Brons, H.J.

Donker, H.J.G.W.

Rensink, J.H.

Wageningen Yield 

Biologische fosfaatverwijdering in een actief slib installatie 
Inleiding 
Recentelijk zijn enkele publicaties ver-
schenen over biologische fosfaatverwijdering 
in actief slib installaties. Het verschijnsel 
werd het eerst geconstateerd op de 'San 
Antonio Rilling Plant' in de staat Texas 
door Vacker e.a. [1], Het percentage fosfaat-
verwijdering schommelde tussen 85 en 97 %. 
Het type installatie was een langwerpige 
aeratietank met persbeluchting. Het afval-
water en het retourslib stroomden het 
kopeinde van de installatie binnen. De slib-
belasting bedroeg bijna 500 g BZV5/kg 
IR. J. H. RENSINK 
Vakgroep Waterzuivering 
LH Wageningen 
H. J. DONKER 
Vakgroep Waterzuivering 
LH Wageningen 
H. J. BRONS 
Vakgroep Waterzuivering 
LH Wageningen 
slib . dag, terwijl de gemiddelde verblijftijd 
van het afvalwater-retourslibmengsel 6 uur 
bedroeg. In het eerste deel van de aeratie-
tank was het zuurstofgehalte laag en liep 
halverwege tot aan het eind van de installatie 
op tot boven 5 mg/l. 
Latere publicaties [2, 3 en 4] meldden soort-
gelijke resultaten bij biologische fosfaat-
verwijdering in Baltimore, Los Angeles en 
Tuscon. Eveneens in Zuid-Amerika werd 
een vergaande biologische fosfaatverwijde-
ring gesignaleerd op enkele proef- en 
praktijkinstallaties [5, 6, 7], waarin aan het 
kopeinde van de aeratietank een denitrifi-
catie zone was ingebouwd. De installaties 
hadden geen hoge slibbelasting en er trad 
een vergaande nitrificatie op. Levin e.a. [8] 
waren de mening toegedaan, dat fosfaat-
verwijdering alleen kon plaatsvinden wan-
neer het opgehoopte fosfaat in het slib 
continu werd gestript. Daartoe leidden zij 
het retourslib door een indikker, waar 
tengevolge van het ontstaan van een zuur-
stofloos slibwatermengsel het fosfaat uit 
het slib in oplossing ging. Het slib — deels 
ontdaan van fosfaat — werd wederom naar 
het kopeinde van de installatie geleid. 
Levin en Shapiro [9] concludeerden dat de 
zgn. 'luxury uptake' van fosfaat moet wor-
den toegeschreven aan de activiteit van 
micro-organismen. Dit bewezen zij door 
aan een hoeveelheid actief slib 2,4 dinitro-
fenol — een stof, die de oxydatieve fosfor-
ylering blokkeert — toe te voegen. Er werd 
dan geen hoge fosfaatopname meer waar-
genomen. Fuhs en Chen [10] en de auteurs 
van dit artikel kwamen tot dezelfde bevin-
dingen. Fuhs en Chen [10] isoleerden 
bacteriestammen uit actief slib, die geleken 
op de Acinetobacter-Moraxella groep. Deze 
bacteriën verschillen van andere micro-
organismen doordat zij grote hoeveelheden 
fosfaat in hun bateriecel opslaan. 
De granulaire opslag van fosfaat in de 
bacteriecel is zichtbaar te maken m.b.v. 
een methyleenblauw- of Neisserkleuring. 
De bacterie Acinetobacter is strikt aëroob, 
gramnegatief, een kort, dik staafje van 
± 1,5 bij 2-3 p en is onbeweeglijk. De 
bacterie is vrij groot in vergelijking met de 
overige bacteriën in actief slib. In actief 
slib waar sprake is van biologische defosfa-
tering, vormden de acinetobacters micro-
kolonies die bijeengehouden werden door 
capsulair materiaal van een nog onbekende 
samenstelling. 
