VERGISTEN VAN ZUIVERINGSSLIB een vergelijking tussen thermofiele en mesofiele slibgisting

Transcriptie

1 J m m C i L I t : r i o o w a t e r - z u i v e r i n g s i n r i c h t i n g e n rwzi 2000 VERGISTEN VAN ZUIVERINGSSLIB een vergeijking tussen thermofiee en mesofiee sibgisting

2 :, 1 i? * ' -p:,-] tie rioowaterzuiveringsinrichtingen RW p, q-,, at: postbus AA Leystad M11 ik) C" 1 VERGISTEN VAN ZUIVERINGSSLIB Een vergeijking tussen thermofiee en mesofiee sibgisting Haskoning B.V. : RIZA : ir. W. van Starkenburg ing. P.J.C. Kuiper RWZI i 'L LU-Wageningen : DHV Water B.V. : dr.ir. G. Zeeman ir. H.F. van der Roest Het onderzoek "Toekomstige generatie rioowatezuiveringsinrichtingen RW1 2000' is een samenwerkingsverband van de STOWA en Rijkswatentaat (RIZA).

3 1 INHOUDSOPGAVE VOORWOORD INLEIDING SLIBGISTING IN DE NEDERLANDSE PRAKTIJK LITERATUURONDERZOEK THERMOFIELE SLIBGISTING Organische-drogestofabraaken gasproduktie Ontwaterbaarheid Reductie van pathogenen PILOT-PLANT ONDERZOEK MESOFIELE EN THERMOFIELE SLIBGISTING Organische-drogestofafbraak en gasproduktie Ontwaterhaarheid Reductie van pathogenen CONCLUSIES EN EVALUATIE Concusies Evauatie LITERATUUR... 17

4 VOORWOORD In het onderzoekspan van het project "Toekomstige generatie rioowaterzuiveringsinrichtingen" (RWZI 2000) is paats ingeruimd voor onderzoek naar thermofiee en mesofiee sibgisting. Dit onderzoek is in de periode van 1987 tot 1989 uitgevoerd. Een samenvatting van de resutaten treft u aan in deze covernota. Het betreft enerzijds een iteratuurstudie, uitgevoerd door de Landbouwuniversiteit, en anderzijds een vergeijkend semi-technisch onderzoek naar mesofiee en thermofiee sibgisting, uitgevoerd door het RIZA. Uit het vergeijkend onderzoek komt onder andere naar voren dat thermofiee sibgisting bij een korte verbijftijd een hogere organische-drogestofafbraak en een hogere gasproduktie heeft dan mesofiee sibgisting. Hier staat tegenover dat de ontwaterbaarheid van thermofie vergist sib sechter is. Hierdoor wordt een mogeijk economisch voordee van thermofiee sigisting teniet gedaan. As gevog van de veranderde regegeving wordt de afzet van sib in de andbouw sterk beperkt. Op een groot aanta paatsen wordt daarom gewerkt aan de bouw van centrae sibverwerkingsinstaaties. Technieken die hierbij worden toegepast zijn onder andere: composteren, drogen, verbranden en natte-ucht-oxydatie. Met het oog hierop is het de vraag of de inzet van sibgisting nog voordeen opevert. Sibgisting werd in het vereden toegepast voor de reductie van stank, de venvijdering van pathogene micro-organismen en voor energie-opwekking door de productie van gistingsgas. Door sibgisting wordt tevens de hoeveeheid organische-drogestof verminderd en de ontwaterbaarheid van het sib za over het agemeen toenemen. Voor een aanta sibvenverkingstechnieken (drogen, natte-ucht-oxydatie) za een voorafgaande reductie van organische-drogestof voordeig zijn. Voor composteren en verbranden is een reductie van organische-drogestof energetisch niet voordeig. Andere overwegingen, zoas stank bij opsag enof bij transport van vers sib, kunnen aaneiding zijn om, ondanks hogere kosten, toch sibgisting toe te bijven passen. Een maximae organische-drogestofreductie, maar ook een goede ontwaterbaarheid, za naar verwachting " het beste kunnen worden bereikt door een mesofiee of thermofiee) sibgisting met een reatief ange verbijftijd. Het onderhavige onderzoek heeft zich hier echter niet op gericht en geeft hierover ook onvodoende duideijkheid. De resutaten van het onderzoek maken, zeker gezien bovengenoemde ontwikkeingen, we duideijk dat de keuze voor een thermofiee in paats van een mesofiee sibgisting voorasnog niet voor de hand igt. Leystad, maart 1992 Voor de Stuurgroep RWZI 2000 Dr. J. de Jong (voorzitter)

5 3 1 INLEIDING In Nederand is bij de verwerking van zuiveringssib de mesofiee sibgisting (ca. 33 "C) een techniek, die op meer dan 200 rioowaterzuiveringsinrichtingen (nvzi's) wordt toegepast. In de iteratuur is ook sprake van de mogeijkheid om sih thermofie te vergisten (ca 55 "C). Ten opzichte van mesofiee sibgisting worden een sneere organische-drogestofatbraak, een beter ontwaterbaar vergist sib en een betere reductie van pathogenen gecaimd. Deze voordeen zijn de afgeopen jaren onderwerp geweest van zowe iteratuur as semi-technisch onderzoek. De resutaten zijn beschreven in twee werkrapporten [1,2]. Vooriggende covernota gaat nader in op de resutaten van het verrichte onderzoek. De mesofiee en thermofiee sibgisting worden met ekaar vergeeken. De voor- en ~ nadeen worden daarbij beoordeed aan de hand van: - de organische-drogestofafbraak en de gusproduktie; - de ontwaterbaarheid van het vergiste sib; - de reductie van pathogenen.!! I In hoofdstuk 2 wordt kort ingegaan op de sibgisting in de Nederandse praktijk. In hoofdstuk 3 en 4 worden achtereenvogens het iteratuuronderzoek naar thermofiee sibgisting en het piot-pant onderzoek naar mesofiee en thermofiee sibgisting beschreven. De concusies en de evauatie zijn weergegeven in hoofdstuk 5.

