XJY: Rioolslib omzetten in bioslib: een reis door de wereld van afvalwaterzuivering en verder.
Introductie van de XJY Slibbehandeling
Vóór 1950 loosden de meeste gemeenschappen in de Verenigde Staten hun afvalwater, ofwel rioolwater, in beken en rivieren zonder of met weinig tot geen zuivering. Naarmate de stedelijke bevolking toenam, raakte het natuurlijke vermogen van beken en rivieren om het afvalwater te verwerken overbelast, wat leidde tot een verslechtering van de waterkwaliteit in veel regio's. Als reactie op de bezorgdheid over de verslechtering van de waterkwaliteit bouwden duizenden gemeenschappen in de Verenigde Staten afvalwaterzuiveringsinstallaties.Waterbehandeling In de jaren '50 en '60 werden geavanceerde systemen ontwikkeld. Dit resulteerde in een aanzienlijk verbeterde waterkwaliteit van beken en rivieren, maar creëerde tegelijkertijd een nieuw probleem: rioolslib. Ongeveer 99% van het afvalwater dat een zuiveringsinstallatie binnenkomt, wordt als gezuiverd water afgevoerd. De rest is een verdunde suspensie van vaste stoffen die door het zuiveringsproces zijn afgevangen. Deze vaste stoffen uit de afvalwaterzuivering worden doorgaans rioolslib genoemd.
afbeelding 1 Rioolwater
"Rioolslib" of "biosolids" - wat zit er in een naam?
De term "biosolids" is recent geïntroduceerd door de afvalwaterzuiveringsindustrie. De industrie definieert biosolids als rioolslib dat voldoende is behandeld voor stabilisatie en reductie van ziekteverwekkers, en dat van voldoende hoge kwaliteit is om op landbouwgrond te worden toegepast. De term is bedoeld om hoogwaardig, behandeld rioolslib te onderscheiden van onbehandeld rioolslib en van rioolslib dat grote hoeveelheden milieuverontreinigende stoffen bevat. De term "biosolids" helpt ook om rioolslib te onderscheiden van industrieel slib door te benadrukken dat het eerstgenoemde wordt geproduceerd door een biologisch proces. De term is door sommigen bekritiseerd als een poging om de ware aard van rioolslib te verhullen, waardoor het toepassen van dit materiaal op landbouwgrond minder bezwaarlijk zou worden voor het grote publiek. Hoewel "biosolids" ongetwijfeld niet dezelfde negatieve associaties oproept als "rioolslib" of simpelweg "slib", is het een legitieme en functionele term wanneer deze correct wordt gebruikt om het bovengenoemde onderscheid te maken. In dit document wordt met "rioolslib" in het algemeen verwezen naar vaste stoffen uit afvalwaterzuivering, en met "bioslib" specifiek naar materiaal dat geschikt is voor toepassing op landbouwgrond.
afbeelding 2 Rioolslibleiding
Productie van Gemeentelijk XJY rioolslib
Gemeentelijk afvalwater, of rioolwater, verwijst naar water dat in huizen of bedrijven in stedelijke en voorstedelijke gebieden is gebruikt voor wassen, baden en het 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 bedrijven die afvalwater lozen, hun afvalwater voorbehandelen voordat het in het rioolstelsel wordt geloosd. Het afvalwater wordt via het rioleringssysteem naar een centrale afvalwaterzuiveringsinstallatie (soms een openbare zuiveringsinstallatie of POTW genoemd) getransporteerd. In de POTW doorloopt het afvalwater een reeks zuiveringsstappen waarbij fysische, biologische en chemische processen worden gebruikt om voedingsstoffen en vaste stoffen te verwijderen, organisch materiaal af te breken en ziekteverwekkers in het water te vernietigen. Het gezuiverde water wordt vervolgens in beken en rivieren geloosd of over grote landgebieden verspreid.
Afbeelding 3: Behandeling van gemeentelijk rioolslib.
De voorbehandeling van ruw rioolwater omvat zeven om grote voorwerpen zoals takken, flessen, papier en vodden te verwijderen, en een fase voor het verwijderen van zand en grind, waarbij anorganische vaste stoffen (zand, grind, slakken) snel uit het water bezinken. Het zeefrestenmateriaal en het zand en grind dat in deze fase van de behandeling wordt verwijderd, wordt doorgaans gestort en maakt geen deel uit van het rioolslib.
