Knelpunten bij invoering van defosfatering

SN31085 89-02

ⁱ

^{g e}

>

-

^{r i o o l 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

KNELPUNTEN BIJ DE INVOERING VAN DEFOSFATERING

rwzi

2000

rijkswaterstaat

dienst binnenwaterenlriza

postbus 17, 8200 AA lelystad 03200-70

stichting toegepast onderzoek reiniging afvalwater

postbus 80200.2508 GE den haag

tie rioolwaterzuiveringsinrichtingen RWZI 2000*

recretariaai postbus 80200. 2508 G E den haag 070 - 512710 pro~ectlwding: porrhus i?. 8200 AA ielystad 03200 - ?O41 1

2000

KNELPUNTEN BIJ DE INVOERING VAN DEFOSFATERING

, . . . .

Het onderzoek 'Toekomstige generatie rioolwalerzuivcnngrinricht~ngenl~~zi 2000' is een samenwerkingsverband van de STORA en Riikswarerstaat IDBWIRIZA).

INHOUD

BLZ.

Voorwoord

Samenvatting en aanbevelingen Inleiding

Chemische defosfatering

3.1 Procesbeschrijving chemische defosfatering

3.2 Stand van ontwikkeling b i j chemische defosfaterinq 3.3 Haalbare P-verwijdering b i j chemische defosfatering 3.4 Chernicaliënverbruik restprodukten en milieueffecten b i j

fysisch-chemische defosfatering

3.5 Randvoorv~aarden b i j de toepassing van chemische defosfatering 3.6 Knelpunten b i j chemische defosfatering

Defosfatering m.b.v. een korrelreactor 4.1 Procesbeschrijving korrelreactor

4.2 Stand van ontwikkeling van de korrelreactor 4.3 Haalbare P-verwijdering b i j de korrelreactor

4.4 Chemicaliënverbruik, milieueffecten en restprodukten b i j de korrelreactor

4.5 Randvoorwaarden b i j defosfatering m e t een korrelreactor 4.6 Knelpunten b i j de invoering van de korrelreactor

Defosfatering m e t magnetische separatie 5.1 Procesbeschrijving

5.2 Stand van ontwikkeling b i j de magnetische defosfatering 5.3 Haalbare P-verwijdering b i j magnetische defosfatering 5.4 Chemicaliënverbruik, milieueffecten en restprodukten b i j

magnetische separatie

5.5 Randvoorwaarden b i j defosfatering m e t magnetische separatie 5.6 Knelpunten b i j magnetische defosfatering

Biologische defosfatering 6.1 Procesbeschrijving

6.2 Stand van ontwikkeling b i j de biologische defosfctering 6.3 Haalbare fosfaatconcentraties b i j biologische defosfatering 6.4 Chernicaliënverbruik, milieueffecten en reststoffen b i j

biologische defosfatering

6.5 Randvoorwaarden b i j biologische defosfatering 6.6 Knelpunten b i j biologische defosfatering

V e r v o l g inhoudsopqave BLZ.

7 D e f o s f a t e r i n g m e t b e h u l p v a n f i l t r a t i e 7.1 P r o c r s h e s c l i r i j v i n q

7.2 Stand van o n t v ~ i k k e l i n g van [Je e f f l u e n t f i l t r a t i e 7.3 H a a l b a r e P - v e r v l i j d e r i n q L i j f i l t r a t i e t e c h n i e k e n

7.4 C h e r n i c a l i ~ n v e r h r u i k , m i l i e i i e f f e c t e n c n r e s t p r o d u k t c n b i j v l o k f i l t r a t i e

7.5 Randvoorwaarden b i j d e f o s f a t e r i n g m e t f i l t r a t i e

7.6 K n e l p u n t e n en h i n t e n i n de kennis b i j d e f o s f a t e r i n q m.b.v.

f i l t r a t i e

8 K o s t e n v a n d e f o s f a t e r i n g

8.1 K o s t e n v a n chemische d e f o s f a t e r i n g 8.1.1 K o s t e n v a n s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e 8.1.2 K o s t e n v a n v o o r p r e c i p i t a t i e 8.1.3 K o s t e n v a n n a p r e c i p i t a t i e

8.1.4 K o s t e n v a n n e u t r a l i s a t i e m e t k a l k 8.2 K o s t e n van d e f o s f a t e r i n g i n e t de k o r r e l r e a c t o r 0.3 K o s t e n van inaqnetisctie d e f n s f a t e r i n q

8.4 K o s t e n van Ibiolciqische d e f o s f a t r r i n g

8.5 Gevoeliqhcirl voor d r s l i b v e r v ~ e r k i n q s k o s t e n 8.6 Gevnlqen van f o s f a a t v r i j ,wassen

9 E v a l u a t i e

9.1 H a a l b a r r r f f l u e n t k w a l i t ~ i t

9.2 R a n d v o o r v ~ a a r d r n b i j de d c f n s f a t r r i n q s m e t h o d e n 9.3 L o u t b e l n s t i n q van h e t e f f l u e n t

9.4 C h e m i c a l i E n v c r b r i i i k 9.5 Slibproduktie

9.6 A f z e t c n h e r q e b r i i i k van h e t fosfaatslib 9.7 K o s t e n van d r f o s f a t c r i n q

9.7.1 D e f o s f a t e r i n q t o t 1 - 2 m g P / l 9.7.7 D e f o s f a t e r i r g t o t 0,: m q P I 1 10 T o e k o m s t p e r s p e c t i e f

11 R e f e r e n t i e s

B i j l a g e n

I K o s t e n r a m i n g n a p r e c i p i t a t i e

I1 K o s t e n r a m i n g biologische d e f o s f a t e r i n g

Voorwoord ¹

D i t r a o p o r t g e e f t e e n o v e r z ; c h t v a n d e s t a n d v a n d e o n t w i k k e l i n g v a n d e d e f o s f a - t e r i n g s t e c h n i e k e n d i e m o m e n t e e l b e s c h i k b a a r z i j n o f o n t w i k k e l d w o r d e n e n d e k n e l p u n t e n b i j d e i n v o e r i n g v a n d e z e t e c h n i e k e n i n d e p r a k t i j k . G e z i e n d e s n e l l e o n t w i k k e l i n g v a n d e d e f o s f a t e r i n g s t e c h n i e k e n moet h e t r a p p o r t worden g e z i e n a l s e e n momentopname v a n a u g u s t u s 1 9 8 8 , met e n k e l e a a n v u l l i n g e n i n f e b r u a r i 1 9 8 9 .

?let name t e n a a n z i e n v a n d e k o r r e l r e a c t o r , m a g n e t i s c h e e n h i o l o g i s c h e d e f o s f a - t e r i n g z i j n d e g e g e v e n s v a n d e e f f l u e n t k w a l i t e i t , s l i h p r o d u k t i e e n k o s t e n % e - e x t r a p o l e e r d v a n u i t d e o n d e r z o e k s f a s e . Deze g e g e v e n s z u l l e n m o e t e n w o r d e n g e - t o e t s t a a n d e r e s u l t a t e n v a n d e e e r s t e p r a k t i j k i n s t a l l a t i e s , d i e n a a r v e r w a c h - t i n g i n d e l o o p v a n 1 9 8 9 b e s c h i k b a a r z u l l e n komen.

Deze i n v e n t a r i s a t i e werd u i t g e v o e r d d o o r W i t t e v e e n + Bos r a a d g e v e n d e i n g e n i e u r s e n b e g e l e i d d o o r

i r .

W . v a n S t a r k e n b u r g , i n g . R . v a n D a l e n e n i n g . G . B . J . R i j s .

Den H a a g , a p r i l 1 9 8 9 Voor d e S t u u r g r o e p R W Z I 2000

d r s . J . F . N o o r t h o o r n v a n d e r K r u i j f f ( s e c r e t a r i s )

1 SAMENVATTING E N AANBEVELINGEN

Als gevolg van de recente fosfaatmaatregelen zal binnen enkele jaren op grote schaal defosfatering moeten worden ingevoerd op de Nederlandse

RVIZI's.

De in p r a k t i j k meest toegepaste techniek is de fysisch-chemische defosfatering.

Nieuwe technieken die nog i n het onderzoek- en ontwikkelingsstadium verkeren zijn de korrelreactor, magnetische separatie en biologische defosfatering.

In deze studie wordt nagegaan wat de stand van ontwikkeling is b i j de verschillende technieken en m e t welke randvoorwaarden en knelpunten b i j invoering rekening moet worden gehouden. Tevens zijn de belangrijkste conse- quenties ten aanzien van chernicaliënverbruik, verzouting van het effluent, slibproduktie en kosten nageqaan.

1.

Stand van ontwikkeling van de defosfaterinqstechnieken

Chemische precipitatie is de enige defosfaterinqstechniek die op d i t moment in Nederland volledig operationeel is.

Defosfatering m e t een korrelreactor en magnetische defosfatering worden momenteel opgeschaald van semi-technische naar praktijkschaal. Binnen een jaar worden de eerste resultaten van de praktijksystemen verv~acht.

Biologische defosfatering i s uitgebreid onderzocht op semi-technische schaal. Ook i s veel onderzoek verricht naar de stimulering van biologische fosfaatopnarne op RWZI's. De toepassing van verqaande biologische defosfa- tering op praktijkschaal wordt i n Nederland echter nog niet op korte t e r m i j n verwacht.

2.

