Anaerobe reactor(ALMA BHU GMR) met bezinktank voor recirculatie van biomassa (rechts)

Uitdagingen en optimalisatie

De recirculatie van biomassa moet zorgvuldig gecontroleerd en geregeld worden om een stabiele en efficiënte werking van de installatie te garanderen. Enkele uitdagingen en optimalisatiebenaderingen zijn

  • Slibrecirculatiesnelheid: De hoeveelheid gerecirculeerd slib moet zorgvuldig geregeld worden. Een te lage recirculatiesnelheid kan leiden tot een uitputting van micro-organismen in de reactor, terwijl een te hoge recirculatiesnelheid de hydraulische belasting van het systeem kan verhogen en de bezinker kan overbelasten. Een typische recirculatiesnelheid is ongeveer 50-100 % van de instroom van het afvalwater.

  • Overjarig slib: Als de biomassa te lang in het systeem wordt gehouden, kan het slib overjarig worden. Dit leidt tot een slechtere vlokvorming en een verminderde biologische afbraak. Overtollig slib moet daarom regelmatig worden verwijderd.

  • Schommelingen in de belasting: Als de organische belasting van het afvalwater sterk schommelt (bv. in de voedingsindustrie), kan de recirculatiesnelheid aangepast worden om te reageren op kortstondige stijgingen in de organische belasting. Dynamische regelsystemen zijn hier nuttig om een optimale slibconcentratie te behouden.

Voordelen van recirculatie van biomassa

Het gericht recyclen van biomassa biedt verschillende voordelen voor de werking van biologische afvalwaterzuiveringsinstallaties:

  • Efficiënte afbraak van organische stoffen: Recirculatie handhaaft een voldoende hoge concentratie micro-organismen in de reactor, wat zorgt voor een continue en efficiënte afbraak van organische stoffen.
  • Compacte installatiebouw: In combinatie met processen zoals membraanbioreactortechnologie kan de hoge biomassaconcentratie leiden tot een vermindering van het vereiste volume van de biologische reactor, waardoor compactere en ruimtebesparende installaties kunnen worden gebouwd.
  • Verbeterde stabiliteit van het systeem: Biomassa recirculatie helpt bij het compenseren van fluctuaties in de organische belasting en houdt het systeem stabiel, vooral wanneer afvalwatervolumes of organische belasting sterk variëren.

Conclusie

Biomassa recirculatie is een onmisbaar onderdeel van biologische afvalwaterzuivering. Het zorgt voor een stabiele microbiologische activiteit, verhoogt de zuiveringsprestaties en optimaliseert de afbraak van organische stoffen. In moderne biologische installaties, vooral in actiefslibprocessen en membraanbioreactoren, draagt de recirculatie van biomassa aanzienlijk bij aan de efficiëntie en levensduur van de systemen. Een goed begrip en zorgvuldige controle van de recirculatieprocessen zijn essentieel voor een optimale behandeling van industrieel afvalwater.