Wei is een bijproduct van de kaasproductie en andere melkverwerkingsprocessen. Vanwege het hoge organische gehalte vormt wei een aanzienlijke uitdaging voor de behandeling van industrieel afvalwater. Het bevat voornamelijk lactose, melkeiwitten, lipiden, zouten en sporenelementen, die leiden tot een hoog chemisch zuurstofverbruik (CZV) en biologisch zuurstofverbruik (BZV). In de industriële afvalwatertechnologie is een effectieve behandeling van afvalwater van wei van cruciaal belang om te voldoen aan de wettelijke limieten en tegelijkertijd middelen terug te winnen voor recirculatie of hergebruik van water.
In dit artikel wordt de technische achtergrond van de behandeling van wei afvalwater en waterrecycling in detail uitgelegd. Er wordt speciale aandacht besteed aan aerobe en anaerobe biologische behandeling, flotatie-installaties en het gebruik van biofiltratie voor het zuiveren en hergebruiken van water uit wei afvalwater of dampcondensaten.
Inhoudsopgave
Eigenschappen van wei en afvalwater van melkverwerking
Wei bevat verschillende stoffen die de behandeling van afvalwater beïnvloeden:
Belangrijkste onderdelen:
- Organische stoffen: lactose (~70% van het drooggewicht), eiwitten, vetten.
- Anorganische stoffen: zouten zoals kalium, calcium en fosfaten.
- pH-waarde: meestal tussen 4,0-6,5, afhankelijk van het productieproces.
Verontreiniging van afvalwater:
- COD-waarde: 50.000-70.000 mg/l, afhankelijk van de verdunning.
- BZV-waarde: 35.000-55.000 mg/liter.
- Vet- en vastestofgehalte: Hogere waarden kunnen leiden tot verstoppingen en vervuiling.
Dampcondensaten:
- Gevormd tijdens het concentreren of drogen van wei.
- Lagere COD (meestal 500-5.000 mg/l), maar vaak hogere niveaus van gemakkelijk afbreekbare organische stoffen zoals melkzuur.
Behandeling van afvalwater van wei
Biologische afvalwaterbehandeling is een bewezen methode voor het afbreken van organische verbindingen uit weihoudend afvalwater. Hierbij worden aerobe en anaerobe processen gebruikt, die worden geselecteerd afhankelijk van de afvalwaterbelasting en de procesdoelstelling.
1. aerobe behandeling
Procesbeschrijving:
Bij aerobe afbraak gebruiken micro-organismen zuurstof om de organische componenten van de wei te oxideren en om te zetten in CO₂, water en biomassa. Deze processen zijn bijzonder efficiënt met dampcondensaten en verdund afvalwater.
Technologieën:
Actiefslibproces:
Micro-organismen breken de organische stoffen af in reactoren met beluchting.- Geschikt voor afvalwater met een lage tot gemiddelde COD.
- Hoge energiebehoefte door ventilatie.
Sequencing Batch Reactor (SBR):
Tijdgestuurde processen in een reactor die zowel aerobe als anoxische fases toelaat.
Voordelen van aerobe behandeling:
- Snelle afbraaksnelheden voor gemakkelijk afbreekbare organische stoffen.
- Produceert stabiel afvalwater met een lage restbelasting.
Nadelen:
- Hoog energieverbruik door ventilatie.
- Verhoogde slibvorming waardoor nabehandeling nodig is.
Foto: Beluchtingstank met denitrificatie en nitrificatie voor afvalwater uit de voedingsindustrie (proces: ALMA BHU BIO)
2. anaerobe behandeling
Procesbeschrijving:
Tijdens anaerobe afbraak breken micro-organismen organische stoffen af in een zuurstofloze omgeving. De eindproducten zijn methaan (CH₄) en koolstofdioxide (CO₂), die gebruikt kunnen worden als biogas. Dit proces is ideaal voor sterk verontreinigd afvalwater zoals wei.
Technologieën:
1e UASB-reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
- Hoe het werkt:
Het afvalwater stroomt van onderaf door een gegranuleerde biomassalaag. Organisch materiaal wordt afgebroken en het resulterende biogas komt naar boven. - Voordelen:
- Compact ontwerp.