Knelpunten b i j de invoerinq van defosfatering

B i j de invoering van de verschillende defosfateringstechnieken gelden op d i t moment een aantal knelpunten. Deze komen deels voort u i t de stand van ontwikkeling, deels u i t fundamentele beperkingen van de technieken en deels u i t beperkingen die de bestaande situatie op een RMIZI aan de invoering van een techniek kan stellen. Hieronder zijn de belangrijkste knelpunten per t e c h ~ i e k samengevzt.

Voorprecipitatie:

-

verwerkingscapaciteit nodig voor het extra primaire slib (voorbezinking sliblijn).

Simultane p r e c i p i t a t i n :

-

m o g e l i j k r e r n m i n q van de n i t r i f i c a t i e , w a a r s c h i j n l i j k v o o r a l h i j laaqhelaste actief-slibsysternen fslihbelôstinq c i r c a

0,10 -

0,20 k g RZV/kg d.s. d);

-

m o g e l i j k verstoppinq van de b e l i ~ c h t i n g s e i e m e n t e n ;

-

de v e r e i s t e verhoqinq van h e t drogestofgehalte i n de a ë r a t i e t a n k i n bestaande RWZl'c, kan t o t overbelasting van de nabezinkinq leiden;

-

v e r w e r k i n q s c a p a c i t e i t nodiq voor h e t e x t r a surplusslih.

N a p r e c i p i t a t i c

-

r u i m t e nnriiq voor de b o u w van e x t r a bezinking e n s l i h v e r v ~ e r k i n q .

K o r r e l r e a c t o r :

- noq qeen e r v a r i n q m e t [ i r a k t i j k i n s t a l l a t i e c ;

-

nadeliqe invlned van h a r d w a t e r ;

- w e r k i n g a f h a n k e l i j k v a n h e t hioloqische zuiverinqsproces (minder goed b i j oxydaticberiden, rioq w e i n i g e r v a r i n g m e t aëratietanks).

Iilaqnetische separatie:

-

nog geen v o l l e d i q i n z i c h t i n de w e r k i n g b i j verschillende soorten e f f l u e n t ;

-

b e p e r k t e e r v a r i n q rnet p r a k t i j k i n s t a l l a t i e s ;

-

t e r u g w i n n i n q m a q n e t i e t en opwerking k a l k s l i b t o t bruikbaar p r o d u k t noq i n onderzoek.

Biologische d e f o s f a t e r i n g :

-

i n Nederland geen e r v a r i n q m e t vergaande d e f o s f a t c r i n q np p r a k t i j k - schaal;

- a f h a n k e l i j k van gunstige irifIiirntsamcnctelling;

-

rnatiqe p r o c e s s t a b i l i t e i t m e t n a m e b i j RWA;

-

vergaande d e n i t r i f i c a t i e vereist weqens r e m m i n g door n i t r a a t ;

-

aërobe s l i b v e r w e r k i n q nndiq h i j P-binding i n surplusslib ( n f chemische behandelinq van h e t a n n t i r o h ~ slibwater);

-

huiriiqe v o r m van k a l k p r e c i p i t a t i e h i j f o s f a a t s t r i p p e n voor v e r b e t e r i n g vatbaar !I>ijvoorbceld door k o r r e l r r a c t o r , rnaqnetischi. separatie).

3. S l i h v e r w e r k i n q

H e t vinden van c c n n l e q a n t e oplossinq voor h e t slibprohlecrn i s een kernpunt h i j de o n t w i k k e l i n q van a l t e r n a t i e v e n voor de chemische p r e c i p i t a t i e .

IDe k o r r e l r e a c t o r l e v e r t een qoed hanteerbaar k a l k - f o s f a a t p r o d u k t dat.

toepassingsmoqelijkheden l i j k t t e hebben als r u w e grondstof.

H e t kalk-fosfaatslib van de magnetische defosfatering w i j k t qua chemische samenstelling weinig a f van de fosfaatkorrels. H e t slib moet echter van magnetiet worden ontdaan en worden opgewerkt t o t een hanteerbaar pro- dukt. Goede mogelijkheden lijken aanwezig voor a f z e t als zuurbindende stof i n de landbouw.

B i j biologische defosfatering m e t fosfaatstrippen ontstaat (naast een ver- hoogd fosfaatgehalte in h e t biologische slib) een hoeveelheid kalkslib b i j de chemische defosfatering van het supernatant.

Onderzoek op praktijkschaal is nodig om de chemische en fysische eigen- schappen van de fosfaatprodukten vast t e stellen en de verwerkingsmogelijk- heden als ruwe grondstof na t e gaan. Een goede marktanalyse is daarbij nodig om de afzetmogelijkheden vast t e stellen.

4. Kosten van defosfatering

Benadrukt wordt dat de kosten van de verschillende defosfateringstechnie- ken moeilijk objectief t e vergelijken zijn, b i j gebrek aan praktijkgegevens, eenduidige uitgangspunten en duidelijke dimensioneringsgrondslagen. B i j de ramingen voor chemische defosfatering is ervan uitgegaan dat de w a t e r l i j n (voorbezinking, aëratietank, nabezinking) n i e t hoeft t e worden aangepast.

Door de produktie van chemisch slib kan b i j voorprecipitatie echter uitbrei- ding van de voorbezinking en b i j simultane precipitatie uitbreiding van de aëratietank enfof nabezinking nodig zijn.

B i j defosfatering t o t gemiddeld 1-2 m g Pf1 is volgens een indicatieve raming (zie figuur 1) simultane p r e c i p i t a t i e de goedkoopste methode, m e t jaarlijkse kosten c i r c a f 8fi.e. (incl. O.B.) voor RWZI's van minimaal 50.000 i.e. B i j deze raming wordt er vanuit gegaan dat de aëratieruimte en nabezinking n i e t behoeven t e worden vergroot. De kosten van de korrelreactor, magne- tische separatie en biologische defosfatering bedragen circa f l0fi.e.j..

Voor- en naprecipitatie z i j n het duurst (f 16 -18/i.e.j.), door de hoge kosten voor chemicaliën, slibverwerking en kapitaal.

B i j RWZI's kleiner dan 50.000 i.e. zijn de kosten aanzienlijk hoger dan b i j grotere, door het sterke schaaleffect van de investeringskosten. Verlaging van h e t e f f l u e n t P-gehalte t o t < 0,5 m g Pf1 verhoogt de kosten b i j de grote RWZI's m e t f 2,50

-

5,00/i.e.j., afhankelijk van de toegepaste methode. B i j 10.000 i.e. kunnen de kosten m e t meer dan f 16fi.e.j. toenemen.

Door de toenemende verwerkingskosten van zuiveringsslib wordt verwacht dat de defosfateringskosten b i j chemische p r e c i p i t a t i e i n de toekomst zullen toenemen m e t f 2,501i.e.j. (simultane en n a p r e c i ~ i t a t i e ) t o t f 4,-1i.e.j.

Figuur

1:

Indicatieve kosten van defosfatering (f1i.e.j) t o t

--

^{---.~--~. .~}

1 - 2

mg -

PI1

.- bij hoge, - lage en normale slibverwerkingskosten ( s c h a a l g r o o t t e 100.000 i.e.).

(voorprecipitatie). B i j de 'nieuwe' v o r m e n van d e f o s f a t e r i n g is de o n t w i k k e - l i n g van de slibverwerkingskosten m i n d e r duidelijk, afhankelijk van de afzetmogelijkheden. B i j de k o r r e l r e a c t o r i s de gevoeligheid voor de slibver- werkings- en a f z e t k o s t e n h e t k l e i n s t ( f 0,65/i.e.j e x t r a h i j s t o r t e n i n p l a a t s van kosteloze afvoer).

5. Gevolqen van f o s f a a t v r i j wassen

Wanneer de f o s f a t e n in de wasmiddelen v o l l e d i q worden vervangen z a l de fosfaataanvoer op de RWZI's i n v e r g e l i j k i n g m e t de basistoestand c i r c a 30%

afnemen.

B i j chemische d e f o s f a t e r i n g is de chemicalii+ndosering gekoppeld aan de

P-

v r a c h t van h e t influent. H e t c h e m i c a l i ë n v e r b r u i k en de slibproduktie z u l l e n daarom v r i j w e l evenrediq afnemen m e t de aangevoerde fosfaatvracht.

B i j de overige technieken z i j n de doserinqen n i e t qekoppeld aan de aange- voerde f o s f a a t v r a c h t m a a r aan h e t volume t e d e f o s f a t e r e n water, zodat f o s f a a t v r i j wassen i n eerste i n s t a n t i e geen invloed h e e f t op h e t c h e m i c a l i ë n - verbruik. Wel k a n een i e t s l a g e r e doserinfl worden toegepast o m d e z e l f d e e f f l u e n t c o n c e n t r a t i e t e bereiken.

