Verbeterde afbraak chemisch afvalwater in anaerobe reactoren

Chemisch afvalwater is biologisch moeilijk afbreekbaar zowel in aerobe als anaerobe zuiveringen. Alternatief voor zuivering is indampen en verbranden tegen hoge kosten. Het kunnen aanwenden van anaerobe zuivering voor dit type afvalwater biedt vele voordelen, o.a. op gebied van energie en minimaliseren van reststromen (spuislib). Voorwaarde is dat de diverse chemische componenten efficiënt worden omgezet door anaerobe biomassa.

Technologie

De omzetting van aromatische stoffen in anaerobe reactoren is zeer problematisch. Bij hoge concentraties zijn aromatische stoffen toxisch terwijl de omzettingssnelheid zeer traag is. Bovendien worden de betrokken micro-organismen gekenmerkt door een zeer lage groeisnelheid. Efficiënte omzetting van aromatische stoffen in een anaerobe reactor is hierdoor afhankelijk van het tot stand kunnen komen van een actieve, stabiele en gebalanceerde methanogene populatie. Bij de afbraak van aromatische stoffen is met name de samenwerking tussen acetogene en methanogene micro-organismen van groot belang. Tijdens acetogene omzettingen vindt anaerobe oxidatie plaats van organische stoffen (zoals vetzuren en aromaten) waarbij water wordt verbruikt en elektronen in de vorm van waterstof vrijkomen. Het efficiënt afvangen van deze elektronen is een voorwaarde om de acetogene reacties optimaal te laten verlopen.

In de voorgestelde technologie wordt gebruik gemaakt van anaerobe membraan bioreactoren, bestaande uit een volledig gemengde reactor gekoppeld aan een externe membraan module. Het ultrafiltratie (UF) membraan houdt alle traag-groeiende micro-organismen tegen, waardoor alle essentiële micro-organismen in de reactor blijven. Daarnaast wordt onderzoek verricht naar de toepassing van elektron-geleidende nanodeeltjes, zoals magnetiet, om de acetogene reacties te versnellen. Recent onderzoek in de literatuur heeft aangetoond dat toevoeging van o.a. magnetiet kan leiden tot versnelling van het anaerobe afbraakproces.

Uitdaging

Er wordt onderzoek verricht naar de rol van elektron-geleidende nano-deeltjes (met name magnetiet) tijdens de afbraak van aromatische probleemstoffen in anaerobe membraan bioreactoren, alsmede anaerobe slibbed reactoren. Tijdens de experimenten wordt gebruikgemaakt van ladingsgewijs-gevoede (batch) reactoren en continue AnMBR opstelling, uitgerust met een crossflow UF membraan. In de laboratoria van Biothane wordt onderzocht of magnetiet ook toegepast kan worden in korrelslibbed reactoren. Naast het vaststellen van biochemische omzettingssnelheden wordt onderzoek verricht naar de microbiële samenstelling van magnetiet verrijkt slib. Ook wordt aandacht besteed aan de lange termijn effectiviteit van magnetiet en in hoeverre de toegepaste UF-membranen inderdaad voorkomen dat magnetiet uitspoelt.

Oplossing

Het onderzoek resulteert in een procesontwerp van een AnMBR verrijkt met elektrisch geleidende nano-deeltjes die beter in staat is om complex chemisch afvalwater te behandelen in vergelijking met conventioneel bedreven zuiveringsreactoren. Het onderzoek draagt bij om op een milieu-verantwoorde wijze chemisch afvalwater te zuiveren met behulp van anaerobe reactoren die worden gekenmerkt door laag of geen energieverbruik en terugwinning van chemisch gebonden energie in de vorm van biogas.