Het zuiveren van afvalwater van een leerlooierij

Richard Haarhuis en Antoon Peters

Sinds 2004 wordt het afvalwater van de Hulshof Royal Dutch Tanneries uit Lichtenvoorde door Waterstromen bv, in een 4 traps biologische installatie gezuiverd. Het afvalwater wordt via achtereenvolgens: een anaërobe behandeling, een zwaveloxidatie, een partiële nitrificatie en een Anammox denitrificatiesysteem gezuiverd. Een dergelijke combinatie van technologie is nog nooit eerder toegepast. Mede hierdoor moesten heel wat kinderziektes worden overwonnen en moest de juiste bedrijfsvoering worden gevonden. Onderstaand willen we u graag een kijkje geven in de industriële afvalwaterzuivering.

Aanleiding
Hulshof Royal Dutch Tanneries verwerkt jaarlijks 300.000 huiden tot hoogwaardig leer en produceert daarbij 250.000 m3 afvalwater per jaar. Het bedrijf bevindt zich in de kern van Lichtenvoorde, waardoor vergaande milieumaatregelen noodzakelijk zijn om hinder naar omwonenden te voorkomen. In de oude situatie kon (geur-)overlast niet altijd worden voorkomen. Die werd hoofdzakelijk veroorzaakt door de fysisch/chemische afvalwaterbehandeling. Tevens leidt deze techniek tot een hoge slibproductie en het gebruik van veel chemicaliën (ijzerchloride) en wordt nagenoeg geen sulfaat verwijderd.  Het stroomgebied van de Baakse Beek, waarop de awzi uiteindelijk zijn effluent loost, is aangewezen als een hoogwaardig ecologische zone, waardoor ondermeer een verlaging van de chloride- en sulfaatconcentratie is gewenst. Om dit te kunnen bereiken kon geen fysisch/chemische zuivering meer worden toegepast.

OplOssing
Om aan de wensen van het bedrijf en het Waterschap te voldoen is besloten het afvalwater via een nieuwe 2 km lange persleiding af te voeren en te behandelen in een nieuwe zuivering gelegen nabij de communale zuivering. Gezien de specialistische kennis die nodig is voor een dergelijk zuiveringssysteem heeft het bedrijf besloten de zuivering uit te besteden aan Waterstromen bv. Samen met Paques b.v. uit Balk is een systeem ontworpen, waarmee aan alle gestelde wensen wordt voldaan.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ontwerpbasis

parameter	eenheid		vereist rendement
debiet	m3/d	700	-
CZV	kg/d	5.425	> 95%
stikstof	kg N/d	450	> 75% als N-totaal
S-totaal	kg S/d	440	> 75%
chroom	mg/l	30	< 1 mg/l
chloride	mg/l	2.630	-
zuurgraad	pH	8 - 10

Tabel 1. Afvalwatersamenstelling en zuiveringsprestaties
parameter  eenheid  vereist rendement
debiet  m3/d  700  -
CZV  kg/d  5.425  > 95%
stikstof  kg N/d  450  > 75% als N-totaal
S-totaal  kg S/d  440  > 75%
chroom  mg/l  30  < 1 mg/l
chloride  mg/l  2.630  -
zuurgraad  pH  8 - 10.

Figuur 1: Schematische procesweergave

Stap 1 Anaërobe behandeling
In een IC reactor (ca. 270 m3, 25 meter hoog) wordt, door gebruik te maken van het geproduceerde biogas een intensieve menging tussen het afvalwater en de biomassakorrels verkregen waardoor tevens ophoping van moeilijk afbreekbare vlokken in het slib wordt voorkomen. Deze vlokken spoelen met het effluent uit. In de reactor wordt ca. 65% van het CZV omgezet in biogas, waarbij gelijktijdig sulfaat wordt gereduceerd tot sulfide.  Het effluent van de IC wordt behandeld in een flotatie unit om de moeilijker afbreekbare, uitgespoelde vlokken, samen met colloïdale deeltjes af te vangen. Hier wordt een deel van het effluent in een drukvat onder druk verzadigd met biogas, waarna dit zogenaamde witte water, samen met het effluent van de IC-reactor, onderin de flotatie unit wordt gebracht. Door de druk van het met biogasverzadigde water af te laten ontstaan kleine gasbelletjes welke zich aan de vlokken hechten, die vervolgens opdrijven. Op deze manier worden op zeer efficiënte wijze de deeltjes afgescheiden uit het afvalwater. Deze stap is erg belangrijk omdat hiermee ook al het aanwezige chroom uit het water gehaald moet worden. Boven in de flotatie unit wordt door middel van een slibruimer het ingedikte slib verzameld en afgevoerd naar een vergister (250 m3). Hier wordt ca. 50% van de moeilijker afbreekbare fractie in 20 dagen omgezet naar biogas. Het uitgegist chroomhoudend slib wordt periodiek ontwaterd en afgevoerd. 

