Efficiënte en stabiele biologische waterzuivering

In biologische afvalwaterzuiveringsprocessen nemen micro-organismen de centrale taak op zich om organische en stikstofhoudende verbindingen af te breken. Om deze micro-organismen efficiënt te laten werken, hebben ze niet alleen de belangrijkste voedingsstoffen koolstof (C), stikstof (N) en fosfor (P) nodig, maar ook een groot aantal sporenelementen. Deze omvatten ijzer, koper, zink, kobalt, nikkel, molybdeen en mangaan.

Deze spoorelementen fungeren als cofactoren van enzymen die verantwoordelijk zijn voor belangrijke metabolische functies:

• Nitrificatie: Enzymen zoals ammoniummonooxygenase of nitrietoxidoreductase hebben koper, ijzer en nikkel nodig.

• Denitrificatie: Molybdeen en ijzer, onder andere, zijn essentieel voor de reductie van nitraat tot gasvormige stikstof.

• Afbraak van COD: Veel enzymen die organische koolstofverbindingen afbreken zijn afhankelijk van metalen.

Als deze spoorelementen ontbreken of niet in een biologisch beschikbare vorm aanwezig zijn, leidt dit tot:

• Afname van biologische activiteit,

• instabiele lozingswaarden (bijv. toename van ammonium of CZV),

• verhoogde slibophoping en storingen zoals draadgroei,

• In het ergste geval kan dit leiden tot een crash van het biologische proces.

ALMA AQUA ontwikkelt daarom op maat gemaakte sporenstofoplossingen die precies zijn afgestemd op de respectieve kenmerken van het afvalwater. Op deze manier worden tekorten geëlimineerd en werkt de biologie stabiel en efficiënt.

Industrieel afvalwater verschilt sterk in samenstelling. Zuivelafvalwater bevat bijvoorbeeld veel stikstof, maar vaak te weinig sporenelementen. Afvalwater uit de papierindustrie daarentegen kan rijk zijn aan organische koolstof maar mist belangrijke metalen. Standaardproducten kunnen deze verschillen niet weerspiegelen.

Daarom kiest ALMA AQUA voor individualisering:

1. Procesanalyse: Gedetailleerde analyse van het in- en uitlaatwater en de biomassa. De belangrijkste voedingsstoffen, sporenelementen en mogelijke remmers worden bepaald.

2. Biologische tests: meting van ademhalingssnelheden, nitrificatieprestaties, denitrificatiesnelheid en microscopische slibdiagnostiek.

3. Afleiding van de behoefte: Identificatie van beperkende factoren - bijv. ijzertekort bij nitrificeerders of kobalttekort bij denitrificeerders.

4. Formulering: Ontwikkeling van een nauwkeurig uitgebalanceerde oplossing met spoorelementen die de tekorten compenseert zonder risico op overdosering of ongunstige bijwerkingen.

5. Piloting: testen van het recept in werking en aanpassing op basis van de resultaten.

Het resultaat is een oplossing op maat die de operator een stabiele biologie, betrouwbare afvoerwaarden en vaak lagere bedrijfskosten garandeert.

Als de biologie niet optimaal wordt gevoed, uit dit zich in typische bedrijfsproblemen. Deze kunnen specifiek worden vermeden met sporenstof- en nutriëntenconcepten.

Frequente storingen bij gebrek:

• Schuimvorming: Door overgroei van draadvormige bacteriën, die uit de hand lopen als de toevoer van voedingsstoffen uit balans is.

• Geurvorming: Waterstofsulfide (H₂S) wordt gevormd wanneer de denitrificatie stopt en sulfaatreductoren overheersen.

• Instabiele lozingswaarden: Overschrijdingen van ammonium, COD of nitraat door gebrek aan enzymactiviteit.

• Overtollig slib: Inefficiënt metabolisme leidt tot meer biomassa bij dezelfde substraatafbraak.

Gerichte tegenmaatregelen:

• Regelmatige procesanalyses om tekortkomingen in een vroeg stadium te identificeren.

• Vraaggerichte dosering van stikstof, fosfor en sporenelementen.

• Oplossingen op maat voor sporenelementen die precies zijn afgestemd op het proces.

• Continue bewaking van belangrijke parameters zoals ammonium, nitraat, slibindex of zuurstofverbruik.

Dit voorkomt storingen op de lange termijn en zorgt voor een stabiele werking, zelfs bij wisselende belastingen.

Efficiënte biologie vereist minder externe energie en produceert minder bijproducten. De gerichte levering van sporenelementen en voedingsstoffen heeft daarom een direct effect op de bedrijfskosten:

• Energiebesparing: Micro-organismen met een volledige aanvoer van sporenelementen werken efficiënter. Ze hebben minder zuurstof nodig voor dezelfde afbraak van het substraat - dit vermindert het vermogen van de beluchter, die meestal het grootste energieverbruik veroorzaakt in afvalwaterzuiveringsinstallaties.