Volgens Fuhs en Chen zouden de acine-
tobacters voor hun groei voorkeur hebben 
voor lagere moleculaire stoffen, zoals bijv. 
azijnzuur en boterzuur. Een ophoging van 
deze lagere verbindingen, zo meldden zij, 
doet zich voor in installaties, die in het 
eerste deel van de aeratietank een zeer laag 
zuurstofgehalte vertoonden. 
Fuhs en Chen verrichtten het fosfaatonder-
zoek in batchproeven, die 4 uur per etmaal 
werden belucht. Tijdens de beluchtings-
periode werd een hoge fosfaatopname 
gemeten, terwijl gedurende het niet-beluchten 
het fosfaat werderom in oplossing ging. 
Ook Davelaar e.a. [11] kwamen in hun 
onderzoek tot de conclusie, dat een zuurstof-
loze zone voorafgaande aan de aerobe zone 
beslissend was voor een hoge fosfaat-
opname. 
Uit eigen onderzoek [12] in batchproeven 
met zuivelafvalwater bleek, dat per etmaal 
een zuurstofloze periode begon zodra het 
afvalwater werd toegediend. De zuurstofloze 
periode was het gevolg van een aanvankelijk 
grotere zuurstofbehoefte dan de zuurstof-
inbreng. Het fosfaat ging tijdens de zuurstof-
loze periode in oplossing en werd wederom 
opgenomen zodra het zuurstofgehalte ging 
stijgen. Biologische defosfatering was 
mogelijk bij verschillende slibbelastingen. 
Nicholls [13] onderzocht welke micro-
organismen in een actief slibinstallatie met 
fosfaatverwijdering polyfosfaten en poly 
/?-hydroxyboterzuur (PHB) accumuleerden. 
Hij constateerde, dat de strikt aerobe 
bacterie Acinetobacter, die in grote aantallen 
voorkwam, zowel polyfosfaten als PHB 
in de cel had opgeslagen. Nicholls con-
cludeerde dat de opslag van polyfosfaten 
voor de bacterie een middel was om de 
zuurstofloze periode te overbruggen. 
Sinds een jaar is de Vakgroep Waterzuive-
ring bezig onderzoek te verrichten naar de 
biologische fosfaatverwijdering op semi-
technische schaal op de proefinstallatie te 
Bennekom. Het leek ons juist de aanpak 
en resultaten van dit oriënterend onderzoek 
te publiceren. 
Uitvoering onderzoek 
Beschrijving proefinstallatie 
De zuiveringsinstallatie te Bennekom 
bestaat uit een langwerpige aeratietank met 
een nuttige inhoud van 1000 1. Zie afb. 1. 
De tank is in 10 compartimenten verdeeld, 
die door openingen — 0 30 mm — in de 
tussenschotten onderling zijn verbonden. 
De eerste 5 compartimenten werden uitslui-
tend geroerd — teneinde een zuurstofloze 
periode in te lassen — en de daaropvolgende 
compartimenten werden belucht. De 
nabezinkruimte had een inhoud van 150 1. 
Een door een motor aangedreven schraper 
zorgde voor een gelijkmatige indikking van 
het slib, zodat een constante concentratie 
aan retourslib kon worden gegarandeerd. 
Samenstelling afvalwater 
Voor het onderzoek werd huishoudelijk 
afvalwater betrokken van de rioolwater-
zuiveringsinstallatie Bennekom van het 
Zuiveringsschap Veluwe. Nadat het afval-
water een voorbezinkruimte was gepasseerd, 
had dit bij droog weer-aanvoer de volgende 
gemiddelde samenstelling: 
Afb. 1 - Een schematische voorstelling van de proefinstallatie. 
