Biologische zuivering

Beschrijving

Procesbeschrijving

Het principe van de biologische waterzuivering berust op de afbraak van organische bestanddelen door micro-organismen, tot op het niveau van koolstofdioxide en water. De micro-organismen gebruiken de organische verbindingen als koolstof- en energiebron. Zij hebben voor deze afbraak zuurstof nodig, althans in de aërobe manier van waterzuivering.

Tijdens dit proces groeien de micro-organismen aan en gaan ze zich veelvuldig delen. Op die manier ontstaat zgn. surplus- of spuislib, dat uit het systeem moet verwijderd worden.

Voor hun groei hebben de micro-organismen ook nutriënten nodig. Op die manier kunnen nutriënten in zekere mate uit het afvalwater verwijderd worden.

Zware metalen kunnen zich vasthechten aan het slib (biosorptie). In tegenstelling tot de nutriënten, worden deze metalen door de micro-organismen niet gebruikt in hun biochemische processen. Dankzij het regelmatig spuien van het slib, kan op die manier wel een fractie van de zware metalen uit het afvalwater verdwijnen.

Varianten

Men onderscheidt drie groepen van systemen voor biologische zuivering van carwashafvalwater:

• Actief slib-systemen met geforceerde beluchting: in deze systemen is het actief slib in suspensie, en dient dit, na scheiding van slib- en waterfase in een nageschakelde processtap, gerecirculeerd te worden naar de beluchtingstank.
  Ook de zgn. beluchte tanks worden hierbij gerekend.  Hierin komt vrijwel steeds biomassa tot ontwikkeling, net als in slibvangers en olie-waterscheiders overigens. Deze biomassa in het ganse circuit maakt integraal deel uit van het  biologisch zuiveringssysteem van het afvalwater (Nering Bögel, 2002).
• Bacteriebedsystemen met geforceerde beluchting: in deze systemen hecht het slib vast aan een dragermateriaal, dat ondergedompeld is in het afvalwater (de zgn. Submerged Aerated Filter of SAF). Ook zandfilters kunnen hierbij gerekend worden, tenzij men hierin systematisch desinfecterende producten doseert. Op de zandkorrels komt vrijwel steeds biomassa tot ontwikkeling, dewelke zorgt voor een (aanvullende) zuivering van het afvalwater.
• Bacteriebedsystemen met contactbeluchting: zowel systemen met vast opgesteld bacteriebed in contact met lucht, waarbij het water over het bed gesproeid wordt, als systemen waarbij het bacteriebed opgesteld is rond een horizontaal draaiende as, zodat het slib beurtelings in contact komt met het afvalwater en met de lucht. Deze systemen worden ook “biorotoren” genoemd.

Stand van de techniek en referenties

Biologische zuiveringssystemen worden reeds in commercieel bestaande systemen toegepast in de car- & truckwashsector. Het gaat allemaal om (varianten op) Submerged Aerated Filters.

Voorbeelden hiervan zijn (niet exhaustief):

• Totalfina, Merchtem: tankstation + carwash (wasstraat; in werking sinds december 1999) (zie bijlage 4 van de BBT-studie)
• NMBS, Brussel: train wash (roll-over)
• Hertz, Brussel: autoverhuur
• BMW, Brussel: garage + carwash
• Ginis, Rotselaar: truckwash (roll-over; in werking sinds september 2001) (zie bijlage 4 van de BBT-studie)
• Magic Carwash, Kontich: carwash (wasstraat ; in werking sinds april 2002)
• Smart Bubbles, St. Truiden: carwash (wasstraat ; in werking sinds december 2001) (zie bijlage 4 van de BBT-studie)

Een oordeel aangaande de goede werking van deze installaties op langere termijn (méér dan één jaar) kan nog niet geveld worden, aangezien de meeste installaties nog niet lang in dienst zijn.

