Database technieken waterzuivering en -behandeling

Actief slib systeem

Principeschema

Principe- en installatiebeschrijving

Een aerobe waterzuivering op basis van biologische oxidatie met actief slib dient in hoofdzaak voor de verwijdering van de organische fractie uit afvalwater. Naast deze verwijdering van organisch materiaal is een dergelijke zuivering ook in staat stikstof en fosfor in beperkte mate te elimineren (zie technische fiche ‘biologische nutriëntverwijdering‘).

Aerobe micro-organismen organiseren zich in slibvlokken. Dergelijk actief slib is een mengsel van microscopische organismen: bacteriën, protozoa, gisten, schimmels, rotiferen [1], enz. Wanneer voldoende zuurstof aanwezig is, zijn deze organismen in staat om organische componenten uit het afvalwater (influent) te oxideren tot CO₂ en water. Dit proces noemt men dissimilatie.

Een gedeelte van het organisch materiaal wordt gebruikt voor de aanmaak van nieuwe biomassa of actief slib. Dit wordt de assimilatie genoemd. De stijgende slibconcentratie kan onder controle worden gehouden door op geregelde tijdstippen biomassa uit het systeem te verwijderen (=spuien). Indien een aerobe zuivering echter zeer laag belast wordt is deze slibgroei vaak uiterst laag.

De reactie van de oxidatie van organisch materiaal kan als volgt voorgesteld worden:

afvalwater + biomassa/actief slib + O₂ -> CO₂ + H₂O + nieuwe biomassa/actief slib

Uitvoeringsnormen

Conventioneel actief slib systeem

Een conventioneel actief slib systeem bestaat uit een beluchtingstank, waarin de biologische afbraak plaatsvindt, en een nabezinktank, waarin het slib wordt gescheiden van het behandelde afvalwater (= effluent) via bezinking (zie principeschema 1). Slibvlokken met een goede structuur en hoge densiteit zijn aangewezen om deze stap vlot te laten verlopen. Soms wordt het beluchtingsbekken voorafgegaan door een mengtank (=selector), waarin influent intensief gemengd wordt met slib. Op deze wijze tracht men de groei van draadvormende bacteriën te verminderen. Een conventioneel actief slib systeem vertoont over het algemeen een betere werking van de bezinking in vergelijking met een Sequencing Batch Reactor omwille van de specifieke werking van de nabezinktank (conische vorm en uitgerust met schraper).

Sequencing Batch Reactor (SBR)

In een SBR (zie principeschema 2) worden achtereenvolgens in de tijd de diverse zuiveringsprocessen uitgevoerd in eenzelfde bekken. Vullen, beluchten, bezinken en aflaten is een standaard cyclus. Een SBR is daarom bij uitstek geschikt voor afvalwaterstromen die batchgewijs geproduceerd worden. Bij continue afvalwaterstromen moet een buffering worden toegepast alvorens de biologische afbraak plaatsvindt. In een SBR kunnen verschillende biologische processen zoals nitrificatie en denitrificatie (zie technische fiche ‘biologische nutriëntverwijdering‘) na elkaar uitgevoerd worden. Deze procestijden zijn flexibel en kunnen eenvoudig worden aangepast (bv. langere bezinkingstijd bij slecht bezinkend slib). Een SBR-systeem is gunstiger naar het vermijden van draadvormende bacteriën omdat tijdens de voedingsfase het systeem werkzaam is als een selector.

Membraanbioreactoren

Bij membraanbioreactoren wordt de bezinkingsstap vervangen door een membraanscheiding (zie technische fiche ‘Membraanbioreactor‘).

Specifieke voor- en nadelen

Actief slib systemen zijn flexibel, robuust en kosteneffectief. Een brede range van influentconcentraties kan worden behandeld. Een actief slib systeem is flexibel en kan een goed zuiveringsresultaat behalen bij een (beperkt) wisselende influent samenstelling of aanvoer. Bij sterke variatie van het afvalwater in concentratie of debiet is een buffertank (zie technische fiche ‘Bufferbekken‘) noodzakelijk om deze pieken af te vlakken. Een actief slib tank is een vrij eenvoudige technologie maar vereist toch regelmatig toezicht en opvolging van de belangrijkste procesparameters (bezinking, belasting, enz.). Een vergaande optimalisatie van de procesregeling kan in de meeste gevallen worden bereikt.