I n onderstaande t a b e l i s de i n v l o e d van f o s f a a t v r i j wassen op de kosten samengevat voor een z u i v e r i n q s c a p a c i t e i t van 100.000 i.e.

basistoestand f o s f a a t v r i j verschil

(f1i.e. j) (f1i.e. j)

(W

v o o r p r e c i p i t a t i e 15,49 11,09 28 O h

s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e 8,07 6,03 25 "h

n a p r e c i p i t a t i e 17,96 14,28 21 %

k o r r e l r e a c t o r 10,06 9,87 2 %

maqneetseparator 10,25 9,91 3 O h

biologische d e f o s f a t e r i n q 10,12 9,67 4 %

U i t dc berekeningen v o l g t d a t b i j volledig f o c f a a t v r i j wassen de kosten ven chemische p r e c i p i t a t i e , in v e r g e l i j k i n g m e t de basistoestand, ongeveer een k w a r t lager worden e n d a t b i j de overige technieken slechts een besparing van enkele p r o c e n t e n z a l optreden. H i e r b i j m o e t worden opgemerkt d a t als basistoestand is uitgegaan van de s i t u a t i e van 1985, m e t een P-aanvoer van 3,0 g P/i.e.d (31,lO). In de huidige toestand hebben de f o s f a a t v r i j e wasmid-

delen i n Nederland reeds een m a r k t a a n d e e l van c i r c a

5596

(33). Volledige f o s f a a t v r i j h e i d van de v ~ a s m i r l d e l e n w o r d t m e t name i n de sector van de vaatwasrnachinrs n i e t op k n r t . ~ t e r m i j n verwacht.

6. T o e k o m r t p e r s p r r t i r f

Gezieri de r e l a t i e f laqe kosten en de r u i m e p r a k t i j k e r v a r i n g zal simultane p r e c i p i t a t i e m e t i j z e r s u l f a a t m e t name b i j zeer laag belaste a c t i c f - s l i b s y s - t e m e n noq geruime t i j d de I i e l a n q r i j k s t e techniek blijven.

I3ij oxydatietirdden e n v ~ a a r s c l i i j n l i j k b i j een belanqrijk deel van de bestaande laagbelaste a c t i e f s l i b s y s t e m e n ( f l , 1 0 -

0,20

k g R Z V / k q d s . d) zal simultane p r e c i p i t a t i e n i e t kunnen u ~ o r d c n torqepast. Voor deze i n s t a l l a t i e s k o m e n m o m e n t e e l a l l e e n v o o r - e n n n p r r c i p i t a t i e i n a a n m r r k i n q , m e t aanzienlijk hnnere kosten dan s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e .

A f h a n k e l i j k van de onderzoeksresultaten kunnen binnen enkele jaren de k o r r e l r e a c t o r en de maqneiische p r e c i p i t a t i e o p r r a t i n n r c l w o r d m . D e z e technieken l i j k e n v o o r a l a a n t r e k k e l i j k i n p l a a t s van di! diiiirdere voor- o f n a p r e c i p i t a t i e i n s i t u a t i e s waar q e r n simultane p r r c i p i t a t i e k a n worden t o q e p a s t foxydatiebedden, l a a q b e l a s t r a c t i e f s l i b i n r i c h t i n q e n m e t k r a p qedi- mensioneerde a e r a t i r en nahezinkinq).

F o s f a a t s t r i p p e n zou i n c o m b i n a t i e m e t een k o r r e l r e a c t o r o f inagnetische separatie a a n t r e k k e l i j k kunnen z i j n b i j laagbelaste actief-slihsystemen. D e p r a k t i j k g e r i c h t e o n t w i k k e l i n g van deze techniek l i j k t i n Nederland e c h t e r a c h t e r t e b l i j v e n b i j die van de andere nieuwe technieken.

B i j een deel van de o x y d a t i e s l a t r n k a n w e l l i c h t een verhooqde f o s f a a t v e r w i j - d o r i n g worden b e r e i k t door p e r i o d i r k e onderbreking van de b e l u c h t i n q / v o o r t - stuwing. Op deze w i j z e k a n zonder e x t r a kosten een (beperkte) bijdrage worden q e l r v e r r l aan dc r e d t i c t i e van de f o s f a a t v r a c h t .

Viegens de hoqe kosten voor een r f l a t i e f qerinqe beperkinq van de f o s f a a t - v r a c h t z a l v l o k f i l t r a t i e binnen d r huidiqe regels n i e t o f nau;.ielijks worden toeqepast. Slechts b i j q r r i r h t r b e s t r i j d i n g van d r e u t r o f i ë r i n g i n zeer gevoelige q e h i c d r n k o m t v l o k f i l t r a t i e i n aanrnerkinq.

7 . A a n 5 e v e l i n q r n ( z i e vonr o n d e r z o r k s v o o r s t e l l e n b i j l a q e 111)

a. Om de r r v a r i n q r ~ n m e t d c f o s f n t e r i n g op b l r d e r l a n r i s ~ R\'!7I's n u t t i g t e kunnen q e h r i i i k r n , d i r n e n d e r e t r v ~ o r d e n qebundeld. Relanqrijke aspec- t e n h i e r b i j z i j n h e t c h c m i c a l i 6 n v r r b r u i k i n r e l a t i e t o t de e f f l u e n t k w a l i - t e i t , de s l i b p r o d u k t i ~ , de bezinkinqs- en indikkinqseiqenschappen van h e t slib, de p r a k t i s c h e aspecten van dc h r d r i j f s v o ~ r i r i g , ~ r v a r i n q r n m e t de tncqepaste apparatuur, e t c .

b. Nader inzicht is gewenst i n de gevolgen van simultane defosfatering b i j actiefslibsystemen m e t slibbelasting 0,10

-

0,20 k g BZV/kq d.s. d en bellenbeluchting. Aandachtspunten hierbij zijn ondermeer de remming van

nitrificatie/denitrificatie,

de verstopping van de beluchtingselemen- ten en de invloed op slibindex, slibvolume, indikkings-en ontwateringsei- genschappen. Een demonstratieproject kan hierover belangrijke informa- t i e verschaffen.

c. Voor bestaande RWZI's waar simultane defosfatering niet inpasbaar is, kan naprecipitatie het enige operationele alternatief zijn. De uitvoe- ringsmogelijkheden voor chemicaliëndosering, vlokvorming, vlokverwij- dering en slibverwerking zullen nader moeten worden geëvalueerd i n een technische en financiële optimalisatie.

d. De mogelijkheden voor verhoogde biologische fosfaatopname door een- voudige aanpassingen i n de bedrijfsvoering van zeer laag belaste a c t i e f - slibsystemen dienen zoveel mogelijk t e worden benut. Een duidelijke handleiding voor de zuiveringspraktijk, waarin de mogelijkheden worden aangegeven, i s hiertoe gewenst.

e. Gezien de r e l a t i e f sterke positie van simultane defosfatering b i j oxyda- tiesloten, dient h i j de ontwikkeling van de korrelreactor en de magneti- sche defosfatering extra aandacht t e worden besteed aan de toepassing b i j oxydatiebedden en hoqer belaste actief-slibsystemen.

f. De geplande demo-projecten m e t de korrelreactor en magnetische sepa- r a t i e kunnen belangrijke gegevens aandragen ten aanzien van de prakti- sche mogelijkheden van deze technieken.

g. B i j het onderzoek m e t de korrelreactor moet aandacht worden besteed aan de noodzaak t o t zure C02-stripping b i j hard water, in relatie t o t de zuiveringstechnische en financiële aspecten.

h. B i j magnetische defosfatering i s verder praktijkonderzoek gewenst naar de magnetietterugwinninq en de verwerking van het slib.

i. H e t is wenselijk een praktijkproef m e t fosfaatstrippen u i t te voeren op een Nederlandse actief-slibinstallatie.

j. Oe k o r r e l r e a c t o r e n rnaqnetische separatie z i j n i n p r i n c i p e a a n t r e k k e l i j k om f o s f a a t ti: v e r i v i j d e r c n iuit h e t supernatant van h e t fosfaatstrippen.

D e m o q e l i j k h e r i r n h i e r t o e r n o c t c n i n h e t onderzoek worden opqenomen.

k. B i j de grootrichaliqe i n v o r r i n q van chemische d e f o s f a t e r i n q zullen de i o n e n c o n c e n t r a t i r s i n h e t r ~ p p e r v l a k t e w a t e r toenemen !verzoutinqj. :,jet name b i j d r i n k v ~ a t r r p r n d i i k t i r iiit o p p e r v l a k t e w a t e r kunnen de nr?nsviaar- den v ~ o r d c n overschreden.

1. D e v e r v ~ e r k i n q s r n o q e l i j k h e d e n e n de a f z e t m a r k t voor de r e s t x o d u k t e n van de d e f o s f a t c r i n q m o e t e n ~wnrden onderzocht. K w a l i t a t i e v e aspecten h i e r b i j z i j n ondermeer h e t fosfaatqehalte, h e t rarbonaatqehalte, de ontwaterinqsqraad, orqanische en anorganische r e s t s t o f f e n e n de bemes- t i n q s v ~ a a r d e . Daarnaast zullen de diverse a f z e t m a r k t r n m o e t e n worden qeanalysc,?rd.

in. L'lannecr in '!'lest-Europa op q r o t e schaal w o r d t qeriefosfateerd, kiinnen veranderinncn o p t r e d e n i n de beschikbaarheid en de p r i j z e n van de diverse clirrnicaliën. E e n m a r k t o n d e r z o e k hiernaar i s gewenst als basis voor de lanqe t e r m i j n keiizes.

n. Onderzoek is qewenst naar o n t w i k k e l i n g e n op slibverwerkingsoebied e n h e t meebehandelen van fosfantslib b i j deze technieken (verbranding, Vertech, C a r v r r G r e e n f i e l d etc.).

o. B e t r o u w b a r e c o n t i n i i e sensrirrn en sturinqssystemen m o e t e n worden o n t w i k k e l d voor qe:nitomatisrrirde procesreqelinq h i j de d e f o s f a t e r i n q ( b i j a l l e technieken).

