Jacobs, J.A.

Klapwijk, A.

Name not available

Nitrificatie van ammonium uit anaeroob upflow slib bed reactor (UASB) effluent

Wageningen Yield 

Nitrificatie van ammonium uit anaëroob upflow slib bed reactor 
(UASB) effluent 
1. Inleiding 
Behandeling van afvalwater in een anae-
robe upflow slibbed reactor (USB-reactor) 
resulteert in een aanzienlijke vermindering 
van de concentratie organische stoffen 
[Lettinga et al, 1980]. Het effluent van 
anaerobe upflow reactoren bevat echter 
nog een aanzienlijke concentratie ammo-
nium. Daarom zal het niet toegestaan zijn 
dit effluent zonder meer in het opper-
vlaktewater te lozen. In elk geval is het 
gewenst de massaconcentratie ammonium 
omlaag te brengen. 
A. KLAPWIJK 
Vakgroep Waterzuivering 
Landbouwhogeschool 
Wageningen 
MW. J. A. JACOBS 
Vakgroep Waterzuivering 
Landbouwhogeschool 
Wageningen 
Dit artikel gaat in op de nitrificatie van 
ammonium uit anaëroob effluent. Het 
onderzoek is toegespitst op het effluent van 
een upflow slibbed reactor, waarin afvalwater 
van een vleesverwerkende industrie (Stroom-
berg te Ede) is behandeld. Het onderzoek 
hebben wij beperkt tot nitrificatie in een 
actief slibinrichting. 
2. Materialen en methoden 
De samenstelling van het afvalwater van 
de vleesverwerkende industrie was globaal 
de volgende: 
czv 
N-Kjeldahl 
pH 
1500 mg l-i 
180-200 mg l-1 
6.8 - 7.0 
Dit afvalwater werd behandeld in een 
anaerobe upflow slibbed reactor met een 
nuttige inhoud van 25,3 m3 en een inwen-
dige diameter van 2,5 m. In deze reactor 
bevond zich 13 m3 anaëroob actief slib met 
een massaconcentratie organische stof van 
24 g l"1. Het afvalwaterdebiet bedroeg 
3,5 m3 h"1. 
Het effluent van de anaerobe upflow 
slibbed reactor had de volgende samen-
stelling 
CZV (ongefiltreerd) 
CZV (gefiltreerd) 
N-Kjeldahl 
NH+ +-N 
HCO3-
pH 
300-800 mg/l 
100-175 mg/l 
100-150 Mg/l 
100-150 ^g/1 
600-750 Mg/l 
7.0 
Afb. 1 - Nitrificatie actief slib uit Pasveersloot 
te Bennekom (Massaconcentratie actief slib 2,30 g 
drogestof /_ 1). 
In dit artikel wordt in het vervolg het 
anaerobe effluent aangeduid met influent. 
Het is namelijk het influent voor de actief 
slibinrichting op laboratoriumschaal. Deze 
actief slibinstallatie bestond uit een volledig 
gemengde aeratietank met een nuttige 
inhoud van 6 1 en een nabezinktank van 2 1. 
Het influentdebiet werd ingesteld op 
180 ml I r 1 (1ste en 4de periode), 450 ml I r 1 
(2de periode) en 900 ml I r 1 (4de periode). 
De verhouding debiet influent /retour-
stroom was in de eerste drie perioden 1 
en in de 4de periode 2.5. Het influent werd 
geanalyseerd op CZV, N-Kjeldahl, pH en 
HCO3-. Uit berekeningen bleek, dat de 
buffercapaciteit van het influent te laag 
was om de zuurvorming door de nitrifi-
catie op te vangen. Daarom werd aan het 
influent 500 mg/l NaHCC>3 toegevoegd. 
Het actief slib in de aeratietank werd ge-
