XJY Het transformeren van rioolslib in biovaste stoffen: een reis door afvalwaterzuivering en verder

Introductie van de XJY-slibbehandeling

Vóór 1950 loosden de meeste gemeenschappen in de Verenigde Staten hun afvalwater, of rioolwater, in beken en rivieren met weinig of geen behandeling. Naarmate de stedelijke bevolking toenam, werd het natuurlijke vermogen van beken en rivieren om het afvalwater te verwerken overweldigd, waardoor de waterkwaliteit in veel regio’s verslechterde. Als reactie op zorgen over de achteruitgang van de waterkwaliteit hebben duizenden gemeenschappen in de Verenigde Staten in de jaren vijftig en zestig afvalwaterzuiveringssystemen aangelegd. Dit resulteerde in een sterk verbeterde stroom- en rivierwaterkwaliteit, maar creëerde een ander materiaal om mee om te gaan: rioolslib. Ongeveer 99% van de afvalwaterstroom die een zuiveringsinstallatie binnenkomt, wordt geloosd als verjongd water. De rest is een verdunde suspensie van vaste stoffen die tijdens het behandelingsproces is opgevangen. Deze vaste stoffen voor de behandeling van afvalwater worden gewoonlijk rioolslib genoemd.

"Zuiveringsslib" of "bioafval": wat zegt een naam?

De term "biosolids" is onlangs geïntroduceerd door de afvalwaterzuiveringsindustrie. De industrie definieert biologische vaste stoffen als zuiveringsslib dat voldoende is behandeld voor stabilisatie en vermindering van ziekteverwekkers, en dat van voldoende hoge kwaliteit is om op het land te worden toegepast. De term is bedoeld om hoogwaardig, behandeld zuiveringsslib te onderscheiden van ruw zuiveringsslib en van zuiveringsslib dat grote hoeveelheden milieuverontreinigende stoffen bevat. De term "biovaste stoffen" helpt ook om zuiveringsslib te onderscheiden van industrieel slib door te benadrukken dat eerstgenoemde wordt geproduceerd door een biologisch proces. De term is door sommigen bekritiseerd als een poging om de werkelijke aard van zuiveringsslib te verhullen, waardoor het op land brengen van dit materiaal minder verwerpelijk wordt voor het grote publiek. Hoewel 'biovaste stoffen' ongetwijfeld niet dezelfde negatieve beelden oproepen als 'zuiveringsslib' of eenvoudigweg 'slib', is het een legitieme en functionele term als het correct wordt gebruikt om het hierboven beschreven onderscheid te maken. In dit document zal "zuiveringsslib" worden gebruikt om te verwijzen naar vaste stoffen uit de afvalwaterzuivering in het algemeen, en zal "bioafval" specifiek worden gebruikt om te verwijzen naar materiaal dat geschikt is voor toepassing op het land.

afbeelding 6Zuiveringsslib

Productie van gemeentelijk XJY-zuiveringsslib

Gemeentelijk afvalwater, of rioolwater, verwijst naar water dat is gebruikt in huizen of bedrijven in stedelijke en voorstedelijke gebieden voor het wassen, baden en doorspoelen van toiletten. Gemeentelijk afvalwater kan ook water uit industriële bronnen omvatten. Om chemicaliën of verontreinigende stoffen die voortkomen uit industriële processen te verwijderen, moeten industriële bijdragers aan gemeentelijke afvalwatersystemen hun afvalwater voorbehandelen voordat het in het rioolsysteem wordt geloosd. Het afvalwater wordt via het sanitaire rioleringssysteem naar een gecentraliseerde afvalwaterzuiveringsinstallatie getransporteerd (ook wel een Publicly Owned Treatment Works of POTW genoemd). Bij de POTW doorloopt het rioolwater een reeks behandelingsstappen waarbij gebruik wordt gemaakt van fysieke, biologische en chemische processen om voedingsstoffen en vaste stoffen te verwijderen, organische materialen af ​​te breken en ziekteverwekkers (ziekteverwekkende organismen) in het water te vernietigen. Het verjongde water wordt geloosd in beken en rivieren, of kan over grote stukken land worden gesproeid.

foto 7 Gemeentelijk zuiveringsslib

De voorbereidende behandeling van ongezuiverd rioolwater omvat screening om grote voorwerpen zoals stokken, flessen, papier en vodden te verwijderen, en een gruisverwijderingsfase waarin anorganische vaste stoffen (zand, gruis, sintels) snel uit het water bezinken. Het zeefgoed en het grit dat in deze fase van de behandeling wordt verwijderd, worden doorgaans gestort en worden geen onderdeel van het zuiveringsslib.