Onderhoud aan de installatie is beperkt, mede omdat mechanische onderdelen zoals slibschrapers of ruimers niet nodig zijn in kleine installaties.

Toepassing van een actief slibtank vereist een goed biologisch afbreekbaar afvalwater. De biologische afbreekbaarheid kan op laboschaal worden uitgetest. Een nadeel van de actief slibtank is dat er een relatief grote installatie nodig is vanwege de soms lange verblijftijd in de tank, het relatief lage slibgehalte en het grote nabezinkoppervlak dat vereist is. Andere belangrijke nadelen, vooral ten opzichte van anaerobe behandeling (zie technische fiche ‘Anaerobe biologische afvalwaterzuivering‘), zijn de hoge kosten voor energie en de verwerking en afvoer van het slib.

Toepassing

De actief slib tank wordt op grote schaal toegepast voor industrieel en huishoudelijk afvalwater met organische vervuiling.

Actief slib wordt gebruikt om het merendeel van vervuilende componenten te verwijderen en wordt ook vaak de secundaire zuivering genoemd. Dit dient vooraf gegaan te worden door een primaire zuivering, dit is de verwijdering van grof materiaal, zand, olie en vet… die een negatieve invloed hebben op de biologische afbraakprocessen. Na de secundaire zuivering kan het water nog verder behandeld worden via een tertiaire zuivering.

Randvoorwaarden

Meestal ligt de temperatuur van het afvalwater tussen de 15 en 35°C. Een brede range aan CZV [2] waarden kan worden behandeld. Sterk zure of basische waters moeten worden gecorrigeerd zodat in het systeem een pH tussen 6,5 en 8,5 wordt gehandhaafd. Om een optimale groei van micro-organismen toe te laten is het belangrijk dat het afvalwater goed biologisch afbreekbaar is en een geschikte verhouding organische koolstof / stikstof / fosfor (C/N/P) bevat. Deze verhouding wordt meestal uitgedrukt als de BZV/N/P verhouding die idealiter 100/5/1 bedraagt. In sommige gevallen moet N en P worden toegevoegd. Actief slib systemen zijn relatief ongevoelig, maar kunnen geïnhibeerd worden door hoge concentraties aan zouten of specifieke chemicaliën.

Werkingsgraad

De BZV [3] wordt grotendeels verwijderd over een dergelijke biologische installatie. Het rendement voor CZV hangt af van de biologische afbreekbaarheid van water.

Hulpstoffen

Om de benodigde verhouding C/N/P te krijgen, kan dosering van nutriënten zoals fosfor en ureum nodig zijn. Een vuistregel is dat BZV/N/P = 100/5/1. Tevens kan het nodig zijn om de pH van het influent middels loog of zuur te corrigeren. pH correctie wordt soms ook toegepast rechtstreeks in de actief slib tank.

In een aantal gevallen is het noodzakelijk om micronutriënten zoals Na, Ca, Mg, Zn, Cu en/of B te doseren in zeer lage concentraties om de werking van de biologische processen te optimaliseren. Dit wordt meestal toegepast bij afvalwater met eenzijdige samenstelling.

Milieu-aspecten

Als reststof komt slib vrij. Afhankelijk van het influent, de locatie en de installatie kunnen maatregelen tegen geuroverlast, emissie van schadelijke stoffen en aërosolen naar de lucht of geluidsoverlast nodig zijn.

Opmerkingen

Geen

Complexiteit

Het actief slib proces is een relatief eenvoudig proces dat in veel gevallen automatisch wordt gestuurd. Er is echter wel een frequente manuele opvolging noodzakelijk om het zuiveringsproces te evalueren en bij te sturen.

Automatiseringsgraad

Aerobe biologische afvalwaterzuiveringssystemen zijn verregaand geautomatiseerd. Processturing dient geoptimaliseerd te worden op basis van analyseresultaten.

Bronnen

[1] Rotiferen of radardiertjes zijn relatief grote, duidelijk beweeglijke, langgerekte, meercellige organismen. Komen vnl; voor bij laagbelaste systemen.

[2] Chemische zuurstofvraag: hoeveelheid zuurstof nodig om organische koolstof volledig chemische te oxideren naar CO₂.

[3] Biologische zuurstofvraag: hoeveelheid zuurstof die gebruikt wordt door niet-fotosynthetische micro-organismen bij 20°C om biologische afbreekbare organische componenten te metaboliseren.

Versie

Februari 2010

Herziening augustus 2021

Actief Slibsysteem