analyseerd op drogestof en organische stof. 
Tevens werd de nitrificatiecapaciteit van 
het actief slib bepaald. Alle analyses, met 
uitzondering van de laatste, werden bepaald 
volgens de NEN-voorschriften. 
De bepaling van de nitrificatiecapaciteit 
werd als volgt uitgevoerd. 
Ingedikt actief slib werd gemengd met 
influent, waarbij gestreefd werd naar een 
amoniumconcentratie van 50 mg N l"1 na 
menging. Het verloop van de NH4+, NCV 
en NO.f concentratie werd bepaald. In het 
algemeen veranderen de NH4f en NO3" 
concentraties lineair met de tijd. De nitri-
ficatiecapaciteit werd berekend uit de 
snelheid, waarmee de NHi+ en NO«" 
concentraties veranderden. Het resultaat 
werd opgegeven als mg NO : i"-N g ' droge-
stof h"1 of mg NH4 +-N g_1 drogestof h"1. 
Een paar keer werd het Oa-verbruik van 
het actief slib al of niet na toevoeging van 
influent in de Sapromaat bepaald. Ook 
werd eenmalig het nitraatverbruik bepaald 
van denitrificerend actief slib met en 
zonder influent. 
3. Resultaten 
3.1. De zuiveringsresultaten van het 
anaerobe effluent in de actief slibinrichting 
p e r i o d e 1 
De actief slibinrichting werd opgestart met 
actief slib uit de Pasveersloot te Benne-
kom. De nitrificatiecapaciteit van dit actief 
slib bleek 2.05 mg NO3--N g~' drogestof 
h"1 te zijn (afb. 1). Wij besloten het 
influentdebiet op 180 ml h"1 te stellen, 
waarbij de N-belasting van de actief slib-
inrichting op 3.4mg N H 4 - N g " 1 drogestof 
Ir1 komt. De zuiveringsresultaten over de 
eerste 9 dagen zijn opgenomen in tabel I. 
De CZV van het aerobe effluent ligt 
in dezelfde orde van grootte als de 
CZVgefiu,.,,,.,.,, van het influent. Kennelijk 
wordt in de aerobe actief slibinrichting het 
filtreerbaar materiaal uit het influent ver-
wijderd, maar veel verder gaat de zuivering 
niet. Het CZV-rendement bedraagt 80 %. 
Het actief slib is in het begin niet in staat 
alle aangevoerde ammonium te nitrificeren. 
Er is nog steeds ammonium in het aerobe 
effluent aanwezig, terwijl het nitrietgehalte 
ook vrij hoog is. Vermoedelijk is dit een 
gevolg van de lage pH in het beluchte 
actief slib. Aan het afvalwater werd ver-
volgens zoveel bicarbonaat toegevoegd, dat 
de H+-produktie door nitrificatie volledig 
door bicarbonaat gebufferd zou worden. 
Vanaf dit moment verbeterde de nitrificatie 
T A B E L 1 -
(czvnnm . 
Zuivering 
= 605 mg 
in een actief slibinric 
Datum 
1981 
10/3 
11/3 
12/3 
13/3 
17 /3 
19/3 
C Z V 
m g l - i 
134 
_ 
150 
122 
_ 
70 
afvalwater 
l - i ; C Z V ,ef. = 1 7 4 mg l- i ; N H 4 
hting bij een N-belasting van 3.4 
N H t ' - N 
mg l"1 
_ 
18.9 
19.8 
6.0 
1.1 
0.9 
Effluent 
N O . . - - N 
mg l-i 
_ 
9.2 
5.6 
1.6 
0.18 
0.15 
N O 3 - - N 
mg I- ' 
_ 
70.2 
41.6 
94.9 
104 
104 
+
- N = 113 
mg NH±+-
PH 
5.95 
5.4 
5.8 
7.45 
6.6 
mg 
N g 
l- i , H C O 3 - = 617 
-1 drogestof h_1. 