- Hoog rendement voor afvalwater met gemiddelde tot hoge belasting.
2e EGSB-reactor (Expanded Granular Sludge Bed)
- Functionaliteit:
Vergelijkbaar met de UASB-reactor, maar met verbeterde hydraulische menging en een hogere doorstroomcapaciteit. - Voordelen:
- Geschikt voor zwaar verontreinigd afvalwater.
- Hogere biogasopbrengst door intensievere contacttijden.
Biogasopbrengst
De biogasopbrengst is een beslissende factor voor de economische efficiëntie van anaerobe afvalwaterbehandeling. De opbrengst is afhankelijk van de samenstelling van het afvalwater en de procesomstandigheden.
Factoren die de biogasopbrengst beïnvloeden:
Organische belasting (COD):
- Een hoge COD-waarde correleert met een hogere biogasopbrengst.
- Typisch: 1 kg afgebroken CZV produceert 0,35-0,50 m³ biogas.
Type afvalwater:
- Vet-, eiwit- en koolhydraatrijk afvalwater: hoge biogasopbrengst, omdat deze stoffen energierijk zijn.
- Slecht afbreekbare stoffen: lagere biogasopbrengst, omdat er meer energie nodig is voor de afbraak.
Procestemperatuur:
- Mesofiele omstandigheden (30-40 °C): Gebruikelijk en zuinig.
- Thermofiele omstandigheden (50-60 °C): Hogere afbraaksnelheden, maar hogere energiekosten.
pH-waarde:
- Optimaal bereik: 6,5-7,5.
- Afwijkingen leiden tot remming van methanogenese.
Stilstandtijd:
- Er is een voldoende lange hydraulische retentietijd (10-30 dagen) nodig om het afbraakproces te voltooien.
Typische biogasopbrengst:
- Wei afvalwater: 0,4-0,6 m³ biogas per kg COD.
- Afvalwater van de voedingsindustrie: 0,3-0,5 m³ biogas per kg COD.
Voordelen van anaerobe behandeling
Energieopwekking:
Het biogas dat tijdens de methanogenese wordt geproduceerd, kan worden gebruikt om energie op te wekken, wat de bedrijfskosten van de installatie verlaagt.Hoge afbraakefficiëntie:
Afbraak van 70-90% van de organische belasting (gemeten als chemisch zuurstofverbruik, COD).Lage slibvorming:
In vergelijking met aerobe processen wordt slechts ongeveer 10-20 % van de biomassa gevormd, wat de verwijderingskosten verlaagt.Duurzaamheid:
De biogasopbrengst vervangt fossiele brandstoffen en vermindert de uitstoot van broeikasgassen.
Foto: Onze ALMA BHU GMR biogasinstallatie voor de fermentatie van afvalwater van melkverwerkingsfabrieken
Waterrecycling door biofiltratie
Biofiltratie als nabehandeling:
Na biologische voorbehandeling kunnen de resterende residuen en voedingsstoffen worden verwijderd in een biofiltratie-installatie verwijderd in een biofiltratie-installatie. Deze methode is vooral effectief voor dampcondensaten of voorbehandeld weiafvalwater.
Processtappen:
Lozen van afvalwater:
Het voorbehandelde afvalwater (bv. van een flotatie- of anaerobe installatie) wordt door een filterbed van geprepareerde kleimaterialen geleid.Biofilmactiviteit:
- De micro-organismen op het filtermateriaal breken organische stoffen en voedingsstoffen af.
- Naast het verminderen van het chemisch zuurstofverbruik (CZV) en het biologisch zuurstofverbruik (BZV), worden ook storende verbindingen zoals vetten, oliën en koolhydraten afgebroken.
- Ook mogelijk bij nitrificatie en denitrificatie.
Deeltjesfiltratie:
Naast de biologische activiteit dient biofiltratie ook als een fysisch filtersysteem dat zwevende deeltjes uit het afvalwater verwijdert.Waterkwaliteit bij de uitlaat:
Het filtraat heeft aanzienlijk lagere COD- en BOD-waarden en lagere concentraties fosfor en stikstof.