6 2 SLIBGISTING IN DE NEDERLANDSE PRAKTIJK Sibgisting wordt in Nederand toegepast op nvzi's die zijn voorzien van een voorbezinkingstrap. Het primaire sib uit de voorbezinktanks wordt tezamen met het sib uit de aëratietanks (secundair sib) of van de oxydatiebedden (humussib). ingedikt - en vergist in sibgistingsìanks. De gistingstemperatu;r bedraagt circa 33 "C en igt in het mesofie- Ie temperatuurgebied. Over thermofiee sibgisting bij temperaturen van 50 tot 65 "C is nog vrij weinig bekend. Sibgisting wordt in Nederand uitgevoerd in een voedig gemengd doorstroomsysteem (VGDS). Het kenmerk van een VGDS is een geijke verbijftijd van voeistof, gesuspendeerd materiaa en bacteriën. De menging geschiedt in de meeste gevaen door gasinbazing (2 m3/m'.uur) en garandeert een optimaa contact tussen substraat en biomassa. De gemiddede ontwerp-verbijftijd igt tussen 15 en 25 dagen; in de praktijk bijken de verbijftijden eerder 25 tot 55 dagen te bedragen[5]. In een aanta gevaen wordt een combinatie toegepast van een mesofiee sibgisting met een onvenvarmde tweede trap ("koude sibgisting"). De koude sibgistingstank doet dan tevens dienst as bezinkerafscheider voor het sib en sibwater. Het doe van sibgisting is in de eerste paats te komen tot een stabie eindprodukt, dat niet meer tot rotting overgaat bij opsag en verdere verwerking. Tevens wordt door sibgisting de ontwaterbaarheid en de hygiënische toestand van het sib verbeterd. Het gevormde gistingsgas bestaat hoofdzakeijk uit methaan (65-70%) en koozuurgas (30-35 %) en sporen zwavewaterstofgas, ammoniak en stikstof. Het wordt meesta gebruikt as energiebron op de nvzi. Er zijn diverse studies [3,4,5] uitgevoerd naar deze toepassing van gistingsgas. Uit een inventarisatie bijkt dat de gemiddede specifieke gasproduktie per kg toegevoerde organische-drogestof van sibgistingsinstaaties op Nederandse nvzi's 440 i 110 /kg organische-drogestof bedraagt. Uit hetzefde onderzoek bijkt dat door sibgisting ruwweg de heft van de aangeboden organische-drogestof wordt omgezet. In de sibgistingstank vindt een anaërobe, microbioogische omzetting van organische stof paats. Het bioogische omzettingsproces bestaat uit een netwerk van deestappen, die ek door verschiende bacteriesoorten worden uitgevoerd. Figuur 1 geeft de reevante omzettingsprocessen schematisch weer. In grote ijnen kan het omzettingsproces worden onderverdeed in vier fasen: a. hydroyse, waarbij compexe, niet opgeoste materiaen onder invoed van exoenzymen van fermentatieve bacteriën worden omgezet in minder compexe, opgeoste bestanddeen. b. zuurvorming (fermentatie), waarbij de opgeoste stoffen door fermentatieve bacteriën worden omgezet in een reeks eenvoudige verbindingen, zoas vuchtige vetzuren, acohoen, mekzuur, CO?, HZ, NH, en H& asmede in nieuw cemateriaa.

7 c. acetogenese (intermediaire zuurvorming), waarbij de eindprodukten van de fermentatie worden omgezet in acetaat, waterstof en carbonaat, asmede in nieuw cemateriaa. d. methaanvorming, waarbij acetaat, waterstof en carbonaat, formiaat en methano worden omgezet in methaan, CO2 en nieuw cemateriaa. Figuur Schema van de anaërobe afbraak van organisch materiaa. (Uit: PAO kursus 1988 : "Bioogische zuivering van afvawater" onderdee BA 9: "Anaërobe behandeing van afvawater" samengested door: Ir. G. Zeeman en Ir. L.W. Hushoff Po) Bij sibgisting is de hydroyse van moeiijk afbreekbare macro-moecuen de sneheidsbepaende stap. Voor het bereiken van een hoge omzettingsgraad is een ange verbijftijd nodig. De vereiste procesomstandigheden worden voornameijk bepaad door de methaanbacteriën. De ph dient voor de methaanbacteriën te iggen tussen 6,s - 7,5. De buffering door bicarbonaat moet vodoende hoog zijn om bij een optredende accumuatie van vuchtige vetzuren (as gevog vun procesfuctuaties) de ph neutraa te houden. Een bicarbonaat-akaiteit van ca. 70 meqi wordt over het agemeen vodoende hoog geacht.