Voorbeelden van actief slib systemen (eigenlijk een beluchte opslagtank met een zekere mate van biologische activiteit) zijn:

• De Rotonde, Avelgem: carwash (wasstraat) (zie bijlage 4 van de BBT-studie)
• Clean Car, Dendermonde: carwash (wasstraat) (zie bijlage 4 van de BBT-studie)

Voor- en nadelen

Voordelen

• Er dienen geen chemicaliën toegevoegd te worden om het water te zuiveren.
• Reinigingsmiddelen die in het carwashproces niet verbruikt werden (tot 20 à 30%), worden (bijna) niet afgebroken door de micro-organismen (omdat de verblijftijd in het biologisch systeem te kort is), en blijven dus in het gezuiverde water achter. Op die manier kunnen ze alsnog gebruikt worden in één of meerdere volgende wascycli.
• De procesvoering is eenvoudig: er dienen b.v. geen chemicaliën toegevoegd te worden, en dus hoeven ook geen doseringen aangepast te worden.
• De waterproductie is hoog. De carwashinstallatie kan dus rechtstreeks gevoed worden met gezuiverd water.
• Wanneer het proces goed gevoerd wordt (o.a. vermijden van anaërobe omstandigheden) heeft het systeem geen last van geurproblemen.
• Het effluent van de biologische zuivering is weliswaar beladen met micro-organismen, maar uit ervaring blijkt dat deze zelden tot nooit ziekteverwekkend zijn (Nering Bögel, 2002). Een desinfectie van het effluent lijkt dus niet noodzakelijk.

Nadelen

• Een biologische zuivering kan slechts (blijven) werken wanneer in de carwash goed biologisch afbreekbare reinigingsmiddelen gebruikt worden. Verder zijn de micro-organismen gevoelig voor schokbelastingen en voor de toevoer van (hoge concentraties) aan toxische stoffen.
• Teneinde aërobe omstandigheden te garanderen, dient ook zuurstof toegevoerd te worden (eventueel intermitterend) wanneer er geen afvalwater dient verwerkt te worden. Dit leidt tot extra energieverbruik.
• De snelheid van de biologische afbraak wordt beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Beneden 12°C stelt men een sterke daling van de afbreeksnelheid vast. Vooral bacteriebedsystemen met contactbeluchting zijn hiervoor gevoelig, omdat zij in rechtstreeks contact staan met de buitenlucht.
• Het water is niet geschikt voor een vlekvrije naspoeling. Kalk e.d. worden immers niet verwijderd, en het gezuiverd water bevat nog wat zwevende stof, tenzij een bijkomende filtratiestap wordt ingelast.
• De micro-organismen hebben 6 uur (grootteorde voor hoogbelast systeem) tot 12 uur (grootteorde voor laagbelast systeem) nodig om de vervuilende bestanddelen volledig af te breken. Het afvalwater heeft dus een behoorlijk grote verblijftijd in de procestank nodig om gezuiverd te geraken. Dit betekent dat de tanks over het algemeen veel groter zullen zijn dan bij andere zuiveringssystemen. Tevens dient in de meest gevallen een buffertank voorgeschakeld te worden om schokbelastingen (zowel hydraulische als qua vuilvracht) op te vangen. In een aantal gevallen kan deze rol vervuld worden door de voorgeschakelde slibvang en olie-afscheider.

Werkingsgraad

Mits gebruik te maken van slib dat aangepast is aan afvalwater dat carwashproducten bevat, treedt een mineralisatie op van deze producten, die tot 80 à 90 % kan oplopen binnen de 24 uur (van der Werf, 2000).

Kersting (2002) en Nering Bögel (2002) stellen dat een biologische zuivering in optimale omstandigheden (d.w.z. wanneer alle maatregelen van goed beheer (zie ook Maatregelen van goed beheer) worden toegepast), de in onderstaande tabel vermelde effluentwaarden kan behalen. Wanneer men deze cijfers in verband brengt met de gemiddelde influentsamenstelling van carwash afvalwater (van der Werf, 2000), dan bekomt men de vernoemde zuiveringsrendementen:

Deze typische waarden worden bevestigd door analyseresultaten uit praktijkinstallaties:

Bij Totalfina te Merchtem werden volgende waarden gemeten, weliswaar in een periode met zware regenval, en dus waarschijnlijk weinig carwashactiviteit (Colen, 2002):

Bij een carwash te München werd een negendaagse meetcampagne uitgevoerd, met volgende gemiddelde resultaten (Nering Bögel, 2002):

Op te merken valt dat de verkregen resultaten eerder fragmentarisch zijn (b.v. alleen effluentgegevens), en dat de omstandigheden, waarin de stalen genomen werden, niet altijd even duidelijk waren.