Integratie van biofiltratie in het waterrecyclingproces
Biofiltratie is vaak een tussenstap in een waterzuiveringsinstallatie met meerdere fasen. Het bereidt het afvalwater voor op verdere processen zoals omgekeerde osmose (RO), wat verdere zuivering en demineralisatie mogelijk maakt.
1. voorbehandeling vóór biofiltratie
Het afvalwater moet worden voorbehandeld voor biofiltratie om het filtersysteem niet te overbelasten. Typische processen zijn
- Flotatie: Verwijdering van vetten en vaste stoffen.
- Anaerobe behandeling: vermindering van organische belasting en biogasproductie.
- Aërobe zuivering: Vermindering van de organische belasting.
2. nabehandeling met omgekeerde osmose
Na biofiltratie kan het afvalwater verder worden gezuiverd door een omgekeerd osmosesysteem om het te zuiveren:
- Verwijder opgeloste zouten en mineralen.
- Om achtergebleven organische stoffen en microverontreinigingen uit te filteren.
- De geleidbaarheid van het water verlagen tot een niveau waarop het hergebruikt kan worden.
Typische kwaliteitsverbeteringen dankzij de combinatie:
- CSB: < 10 mg/l nach der Umkehrosmose.
- Geleidbaarheid: 10 - 200 µS/cm, afhankelijk van de toepassing.
- Bacteriën en virussen: worden volledig tegengehouden door de membranen.
Voordelen van waterrecycling met biofiltratie en omgekeerde osmose
1. duurzaamheid:
- Vermindering van zoetwaterverbruik en behoud van natuurlijke hulpbronnen.
- Minimalisering van de hoeveelheid afvalwater en lozing in openbare riolen of oppervlaktewateren.
2. verbetering van de waterkwaliteit:
- Biofiltratie verwijdert op effectieve wijze ongewenste organische stoffen en minimaliseert vervuiling en biofouling in omgekeerde osmose.
- Omgekeerde osmose zorgt voor een bijna volledige verwijdering van zouten, voedingsstoffen en microverontreinigingen.
3. economische efficiëntie:
- Lagere bedrijfskosten door hergebruik van water.
- Lagere kosten voor afvalwaterverwijdering en zoetwaterbehandeling.
4. aanpassingsvermogen:
- De combinatie van biofiltratie en omgekeerde osmose heeft een modulair ontwerp en kan worden aangepast aan verschillende afvalwatersamenstellingen.
Afbeelding: Ons ALMA BioFil Compact biofiltratiesysteem voor de behandeling van dampcondensaten en voorbehandeld afvalwater uit de voedingsmiddelenindustrie
Voorbehandeling van afvalwater van wei met behulp van flotatie-installaties
Flotatie is een bewezen technologie voor de voorbehandeling van zwaar verontreinigd afvalwater, zoals dat voorkomt bij de verwerking van melk en de behandeling van afvalwater van wei. De gerichte dosering van precipitanten en flocculanten verwijdert opgeloste en colloïdale organische stoffen, vetten en vaste stoffen uit het afvalwater. Deze voorbehandeling vermindert de organische en anorganische belasting aanzienlijk en bereidt het afvalwater optimaal voor op nageschakelde biologische of fysisch-chemische processen zoals biofiltratie.
Hoe flotatie werkt
Flotatie is gebaseerd op het principe dat deeltjes naar het wateroppervlak worden gedragen door de ophoping van gasbellen (meestal lucht). De deeltjes vormen een schuim dat van het oppervlak van de reactor wordt afgeschuimd. Chemische voorbehandeling met precipitanten en flocculanten is cruciaal voor de efficiënte scheiding van stoffen.
Processtappen in flotatiebehandeling
1. chemische voorbehandeling
Voorbehandeling wordt uitgevoerd door het toevoegen van precipitanten en flocculanten die specifiek zijn aangepast aan de samenstelling van het wei-afvalwater.
Neerslagmiddel:
- Doel: Omzetting van opgeloste stoffen in slecht oplosbare verbindingen die gemakkelijker te scheiden zijn.
- Typische neerslagmiddelen: aluminiumsulfaat, ijzerchloride of polyaluminiumchloride.
- Reactie: Precipitanten reageren met opgeloste organische en anorganische stoffen, bijv. fosfaten, en vormen vlokken.