De primaire behandeling omvat sedimentatie door zwaartekracht en flotatie, waarbij ongeveer de helft van het vaste materiaal dat deze fase ingaat, wordt verwijderd. Het vaste materiaal (zowel organisch als anorganisch) dat tijdens deze behandelingsfase bezinkt, wordt van de bodem verwijderd en vormt het primaire slib. In de meeste rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt het drijvende materiaal (olie, vet, hout en plantaardig materiaal) dat tijdens de primaire behandeling van het wateroppervlak wordt afgeschept, apart afgevoerd en maakt het geen deel uit van het primaire slib.
Secundaire behandeling is een zorgvuldig gecontroleerd en versneld biologisch proces waarbij van nature voorkomende micro-organismen worden gebruikt om zwevende en opgeloste organische stoffen in het afvalwater af te breken (of te verteren). Deze stoffen worden omgezet in kooldioxide, dat vervolgens in de atmosfeer en in microbiële celmassa wordt opgenomen.
In secundaire sedimentatiebekkens bezinkt de microbiële celmassa naar de bodem en wordt afgevoerd. Dit voornamelijk organische materiaal wordt secundair slib genoemd.
Sommige zuiveringsinstallaties omvatten ook tertiaire zuiveringsstappen die zijn ontworpen om de hoeveelheid plantenvoedingsstoffen (stikstof en fosfor), zwevende deeltjes of de biologische zuurstofbehoefte 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 gezuiverde water wordt vervolgens in een beek of rivier geloosd of over grote landgebieden verspreid.
XJY Behandelingsmethoden voor gemeentelijk rioolslib
Primair, secundair en tertiair slib worden normaal gesproken gecombineerd, en het resulterende mengsel, dat 1 tot 4% vaste stoffen bevat, wordt "ruw" rioolslib genoemd. Vanwege de aanwezigheid van ziekteverwekkers en de instabiele, afbreekbare aard ervan, vormt ruw rioolslib een potentieel gevaar voor de gezondheid en het milieu. Er worden tegenwoordig echter verschillende behandelingsprocessen gebruikt om rioolslib te stabiliseren, het gehalte aan ziekteverwekkers te verlagen en het gehalte aan vaste stoffen te verhogen. Enkele van de meest gebruikte processen voor het stabiliseren en verlagen van het gehalte aan ziekteverwekkers in rioolslib worden in tabel 1 kort beschreven.
| Behandelingsmethode | Beschrijving | Effecten op slib |
| Verdikking | De vaste slibdeeltjes worden geconcentreerd door bezinking als gevolg van de zwaartekracht of door het toevoegen van lucht, waardoor de slibdeeltjes gaan drijven. | Slib behoudt de eigenschappen van een vloeistof, maar het gehalte aan vaste stoffen is verhoogd tot 5 à 6%. |
| Ontwatering | Ontwatering
|
|
| Anaerobe vergisting | Een van de meest gebruikte methoden voor slibverwerking. Slib wordt 15 tot 60 dagen in een afgesloten ruimte bewaard bij temperaturen van 20 tot 55 °C. Anaërobe bacteriën voeden zich met het slib en produceren daarbij methaan en koolstofdioxide. In sommige zuiveringsinstallaties wordt het methaan opgevangen en verbrand om de behandelingstemperatuur te handhaven. |
|
| Aërobe spijsvertering | Het slib wordt 40 tot 60 dagen lang geroerd met lucht of zuurstof bij temperaturen van 15 tot 20 °C. Aërobe bacteriën voeden zich met het slib en produceren daarbij kooldioxide. |
|
| Alkalische stabilisatie | Aan het slib wordt voldoende alkalisch materiaal toegevoegd, meestal kalk (CaO), om de pH gedurende 2 uur tot minimaal 12 te verhogen. De pH moet vervolgens nog 22 uur boven de 11,5 blijven. |
|
| Composteren | Het slib wordt ontwaterd om het gehalte aan vaste stoffen te verhogen tot ongeveer 20%, waarna het wordt gemengd met een organisch materiaal met een hoog koolstofgehalte, zoals zaagsel. Het mengsel wordt gedurende het composteerproces onder aerobe omstandigheden gecomposteerd bij temperaturen van ten minste 55 °C (131 °F) gedurende meerdere dagen. |
|
Wat zit erin? rioolslib?