Stap 2 Sulfide oxidatie en zwavelverwijdering
Het sulfidehoudend effluent van de flotatie unit wordt in een tweede bioreactor (ca. 75 m3 airlift loop) partieel geoxideerd tot elementair zwavel. Deze oxidatie, waarbij zuurstof uit lucht wordt gebruikt, wordt gestuurd op de redoxpotentiaal in de vloeistof. Op deze wijze wordt voorkomen dat het sulfide weer wordt geoxideerd tot sulfaat. Het zwavel in het effluent van deze reactor wordt door middel van een lamellenafscheider afgescheiden. Een deel van de onderloop van deze afscheider wordt teruggestuurd naar de sulfide reactor om hierin de gewenste biomassaconcentratie te handhaven. Het overtollige zwavel wordt met een centrifuge ontwaterd tot een 65% drogestof pasta. 

Stap 3 Partiële nitrificatie
Door de strenge sulfaateis is het niet mogelijk een deel van de in het influent aanwezige CZV te bypassen, die nodig is voor een conventionele denitrificatie. De helft van de stikstof wordt nu in een airlift loop reactor (100 m3) genitrificeerd tot nitriet (NO2). De luchtinbreng wordt met online NO2 en NH4+- analyzers zodanig gestuurd dat het effluent uit deze reactor uit 50% NO2 en 50% NH4 bestaat.

Stap 4 Anammox denitrificatie
In deze reactor (75 m3) wordt door de Anammoxbacteriën (anaërobe ammonium oxidatie) het NO2 en NH4+ grotendeels omgezet in stikstofgas en een klein deel nitraat, zonder dat hiervoor koolstof nodig is. Vanuit deze reactor wordt het effluent nagezuiverd door de communale zuivering.

AAnvullende vOOrzieningen

Recirculatie
Over de eerste 2 stappen wordt een circulatiestroom van ca. 30 m3/h toegepast om:  te voorkomen dat de sulfideconcentratie in de anaërobie niet toxisch wordt;  de pH van het influent te verlagen door het CO2- rijke circulatiewater;  het influent met restwarmte van de WKK op te warmen van 25 tot 35C.

Biogasbehandeling
Het biogas wordt in een scrubber behandeld om het grootste deel van het H2S te verwijderen. Hier wordt het gas in contact gebracht met water uit de sulfide oxiderende reactor, waarbij het H2S afgevangen en teruggevoerd wordt naar de sulfide oxiderende reactor. Het zwavelarme biogas wordt vervolgens ingezet op de WKK of stoomketel van de naastgelegen industriële vergister.

Luchtbehandeling
De lucht, afkomstig van de aërobe reactoren en de ventilatielucht, afkomstig van de diverse tanks, wordt behandeld in een bioscrubber en vervolgens door een lavakiesfilter met nageschakeld oxidatie/actiefkool filter geleid om rest H2S en ammonia tot zeer lage concentraties terug te brengen.

Hulpstoffen
Voorzieningen zijn aanwezig om op de flotatie en de zwavelafscheiding polymeren te doseren om de afscheiding van vaste stof te optimaliseren. Doordat het te behandelen afvalwater een eenzijdige samenstelling heeft worden er sporenelementen en fosforzuur toegevoegd om een goede conditie van de biomassa te behouden. Voor eventuele pH correctie, in de Anammox-reactor kan er CO2 gedoseerd worden. Door het omzetten van H2S in de luchtscrubber treedt een verzuring op. Om dit controleerbaar te houden wordt er natronloog gedoseerd. Om schuimvorming in de beluchte reactoren onder controle te houden wordt er boven in de reactoren water gesproeid waar indien nodig antischuim aan toegevoegd wordt.