Vlokmiddel:
- Doel: Vergroten en stabiliseren van de resulterende schilfers.
- Typische flocculanten: Hoogmoleculaire polymeren (anionisch, kationisch of niet-ionisch).
- Effect: De polymeerketens verknopen kleinere deeltjes en vlokken tot grotere, bezinkbare of vlokbare vlokken.
2. contactzone en gasinjectie
In de contactzone van de flotatie-installatie wordt het chemisch voorbehandelde afvalwater gemengd met zeer fijne luchtbelletjes. Dit wordt meestal bereikt door
Flotatie met opgeloste lucht:
Water is verzadigd met lucht onder druk. Wanneer de druk daalt, vormen zich zeer fijne luchtbelletjes (microbelletjes) die zich vasthechten aan de vlokken.Luchtinjectoren of -verspreiders:
Directe introductie van lucht of andere gassen in de flotatiezone.
De resulterende vlokken met luchtbellen hebben een lagere dichtheid dan water en stijgen naar het oppervlak.
3. de sliblaag afschuimen
De stoffen die zich aan het oppervlak ophopen, vormen een sliblaag die continu of discontinu wordt afgeroomd. Het afgeroomde slib is sterk geconcentreerd en kan verder worden ontwaterd of behandeld in een anaerobe vergister.
4. helderwateruitlaat
Het resterende heldere water wordt afgevoerd uit de onderste zone van de flotatie-installatie en kan verder biologisch behandeld worden of, afhankelijk van de kwaliteit, gebruikt worden voor het interne waterrecyclageproces.
Voordelen van flotatievoorbehandeling
Flotatie met chemische voorbehandeling biedt verschillende voordelen:
Efficiënte verwijdering van vetten, oliën en vaste stoffen:
Flotatie zorgt voor een aanzienlijke verlaging van de COD- en BOD-waarden, vooral bij afvalwater van wei, dat veel vetten en eiwitten bevat.Vermindering van organische belasting:
Het neerslaan van lactose en eiwitten verlicht het biologische afbraakproces stroomafwaarts.Flexibiliteit:
De dosering van precipitanten en flocculanten kan worden aangepast aan verschillende belastingen en afvalwater.Compact ontwerp:
flotatiesystemen hebben weinig ruimte nodig en kunnen geïntegreerd worden in bestaande processen.
Afbeelding: Ons ALMA NeoDAF flotatiesysteem met lastproportionele dosering van precipitanten en flocculanten en gepatenteerd luchtverzadigingssysteem
Uitdagingen en oplossingen
1. Hoge COD- en BOD-waarde:
Wei-afvalwater vereist krachtige biologische processen vanwege het hoge organische gehalte.
- Oplossing: Combinatie van anaerobe voorbehandeling en aerobe nabehandeling voor volledige mineralisatie.
2. fluctuerende afvalwaterbelasting:
De samenstelling van wei afvalwater varieert afhankelijk van de productie- en reinigingsprocessen.
- Oplossing: Gebruik van flexibele technologieën zoals SBR- of flotatie-installaties die kunnen reageren op belastingsschommelingen.
3. energiebehoefte:
Aerobe processen hebben een hoog energieverbruik.
- Oplossing: Integratie van anaerobe systemen voor energieopwekking uit biogas.
4. waterrecycling:
Het hergebruik van gezuiverd water vereist een hoge kwaliteit.
- Oplossing: Gebruik van biofiltratie en membraanprocessen zoals omgekeerde osmose.
Conclusie
De behandeling van wei-afvalwater en dampcondensaten stelt hoge eisen aan de afvalwatertechnologie, maar biedt ook talloze mogelijkheden voor het terugwinnen van grondstoffen. Door aerobe en anaerobe biologische processen te combineren, kan de organische belasting efficiënt worden verminderd en kan tegelijkertijd biogas worden gebruikt als energiebron. Met downstream technologieën zoals biofiltratie kan het water worden hergebruikt in gesloten kringlopen, wat bijdraagt aan de duurzaamheid en economische efficiëntie van de processen. Met moderne installaties en processen kunnen de uitdagingen met succes worden aangegaan en kan tegelijkertijd de impact op het milieu worden geminimaliseerd.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