8 3 LITERATUURONDERZOEK THERMOFIELE SLIBGISTING Thermofiee sibgisting wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 50 tot 55 "C []. Binnen dit temperatuursgebied is een speciae groep anaërobe bacteriën, de thermofiee bacteriën, werkzaam. Een beangrijke eigenschap van deze bacteriën ten opzichte van de mesofiee bacteriën is dat zij hogere maximae groeisneheden hebben, waardoor er in principe hogere omzettingssneheden kunnen worden bereikt. De theorie geeft aan dat met kortere verbijftijden dan bij het mesofiee gistingsproces kan worden vostaan om dezefde organische-drogestofafbraak te bereiken. De procesvoering verschit, afgezien van verbijftijd, temperatuur en de aanwezige bacteriën, niet van die van de mesofiee variant. Uit de iteratuur bijkt dat er vee onderzoek is verricht waarbij mesofiee en thermofiee sibgisting met ekaar zijn vergeeken. Thermofiee sibgisting zou een aanta voordeen ten opzichte van mesofiee sibgisting opeveren: - een hogere gasproduktie bij een geijke verbijftijd of een geijke gasproduktie bij een kortere verbijftijd; - een betere ontwaterbaarheid van het vergiste sib; - een verdergaande reductie van pathogene organismen. In een aanta gevaen is onderzoek verricht naar het functioneren van tweetrapsprocessen. Hierbij moet worden gedacht aan een combinatie van twee thermofie bedreven gistingstanks, of aan een thermofiee gevogd door een mesofiee sibgistingstank, danwe een mesofie-thermofiee combinatie. Vrijwe atijd wordt er een betere werking gerapporteerd in vergeijking met een ééntraps mesofiee of thermofiee sibgisting. Een goed onderbouwde verkaring hiervoor is niet te geven. De vermoedeijke oorzaak van de betere werking in tweetrapssystemen is dat de processtappen in afzonderijke ruimten beter veropen doordat gevormde tussenprodukten zoas waterstof, azijnzuur en propionzuur in mindere mate de afbraak van vuchtige vetzuren remmen. 3.1 Organische-drogestofmaak en gasproduktie Bij thermofiee sibgisting worden bij geijke verbijftijden in het agemeen 10 tot 25 % hogere gasprodukties waargenomen dan bij mesofiee sibgisting. Bij de vergisting van meer geconcentreerd sib (> 4% ds.) echter evert thermofiee sibgisting veea juist een agere gasproduktie op dan mesofiee sibgisting. Een hoge NH,+-N concentratie is in ek geva een beangrijke oorzaak van deze agere gasproduktie. Zowe de hydroyse as de methaanvorming wordt daardoor geremd. Wat betreft de omzetting van eiwitten is de iteratuur eenduidig: onder thermofiee condities is deze hoger dan onder mesofiee condities. Over de hydroyse van vetten en koohydraten bestaat minder overeenstemming: er worden zowe agere as hogere omzettingspercentages gerapporteerd. Bij verbijftijden anger dan 10 dagen zijn de verschien in omzettingspercentages over het agemeen gering.

9 Over de processtabiiteit wordt in de iteratuur ondermeer vermed dat een potseinge verhoging van de beasting as gevog van het verkorten van de verbijftijd niet eidt tot een noemenswaardige verstoring van het thermofiee sibgistingsproces. We zou er as gevog van de beastingverhoging schuimvorming kunnen optreden. De resutaten van onderzoek naar het effect van temperatuurvariaties tijdens de thermofiee sibgisting zijn minder eenduidig. De stabiiteit van het proces voor een temperatuurverhoging zou afhankeijk zijn van de samensteing van de bacteriepopuatie en dan in het bijzonder de mate van aanwezigheid van bacteriesoorten met een hoog temperatuur-optimum. De aanwezigheid van dit soort bacteriën za afhangen van een aanta factoren, zoas de fase waarin de sibgisting zich bevindt: in de opstartfase of in een evenwichtssituatie, de heersende procestemperatuur, de wijze van opstarten, en de aard van het aangeboden substraat. Een temperatuurdaing heeft over het agemeen minder sne veries aan activiteit tot gevog. Langdurig bewaren van thermofie sib dient bij voorkeur bij een age temperatuur te geschieden. Na een kortdurende temperatuurveraging wordt in het agemeen vrij sne de oorspronkeijke activiteit verkregen. 3.2 Ontwaterbaarheid In het agemeen wordt aangenomen dat sibgisting (zowe mesofie as thermofie) resuteert in een verbeterde ontwaterbaarheid van het sib. Resutaten van verschiende onderzoeken geven echter aan dat dit ang niet atijd het geva is en dat de ontwaterbaarheid onder andere afhankeijk is van het uitgangsmateriaa. Van beang hierbij zijn met name het drogestofgehate en de verhouding primair en secundair sib. Een hoog drogestofgehate in het verse sib (k 6,5 % ds.) of een reatief hoog percentage (> 40 %) secundair sib beek na een sibgisting met een verbijftijd van 21 dagen bij een temperatuur van 35 "C te resuteren in een sechter ontwaterbaar sib vergeeken met het verse sib. Mogeijk dat optimaisatie van de sibgisting ten aanzien van de verbijftijd enof de temperatuur in dit geva de ontwaterbaarheid van het vergiste sib zou kunnen verbeteren. Hierover zijn echter geen gegevens bekend. Thermofie vergist sib wordt veea een betere ontwaterbaarheid toegeschreven dan mesofie vergist sib, maar ook tegenovergestede effecten zijn waargenomen. Er is geen fundamentee inzicht in het effect van thermofiee sibgisting op de ontwaterbaarheid van het vergiste sib. In één praktijkinstaatie in de Verenigde Staten is gekozen voor thermofiee sibgisting, met as beangrijkste argument dat het thermofie vergiste sib beter ontwaterbaar is dan het mesofie vergiste sib. De thermofiee vergisting wordt in dat geva bij een betrekkeijk ange verbijftijd, n.. 20 dagen, uitgevoerd. Uit de gerapporteerde onderzoeken kan geen eenduidig antwoord worden gegeven op de vraag of thermofiee sibgisting eidt tot beter ontwaterbaar sib dan mesofiee vergisting.