 

 

 

 

 

 

BedrijfsvOeringAspecten
Met het in gebruik nemen van de installatie is duidelijk geworden hoe complex het afvalwater van een leerlooierij is. Door de fysisch/chemische samenstelling is door de volgende oorzaken het ontwerp aangepast:   De nog aanwezige vezels en leerdeeltjes in het influent gaven veel problemen met het verstoppen van pompen en warmtewisselaars. Na diverse onderzoeken en testen is er voor gekozen om het inkomende water door een cycloon te voeren waarin de deeltjes afgescheiden worden. Het grote voordeel van de cyclonen is dat die nagenoeg geen onderhoud vergen en geheel zijn gesloten, zodat geen geuroverlast ontstaat.    Door het samenvoegen van het influent, hoge pH, veel calcium met het recirculatiewater welke CO2 rijk is ontstaat er een neerslag (CaCO3). Deze neerslag zet zich af in het systeem tot aan de IC op allerlei ongewenste plaatsen. Om dit proces controleerbaar te houden is er voorzien in een CIP-installatie (Cleaning In Place). Met een zuuroplossing kan nu periodiek de scaling verwijderd worden. Momenteel is er nog onderzoek gaande om vorming van neerslag verder terug te brengen. In plaats van de gehele systeemflow op te warmen via een warmtewisselaar wordt nu alleen de recirculatieflow nog opgewarmd.   In de praktijk is gebleken dat de werking van de afzonderlijke processtappen van grote invloed is op het totale resultaat. Zo zal bij een minder goed functionerende flotatie, vaste stof doorspoelen naar de sulfide oxidatie. Hierdoor krijgt deze extra CZV te verwerken. Daardoor kan deze overbelast raken en niet meer alle sulfides omzetten. In de sulfide oxidatie behoren alle sulfides geoxideerd te worden. Indien dit niet gebeurt, remmen deze de partiële nitrificatie. Dit kan de  Neerslag 2007/III   verhouding NH4+ en NO2-veranderen. Dit heeft dan weer een negatief effect op de Anammox. Duidelijk is geworden dat het totaalresultaat wordt bepaald door de zwakste schakel in de keten.  Naast het zuiveringsproces is er ook veel aandacht voor de luchtbehandeling. Door de aanwezigheid van grote hoeveelheden sulfide in het water is de kans op geuroverlast reëel. Het gehele ventilatiesysteem wordt daarom frequent gecontroleerd op afzuigdebiet en H2S-verwijderingsrendementen.  De awzi is een hoog belast systeem. Het is daarom wenselijk om de installatie zo gelijkmatig mogelijk te belasten. De leerlooierij produceert echter ca. 5,5 dag per week. Door de week kan er afvalwater gebufferd worden. Deze buffers worden dan in het weekend geleegd, zodat een continue belasting gewaarborgd is. Naast de wekelijkse fluctuaties in aanvoer hebben we ook te maken met vakantiestops van de leerlooierij. In deze periodes is er geen afvalwater beschikbaar. Om de biologische activiteit dan te behouden worden er externe koolstof- en stikstofbronnen verwerkt. Ook dit vergt weer de nodige berekeningen en planning om alles in goede banen te leiden.  De afgelopen twee jaren zijn vooral gebruikt om kennis en ervaring op te doen om hiermee een stabiele bedrijfvoering te  verkrijgen. De komende tijd zal de bedrijfsvoering zich gaan bezighouden met het verkrijgen van antwoorden op vragen zoals:
Wat is de maximale Anammox capaciteit (kg N/dag/m3 reactorinhoud). Omdat de Anammox stikstofverwijdering een nieuwe technologie is, zijn hier nog geen praktijkgegevens van;  Wat is de specifieke energiebehoefte van de stikstofverwijdering en hoe verhoudt deze zich tot de conventionele stikstofverwijdering?;  Kan het gebruik van hulpstoffen verminderd worden?;    Kan de installatie hoger dan de ontwerpbelasting bedreven worden? Door het mogelijk extra verwerken van koolstof en stikstofbronnen kan de exploitatie positief beïnvloed worden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ondanks de complexiteit van de installatie en het afvalwater blijft het fascinerend dat met hedendaagse techniek en technologie op enkele honderden vierkante meters dit type afvalwater biologisch vergaand gezuiverd kan worden. 

Richard Haarhuis en Antoon Peters, Waterstromen 

Neerslag 2007/III