2 INLEIDING

I n h e t l i c h t van de gemeenschappelijke inspanning van de Rijnoeverstaten om de fosfaatlozingen per 1995 m e t 50% t e reduceren, zal op korte t e r m i j n op veel Nederlandse RWZI's defosfatering moeten worden ingevoerd.

Als bruikbare defosfateringstechniek is op d i t moment alleen de chemische precipitatie beschikbaar. De techniek heeft als nadelen een hoog chemicaliënver- bruik, verzouting van het effluent, mogelijke storing van de n i t r i f i c a t i e l d e n i t r i f i - catie en een vergrote produktie zuiveringsslib. Gezien de toenemende problemen b i j de afzet van zuiveringsslib, i s m e t name het laatste punt een belangrijk nadeel.

Nieuwe technieken die niet h e t nadeel hebben van de vergrote produktie van moeilijk verwerkbaar zuiveringsslib zijn de korrelreactor, magnetische separatie en biologische defosfatering. Voor deze drie methoden moet nog het nodige onderzoek en ontwikkelingswerk plaatsvinden.

Om r i c h t i n g t e kunnen geven aan het onderzoek is het noodzakelijk om inzicht t e hebben i n de stand van ontwikkeling op d i t moment en i n de t e verwachten technische en financiële consequenties b i j toekomstige toepassing van de betref- fende technieken. Om een zo volledig mogelijk overzicht t e geven van deze informatie i s door Witteveen+Bos raadgevende ingenieurs een studie uitgevoerd i n opdracht van de Dienst Binnenwateren-RIZA.

De uitgangspunten van de studie zijn:

-

als referentiekader wordt zoveel mogelijk beschouwd de defosfatering door middel van de simultane precipitatie;

-

als rest P-gehalte worden 3 niveau's van de gemiddelde effluentconcentratie i n beschouwing genomen, te weten 2, 1 en 0,5 m g / l (N.R.: het b e t r e f t hier jaargemiddelde waarden. O m dezelfde grenswaarden als maximum van het voortschrijdend gemiddelde t e bereiken, zijn verdergande maatregelen nodig);

-

aandacht wordt besteed aan het stoffengebruik, de zoutvracht van h e t effluent en de reststoffenproblematiek;

-

de beoordeling van de stand van de techniek vindt plaats op basis van beschikbare informatie (met ondersteuning van de kennis b i j DB\V-RIZA), aangevuld door een korte interviewronde langs de betreffende onderzoekers en/of bedrijven (LU Wageningen, DHV, Smit Nijmegen);

-

rekening wordt gehouden m e t zich i n de toekomst wijzigende randvoorwaar- den, zoals verdere verscherping van de problematiek van de slibverwerking, verbetering van de milieueffecten e.d.

U i t bovenstaande kan de volqcnrle rloclstellinq worden qeformuleerd:

a. H e t vaststellen van de technische k n e l p u n t e n per methode.

b. H e t i n s c h a t t e n van de technisctw en f i n a n c i e l e i m p l i c a t i e s van de diverse a l t e r n a t i e v e n m e t h e t d n c l de lianlbaarheid en de toepassingsmoqolijkhedcn v c r d e r t e kunnen inviilleii.

c. Aanbevelinqen voor aanvullerid onderzoek e n o n t w i k k e l i n q o m veelbelovende technieken i n de p r a k t i j k t e kunnen toepassen.

I n de tioofdstukkcn 3 t o t en m e t 7 wnrden de b e l a n q r i j k s t e aspecten per techniek behandeld. I n l~oofdst.tik 8 worden de kosten behandeld. I n lioofdstuk 9 en 10 worden de vcrscliillerirlc aspecten qei.ii.vnl~ieerd e n w o r d t een toekomstperspectief qeschetst.

3 C H E M I S C H E D E F O S F A T E R I N G

3.1 Procesbeschrijving chemische d e f o s f a t e r i n g

B i j de chemische d e f o s f a t e r i n g w o r d t m e t behulp van c h e m i c a l i ë n een f o s f a a t - neerslag gevormd, d a t vervolgens door b e z i n k i n g w o r d t verwijderd.

B i j chemische d e f o s f a t e r i n g worden i n h e t algemeen de volgende c h e m i c a l i ë n gebruikt:

-

Al-zouten: AIC13, A12(s04)3;

-

Fe(II1)-zouten: FeC13, F e C I S 0 4 ;

-

FeS04;

-

F e - e n l o f Al-houdende i n d u s t r i ë l e produkten, o.a. AVR;

-

Ca(OH)2.

B i j i j z e r - en a l u m i n i u m z o u t e n is de dosering evenredig aan de t e v e r w i j d e r e n f o s f a a t v r a c h t , i n h e t algemeen m e t een zekere o v e r m a a t (1-2 m o l M e / m o l P). R i j k a l k i s de dosering a f g e s t e m d op de t e b e r e i k e n zuurgraad ( p H 9-11); de t e v e r w i j d e r e n P-concentratie speelt h i e r geen rol.

D e chemische d e f o s f a t e r i n g k e n t als u i t v o e r i n q s v o r m e n de zogenaamde voorpre- c i p i t a t i e , simultane p r e c i p i t a t i e en naprecipitatie.

D i j de v o o r p r e c i p i t a t i e worden de c h e m i c a l i ë n aan h e t r u w e a f v a l w a t e r toeqe- voegd, zodat h e t gevormde fosfaatneerslag samen m e t h e t p r i m a i r e slib i n de voorbezinktank bezinkt.

R i j de simultane p r e c i p i t a t i e vindt de fosfaatbinding plaats tijdens h e t a ë r a t i e - proces. H e t fosfaatslib w o r d t tezamen m e t h e t a c t i e f s l i b i n de nabezinking verwijderd. B i j s i m u l t a n e d e f o s f a t e r i n g kunnen r e l a t i e f goedkope Fe(I1)-zouten worden gedoseerd ( m e t name FeS04), die door de aanwezigheid van zuurstof in de a ë r a t i e t a n k worden geoxydeerd t o t Fe(II1). H e t f o s f a a t s l i b w o r d t samen m e t h e t surplusslib via de nabezinking afgescheiden.

D e n a p r e c i p i t a t i e w o r d t u i t g e v o e r d in een e x t r a processtap (derde trap), w a a r i n h e t secundaire e f f l u e n t (= de a f l o o p van de nabezinking) w o r d t nabehandeld. D e derde t r a p bestaat u i t een mengeenheid, v l o k v o r m i n g s r u i m t e e n b e z i n k r u i m t e . In teqenstelling t o t de voor- e n sirnultane p r e c i p i t a t i e w o r d t h i j n a p r e c i p i t a t i e zuiver fosfaatslib afqescheidcn. R i j n a p r e c i p i t a t i e m e t A l - en Fe-zuuten o n t s t a a t een chemisch slib d a t m o e t worden o n t w a t e r d en qqstort. :3ij de klassieke n a p r e c i p i t a t i e m e t k a l k w o r d t een voliimineus k a l k s l i h gevormd d a t n i o e i l i j k t e v e r w e r k e n is. D e f o s f a t e r i n q m e t een k o r r e l r e a c t o r en m e t magnetische separatie z i j n moderne vormen van n a p r e c i p i t a t i e m e t k a l k d i e kalk-fosfaatslib i n een meer hanteerbare v o r m opleveren. Dit slib b i e d t w a a r s c h i j n l i j k mogelijkheden t o t hergebruik (zie 9.6.).

3.2 Stand van o n t w i k k e l i n q bij chemische d e f o s f a t e r i n g

Chemische r l e f o s f a t c r i n q w o r d t sinds t i e n t a l l e n jaren op diverse P!'!Zl's toeae- past. I n Nederland w o r d t np c i r c a 20 F?V/71's gedefosfateerrl, m e t name aan de r a n d m e r e n en de meren i n l i o l l a n d , I'loord Overijssel en Friesland.

Onderrcick naar de cliernischc d e f m f a t n r i n q r i c h t z i c h vooral op l i e t f u n c t i o n e r e n vnn pr:iktijkinstallaties !lit. h, fl) en de o n t v ~ i k k e l i n q van de zoqenaarnde v l o k f i l t r a t i e ( z i e H.7.).

3.3 H a a l b a r e P - v e r w i j d e r i n g b i j chemische d e f o s f a t e r i n g

De t e behalen e f f l i i e n t c o n c e n t r a t i ~ : l i i j cliernische p r e c i p i t a t i e is a f h a n k e l i j k van de gedoseerde hoeveelheid c1iernicali';n. A l l e i j z e r - e n aliirniniurnzouten hebben een v e r g e l i j k b a r e werkinqsqrnnd. O m d a t de metaalionen h e t vlerkzame bestand- deel vorrrien b i j de defosfaterinq, w o r d t de dosering u i t g e d r u k t i n m o l M e I r n o l P.

H e t verband tussen de mol-verhouding en de e f f l u e n t c o n c e n t r i t i e i n enkele Amerikaanse e n :.icderlnndsr p r r ~ r v e n is weerqeqeven in fiouur 2.

3 0 r e s u l t a t e n van e RVlZl's m e t simultane p r e c i p i t a t i e i n F r i e s l a n d z i j n w e r r q e q e v e n i n onrlcr-taanrlc tabel. D e e verhoudingen op deze i n s t a l l a t i e s lopen !uiteen van 1 t o t 3.