1 Defbsfateringsreactor 
2 Influent 
3 Retourslib 
4 Perslucht 
5 Nabezinktank 
6 Effluent 
7 Spuislib 
Het gearceerde gedeelte wordt 
niet belucht 
H20(12) 1979, nr. 13 297 
CZV: 500 m g / l 
BZV 5 : 300 mg / l 
N Kjeldahl- 7 0 m g / l 
Ptotaai: 1 8 m g / l 
Alkaliteit: 7 meq. H C O 3 - / l 
p H : 7,2 
B Z V 5 : N : P = 100 : 23 : 6 
Belasting proefinstallatie 
D e biologische fosfaatverwijdering werd 
bestudeerd bij verschillende hydraulische 
belastingen, hetgeen correspondeerde met 
bepaalde slibbelastingen. 
In tabel I zijn de verschillende debieten, 
slibbelastingen en verblijftijden van het 
afvalwater in de aerat ie tank weergegeven. 
TABEL I - Een overzicht van de procesomstandig-
heden bij de verschillende proefperioden. 
Verblijftijd afval-
Aanvoer Slibbelasting water 
l/uur g CZV/kg slib . dag in AT in uren 
35 
70 
100 
150 
140 
280 
400 
600 
30 
15 
10 
6,5 
Tijdens de experimenten werd getracht het 
slibgehalte in de aerat ietank te handhaven 
op ca. 3 g / l . Overtollig slib werd cont inu 
gespuid. D e hoeveelheid retourslib bedroeg 
100 % van de aangevoerde hoeveelheid 
afvalwater. 
Uitgevoerde analyses 
D e analyses werden uitgevoerd volgens 
N E N 3225. Van het b innenkomende bezon-
ken r ioolwater werden de volgende analyses 
uitgevoerd: CZV, BZV 5 , p H , N K j e l d a h i en 
Ptotaai- H e t effluent werd na filtratie 
geanalyseerd op CZV, p H , N H 4 + , N 0 2 _ , 
N 0 3 _ , or thofosfaat en redox-potentiaal . 
O m d a t het gebonden fosfaat al in het eerste 
compar t iment overging in orthofosfaat 
werd de bepaling van het totaalfosfaat 
achterwege gelaten. Voor ts werden van de 
gefiltreerde slibwatermengsels van de 
compar t imenten 1 tot en met 5 met behulp 
van de gaschomatograaf lagere vetzuren 
bepaald. 
V a n het slibwatermengsel werden bepaald: 
de bezinking van het slib, het droge stof-
gehalte, de gloeirest, a lsmede het micros-
copisch beeld. 
Resultaten onderzoek 
Fosfaatverwijdering 
In afb. 2 en 3 is het P-gehalte van influent, 
effluent, alsmede het percentage P-verwij-
dering bij de vier verschillende slibbelastin-
gen gedurende het onderzoek weergegeven. 
D e punten in de afbeelding zijn week-
gemiddelden. De biologische defosfatering 
werd gestoord bij regenval; dit is wellicht 
Slibbelasting ca 130 g CZv/kg slibdag 
Hydraulische belasting 35 l/h 
Temperatuur 16-18°C 
P(mg/ l ) 
20 Pinfl. 
10 
TIC/.) 
-100 
60 
-20 
Slibbelasting ca. 315 g CZV / kg slibdag 
Hydraulische belasting 70 l/h 
Temperatuur 18-20°C 
Tl (•/.) 
r-100 
P(mg/l) 
20H 
10 
-60 
-20 
4 6 
tijd (weken) 
4 6 
tijd (weken) 
Afb. 2 - Het verloop van P-influent, P-effluent en het P-verwijderingspercentage tijdens de duur van 
de experimenten bij slibbelastingen van 140 en 280 g CZVjkg slib . dag. 
Slibbelasting ca 400 g CZV / k g slib.dag Slibbelasting ca.600g CZV/kg slib.dag 
Hydraulische belasting 100 l/h 
Temperatuur 15-16 °C 
v Pinfl. 
P(mg/l) •-/-.,, * » < ; Z I H X 
20-, / T%P 
Hydraulische belasting 150 l/h 
Temperatuur 17-19 °C 
10 
I CV.) 
r100 
60 
. Peffl. 