De volledige resultaten die dan toch beschikbaar waren, dienen dus met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd te worden.

• Zwevende stof wordt niet verwijderd in de biologische stap, integendeel: het surplusslib komt los van het dragermateriaal en zal het zwevende stofgehalte doen toenemen.
• Nutriënten en zware metalen worden in beperkte mate verwijderd, zoals vermeld in het punt “Procesbeschrijving”.
• De concentratie in het effluent blijft hoog omdat de verblijftijd in de bioreactor te kort is voor een goede verwijdering.

Hulpstoffen

In principe geen. Sommige leveranciers raden aan om op regelmatige basis een bacteriënpreparaat bij te doseren, teneinde de biomassa “fit” te houden (Rowafil Dynamic, 2001; Kersting, 2002).

Automatiseringsgraad

Deze systemen werken in normale omstandigheden volledig automatisch, en behoeven enkel een regelmatige (1 x/ week) controleronde en een zeldzame (1à 4 x /jaar) onderhoudsbeurt.

Leveranciers

Biologische zuiveringssystemen (SAF) voor de car- & truckwashsector worden o.a. verdeeld door:

• Abwassertechnik Kersting, Dülmen, Duitsland
• Nering Bögel, Bocholt
• Rowafil Dynamic, Overloon, Nederland

Toepasbaarheid

• Een biologische zuivering kan slechts werken wanneer in de carwash goed biologisch afbreekbare reinigingsmiddelen (zie ook Maatregelen van goed beheer) gebruikt worden, die bovendien voldoende nutriënten (N & P) bevatten om de groei en werking van de bacteriën optimaal te laten verlopen, en zo weinig mogelijk zouten, die bij recycling zouden kunnen gaan ophopen, en tot een verstoring van het biologisch systeem zouden kunnen leiden (van der Werf, 2000).
• Verder moet de toevoer van vreemde, en vooral van toxische stoffen absoluut vermeden worden. Dit aandachtspunt geldt vooral voor de self-carwash.
• In het geval van sterk vervuilde afvalwaters, kan het nuttig zijn om de biologie te laten voorafgaan door een fysicochemische trap.
• Meestal wordt er nog een zandfilter, en eventueel een actief koolfilter nageschakeld (Peys en Gysen, 2000). Dit is echter niet steeds noodzakelijk, b.v. in een truckwash, waar een partikelgrootte van de zwevende stof van 200µ aanvaardbaar is (Kersting, 2002).

Voordeel voor milieu/veiligheidsniveau

Milieu- aspecten

• Het surplusslib dient regelmatig afgevoerd te worden. In laagbelaste systemen is de productie ervan echter laag. Voor een ondergedompeld bedsysteem met een capaciteit van 2 m³/h bedraagt de slibproductie, volgens leverancier Rowafil Dynamic (2001), zowat 5 ton op jaarbasis (inclusief slib uit de voorbehandeling).
• De detergentconcentratie in het effluent blijft hoog. Het effluent is dus niet geschikt om zonder verdere behandeling geloosd te worden in oppervlaktewater.

Energieverbruik

Is in principe laag. Dit geldt zeker voor bacteriebedsystemen met contactbeluchting. Hier moet immers enkel energie geleverd worden om de as van de biorotor of de arm van de waterverdeelsproeier te laten draaien. Voor een ondergedompeld bedsysteem met geforceerde beluchting zijn de kosten ietwat hoger. Rowafil Dynamic, 2001 spreekt van een verbruik van zowat 11.000 kWh/j voor een systeem met een capaciteit van 2 m³/h.

Veiligheidsaspecten