T o t a a l P-qr.Iinlte i n e f f l u e n t rnq PI1

Sloten L e m m e r Vlolveqa Joure Sneek A k k r u r n Grauw Viarns

Tabel 1: Gemiddelde P-gehalten i n h ~ t e f f l u e n t van de Friese RWZI's m e t d e f o s f a t e r i n g (lit.. h).

.

Al-zouten, Amerikaanse gegevens (3) x Ferro-zout, proeven t e Scherpenreel ( 2 )

Figuur 2: Relatie tussen flocculantdosering en effluentkwaliteit.

Sloten Lemmer Wolvega Joure Sneek Akkrum Groliw 'Narns

Figuur 3: Relatie tussen flocculantdosering en P-qehalte ef- fluent op Friese RWZI's (gegevens verstrekt door pro- vincie Friesland).

D e r e l a t i e tussen de F e / P - v e r ! m ~ c ! i n q e n de P - c o n c e n t r a t i e van h e t e f f l u e n t i;

weerqeqeven in figuur

3.

D e '.vnnrrJen vertonen i n h e t algemeen een v r i j g r o t e spreidinq. R i j Fe-doserinrjen van

1,s-2,O

m o l F e l m o l P w o r d t een e f f l u e n t g e h a l t e van

1-2

m q PI1 tiereikt.

Op de RVJZl's i n F r i e s l a n d i s n r r n nenatieve i n v l o e d van de d e f o s f a t e r i n q op de n i t r i f i c a t i e en de r i e n i t r i f i c a t i e ?/a?rrqenomen. Clp alle i n s t a l l a t i e s worden N-Kj- c o n c e n t r a t i e s beneden

10

mg11 hehanld. D e bezinkeiqenschappcn van h e t s l i b z i j n duidelijk verbeterd (6). 3 c slihindex is door de d e f n c f a t s r i n q b i j de meeste í?V1ZI1s (maar n i e t b i j n l l r ì verbeterd ( i n f o p r o v i n c i e Frieslandj.

I n t a b e l

2

z i j n de r e s i l l t a t r n van d i d e f o s f a t e r i n q h i j Z.S. ' J e I u v / ~ v~eerqegevev.

De v~anrnernincjen k o m e n in g r o t e l i j n e n overeen m e t die van Friesland, m e t gemiddelde fosfnatqetialtcn i n h e t e f f l u e n t tussen

0,9

en

2,7

m g P/[.

P - t n t a a l i i n q / l ) Rerekend

e f f l u e n t Gemeten P-qehalte Berekende na droogrest d r o o q r r s t !&/P

PL'JZI jaar i n f l i i e n t e f f l u e n t f i l t r a t i e ( m q / l Ì

!

) !mol/rnol)

E l b u r q

1956 17,8 1,70 0,54 30 498 192

E l h u r q

1987 20,h 2,45 1,21 28 4,4 1,4

Epe

l987 10,9 1,37 0,61 2 2 325 270

H a r d e r w i j k

1981 lh,4

1 , 5 2

0,43 34 3,2 220

H a r d e r w i j k

1987 14,0 0,R9 0,19 2 0 395

2 ~ 6

H e e r d e

1987 l6,4 2,70 1,03 32 592 1 8

N i j k e r k

1907 10,3 2,40 1,29 2 3 4 8 1,2

Tabel

2:

Jaarqerniddrldi. r p j r v e n s r l r f o s f a t e r i n g b i j Z.S. Veluwe

(8).

D e p r a k t i j k e r v a r i n q c n qeven aan cl;it door chemische d e f o s f a t e r i n q m e t hoqe Me/P-verhouding c f f l u e r i t c n n c e n t r a t i e s van c i r c a

1

rnq PI1 haalbaar zijn. Voor een verdere verlaqinq van h e t P-rjehalte is een f i l t r a t i e s t a p nodiq, o m d a t h e t rnerste restfosfn:it i n .!e v o r m vap f i j r q ~ s u s p e n d e r r d m a t e r i a a l aanwezig i s ' z i e t a b e l

2).

D e voor- en n a p r e c i p i t a t i e b e r e i k e n onqeveer d e z e l f d e e f f l t i e n t c o n c r : n t r a t i e als de simultane defosfnterinq. I n h e t alqerneen kan qesteld worden dat een e f f l u e n t c o n c e n t r a t i e laqer d a n 1 m q P / ] n i e t b e r e i k t k a n worden m e t u i t s l u i t e n d chemische defosfaterinq. Wanneer laqerc e f f l u e n t c o n c e n t r a t i e s vereist zijn, z a l deze rnethode gecombineerd m o e t e n worden rnet v l o k f i l t r a t i e ( e f f l u e n t c o n c e n - t r a t i e t o t c i r c a

0,2

m q P/], lit.

25)

o f rnaqnetisctie separatie ( ? f f l u e n t c o n c e n t r a - t i e c i r c a

0,15

m q P/1, l i t .

13).

3.4 Chemicaliënverbruik, r e s t p r o d u k t e n e n m i l i e u e f f e c t e n b i j f y s i s c h c h e m i s c h e d e f o s f a t e r i n g

H e t chemicaliënverbruik b i j chemische d e f o s f a t e r i n g is a f h a n k e l i j k van h e t g e b r u i k t e f l o c c u l a t i e m i d d e l e n van de gedoseerde rnolverhouding. Onderstaande t a b e l v e r m e l d t de gegevens b i j p r e c i p i t a t i e m e t F e C l j , F e 5 0 4 of A12/S04j3. D e gegevens z i j n qebaseerd op een fosfaataanvoer van 3 g P1i.e. d (i.e. 8 180 q TZV, s i t u a t i e 1985 !lit. 311, zonder v e r p l i c h t f o s f a a t v r i j wassen).

molverhouding F e 5 0 4 +) F e C I 3 * * ) A12!s04)3 * * * ) ( m o l M e l m o l P) (kq1i.e. j) (kg1i.e. j) (kg1i.e. j)

* ) als vast FeS04. 7 H 2 0

**l

als 41% FeC13 oplossing

***)

als vast A12(504)3.

18

H 2 0

Tabel 4: Chernicaliënverbruik chemische defosfatering.

B i j een lage b u f f e r c a p a c i t e i t van h e t water, m e t name h i j zacht d r i n k w a t e r , k a n h e t nodig z i j n tevens k a l k t e doseren t e r n e u t r a l i s a t i e van de zure w e r k i n g van h e t flocculatiemidde1. D e benodigde dosering is sterk a f h a n k e l i j k van de b u f f e r - graad van h e t w a t e r en van de dosering vlokmiddel.

D e bovenstaande doseringen l e i d e n b i j DVlA-aanvoer (150 I1i.e.d) t o t de volqende verhoging v a n de anionconcentraties in h e t e f f l u e n t .

Tabel 5: E x t r a z o u t v r a c h t e f f l u e n t h i j chemische defosfatering.

D e concentraties 5 0 8 - overschrijden a l qauw 100 m g l l , de n o r m voor oppervlak- t e w a t e r w a a r u i t d r i n k w a t e r w o r d t bereid. D e b i j d r a g e aan h e t chloridegehalte (Il4P-norm 200 mg/]) is r e l a t i e f m i n d e r groot. H e t is e c h t e r mede a f h a n k e l i j k van de achtergrondconcentraties in h e t e f f l u e n t e n van de gevoeligheid van h e t ontvangende w a t e r o f deze e f f l u e n t c o n c e n t r a t i e s aanvaardbaar zijn.

[ I e literatuurgeqevens over de hoeveelheden e x t r a s l i l i b i j chemische p r e c i p i t a t i e z i j n nogal v e r v ~ a r r c n d , orndat de iiitqanqspunten s t e r k uiteenlopen. D e e x t r a s l i b p r o d u k t i e b i j chemische r l e f o s f a t e r i n q kan h e t best ,worden berekend u i t de v e r w i j d e r i n q van zwevend en c n l l o k l n a l m a t e r i a a l ( m e t name b i j v n o r p r e c i p i t a t i e ) plus de s t o i c h i o m e t r i s c l i e hoeveelheid chemisch slib i n de v o r m van f o s f a t e n en hydroxiden. In t a b e l 6 z i j n de r e s u l t a t e n van de berekeninq ,vmerqeqeven voor de d e f o s f a t e r i n g m e t i j z e r z o u t e n b i j mnlverhoudinqen 1,25 en

1,75

m o l F e l m o l P (ontleend aan l i t . 1).

dosering 1,25

( m o l F e l m o l P)

v o o r p r e c i p i t a t i e

-

chemisch slib

-

e x t r a p r i m a i r - t o t a a l e x t r a

s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e

-

chemisch s l i b 15,5

-

e x t r a surplus ₂ 7 5

-

t o t a a l e x t r a 2 3

n a p r e c i p i t a t i e

-

chemisch slib 15,5 21

-

invang zwevende qtrif

2 -

1 0

-

t o t a a l e x t r a 2 3 3 1

Tabel 6: Berekende e x t r a versslibproduktie (g d.s.1i.e.d) h i j chemische p r e c i p i - t a t i e m e t i j z e r z o i i t c n ( 1 ) .