mg 
Actief slib 
drogestof 
g l " 1 
1.08 
0.95 
l-i) 
gloeirest 
% 
15.7 
14.8 
HoO(15) 1982, nr. 12 315 
Afb. 2 - Nitrificatiecapaciteit actief slib d.d. 
°-3-198] (periode 1) (Massaconcentratie actief 
U'b 1,24 g drogestof /-i ; . 
en aan het eind van de periode is de 
nitrificatie volledig. Er is nauwelijks 
arnonium of nitriet in het effluent aan-
wezig, terwijl het nitraatgehalte vrijwel 
gelijk is aan het ammoniumgehalte in het 
anaerobe effluent. 
Per iode 2 
Inmiddels bleek de nitrificatiecapaciteit 
gestegen te zijn tot 4.9 mg N03~-N g~' 
Afb. 3 - Nitrificatiecapaciteit actief slib d.d. 
3,
-3-1981 (periode 2) (Massaconcentratie actief 
sHb 2,44 g drogestof / - i j . 
TABEL II - 'Zuivering afvalwater 
(CZVon ef = 310 mg l-i; CZVgef = 100 mg l"i; NH4+-N = 120 mg l-i, HCO3- = 697 mg l-i) 
in een "actief slibinrichling bij een N-belasting van 8.4 mg NH^-N g-i drogestof h'1. 
Datum 
1981 
25/3 
26/3 
27/3 
30/3 
czv 
mg H 
84 
70 
70 
-
NH4+-N 
mg H 
4.0 
0.97 
0.71 
0.86 
Effluent 
N0 2 - -N 
mg l-i 
12.2 
1.3 
0.47 
0.9 
NO : i--N 
mg h ' 
125 
130 
107 
128 
PH 
7.05 
7.35 
7.72 
6.0 
Actief slib 
drogestof 
gl"1 
1.15 
0.94 
gloeirest 
% 
18.0 
22.3 
TABEL III - Zuivering afvalwater 
(CZV , = 652 mg H ; CZVgef = 121 mg H ; NH4+-N = 120 mg l-i, HC0 3 - = 740 mg l-i) 
in een'acdef slibinrichling bij een N-belasting van 19.8 mg NH^-N g-i drogestof h~i. 
~" 
Datum 
1981 
31/3 
1/4 
2/4 
3/4 
TABEL IV 
CZV 
mg l_ l 
15 
80 
NH4 +-N 
mg l-i 
15.3 
0.65 
127 7.5 
- Zuivering afvalwat 
Effluent 
N 0 2 - - N 
mg l-i 
_ 
7.3 
3.8 
1.7 
er 
NO3--N 
mg l-i 
_ 
106 
134 
115 
pH 
_ 
7.2 
7.5 
6.0 
Actief 
drogestof 
g l" 1 
0.94 
.__ 
slib 
gloeirest 
% 
22.3 
(CZV , = 800 mg H ; CZVgef = 100 mg l-i; NH4 +-N = 116 mg l-i) 
in eeTTctief slibinrichting bij een N-belasting van 1.3 mg NHf-N g-i drogestof h-i. 
Datum 
1981 
6/4 
7/4 
8/4 
10/4 
CZV 
mg 1-' 
Effluent 
NH4 +-N N 0 2 - - N NO3--N 
mg l-i mg l-i mg l"i 
Actief slib 
drogestof gloeirest 
pH g l-i 
2.56 
% 
20.5 
109 
120 
94 
1.3 
0.9 
0 
0.7 
1.0 
1.0 
154 
160 
156 
7.9 
8.3 
8.3 
tijd (uren) 
drogestof h'1 (afb. 2). In verband hiermee 
werd het inf luentdebiet ingesteld op 450 ml 
h-\ waarbij de N-belasting op 8.4 mg 
NH4+-N g"1 drogestof Ir1 komt. De resul-
taten bij deze belasting staan in tabel II. 
In deze periode was de totale CZV van 
het influent laag. De CZV van het filtraat 
was in dezelfde orde van grootte als in de 
eerste periode. Het CZV-rendement is in 
deze periode 76 %. Ook nu blijft de CZV 
van het effluent maar iets beneden de 
CZV van het gefiltreerde effluent te liggen. 
In de eerste dag was de nitrif icatie nog 
niet volledig, maar daarna is er vrijwel 
geen ammonium en nitriet in het effluent. 
p e r i o d e 3 
Op 31/3 bleek de nitrificatiecapaciteit in-
middels tot 7.0 mg N(V-N g-1 drogestof 
h-1 gestegen te zijn (afb. 3). Het influent-