• Minder slibverbruik: Geoptimaliseerde metabolische routes voorkomen overtollige biomassa. Minder overtollig slib betekent lagere afvoerkosten.

• Stabiele processen: Minder noodmaatregelen, lagere CIP/spoelfrequenties en geen ongeplande stilstand verminderen de OPEX.

• Grotere efficiëntie van de installatie: Een stabiel biologisch proces vermindert de noodzaak voor nabehandeling en zorgt ervoor dat de lozingslimieten permanent worden nageleefd.

De combinatie van procesanalyse en individueel ontwikkelde sporenstofoplossingen betekent dat biologische afvalwaterzuiveringsinstallaties niet alleen stabieler, maar ook economischer en duurzamer kunnen worden geëxploiteerd.

Nitrificatie - d.w.z. de omzetting van ammonium (NH₄⁺) naar nitraat (NO₃-) - wordt uitgevoerd door speciale bacteriën (Nitrosomonas, Nitrobacter). Deze organismen zijn gevoelig voor tekorten aan sporenelementen omdat hun sleutelenzymen afhankelijk zijn van metalen.

Belangrijke sporenelementen voor nitrificatie:

• Koper (Cu): Bestanddeel van ammoniummonooxygenase.

• IJzer (Fe): Nodig voor nitrietoxidoreductase.

• Nikkel (Ni): Essentieel voor urease en hydrogenases, die vaak parallel werken.

• Kobalt (Co) & molybdeen (Mo): Betrokken bij denitrificatie en redoxsystemen.

Tekenen van een tekort:

• Toename van ammonium in het effluent ondanks voldoende beluchting.

• Trage nitrietafbraak (ophoping van NO₂-).

• Hoger zuurstofverbruik zonder overeenkomstige prestatievermindering.

• Microscopisch: zwakke, onstabiele vlokvorming.

Gerichte dosering van sporenelementen op basis van analyses zorgt ervoor dat de nitrificatie stabiel blijft, zelfs bij een hoge belasting.

Draadvormige bacteriën komen vaak voor als de biologie uit balans is. Veel voorkomende oorzaken zijn tekorten aan voedingsstoffen, tekorten aan sporenelementen of onevenwichtige C:N:P-verhoudingen. Filamenten leiden tot schuim, ophopend slib en drainageproblemen.

Oorzaken van draadgroei:

• Stikstof- of fosforgebrek in koolstofrijk afvalwater.

• Gebrek aan sporenelementen die de groei van de gewenste heterotrofe bacteriën beperken.

• Ongunstig operationeel beheer (bijv. lage slibleeftijd, zuurstofschommelingen).

Strategieën voor controle:

• Oplossingen op maat voor sporenelementen die specifiek de gewenste biomassa bevorderen.

• Pas de toevoer van voedingsstoffen aan zodat de C:N:P-verhouding (100:5:1) behouden blijft.

• Stabilisatie van de bedrijfsvoering (beluchting, slibleeftijd, retourstroom).

Met de juiste toevoer van sporenelementen kunnen operators de groeiomstandigheden zo regelen dat filamenten worden teruggedrongen en stabiele vlokken worden bevorderd.

In anaerobe processen zetten bacteriën en archaea organisch materiaal om in methaan en koolstofdioxide. Deze consortia zijn zeer gevoelig voor tekorten aan sporenelementen, omdat veel van hun sleutelenzymen afhankelijk zijn van metalen.

Belangrijke sporenelementen in anaerobe bacteriën:

• Nikkel (Ni): Bestanddeel van methyl-co-enzym M-reductase, sleutelenzym in methanogenese.

• Kobalt (Co): Belangrijke factor voor vitamine B₁₂-afhankelijke enzymen in propionaat- en acetaatsplitsing.

• Molybdeen (Mo) & wolfraam (W): nodig voor formiaat- en hydrogenases.

• IJzer (Fe): Bestanddeel van veel redox-enzymen.

Problemen met tekorten:

• Verhoogde propionaat- of acetaatconcentraties in het fermentatieslib.

• Afname van methaanproductie en toenemend CO₂-gehalte in biogas.

• Zuurdaling en onstabiele gisting.

Biogasinstallaties en anaerobe afvalwaterzuiveringsinstallaties kunnen stabiel, gasrijk en storingsvrij worden geëxploiteerd met een gerichte toevoer van sporenelementen, afgestemd op de voeder- en substraatsamenstelling. ALMA AQUA ontwikkelt hiervoor oplossingen op maat op basis van een nauwkeurige analyse van de substraten en vergistingsomstandigheden.