D e v ~ a a r d e n van t a b e l 6 hetihen b e t r e k k i n g op vers slib. D e toenarne van de hoeveelheid qestahiliseerd s l i b zal m e t name b i j v o o r p r e c i p i t a t i e m i n d e r qroot z i j n dan d i e van de vers$lihproduktie, o m d a t een deel van h e t inqevangen orcjanisch m a t e r i a a l tijdens de stabilisatie w o r d t afqehroken.

I n de berekeningen van l i t e r a t u u r 1 is uitgegaan van een r e l a t i e f hoge toename van de biologische slibproduktie. A l s slibproduktie b i j simultane d e f o s f a t e r i n g w o r d t d i k v ~ i j l s qerekend m e t de i e t s l a q e r e waarde 20 q d.s.1i.e.d

(10).

3.5 Randvoorwaarden b i j d e toepassing v a n chemische d e f o s f a t e r i n g

Simultane d e f o s f a t e r i n g i s n i e t m o q e l i j k b i j RWZl's m e t oxydatiebedden. Voor- e n n a p r e c i p i t a t i e z i j n i n p r i n c i p e a l t i j d toepasbaar. Wanneer v o o r p r e c i p i t a t i e w o r d t toegepast is h e t van belang, d a t e r voldoende f o s f a a t o v e r b l i j f t voor de verdere biologische zuivering. Een P/BZV-verhouding van 11150 i n h e t voorbezonken w a t e r i s voldoende (4).

B i j s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e m o e t r e k e n i n q worden qehouden m e t de volgende n e v e n e f f e c t e n op h e t zuiveringsproces:

-

B i j de o x y d a t i e van Fe(I1) t o t Fe(II1) k o m t H+ v r i j , waardoor de p H daalt. B i j z a c h t w a t e r k a n h e t nodig z i j n k a l k t e doseren t e r n e u t r a l i s a t i e (ervaring Z.S.

Veluwe).

-

D o o r de e x t r a slibaanwas b i j simultane d e f o s f a t e r i n q w o r d t de s l i b l e e f t i j d verkort. H i e r d o o r kan de n i t r i f i c a t i e i n gevaar komen. Tevens z i j n e r aanwijzingen d a t door de pH-daling e n de verhoogde c o n c e n t r a t i e m e t a a l - ionen de n i t r i f i c a t i e g e r e m d w o r d t

(1,

2). Ook de d e n i t r i f i c a t i e zou gestoord kunnen worden, a l s c h i j n t dit proces minder gevoelig t e z i j n (5).

B i j zeer laag belaste systemen b l i j k e n de n i t r i f i c a t i e en d e n i t r i f i c a t i e b i j s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e probleemloos t e f u n c t i o n e r e n

(6).

W e l l i c h t kan b i j RWZI's m e t een hogere slibbelasting ( c i r c a 0,10-0,20 k g B Z V / k g d.s. d) de w a t m i n d e r stabiele n i t r i f i c a t i e worden geschaad. Nederlandse praktijkgegevens h i e r o v e r ontbreken, o m d a t v r i j w e l a l l e RWZI's m e t d e f o s f a t e r i n q een zeer lage slibbelasting hebben ( c i r c a 0,05 k g B Z V / k g d.s. d). Gezien h e t g r o t e aandeel van de belastingklasse 0,lO-0,15 k g B Z V / k g d.s. d i n de t o t a l e zuiveringscapaciteit, is h e t v a n g r o o t belanq m e e r i n z i c h t t e k r i j g e n i n de invloed van simultane d e f o s f a t e r i n g op de n i t r i f i c a t i e i n deze klasse.

-

D o o r de v o r m i n g van chemisch slib n e e m t b i j s i m u l t a n e d e f o s f a t e r i n g h e t aandeel anorganisch m a t e r i a a l i n h e t a c t i e f slib aanzienlijk toe. O m de slibbelasting (betrokken op de organische s l i b f r a c t i e ) n i e t t e verhogen z a l de t o t a l e slibhoeveelheid m o e t e n worden verqroot. D i t w o r d t i n h e t algemeen b e r e i k t door verhoging van h e t drogestofgehalte i n de a ë r a t i e r u i m t e .

Verhoging van h e t drogestofgehalte is alleen m o q e l i j k indien h e t slibvolume (=

drogestofgehalte x slibvolumeindex) n i e t t e v e e l toeneemt, o m overbelasting van de nabezinking t e voorkomen. Dit b e t e k e n t d a t de toename van h e t drogestofgehalte m o e t w o r d e n gecompenseerd door een daling v a n d e slibvo- lumeindex. I n h e t algemeen z a l door de dosering van i j z e r - e n aluminiumzou- t e n d e slibindex dalen (zie t a b e l 3). R i j de Friese RWZl's w e r d e c h t e r n i e t in a l l e gevallen een daling van de SVI waargenomen. B i j RWZI's d i e z i j n

qedimensioneerd op een hooq d r o q e s t o f g e i i a l t e en een laqe slibindex 'bijvoor- beeld p r o p s t r o o m actief-slihsysterrien) is l i e t zeer wel m o g e l i j k d a t s i m u l t a n e p r e c i p i t a t i e t o t een onaanvaardbare v e r q r o t i n q van h e t siibvoiume zou leiden.

I n d a t geval z a l de a ë r a t i e r i i i r n t e o f de nabezinkinq m o e t e n worden vergroot o m de slibbelastinq t e kunnen handhaven.

N a d e r e i n f o r m a t i e over de invloed van chernische d e f o s f a t e r i n q op h e t slibvolume is q e v ~ e n s t o m in a l l e qevallen een verantwoorde dirnensionerinq m o g e l i j k t e maken.

c h e m i c a l i ë n oorspronkelijke 5.V.i. b i j

S.V.I. ( m l / q Ì s i m u l t a n e f o s f a a t -

A12iSOqi3 114 7 7

A I 2 ( 5 0 4 ) 3 190 40

A.V.K. 80

-

120 45 - 75

A l - h o u d ~ n d e

b e i t s 7 68

F e 5 0 4 100 - 110 50

-

70

F e 5 0 4 7 80

-

95

F e 5 0 4 100 60

-

70

FeC12 6 5 - 75 42

FeC12 l 6 0 90 - 100

FeC13 7 94

FeC13 120 9n

Tabel 3: I n v l o e d van s i m u l t a n e d e f o s f a t e r i n q op de slibvnliime-index 'lit. 1 ) .

D e indikkinq, s t a h i l i s a t i e en o n t v ~ a t e r i n q zullen voldoende c a p a c i t e i t m o e t e n hebben o m de e x t r a s l i h p r o d u k t i e t e verwerken. R i j volledig belaste RWZI's k a n i n v o e r i n g van simultnrie d e f o s f a t e r i n g derhalve t o t c a p a c i t e i t s p r o b l e m e n leiden.

- R i j s i m u l t a n e d e f o s f a t e r i n q m e t T e 5 0 4 i n c o m b i n a t i e m e t f i j n b l a z i g e bellen- b e l u c h t i n q bestaat de kans dat de beluchtingselementen verstopt r a k e n m e t i j z e r - e n c a l c i i i m v e r h i n d i n q ~ n . D e z e p r o b l e m e n z i j n t e beperken door qebrilik t e m a k e n van vr,.rstoppinqsonqr:voeliqe beluchtinqselernenten en door h e t FeSOb n i e t d i r e c t i n de n P r a t i e t a n k t e doseren ( l ) .

B i j n a p r e c i p i t a t i e w o r d t h e t biologische zuiveringsproces n i e t door de defos- f a t e r i n g heinvloed. Aan de dimensionering van de bestaande aeratie, nabezin- k i n g e n s l i b v e r w e r k i n g worden derhalve geen e x t r a eisen gesteld. H i e r staat tegenover d a t n a p r e c i p i t a t i e een e x t r a b e z i n k t r a p vergt (veelal m e t opvoer- gemaal), alsmede apparatuur voor de i n d i k k i n g e n verdere v e r w e r k i n g van h e t fosfaatslib. H i e r v o o r m o e t op de R W Z I voldoende r u i m t e aanwezig zijn.

3.6 K n e l p u n t e n b i j chemische d e f o s f a t e r i n g K n e l p u n t e n b i j v o o r p r e c i p i t a t i e :

-

de voorbezinking m o e t voldoende l a a g belast z i j n o m t e voorkomen d a t de e x t r a slibpraduktie t o t slibuitspoeling leidt;

-

de s l i h v e r w e r k i n g van de R W Z I m o e t voldoende c a p a c i t e i t hebben voor de v e r w e r k i n g van h e t e x t r a p r i m a i r slib.

K n e l p u n t e n b i j simultane p r e c i p i t a t i e :

-

de s l i b v e r w e r k i n g van de R W Z I m o e t voldoende c a p a c i t e i t hebben voor de v e r w e r k i n g van h e t e x t r a surplusslib;

-

indien door de chemisch-slibproduktie h e t slibvolume van h e t a c t i e f slib t o e n e e m t != d.s.-gehalte b e l u c h t i n g x slibvolumeindex), kan de oorspronke- l i j k e dirnensionerinq van d e nabezinking t e k r a p zijn. U i t b r e i d i n g van de a ë r a t i e r u i m t e en/of nabezinking is dan noodzakelijk;

-

de n i t r i f i c a t i e kan worden geschaad. V e r w a c h t w o r d t d a t d i t m e t n a m e b i j belastingsklasse

0,10 - 0,20

k g BZV/kg

d.s.

een r o l k a n spelen;

-

g e w a a k t m o e t worden voor verstopping van de beluchtingselementen.