Rioleringsslib bestaat uit zowel anorganische als organische materialen, hoge concentraties van sommige plantenvoedingsstoffen, veel lagere concentraties van talrijke sporenelementen¹ en organische chemicaliën, en enkele ziekteverwekkers. De samenstelling van rioolslib varieert aanzienlijk, afhankelijk van de samenstelling van het afvalwater en de gebruikte zuiveringsprocessen. Tabel 2 geeft de mediane en 95e percentielconcentraties van plantenvoedingsstoffen en enkele sporenelementen die in rioolslib zijn aangetroffen. Deze gegevens zijn afkomstig van een uitgebreid onderzoek naar rioolslib dat in 1996 en 1997 in Pennsylvania werd geproduceerd.
Mogelijkheden om hiermee om te gaan rioolslib
Rioleringsslib kan worden beschouwd als een organische en voedingsrijke bron die nuttig kan worden gebruikt, of als afvalmateriaal dat moet worden afgevoerd. Vóór 1991 werden grote hoeveelheden rioolslib, waaronder een deel uit Pennsylvania, in de oceaan gedumpt. Bezorgdheid over de overmatige nutriëntenbelasting van het oceaanwater leidde tot een verbod op deze praktijk. Momenteel is bijna al het rioolslib dat in Pennsylvania wordt geproduceerd, behandeld en van voldoende hoge kwaliteit om als bioslib te worden geclassificeerd. Iets minder dan de helft van dit materiaal wordt gestort of verbrand, terwijl de resterende bioslib wordt hergebruikt in de bodem voor landbouw, mijnrehabilitatie, landschapsarchitectuur of tuinbouw. Elk van deze opties heeft economische en milieuvoordelen, problemen en risico's.
stortplaatsafval
Vanuit het oogpunt van beheer en materiaalverwerking is storten wellicht de eenvoudigste oplossing. Economisch gezien is storten momenteel gunstig in vergelijking met andere opties. Dit zal echter ongetwijfeld veranderen naarmate de beschikbare stortruimte beperkter wordt en de stortkosten stijgen. Vanuit milieuoogpunt voorkomt storten de verspreiding van slibverontreinigende stoffen of ziekteverwekkers door het slib op één locatie te concentreren. Mits de stortplaats correct is aangelegd en onderhouden, zijn de milieurisico's minimaal.
Er zijn echter risico's verbonden aan het storten van rioolslib op stortplaatsen. Organisch afval ondergaat anaerobe afbraak op stortplaatsen, waarbij methaangas vrijkomt dat in de atmosfeer kan worden gebracht. Methaan is een broeikasgas dat in verband wordt gebracht met de opwarming van de aarde. Andere gassen die vrijkomen op stortplaatsen kunnen onaangename geuren veroorzaken. De grote hoeveelheden voedingsstoffen die rioolslib aan een stortplaats toevoegt, vormen een risico voor het lokale milieu. Mocht de stortplaatsbekleding of het percolaatwatersysteem falen, dan kunnen deze voedingsstoffen het lokale grond- en oppervlaktewater verontreinigen. Het storten van rioolslib neemt bovendien waardevolle stortruimte in beslag en doet afbreuk aan de potentiële voordelen van de organische stof en plantenvoedingsstoffen in het slib.
afbeelding 4 stortplaatsafval
Verbranding
Verbranding van rioolslib vermindert het volume van het af te voeren materiaal, vernietigt ziekteverwekkers volledig, breekt de meeste organische chemicaliën af en benut de geringe hoeveelheid calorische waarde die in het rioolslib aanwezig is. De resterende as is een stabiel, relatief inert, anorganisch materiaal dat slechts 10 tot 20% van het oorspronkelijke slibvolume uitmaakt. De meeste sporenmetalen in het rioolslib concentreren zich in de as (een vijf- tot tienvoudige toename van de concentratie). Dit materiaal wordt meestal gestort, hoewel het potentieel ook in bouwmaterialen gebruikt zou kunnen worden.
Verbranding brengt ook kooldioxide (een ander broeikasgas) en mogelijk andere vluchtige verontreinigende stoffen (cadmium, kwik, lood, dioxinen) in de atmosfeer. De werking van verbrandingsovens vereist geavanceerde systemen om fijnstof (vliegas) en vluchtige verontreinigende stoffen uit de rookgassen te verwijderen. Dit maakt verbranding een van de duurdere opties voor de verwerking van rioolslib. Net als bij storting gaan de potentiële voordelen van organisch materiaal en plantenvoedingsstoffen in rioolslib verloren.
Afbeelding 5: Verbranding