10 3.3 Reductie van pathogenen Uit de iteratuur bijkt dat de reductie van pathogenen bij thermofiee sibgisting groter is dan bij mesofiee sibgisting. De reductie van pathogenen neemt bovendien toe met de tijd van bootsteing aan de temperatuur. Indien een maximae reductie van pathogenen wordt vereist, moet gekozen worden voor een voedingssysteem waarbij één à twee keer per dag eerst vergist sib uit de sibgistingstank wordt onttrokken en daarna pas vers sib wordt toegevoegd. Vaker voeden za eiden tot een onvodoende reductie doordat een groot gedeete van het sib te kort aan de procesomstandigheden is bootgested. Bedacht moet worden dat bij niet-continue voeding niet meer kan worden gesproken van een VGDS-systeem. De consequenties hiervan voor het gistingsproces zijn niet gehee bekend, zij het dat in sommige gevaen is geconstateerd dat het proces minder goed functioneerde. Niet-continue voeding heeft een duideijk effect op het veroop van de gasproduktie, die evenredig met het patroon van de voeding za fuctueren. Dit za invoed kunnen hebben op de dimensionering van een eventuee gashouder. Wanneer de afstervingssneheid van Samonea-bacteriën as richtijn wordt genomen, zou vogens de iteratuur het aanta kiemen in vers sib van 10' a 10"iem/m3 kunnen worden teruggebracht tot 1 kiem/m3 door gedurende 8 uur het sib aan een temperatuur van 50 "C boot te steen. In de praktijk worden vaak vee minder vergaande reducties gerapporteerd. Uitgaande van gemidded 2x10' kiem/m3 Samonea-bacteriën werden in Los Angees (1982) in mesofie vergist sib nog 4x10' kiem/m3 aangetroffen en in thermofie vergist sib vond men nog 3x10' kiem/m3.

11 4 PILOT-PLANT ONDERZOEK MESOFIELE EN THERMOFIELE SLIBGISTING Er is in de periode van 1987 tot en met 1989 een vergeijkend semi-technisch onderzoek uitgevoerd naar thermofiee en mesofiee sibgisting [2]. De proefinstaatie is gesitueerd op de nvzi Dronten. Hiervoor is gekozen, omdat er op deze nvzi reeds een proefinstaatie (bestaande uit twee identieke gistingstanks met een inhoud van 270 iter, tezamen met de benodigde randapparatuur opgested in een gebouwtje) aanwezig is waarmee a eerder vergeijkend sibgistingsonderzoek is uitgevoerd. De rwzi Dronten heeft een ontwerpcapaciteit.. van i.e. en bestaat uit twee identieke straten die zijn opgebouwd uit een voorbezinktank, een oxydatiebed en een nabezinktank. Het verse sib (primair sib + humussib) van deze instaatie is gebruikt voor de proeven. Er is onderzoek verricht gedurende twee perioden van ek ruim een haf jaar. Er is gewerkt met verbijftijden korter dan 15 dagen vanuit de verondersteing dat de thermofiee sibgisting juist bij korte verhijftijden tot betere resutaten zou eiden dan de mesofiee sibgisting. In de eerste periode ( ) is gedurende een aanta korte proefperioden het sibgistingsproces gevogd bij verbijftijden van 15, 12, 9, 6 en 5 dagen. In de tweede periode ( ) is getracht de resutaten uit de eerste periode te bevestigen door het sibgistingsproces gedurende angere tijd bij dezefde, reatief korte, verbijftijd van 9 dagen te vogen. De proefomstandigheden zijn voor beide processen identiek gehouden. De proeven zijn direct gestart bij temperaturen van respectieveijk 33 en 54 "C. Bij de start van de eerste periode is het sib verdund met eidingwater (verhouding 1 : ). Bij de start van de tweede periode is deze verdunning achtenvege geaten. Er is gedurende 5 of 7 dagen per week éénmaa per dag gevoed. Het onderzoek heeft gegevens opgeeverd over het afbraakpercentage van de organische-drogestof, de gasproduktie, de ontwaterbaarheid van het vergiste sib en de verwijdering van pathogene micro-organismen. Daarnaast is de processtabiiteit beoordeed aan de hand van de ph, de akaiteit, het gehate aan vuchtige vetzuren, het gehate aan CO, in het gistingsgas en de gasproduktie bij nagisting van vergist sib. 4.1 Organische-drogestofafbraak en gasproduktie In tabe 1 zijn de gemiddede afbraakpercentages weergegeven voor periode 1 en 2. De afbraakpercentages zijn berekend uit de massabaans voor de organische-drogestof gedurende een meetperiode en komen voor zowe de mesofiee as de thermofiee sibgisting overeen met praktijkgegevens over mesofiee sibgistingsinstaaties op Nederandse nvzi's [5]. Het gemiddede afbraakpercentage is bij de gekozen, reatief korte, verbijftijden vrijwe steeds ager dan 50 %.