K n e l p u n t e n b i j p o s t p r e c i p i t a t i e :

-

Op de RW21 m o e t r u i m t e z i j n voor een e x t r a b e z i n k t r a p e n apparatuur voor de v e r w e r k i n g van h e t fosfaatslib.

N a d e r e geqevens z i j n gewenst o p de volgende punten:

-

de invloed van sirnultane d e f o s f a t e r i n g op de slihindex en h e t slibvolume ( b i j verschillende soorten slib);

-

de r e m m i n g v a n n i t r i f i c a t i e e n d e n i t r i f i c a t i e door simultane defosfatering, b i j verschillende belastingsklassen;

-

ervaringen b i j de defosfatering m e t F e 5 0 4 i n c o m b i n a t i e m e t f i j n e bellenhe- luchting.

4 DEFOCFATERING M.B.V. EEN KORRELREACTOR

4.1 Procesbeschrijving k o r r e l r e a c t o r

D e f o s f a t e r i n q m e t behulp van een k o r r e l r e a c t o r is een v o r m van fysisch- chernische d e f o s f a t e r i n q m e t kalk, w a a r b i j de fosfaatzouten k r i s t a l l i s e r e n op zandkorrels i n een qefluTdiseerd bed. D e k o r r e l r e a c t o r bestaat u i t een c i l i n d r i s c h vat, m e t een geperforeerde v e r d r e l p l a a t en een zandhed. H e t e f f l u e n t van een r i o o l w a t e r z u i v e r i n g s i n s t a l l a t i e w o r d t i n opwaartse r i c h t i n g door de r e a c t o r gepompt, waardoor h e t zandhed qefluydiseerd wordt. D e p H en de Ca-concentra- t i e worden door dosering van n a t r o n l o o q of c a l c i i ~ m h y d r o x y d e zo inqesteld, d a t een oververzadiging van c a l c i u r n f o s f a a t o n t s t a a t die z i c h i n k r i s t a l v o r m op h e t zand a f z e t . Na verloop van t i j d worden de gevormde k o r r e l s a f q e l a t e n en w o r d t vers zand als c n t m a t c r i a a l torqevoend.

N a a s t de k r i s t a l l i s a t i e op de k o r r e l s ontstaan door p l a a t s e l i j k e oververzadiging deeltjes a m o r f c a l c i u r n f o s f a a t , die rnet h e t w a t e r worden meegenomen en de r e a c t o r v e r l a t e n (de zogenaamde carry-over). D e z r deeltjes m o e t e n door f i l t r a - t i e u i t tiet w a t e r ivorden verwijdcrrl, wanneer een laqe P - c o n c e n t r a t i e vereist w o r d t .

D e r e a c t o r w o r d t gedimensioneerd op basis van h e t rnaxiniaal t e v e r w e r k e n debiet. B i j D'UA kan h e t n o d i q z i j n e f f l u e n t t e r e c i r c u l e r e n o m de m i n i m u m fluidisatiesnelheid t e bereiken. H e t qedefosfateerde w a t e r verlaat de k n r r e l r e a c - t o r m e t een hoqe pH. O m h c t w a t e r t e kunnen lozen op oppervlakte.,:/ater m o e t tiet e e r s t qeneutraliseerd worden. D e h i e r t o e benodiqde z u i ~ r d o s c r i n q is beperkt, o m d a t i n de k o r r e l r e a c t o r o n t h a r d i n q optreedt.

A l s f i l t r a t i e s t a p na de k o r r e l r e a c t o r k a n een tweelanqs z a n d - a n t h r a c i e t f i l t e r worden gebruikt, u i t g e v o e r d als r h k f i l t e r o f q r a v i t a t i e f i l t e r .

4.2 Stand v a n o n t w i k k e l i n q v a n d e k o r r e l r e a c t o r

D e k o r r e l r e a c t o r is oorspronkelijk o n t w i k k e l d voor de c e n t r a l e ontharding van d r i n k w a t e r . D e r e a c t o r bleek e c h t r r nok i n s t a a t fosfaat en andere verrintreini- gingen u i t h e t w a t e r t e verwijderen.

Vanaf 1977 i s op scrni-technische sctiaal onderzoek v c r r i c h t naar de d e f o s f a t e - r i n q van verschillende Nederlnndse P,\'lZI-effluenten. Ook in Japan en D e n e m a r - k e n i s semi-technisch o n d c r z o r k v e r r i c h t .

D e p r o c v e n hebben aanqetoond d a t h e t t y p e zuiverinqsproces en de hardheid van h e t a f v a l w a t e r g r o t e i n v l o e d hebhcn op l i e t verloop van de d e f o s f a t e r i n q i n de k o r r e l r e a c t o r . Een deel van dezc f a c t n r e n is n o q n i e t qeheel opgehelderd en z a l i n nader o n d e r r o c k op k l e i n e schaal i n o r t e n worden onderzocht.

I n Vlesterbork w o r d t een i n s t a l l a t i e op p r a k t i j k s c h a a l gebouwd, bestaande u i t een k o r r e l r e a c t o r gevolgd door een s n e l f i l t e r . D e r e a c t o r z a l e i n d 1988 i n gebruik worden genomen.

D o o r de L.U.W. w o r d t i n samenwerking m e t D H V onderzocht o f de k o r r e l r e a c t o r bruikbaar is o m f o s f a a t t e v e r w i j d e r e n u i t de geconcentreerde s t r o o m superna- t a n t ( c i r c a 100 m g P / l j b i j h e t biologische f o s f a a t s t r i p p e n (11, 12).

4.3 H a a l b a r e P - v e r w i j d e r i n g b i j d e k o r r e l r e a c t o r

l o c a t i e t y p e r w z i P-gehalte i n m g / l i n f l u e n t e f f l u e n t

o n g e f i l - g e f i l t r e e r d t r e e r d

Woudenberg oxydatiesloot 18 1-3 1,2-1,5

A m e r s f o o r t oxydatiebed 9 2-3,5 1

Vlolvega oxydatiesloot 7 1,O-1,6 1,O-1,2

Weesp oxydatiebed 5,5-9,3 2 1

D r i e b e r g e n oxydatiebed 6,3-15,3 2-4 0,5-2,5

U i t h o o r n t w e e - t r a p s

n a oxydatiebed ( l e t r a p ) 8 392 290

n a a c t i e f - s l i b (2e t r a p ) 7 199 021

H u i z e n a c t i e f - s l i b 9,5-16,l

- 14

H i l v e r s u m - O o s t oxydatiebed 9-16 1-2 0,5-1,O

5-10 0,5-6,0

Westerbork oxydatiesloot 10-12 3-5 0,2-0,8

Tabel 7: P i l o t - p l a n t r e s u l t a t e n k o r r e l r e a c t o r m e t verschillende soorten e f f l u - e n t (10).

In p r o e v e n m e t h e t e f f l u e n t van laagbelaste RWZI's w e r d 1 m g P / I bereikt; b i j hoog belaste RWZI's 2-3 m g P/1 ( o n g e f i l t e r d e monsters). Wanneer a c h t e r de k o r r e l r e a c t o r een z a n d f i l t e r w o r d t geplaatst, z i j n e f f l u e n t w a a r d e n van 0,5 m g PI1 of l a g e r t e bereiken (9).

4.4 Chemicaliënverbruik, m i l i e u e f f e c t e n e n r e s t p r o d u k t e n b i j d e k o r r e l r e a c t o r H e t k a l k v e r b r i i i k van de k o r r e l r e a c t o r is geschat op 4,7 k g Ca(0H)zIi.e. j b i j 150 I/i.e. d. D e n e u t r a l i s a t i e van h e t basische gedefosfateerde w a t e r v e r g t naar s c h a t t i n g 0,5 mmo1 H2SO4/l. Wanneer tevens z u r e stripping nodig is t e r v e r m i n d e r i n g van d e hardheid l o o p t h e t z i i i i r v e r b r u i k op t o t 1,5 rnrnol/l (10). H e t geschatte zuurverbruik e n de toename van h e t sulfaatgehalte van h e t e f f l u e n t z i j n sarnenqevat i n t a b e l 8:

z u r e s t r i p p i n g +

1 3 5

p H - c o r r e c t i e

T a b e l 8: Z u u r v e r b r i ~ i k en sulfaathelastinq e f f l u e n t h i j k n r r e l r ~ a c t o r , m e t e n zonder z u r e s t r i p p i n g 'DVIA = 150 ]/i.e. d, lit. 10).

A f h a n k e l i j k van de hardheid van h e t w a t e r bedraaqt de k o r r e l p r o d u k t i e 6-12 kq1i.e. j. H e t i n de k o r r e l s qchnnden f o s f a a t b i e d t i n p r i n c i p e de rnoqelijkheid t o t hcrqehruik. H e t f o s f a a t q e h a l t ? van dc k o r r e l s bedraagt c i r c a 9"/0 (als P 2 0 5 ) Op de verwerkinqsrnnqelijkheden w o r d t i n 9.6. nader inqeqaan.

i j f i l t r a t i e van h e t q e d e f o s f a t r e r d e w a t e r , t e r ver,wijdering van de carry-over, w o r d t tevens BZV, Kj-N e n z w e v e n r k stof verwijderd. Dit v e r l a a g t de belastinq van h e t ontvangende o p p e r v l a k t e v ~ a t r r .