De primaire behandeling omvat sedimentatie- en flotatieprocessen door zwaartekracht, waarbij ongeveer de helft van het vaste materiaal dat in deze fase terechtkomt, wordt verwijderd. Vast materiaal (zowel organisch als anorganisch) dat tijdens deze behandelingsfase bezinkt, wordt van de bodem onttrokken en vormt het primaire slib. Bij de meeste POTW's wordt het drijvende materiaal (olie, vet, hout en plantaardig materiaal) dat tijdens de primaire behandeling van het wateroppervlak wordt afgeroomd, gescheiden afgevoerd en maakt geen deel uit van het primaire slib.

Secundaire behandeling is een zorgvuldig gecontroleerd en versneld biologisch proces waarbij natuurlijk voorkomende micro-organismen worden gebruikt om gesuspendeerd en opgelost organisch materiaal in het afvalwater af te breken (af te breken of te verteren). Dit materiaal wordt omgezet in koolstofdioxide dat vrijkomt in de atmosfeer en in microbiële celmassa.

In secundaire bezinkingsbekkens bezinkt de microbiële celmassa naar de bodem en wordt verwijderd. Dit voornamelijk organische materiaal wordt secundair slib genoemd.

Sommige zuiveringsinstallaties omvatten ook tertiaire zuiveringsstappen die zijn ontworpen om de voedingsstoffen voor planten (stikstof en fosfor), de zwevende deeltjes of het biologische zuurstofverbruik in het afvalwater verder te verminderen. Chemisch neergeslagen fosfor en filtratie produceren een tertiair slib.

Ten slotte ondergaat het water een desinfectiebehandeling om pathogene micro-organismen te vernietigen. Het verjongde water wordt vervolgens afgevoerd naar een beek of rivier of kan over grote stukken land worden gesproeid.

XJY Behandelingsmethoden voor gemeentelijk zuiveringsslib

Primair, secundair en tertiair slib worden normaal gesproken gecombineerd en het resulterende mengsel, dat 1 tot 4% vaste stoffen bevat, wordt "ruw" zuiveringsslib genoemd. Vanwege het ziekteverwekkergehalte en de onstabiele, afbreekbare aard ervan vormt ruw zuiveringsslib een potentieel gevaar voor de gezondheid en het milieu; Er worden nu echter verschillende behandelingsprocessen gebruikt om rioolslib te stabiliseren, het gehalte aan ziekteverwekkers te verminderen en het gehalte aan vaste stoffen te verhogen. Enkele van de meest gebruikte processen voor het stabiliseren en verminderen van ziekteverwekkerniveaus in zuiveringsslib worden opgesomd en kort beschreven in Tabel 1.

Wat zit er in zuiveringsslib?

Rioolslib bestaat uit zowel anorganische als organische materialen, grote concentraties van bepaalde voedingsstoffen voor planten, veel kleinere concentraties van talrijke sporenelementen¹ en organische chemicaliën, en enkele ziekteverwekkers. De samenstellingen van zuiveringsslib variëren aanzienlijk, afhankelijk van de afvalwatersamenstelling en de gebruikte zuiveringsprocessen. Tabel 2 geeft de mediane en 95e percentielconcentraties van voedingsstoffen voor planten en enkele sporenelementen die in rioolslib worden aangetroffen. Deze gegevens zijn afkomstig van een uitgebreid onderzoek naar rioolslib dat in Pennsylvania in 1996 en 1997 werd geproduceerd.