12 De duurproef in periode 2 bij een verbijftijd van 9 dagen resuteert ook voor de mesofiee sibgisting in een redeijk hoog afbraakpercentage van 44 %. Bij een kortere verbijftijd dan 9 dagen neemt de organische-drogestofafbraak van het mesofiee proces sneer af dan die van het thermofiee proces en wordt het verschi in afbraakpercentage groter. Dit komt overeen met de iteratuur [], die aangeeft dat met name bij korte verbijftijd thermofiee sibgisting een betere afbraak te zien geeft dan mesofiee sibgisting. TABEL 1 GEMIDDELDE AFBRAAKPERCENTAGES hydrauische verbijftijd (dagen) ui jze van voeden *) organischedragectofbetasting ikgm3.dag) mecofiet afbraakpercentage thermofie I *) 1: dageijkse voeding gedurende 5 dagen per ueek. Grmaa per dag 2: dageijkse voeding gedurende 7 dagen per ueek, éémaa per dag 38 In tabe 2 is de gasproduktie weergegeven. De gasproduktie van de mesofiee sibgisting is vergeijkbaar met de gemiddede gasproduktie in Nederandse sibgistingstanks. De gasproduktie van het thermofiee proces bijkt 10 tot 25 % hoger te iggen dan van het mesofiee proces en in twee gevaen zefs 45 9% hoger. TABEL 2 GEMIDDELDE SPECIFIEKE GASPRODUKTIES MI )ze van 2: dageijkse voeding gedurende 7 dagen per ueek, éénmaa per dag

13 In tabe 3 en 4 zijn de gemiddede procesparameters bij verschiende verbijftijden weergegeven. Het gehate aan vuchtige vetzuren in het thermofie vergiste sib is hoger dan in het mesofie vergiste sib. Het gehate aan vuchtige vetzuren in het vergiste sib is bij zowe mesofiee as thermofiee sibgisting het hoogst bij verbijftijden van 6 en 5 dagen. De akaiteit is voor zowe het mesofiee as het thermofiee proces echter ruim vodoende gebeken om de ph rond de 7 te houden. Bij het mesofiee sibgistingsproces neemt de akaiteit bij de zeer korte verbijftijden van 6 en 5 dagen we iets af van 60 à 75 tot 45 à 55 meqi. De gasproduktie bij nagisting van het vergiste sib is gemeten op aboratoriumschaa as maat voor de voedigheid van de omzetting van de organische-drogestof. Opvaend is dat de gasproduktie bij nagisting van mesofie vergist sib (met maximaa een factor 2) toeneemt tot 150 ikg ods bij havering van de verbijftijd van 12 naar 6 dagen. De toename van de gasproduktie bij nagisting wijst erop dat het gehate aan gemakkeijk afbreekbare organische-drogestof is toegenomen. Dit houdt in dat er een onvoedige omzetting heeft paatsgevonden tijdens de sihgisting. Een hoge gasproduktie as gevog van nagisting kan een negatieve invoed op het indikkingsproces hebben. De meting van de gasproduktie bij nagisting van thermofie vergist sib geeft een vee ager cijfer. Dit kan waarschijnijk worden verkaard door de age temperatuur (33 "C) waarbij de nagisting is uitgevoerd in vergeijking met de thermofiee procestemperatuur (54 "C). De geur van het mesofie vergiste sib wordt bij een verbijftijd van 5 dagen minder acceptabe in vergeijking tot die bij angere verbijftijd (eigen waarneming van de onderzoeker). Dit gedt niet voor het thermofie vergiste sib. TABEL 3 STABILITEIT MESOFIELE SLIBGISTING 1 verbijftijd (dagen) 15') 12') 9' 9 6 I1 organische-dragestafbe- 1,s 3 Lacting (kg/m.dag) 1.a 1, ,5 akaiteit (meq/) vuchtige vetzuren (mg/() gasproduttie bij nagistin9 ([/kg ods) '*) X CO2 g) voeding gedurende 5 in paats van 7 dagen per week **) testen op abaratorimschaa

