Nutriëntenbelasting is een belangrijke term in water- en afvalwaterzuivering en beschrijft de hoeveelheid opgeloste voedingsstoffen, met name stikstof (N) en fosfor (P), die worden getransporteerd in een watercyclus of afvalwatersysteem. Deze parameter is van bijzonder belang omdat nutriënten essentieel zijn voor biologische processen in afvalwaterzuiveringsinstallaties, maar excessieve concentraties kunnen ook leiden tot milieuproblemen zoals eutrofiëring en aantasting van de waterkwaliteit.
De nauwkeurige bepaling en controle van de nutriëntenbelasting is essentieel voor het ontwerp en de werking van waterzuiveringsinstallaties. Het beïnvloedt de efficiëntie van biologische behandelingssystemen, de naleving van wettelijke limieten en de duurzaamheid van waterkringlopen.
De nutriëntenbelasting wordt gedefinieerd als de totale hoeveelheid van een specifieke nutriënt die in een bepaalde periode door een systeem wordt getransporteerd. Dit wordt meestal uitgedrukt in kilogram per dag (kg/d).
Inhoudsopgave
Belang van de nutriëntenbelasting in de praktijk
De nutriëntenbelasting is een kritieke parameter op verschillende gebieden van industriële water- en afvalwaterbehandeling:
1. biologische afvalwaterbehandeling
- Nutriënten zoals stikstof en fosfor zijn essentieel voor de groei en activiteit van micro-organismen die vervuilende stoffen afbreken in biologische systemen (bijv. actief slib).
- A evenwichtige verhouding voedingsstoffen (C:N:P) is cruciaal voor een stabiele biologische zuivering.
- Optimale verhouding: 100:5:1 (koolstof:stikstof:fosfor).
- Koolstof (C) wordt vertegenwoordigd door de COD.
2. eutrofiëring en milieubescherming
- Een teveel aan voedingsstoffen in waterlichamen leidt tot eutrofiëring, een overmatige groei van algen en micro-organismen.
- Dit proces onttrekt zuurstof aan het water en brengt aquatische ecosystemen in gevaar.
- Wettelijke grenswaarden voor nutriëntenconcentraties (bijv. totaal stikstof en totaal fosfor) in afvalwater moeten worden nageleefd.
3. behandeling van proceswater
- In gesloten watercircuits, zoals in de voedingsmiddelen- of chemische industrie, kan een overmatige belasting met voedingsstoffen leiden tot biofouling, wat de efficiëntie van systemen zoals warmtewisselaars of omgekeerde osmose aantast.
Afbeelding: Onze ALMA BHU BIO biologische actiefslibinstallatie
Soorten voedingsstoffen en hun belang
De nutriëntenbelasting bestaat uit verschillende chemische vormen die specifieke eigenschappen en effecten hebben:
1. stikstof (N)
Ammonium (NH₄⁺):
- Belangrijkste vorm in anaerobe en zuurstofarme systemen.
- Kan giftig zijn voor waterorganismen als de concentratie te hoog is.
Nitraat (NO₃-):
- Geoxideerde vorm gevormd in nitrificerende systemen.
- Voornamelijk verantwoordelijk voor eutrofiëring in waterlichamen.
Organische stikstof:
- Gebonden in eiwitten en aminozuren.
- Moet door hydrolytische processen worden omgezet in ammonium.
2. fosfor (P)
Orthofosfaat (PO₄³-):
- Biologisch beschikbare vorm die direct door micro-organismen kan worden gebruikt.
- Belangrijk voor de celstructuur en energievoorziening (ATP).
Fosfordeeltjes:
- Vorm gebonden in deeltjes die verwijderd kunnen worden door chemische of fysische processen.
Technologieën voor het beheersen en verminderen van de nutriëntenbelasting
Voor het beheersen van de nutriëntenbelasting zijn specifieke technologieën nodig die zijn afgestemd op de respectieve eisen en uitdagingen.
1. verwijdering van stikstof
Nitrificatie en denitrificatie:
Nitrificatie:
- Oxidatie van ammonium tot nitriet (NO₂-) en verder tot nitraat (NO₃-) door nitrificerende bacteriën (bijv. Nitrosomonas en Nitrobacter).
- Vereist aerobe omstandigheden (zuurstoftoevoer).
Denitrificatie:
- Reductie van nitraat tot gasvormig stikstof (N₂) onder anoxische omstandigheden.
- koolstofbron (bijvoorbeeld methanol of azijnzuur) nodig is.
Strippen van ammoniak:
- Verwijdering van ammonium door uitblazen met lucht of damp bij een verhoogde pH-waarde.
Foto: Nabehandeling van afvalwater van onze biogasinstallatie met biomassa-recirculatie, nitrificatie en denitrificatie
2. fosforverwijdering
- Toevoeging van precipitanten zoals ijzer(III)chloride, aluminiumsulfaat of kalk.
- Binding van fosfor aan onoplosbare zouten (bijv. ijzerfosfaat), die kunnen bezinken of worden gefilterd.
Biologische verwijdering van fosfor:
- Gebruik van polyfosfaataccumulerende organismen (PAO's) die fosfor absorberen in hun cellen.
- Cyclische afwisseling tussen aerobe en anaerobe omstandigheden vereist.
3. processen op basis van membranen
- Verwijdering van opgeloste voedingsstoffen door fysieke scheiding.
Nanofiltratie (NF):
- Selectieve verwijdering van tweewaardige ionen zoals fosfaat.
4. biofiltratie
- Gebruik van bioactieve filters die voedingsstoffen reduceren via biologische processen en adsorptie.
- Ideaal voor de polijstfase na biologische behandeling.
Afbeelding: Ons ALMA BioFil Compact biofiltratiesysteem met nitrificatie en denitrificatie
Uitdagingen bij het beheersen van de nutriëntenbelasting
Fluctuerende belastingen:
- Productiepieken en reinigingscycli leiden tot schommelingen in de nutriëntenbelasting.
- Oplossing: Gebruik van buffer- en mengtanks.
Onbalans in voedingsstoffen:
- Een ongelijkmatige verdeling van koolstof, stikstof en fosfor kan de biologische afbraak belemmeren.
- Oplossing: Dosering van externe koolstofbronnen of chemische neerslag.
Kosten:
- Neerslag en energie die nodig is voor beluchting verhogen de bedrijfskosten.
- Oplossing: Integratie van energie-efficiënte technologieën zoals anaerobe behandeling.
Conclusie
De nutriëntenbelasting is een belangrijke parameter voor de planning, controle en optimalisatie van water- en afvalwaterzuiveringsinstallaties. De beheersing ervan is cruciaal om te voldoen aan de wettelijke vereisten, biologische processen te stabiliseren en de impact op het milieu te minimaliseren. Moderne technologieën zoals biofiltratie, membraanprocessen en chemische neerslag bieden effectieve oplossingen voor de vermindering van stikstof en fosfor. Een goed begrip van de nutriëntenbelasting maakt niet alleen een efficiënte werking van afvalwaterzuiveringsinstallaties mogelijk, maar draagt ook bij aan duurzaamheid en het behoud van hulpbronnen.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