Opties voor de omgang met zuiveringsslib

Zuiveringsslib kan worden gezien als een organische en voedingsbron die nuttig kan worden gebruikt, of als afvalmateriaal dat moet worden verwijderd. Vóór 1991 werden grote hoeveelheden zuiveringsslib, waaronder een deel uit Pennsylvania, afgevoerd door middel van dumpingen in de oceaan. Bezorgdheid over de overmatige toevoer van nutriënten in het oceaanwater leidde tot het verbod op deze praktijk. Momenteel is bijna al het in Pennsylvania geproduceerde zuiveringsslib behandeld en van voldoende hoge kwaliteit om als biologische vaste stof te worden geclassificeerd. Iets minder dan de helft van dit materiaal wordt verwijderd door storten of verbranden, terwijl de resterende biosolids naar de bodem worden gerecycled door gebruik in de landbouw, mijnaanwinning, landschapsarchitectuur of tuinbouw. Elk van deze opties brengt economische en ecologische voordelen, problemen en risico's met zich mee.

Afvalverwerking

Vanuit het perspectief van management en materiaalverwerking is storten misschien wel de eenvoudigste oplossing. Vanuit economisch oogpunt steekt het storten van afval momenteel gunstig af bij andere opties. Dit zal echter ongetwijfeld veranderen naarmate de stortplaatsruimte beperkter wordt en de stortkosten (kosten voor het storten van afval) stijgen. Vanuit milieuoogpunt voorkomt storten het vrijkomen van door slib overgebrachte verontreinigende stoffen of ziekteverwekkers door het slib op één enkele locatie te concentreren. Als de stortplaats op de juiste manier wordt aangelegd en onderhouden, zijn de milieurisico's minimaal.

Er zijn echter risico's verbonden aan het storten van zuiveringsslib. Organisch afval ondergaat anaërobe ontbinding op stortplaatsen, waarbij methaangas ontstaat dat in de atmosfeer terecht kan komen. Methaan is een broeikasgas dat betrokken is bij de opwarming van de aarde. Andere gassen die vrijkomen uit stortplaatsen kunnen onaangename geuren veroorzaken. De grote hoeveelheden nutriënten die zuiveringsslib aan een stortplaats toevoegt, vormen een risico voor het lokale milieu. Als de stortplaatsbekleding of het percolaatopvangsysteem defect raakt, kunnen deze voedingsstoffen het plaatselijke grondwater en oppervlaktewater verontreinigen. Het storten van zuiveringsslib neemt ook waardevolle stortplaatsruimte in beslag en gaat de potentiële voordelen van de organische stof en plantenvoedingsstoffen in het slib verloren.

afbeelding 8Afvalverwerking

Verbranding verwijdering

De verbranding van zuiveringsslib vermindert het volume van het materiaal dat moet worden afgevoerd, vernietigt ziekteverwekkers volledig, ontleedt de meeste organische chemicaliën en recupereert de kleine hoeveelheid warmtewaarde die in zuiveringsslib zit. De restas is een stabiel, relatief inert, anorganisch materiaal dat slechts 10 tot 20% van het oorspronkelijke slibvolume uitmaakt. De meeste sporenmetalen in het zuiveringsslib worden geconcentreerd in de as (een vijf- tot tienvoudige toename van de concentratie). Dit materiaal wordt meestal gestort, hoewel het mogelijk in bouwmaterialen kan worden gebruikt.

Bij verbranding komen ook kooldioxide (een ander broeikasgas) en mogelijk andere vluchtige verontreinigende stoffen (cadmium, kwik, lood, dioxines) in de atmosfeer terecht. De werking van een verbrandingsoven vereist geavanceerde systemen om fijne deeltjes (vliegas) en vluchtige verontreinigende stoffen uit schoorsteengassen te verwijderen. Dit maakt verbranding een van de duurdere opties voor de afvoer van zuiveringsslib. Net als bij storten gaan de potentiële voordelen van organisch materiaal en plantenvoedingsstoffen in zuiveringsslib verloren.

afbeelding 9 Verbranden, afvoeren