14 TABEL 4 STABILITEIT THERMOFIELE SLIBGISTING ) voeding gedurende 5 in paats van 7 dagen per week **) testen op aboratorimchaa 4.2 Ontwaterbaarheid Uit het onderzoek naar de ontwaterbaarheid komt naar voren dat in vergeijking met mesofie vergist sib er voor thermofie vergist sib een ongeveer twee maa zo hoge dosering poy-eectroyt nodig is om een vergeijkbaar drogestofgehate van de fiterkoek te verkrijgen (zie tabe 5). Uit microscopisch onderzoek is gebeken dat het thermofie vergiste sib zeer vee fijn verdeed materiaa bevat. Dit kan een verkaring zijn voor de minder goede ontwaterbaarheid van het thermofiee sib en de hogere benodigde poy-eectroytdosering. Na een sibgisting met een verbijftijd van 12 dagen is de ontwaterbaarheid van zowe mesofie as thermofie vergist sib enigszins beter dan na ren sibgisting met een kortere verbijftijd. Bijkbaar dient er met een afnemende ontwaterbaarheid rekening te worden gehouden as er voor een kortere verbijftijd in de sibgistingstank wordt gekozen. Dit kan worden verkaard uit een minder goede organische-drogestofafbraak bij het verkorten van de verbijftijd. TABEL 5 ONTWATERBAARHEID VAN THERMOFIEL EN MESOFIEL VERGIST SLIB hydrauische verbijftijd (dagen) organische-drogestofbeasting (kgins.dag benodigde poy-eectroyt dosering (g/kg d.s.) mesofie thermofie percentage drogestof in de fiiterkoek (X) mesof ie thermf ie à 5 7 à a a ,9 3 à 6 8 a à a

15 43 Reductie van pathogenen Het aanta micro-organismen is bepaad in het verse sib en in het vergiste sib. De beschouwde organismen geven een indicatie over de mogeijke aanwezigheid van mens-pathogene micro-organismen. Meerdere maen is het aanta coibacteriën, faecae streptococcen, somatische coifagen en f-specifieke RNA-fagen bepaad. De gemeten reductie van indicator-organismen is over het agemeen secht. Thermofiee sibgisting tendeert naar een iets hogere reductie dan mesofiee sibgisting. Dit gedt met name bij een verbijftijd van 15 dagen. Bij een kortere verbijftijd neemt het verschi in reductie steeds verder af. Bij het ontbreken van Nederandse criteria waaraan het sib qua aantaen ziekteverwekkende organismen zou moeten vodoen, is een vergeijking gemaakt met Duitse normen voor sib dat in de andbouw wordt afgezet (tabe 6). Hieruit moet worden geconcudeerd dat ook thermofie vergist sib niet aan de normen zou vodoen. TABEL 6 PATHOGENE MICRO-ORGANISMEN IN MESOFIEL EN THERMOFIEL VERGIST SLIB (ag aanca/g ds) (de verbijftijd in de stibgictingstank bedraagt 15 dagen) soort indicator-organicm gehate in vergist siib uit de proefinstaaties toegestaan vogens Duitse norm mesofie thermofie totaa aanta coibacterien thermotoerante coibacterien faecae strepto somatische co ifagen f-specifieke RNA-fagen 4 4 1

16 5 CONCLUSIES EN EVALUATIE 5.1 Concusies Er is in de jaren in het kader van het project RWZI 2000 een iteratuurstudie en een vergeijkend semi-technisch onderzoek uitgevoerd naar de verschien tussen mesofiee en thermofiee sibgisting. De iteratuurstudie geeft aan dat de verschien in organische-drogestofafbraak en gasproduktie over het agemeen gering zijn en afhangen van de samensteing van het uitgangsmateriaa. Bij een hoog organische-drogestofgehate enof een reatief hoog aandee secundair sib kan de gasproduktie van het mesofiee proces bij geijke verbijftijd zefs hoger zijn dan van het thermofiee proces. Bij het thermofiee proces ijkt bij hoge organische-drogestofgehaten (> 4 % d.s.1 en hoge ammoniumstikstofgehaten remming op te treden van zowe de hydroyse as de methaanvorming, waardoor de afbraak en gasproduktie achteruit gaan. Uit het semi-technisch onderzoek met een mengse van primair en humussib van rwzi Dronten (2,5 à 3,5 % ds.) bijkt dat bij een verbijftijd van Y dagen het afbraakpercentage van de organische-drogestof nog ruim 40 % bedraagt. Dit afbraakpercentage komt goed overeen met praktijkgegevens van rnesofiee sibgistingsinstaaties op Nederandse rwzi's bij aanzienijk angere verbijftijden. Bij een verbijftijd van 5 i 6 dagen bedragen de gemeten afhraakpercentages respectieveijk 35 en 40 % voor het mesofiee en thermofiee sibgistingsproces. Hieruit bijkt dat bij rnesofiee sibgisting het afbraakpercentage eerder achteruitgaat bij extreem korte verbijftijden dan bij thermofiee sibgisting. Vogens het semi-technische onderzoek is de gasproduktie bij thermofiee sibgisting over het agemeen ongeveer 10 à 25 % hoger dan bij mesofiee sibgisting. Deze hogere gasproduktie bij thermofiee sibgisting kan gebruikt worden voor de extra verwarming van de sibgistingstank enof vour extra produktie van eektrische energie. In het vereden is berekend dat onder andere hierdoor thermofiee sibgisting economisch voordee opevert boven mesofiee sibgisting [S]. De processtabiiteit (ph, bicarbonaat-akaiteit, gehate aan vetzuren) bijkt in het semi-technische onderzoek voor zowe de thermofiee as de mesofiee sibgisting goed te zijn geweest, zefs bij een verbijftijd van 9 dagen. De gasproduktie hij nagisting van het mesofie vergiste sib neemt toe as de verbijftijd korter wordt gekozen. Bij S dagen verbijftijd is deze nagisting ongeveer 150 /kg ods, hetgeen duidt op een onvoedige omzetting van organische-drogestof. Er kunnen in de praktijk as gevog van nagisting probemen ontstaan met de indikking van het vergiste sib, doordat het sib in de indikker kan gaan foteren.