debiet werd daarom alweer verhoogd en 
nu tot 900 ml h"1. De N-belasting steeg 
daardoor tot 19.8 mg NH4+-N g"1 droge-
stof h"1. De resultaten in periode 3 staan 
vermeld in tabel III. 
Na deze verhoging van het debiet was de 
nitrificatie de eerste dag nog niet volledig. 
Hierna was de nitrificatie weer vrijwel 
compleet. De ef f luent-CV was ook in deze 
periode gemiddeld 74 mg/l. (89 % rende-
ment). 
p e r i o d e 4 
Bij de anaerobe upflow reactor traden 
storingen op. Hierdoor kon er niet voldoen-
de anaerobe effluent afgeleverd worden 
voor de laboratoriumopstelling. Daarom 
Afb. 4 - Nitrificatiecapaciteit actief slib d.d. 
8-4-1981 (periode 4) (Massaconcentratie actief 
slib 2,77 g drogestof l~l). 
NCf^lmg/l) 
9<H 
316 
werd in de vierde periode het debiet weer 
teruggebracht tot 180 ml Ir1. De resultaten 
zijn opgenomen in tabel IV. 
Ook in deze periode is de nitrificatie vol-
ledig. De CZV-effluent is gemideld 108 mg 
l"1. De nitrificatiecapaciteit bleek tot 
1,28 mg N0 3 " -Ng - 1 drogestof h"1 te zijn 
gedaald (afb. 4). 
3.2. N-belasting en nitrificatiecapaciteit 
In de loop van de proef is de nitrificatie-
capaciteit van het actief slib bepaald (afb. 
1 t /m 4). Deze resultaten zijn samengevat 
in tabel V. 
TABEL V - Nitrificatiecapaciteit van het 
actief slib. 
Datum 
1981 
Nitrificatie-
capaciteit 
mg mg 
NH4+-N N03--N 
g-i
 d - i g-i d - i 
N-
belasting 
mg 
NH4--N 
g"1 d-i 
27/2 
10/3 t/m 19/3 
18/3 
25/3 t /m 30/3 
31/3 
31/3 t /m 3/4 
4/4 t /m 10/4 
8/4 
63 
133 
186 
22 
49 
116 
169 
31 
82 
202 
475 
32 
Op basis van de nitrificatiecapaciteit werd 
steeds de N-belasting vastgesteld. Deze 
belasting werd op ca. 1.5 à 2 x de nitrifi-
catiecapaciteit vastgelegd. Ondanks deze 
hoge belasting is steeds in één à twee dagen 
de nitrificatie volledig. Zeer opmerkelijk 
was de daling van de nitrificatiecapaciteit 
nadat de N-belasting in periode 4 nood-
gedwongen op een laag niveau was 
gebracht. 
Het is niet duidelijk of deze stijging van 
de nitrificatiecapaciteit een gevolg is van 
aangroei van nitrificeerders of niet. 
De snelle stijging suggereert het tegendeel. 
Het lijkt wel, dat de nitrificatiecapaciteit, 
bepaald in een batch-experiment, afhangt 
van de N-belasting. Eenzelfde verschijnsel 
is door Klapwijk (1978) gesignaleerd in 
een alternerend actief slibinrichting. 
3.3. Zuurstofverbruik door anaëroob slib 
Een aanzienlijk deel van de influent CZV 
is in vaste vorm aanwezig. Vergelijking 
van de opgeloste influent-CZV met de 
effluent-CZV suggereert, dat de zuivering 
berust op eliminatie van niet-opgeloste 
CZV. De zuivering zou wel louter fysisch-
chemisch van aard kunnen zijn. Het is 
voorts de vraag of deze vaste stoffen wel 
zuurstof verbruiken. 
Voor een antwoord op deze vragen zijn 
naast elkaar twee Sapromaat proefjes uit-
gevoerd. In de eerste proef werd het 