4.5 Randvoorwaarden b i j d e f o s f a t e r i n g met e e n k o r r e l r e a c t o r

O m d a t de k o r r e l r e a c t o r als <!erde t r a p a c h t e r de n a b r z i n k i n q w o r d t geplaatst, w o r d t de bioloqisclie z u i v e r i n g n i e t door de d e f o s f a t e r i n q beïnvloed. D e sarnen- s t e l l i n g van h e t s ~ c i i n r 4 ö i r e c f f l u e n t h e r f t d a a r e n t q e n w e l invloed op de w e r k i n q van de k o r r e l r e a c t o r :

-

hoge c o n c e n t r a t i e s bicarbonaat (3-4 m m o l / l ) storen h e t kristallisatieproces.

H i e r d o o r is h e t r e s u l t a a t h i j w a t e r rnet een Iioqe a l k a l i t e i t m i n d e r goed dan b i j zacht water. Rovenrlien i s h i j h a r d w a t e r een hoog chernicaliënverbruik nodiq voor de verciste pH-vertioqinq. i3ij t e h a r d w a t e r z a l vonrafqaand aan de d e f o s f a t e r i V r e n zure c02-stripping m o e t e n worden torqepast o m het.

bicarbonaat u i t t r drijven. D e hardheid van h e t e f f l u e n t l i g t h i j 00"b van de Nederlandse PVIZI's b o v c n 3 m r n o l / l r n b i j

40%

boven 4 m m o l / l (10;. D e e x a c t e waarde waarboven zure s t r i p p i n g gewenst is, z a l noq nader m o e t e n worden vastgesteld op q r o n d van technologische en econornische afwegingen;

- de r e s u l t a t e n bij de a c t i e f - s l i h i n s t a l l a t i e H i l v e r s u m - O o s t e n de oxydatiebed- i n s t a l l a t i e s waren rninder goed dan bij de onderzochte oxydatiesloten ( z i c t a b e l

7).

D e oorzaak h i e r v a n is n i e t geheel duidelijk. D e invloed van h e t

zuiveringsproces op de d e f o s f a t e r i n g z a l in pilot-proeven nader worden onderzocht. H i e r u i t z a l b l i j k e n o f e r fundamentele beperkingen z i j n aan de toepassinq van de k o r r e l r e a c t o r a f h a n k e l i j k van h e t t y p e a f v a l w a t e r en h e t zuiveringsproces. I n de huidiqe stand van o n t w i k k e l i n g z a l door semi- technisch onderzoek per l o c a t i e m o e t e n worden vastgesteld o f d e f o s f a t e r i n q m e t een k o r r e l r e a c t o r m o g e l i j k is;

-

h e t gedefosfateerde w a t e r m o e t worden geneutraliseerd, i n verband m e t de t o t 10-11 verhoogde pH.

4.6 K n e l p u n t e n bij d e i n v o e r i n g v a n d e k o r r e l r e a c t o r

B i j de invoering van de k o r r e l r e a c t o r op p r a k t i j k s c h a a l bestaan de volgende knelpunten:

-

m e t de k o r r e l r e a c t o r i s nog geen p r a k t i j k e r v a r i n q op technische schaal opgedaan;

-

de r e l a t i e f hoge hardheid van h e t Nederlandse d r i n k w a t e r z a l (zonder c e n t r a l e ontharding) in v e e l gevallen een ongunstige korrelsamenstellinq e n een hoog chernicaliSnverbruik opleveren o f een dure voorbehandeling nodig maken;

-

de toepassingsmogelijkheden z i j n alleen b i j nxydatiesloten voldoende aange- toond; b i j oxydatiebedden l i j k t de w e r k i n g t o t nu toe m i n d e r gunstig e n over a c t i e f s l i b s y s t e m e n en t w e e t r a p s i n s t a l i n t i e s r i j n n o g w e i n i g gegevens beschik- baar;

-

de a f z e t m o g e l i j k h e d e n voor de slibkorrels l i j k e n qunstiq, maar z i j n n o g n i e t i n de p r a k t i j k aangetoond ( z i e ook 9.6).

Aanbevelingen voor nader onderzoek:

B e l a n g r i j k e i n f o r m a t i e over d e w e r k i n q van de k o r r e l r e a c t o r i n de p r a k t i j k z a l worden verkreqen i n h e t d e m o n s t r a t i e p r o j e c t Westerbork. Daarnaast z i j n demo- p r o j e c t e n gewenst o m de w e r k i n q onder verschillende omstandigheden vast t e stellen.

Nadere gegevens z i j n gewenst t e n aanzien van de invloed van de hardheid op de fosfaatverwijdering, h e t c h e m i c a l i ë n v e r b r u i k en de sarnenstellinq van de korrels.

D o o r semi-technisch onderzoek e n demo-projecten z u l l e n de toepassingsmoqe- lijkheden m o e t e n worden onderzocht b i j oxydatiebed-, a c t i e f s l i b - e n t w e e t r a p s - systemen.

D e verwachtingen t e n aanzien van n u t t i g gebruik van h e t k o r r e l s l i h z u l l e n in proeven op technische schaal m o e t e n worden getoetst.

D e technologische e n economische aspecten van zure stripping a f h a n k e l i j k van de w a t e r h a r d h e i d m o e t e n nader worden onderzocht.

5 D E F O S F A T E R I N G M E T M A G N E T I S C H E S E P A R A T I E

5.1 Procesbeschrijvinq

D c f n s f a t e r i n g rnet rnaqnetische separatie is een v o r m van p o s t p r e c i p i t a t i e m e t kalk, w a a r b i j h e t f o s f a a t s l i b w o r d t afqevanqen rnet behulp van een sterke rnaqneet.

H e t R V / Z I - e f f l u e n t w o r d t behandeld rnet kalk, waardoor h e t f o s f a a t w o r d t neerqeslagen i n de v o r m v a n Ca-P-verbindingen. Tevens w o r d t p o l y e l e k t r o l y t toegevoegd en rnaqnetiet, een zeer f i j n verdeeld i j z e r o x i d e m e t s t e r k m a g n e t i - sche eigenschappen. I n de f l o c c u l a t i e f a s e b i n d t h e t m a g n e t i e t z i c h samen m e t de p o l y m e r e n aan de deeltjes kalkslib. H e t water-slibmengsel w o r d t vervolgens door h e t m a g n e e t v e l d qeleid, v/aart>ij h e t rnaqnetiet rnet de aanhanqende slibdeeltjcs i n de magneet a c h t e r b l i j f t . N a h e t i ~ i t s c h a k e l e n van de s t r o o m w o r d t de rnaqneet teruqqespoeld, w a a r b i j l i e t r n a q n e t i e t - k a l k s l i b v r i j k o m t . I n een o p v ~ e r k i n g s t r a p w o r d t h e t m a q n e t i e t u i t h e t k a l k s l i b terugqewonnen en herqebruikt. H e t kalkslib rnet c i r c a 7"/u P 2 0 5 b l i j f t als r e s t p r o d u k t over. D e c o n c e n t r a t i e s kalk en f o s f a a t van h e t s l i b z i j n v e r g e l i j k b a a r m e t die van de f o s f a a t k o r r e l s i ~ i t de k o r r e l r e a c t o r . Daarnaast b e v a t h e t slib een resthnevcelheid m a q n e t i e t !3-4?6 op basis van drugestof, b i j 99% t e r u g w i n n i n q van h e t magnetiet). PJuttiq gebruik van h e t slib is w e l l i c h t m o q e l i j k als kalkrneststof i n de landbouw o f als grondstof voor de fosfaatindustrie. Wanneer n u t t i g qehriiik n i e t m o g e l i j k is, m o e t h e t slib worden o n t w a t e r d e n qestnrt.

5.2 Stand v a n o n t w i k k e l i n g h i j de maqnetische d e f o s f a t e r i n q

D e rnaqnetische d c f o s f n t e r i n q is n n t v ~ i k k e l d u i t een techniek die i n de rnijnbouvl w o r d t t n r q e p a s t b i j d e winriinq van kaoline. D o o r Smit N i j m e g e n is een p i l o t - p l a n t g e b o i i v ~ d m e t r e n v e r v / e r k i n q s c n p a c i t e i t van 10-15 m'/h. D e p i l o t - p l a n t h e e f t q e f i i n c t i o n e e r d op de RWZl's N i j m e q c n , H a r d e r w i j k , H i l v e r s u m - O o s t en H o l t e n . I n de loop van 1988 is r e n p r a k t i j k s y s t e e r n rnet r e n c a p a c i t e i t van 50 m Y / t i qebouwd, qevolqrl door een 200 n , ' / h i n s t a l l a t i e m e d i o 1989. Een i n s t a l l a t i e m e t een c a p a c i t e i t van 400 r n J / h r a l r i n d 1989 gereedkomen.

A l s voorbereidinq op de q r o t e i n s t a l l a t i e s w o r d t ondermeer onderzoek v e r r i c h t n a a r de toepasbaarheid van m a q n e t i s r t i e d e f o s f a t e r i n q voor verschillende soorten R W Z I - e f f l u e n t .

D e t e r u q w i n n i n q van h e t r n a q r i r t i e t u i t h e t k a l k s l i b is op laboratnriiirnscl-iaal onderzocht en w o r d t sinds tiet najaar van 1988 i n de

50

m ' / h i n s t a l l a t i e i n p r a k t i j k getest. I4eri v c r v ~ a r h t 99% van h e t m a g n e t i e t t e kiinncn terugwinnen e n herqebruiken (14).