17 De geur van het mesofie vergiste sib, zoas waargenomen tijdens het semi-technische onderzoek, wordt bij een verbijftijd van 5 dagen minder acceptabe in vergeijking tot die bij een angere verbijftijd. Deze constatering gedt niet voor thermofie vergiste sib. De reductie van pathogene micro-organismen is bij thermofiee sibgisting iets beter dan bij mesofiee sibgisting. In Nederand zijn geen toetsingscriteria voor pathogene micro-organismen in zuiveringssib. In Duitsand gedende normen gaan uit van toeaatbare gehaten voor andbouwkundige toepassingen van 3 og aantaig ds. voor bacteriën en 1 og aantaig ds. voor virussen. De gevonden waarden in het semitechnische onderzoek vodoen hier niet aan. Het semi-technisch onderzoek op rwzi Dronten (primair- + humussib) geeft aan dat thermofie vergist sib sechter ontwaterbaar is dan mesofie vergist sib. Voor de ontwatering van thermofie vergist sib is meer poy-eectroyt nodig, hetgeen reatief hoge kosten met zich meebrengt. Hierdoor komt het economische voordee van thermofiee sibgisting gehee te vervaen. Uit het iteratuuronderzoek bijkt dat in één praktijkstudie gekozen is voor thermofiee sibgisting omdat het vergiste sib beter ontwaterbaar is en er minder poy-eectroyt nodig is. Bij deze instaatie is de thermofiee sibgisting bij een betrekkeijk ange verbijftijd van 20 dagen uitgevoerd. Fundamentee inzicht in de oorzaak van deze betere ontwaterbaarheid van thermofie vergist sib ontbreekt. Er zijn we aanwijzingen dat de samensteing van het te vergisten sib en de verbijftijd in de sibgistingstank beangrijke factoren zijn die de ontwaterbaarheid beïnvoeden. Nader onderzoek hiernaar kan het inzicht in mogeijke reaties verbeteren. 5.2 Evauatie Mesofiee sibgisting wordt in Nederand veevudig toegepast met as doe: - het verbeteren van negatieve eigenschappen van het sib (o.a. het verminderen van stankbezwaren en reductie van pathogene micro-organismen); - het genereren van gistingsgas; - het verminderen van de hoeveeheid organische-drogestof; - het verbeteren van de onhvaterbaarheid. Terwij in het vereden de eerste twee aspecten van het grootste beang waren, zuen het verminderen van de hoeveeheid organische-drogestof en de ontwatering van het sib in de toekomst steeds beangrijker worden. Mocht er rond 1980 nog vanuit worden gegaan dat een nuttige afzet (andbouw, zwarte grond, compost) een reëe optie was, op dit moment is het verwerken van zuiveringssib as ware het een afvastof aan de orde. De beangrijkste reden voor deze verandering in het denken over zuiveringssib is de verscherping van de reges voor de sibsamensteing bij andbouwkundig gebruik. Sechts een minimaa percentage van de totaa geproduceerde hoeveeheid sib za hierdoor nog een nuttig gebruik vinden.

18 ~ storten, I Sibgisting za daarom niet meer kunnen worden aangemerkt as een eindbehandeing. De beangrijkste opties voor verdere verwerking zijn op dit moment composteren, drogen, verbranden en natte-ucht-oxydatie. Bij een aanta van deze opties (drogen, natte-ucht-oxydatie) zijn de voorafgaande reductie van de hoeveeheid organische-drogestof, bijvoorbeed door voorafgaande sibgisting, en een goede ontwaterbaarheid van groot beang om de kosten van de verdere verwerking te beperken. Het sibgistingsproces za voor deze gevaen op de parameters organischedrogestofreductie en ontwaterbaarheid moeten worden geoptimaiseerd. Voor composteren en verbranden is de reductie van organische-drogestof energetisch onvoordeig voor de procesvoering. Er za desondanks voor toepassing van sibgisting kunnen worden gekozen, bijvoorbeed indien het sib eerst moet worden opgesagen en daarna getransporteerd naar een centrae verwerkingsocatie. Redenen hiervoor kunnen zijn dat door sibgisting stankbezwaren worden verminderd, dat de sibgistingsinstaatie as een buffer dienst kan doen, energie uit gistingsgas ten behoeve van de ocae bedrijfsvoering wordt verkregen en dat er beter ontwaterbaar sib resteert. Uit het semi-technische onderzoek bijkt, dat voor mesofiee sibgisting de verbijftijd kan worden verkort tot 9 dagen; rekening houdend met een veiigheidsmarge voor fuctuaties in de procesvoering kan dit worden gested op bijvoorbeed dagen. Voor thermofiee sibgisting bijkt dat een verbijftijd kan worden aangehouden van 6 dagen; rekening houdend met een veiigheidsmarge 8-10 dagen. Echter, in verband met het streven naar een maximae organische-drogestof reductie en een optimae ontwaterbaarheid, wordt (op grond van de iteratuurstudie) vermoed dat de verbijftijd in de sibgisting zeker niet korter moet worden gekozen dan tot nu toe gebruikeijk (circa 20 dagen of anger). De keuze tussen mesofiee en thermofiee sibgisting za tevens in dit icht moeten worden gemaakt. Op basis van de thans beschikbare gegevens is dat echter niet mogeijk. Een fundamentee onderbouwing van de reatie tussen vergisting en ontwaterbaarheid is noodzakeijk. Hiertoe za1 additionee onderzoek moeten worden uitgevoerd, waarbij mogeijk tevens een microbioogische cinderbouwing van de processen de aandacht moet krijsen. Indien hieruit zou bijken dat bijvoorbeed een geuptimaiseerde mesofiee of thermofiee sibgisting weiswaar duurder is maar minder en beter ontwaterbaar sib opevert, kan dit in verband met de kosten van de verdere verwerking een interessante optie zijn. De keuze tussen mesofiee en thermofiee sibgisting vat op basis van de huidige inzichten uit ten gunste van de mesofiee werkwijze. De dimensionering van de sibgisting moet eerder een geoptimaiseerde sibontwatering en verdere sibverwerking tot doe hebben dan een zo kort mogeijke gistingstijd.