Oo-verbruik van een mengsel actief slib/ 
influent bepaald. Voorts werd in de tweede 
proef een mengsel actief slib/leidingwater 
genomen. 
Het zuurstofverbruik van actief slib met 
influent is beduidend hoger dan met leiding-
water. Uit de laatste volgt een endogeen 
Oo-verbruik van 128 mg Oo g"1 drogestof 
d1. Met influent is het 02-verbruik ge-
middeld 310 mg Oa g"1 drogestof d"1. 
Uit het nitriet- en nitraatverloop volgde 
een Oo-verbruik t.b.v. nitrificatie van 
160 mg g"1 drogestof d"1. 
Het is duidelijk dat het actief slib/influent 
mengsel alleen zuurstof verbruikt voor 
nitrificatie en endogene ademhaling. De 
toegevoegde CZV geeft geen versnelde 
opname van zuurstof. 
Op basis van het endogene zuurstofver-
bruik is een schatting te maken van het 
percentage CZV, dat in de actief slibin-
richting wordt verademd. Ten tijde van de 
Sapromaat-proef was de CZV-eliminatie-
Q(L,-L e) 
snelheid gelijk aan 345 mg 
V X 
CZV g"1 drogestof d""1. 
Het endogene zuurstofverbruik is 128 mg 
Oo g"1 drogestof d"1. 
Hieruit volgt dat ca. 37 % van de ge-
eliminierde CZV biologisch wordt ver-
ademd. Er zijn evenwel onvoldoende 
resultaten om hieraan harde conclusies te 
verbinden. Het is onder andere de vraag, 
waar de resterende CZV blijft. Het actief 
slibgehalte nam nauwelijks toe tijdens het 
experiment, terwijl er van slibuitspoeljng 
niets te merken was. 
3.4. Denitrificatie van het influent 
Is het influent, in het bijzonder de CZV, 
te gebruiken voor denitrificatie ? Ter 
oriëntatie is de denitrificatiesnelheid be-
paald van een actief slib/influent-mengsel 
en van een actief slib/effluent-mengsel. 
Het actief slib-mengsel was afkomstig uit 
een denitrificerende kolom, waarin huis-
houdelijk afvalwater werd behandeld. 
In deze gevallen bleek de nitraat-
eliminatiesnelheid resp. 0.54 en 0.60 mg 
N O : J " - N g"1 drogestof d"1 te bedragen. De 
CZV van het afvalwater geeft geen ver-
hoging van de denitrificatiesnelheid. Een 
definitief antwoord op de vraag of deze 
organische stoffen te denitrificeren zijn is 
hiermee niet gegeven. Dit zou uit een 
continu-opstelling met denitrificerend 
actief slib moeten blijken. 
4. Conclusies 
Anaëroob effluent is te nitrificeren. Op 
basis van deze resultaten valt bij een 
temperatuur van 22 °C een N-belasting van 
170 mg g"1 d"1 of hoger te overwegen. 
De eliminatie van de CZV berust in eerste 
instantie op fysisch-chemische processen. 
Een belangrijk deel van de geëliminineerde 
CZV wordt aëroob verademd. 
De CZV van anaëroob effluent lijkt op 
het eerste gezicht niet geschikt te zijn als 
substraat voor denitrificatie. 
• • • 


NARCIS 

http://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/fulltext/393141

Nitrificatie van ammonium uit anaeroob upflow slib bed reactor (UASB) effluent

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Name not available

Wageningen Yield

NARCIS