19 ' Wageningen, i 6 LITERATUUR 1 Thermofiee vergisting van rioowatersib Een iteratuuronderzoek G. Zeeman en H.A.A. van Veen juni 1990 Vakgroep Miieutechnoogie, Landbouwuniversiteit Wageningen 2 Vergeijkend onderzoek naar thermofiee en mesofiee vergisting van zuiveringssib op semi-technische schaa op nvzi Dronten P.J.C. Kuiper Leystad, 1991 Rijksinstituut voor Integraa Zoetwaterbeheer en Afvawaterbehandeing 3 Gistingsgas as energiebron op rioowaterzuiveringsinrichtincen STORA Rijswijk, Energie uit gistingsgas (Toetsing van ontwerpgrondsagen) STORA Rijswijk, Optimaisatie van de gistingsgasproduktie STORA Rijswijk, 1985

20 PUBLIKATIEREEKS "TOEKOMSTIGE GENERATIE RIOOLWATERZUIVERINGSINRICHTINGEN RWZI 2000" ' "Behandeing van stedeijk afvawater in de toekomst" Een haabaarheidsonderzoek. I. Eindrapport 11. Werkrapport RIZA, TNO-Maatschappeijke Technoogie en Witteveen & Bos Raadgevende ingenieurs Jui 1986 "Toekomstige generatie rioowaterzuiveringsinrichtingen; RWZI 2000 Onderzoekpan RIZA, STORA Januari 1988 "Jaarversag 1988 RIZA, STORA Maart 1989 "Sibontwatering; een voorstudie" TU-Deft, TU-Eindhoven RWZI Januari 1989 "Knepunten bij de invoering van defosfatering" Witteveen & Bos Raadgevende ingenieurs RWZI Apri 1989 "Seectieve verwijdering van zware metaen uit ruw rioowater met behup van een magneetsysteem" Smit-Nymegen, TNO-Maatschappeijke Technoogie RWZI Oktober 1989 "Verwijdering van zware metaen uit zuiveringssib door eektroyse" TNO-Maatschappeijke Technoogie RWZI Oktober 1989 Te besteen bij: STOWA, Postbus 8090, 3503 RB Utrecht te

21 "Hydroyse van zuiveringssib in combinatie met anaërobe vergisting" TNO-Maatschappeijke Technoogie RWZI Oktober 1989 "Het drogen van zuiveringssib met het Carver-Greenfiedproces" TNO-Maatschappeijke Technoogie, Witteveen & Bos Raadgevende ingenieurs RWZI December 1989 "Natte oxydatie van zuiveringssib met het Vertech-systeem" TNO-Maatschappeijke Technoogie, Witteveen & Bos Raadgevende ingenieurs RWZI December 1989 "Symposium "RWZI 2000" d.d. 5 oktober 1989 RIZA, STORA RWZI December 1989 "Jaarversag 1989" RIZA, STORA RWZI Maart 1990 "AB-Systemen; een inventarisatie" DHV Raadgevend Ingenieursbureau BV RWZI September 1990 "Vergisting van aëroob gestabiiseerd sib" DHV Raadgevend Ingenieursbureau BV RWZI Augustus 1990 "Het afeiden van procestechnoogische reaties uit bedrijfsgegevens van rwzi's" DHV Raadgevend Ingenieursbureau BV RWZI December 1990 "Automatische regeing van het sibgehate in heuchtingstanks" Adviebureau BKH RWZI September 1990

22 17 "Verkenning Bio-DenitroDio-Denipho" Witteveen & Bos Raadgevende ingenieurs RWZI Juni "Linpor-sponsjes as dragermateriaa bij de aërobe zuivering van rioowater" TNO-Maatschappeijke Technoogie RWZI Oktober "Jaarversag 1990 RIZA, STORA RWZI Maart "Deep Shaft-systemen; een inventarisatie" DHV Raadgevend Ingenieursbureau BV RWZI Maart "Perspectives for the utiization of membrane-assisted sudge retention in municipa waste water treatment pants" A feasibiity study RU-Groningen RWZI Juni "Jaarversag 1991" RIZA, STOWA RWZI Maart "Vergisten van zuiveringssib; een vergeijking tussen thermofiee cn mesofiee sibgisting" Haskoning B.V., RIZA, LU-Wageningen, DHV Water B.V. RWZI Maart 1992