P(mg/I) 
20-, 
10-
20 
Tl C/o) 
1-100 
60 
Peffl. -20 
tijd (weken) t i jd (weken) 
Afb. 3 - Het verloop van P-influent, P-effluent en het P-verwijderingspercentage tijdens de duur van 
de experimenten bij slibbelastingen van 400 en 600 g CZVjkg slib . dag. 
toe te schrijven aan een tijdelijk lagere slib-
belasting. 
In tabel I I zijn de gemiddelde P-verwijde-
ringspercentages bij de verschillende slib-
belastingen vermeld. In de laatste ko lom van 
tabel I I zijn tevens de P-verwijderings-
percentages weergegeven, bij twee slib-
belastingen, die zijn verkregen onder con-
ventionele bedrijfsomstandigheden, waarbij 
TABEL II - Een overzicht van de gemiddelde 
percentages fosfaatverwijdering bij de verschil-
lende slibbelastingen. 
Slibbelasting 
g CZV/kg P-verwijdering P-verwijdering in %, 
slib . dag in % conventioneel 
140 
280 
400 
600 
40 
50 
87,5 
80 
10 
17 
dus alle compar t imenten werden belucht. 
Verloop chemische en fysische grootheden 
in de verschillende compartimenten en in 
het effluent 
In de afb. 4, 5, 6 en 7 is ter illustratie een 
m o m e n t o p n a m e van het ver loop der 
chemische en fysische grootheden in de 
verschillende compar t imenten , in het 
influent en in het effluent bij de 
verschillende slibbelastingen afgebeeld. 
D e m o m e n t o p n a m e n zijn representatief voor 
het ver loop van genoemde grootheden 
tijdens de duur van de verschillende 
experimenten. 
Bij alle vier slibbelastingen werd in het 
eerste compar t iment van de aerat ietank een 
vergaande eliminatie geconstateerd van de 
zich in het afvalwater bevindende organische 
stoffen. He t fosfaatgehalte in de zuurstof-
298 
!
 7 5 Knie t_qëroob^ 
pH 
aëroob 
PROFIELMETING 
Hydraulische belasting : 3 5 l/h 
Slibbelasting •. 
120 g CZV/kg slib dag 
Droge stof. 3,7 g/ l 
Temperatuur : 16,5 °C 
I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E 
compartimenten » 
Afb. 4 - Een momentopname van het verloop van physische 
lende compartimenten en in het influent en het effluent, bij 
slib . dag. 
en chemische grootheden in de verschil-
een slibbelasting van 120 g CZVjkg 
niet aëroob aëroob 
.7,5 
\* 
< . 500T 201 
Ol 
E 
8 400-
300 
200 
16 
8-
N05-N 
0 1 
-100 x 
O 
-2O0 ^ 
-300 I 
-40 c ^ 
en 
£ 
30 Z 
ff 
z 
-20 z 
+ • * 
I 
z 
PROFIELMETING 
Hydraulische belasting : 70 l/h 
Slibbelasting: i 
230 g CZV / kg slib dag 
Droge stof : 3,27 g/ l 
Temperatuur: 2 0 ° C 
•10 
I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E 
compart imenten — »-
Afb. 5 - Een momentopname van het verloop van physische 
lende compartimenten en in het influent en het effluent, bij 
slib . dag. 
en chemische grootheden in de verschil-
een slibbelasting van 230 g CZVjkg 
7,5 
' 6.5-
£ 5 0 0 - 1 - 2 0 - , 
O 
O 
o 
4 0 0 
3 0 0 
2 0 0 -
16 
12 
O 
> 
E 
PROFIELMETING 
Hydraulische belasting : 
100 l /h 
100|> Sl ibbelast ing: 
4 0 0 gCZV/kgsl ib.dag 
Droge stof : 
3,36 g / l 
Temperatuur : 
16 °C 
- 2 0 0 j 
5 0 
4 0 £ 
z 
'è 
30 2 
2 
i ei 
20 S 
2 
I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E 
c o m p a r t i m e n t e n ^ 
Afb. 6 - Een momentopname van het verloop van physische 
lende compartimenten en in het influent en het effluent, bij 
slib . dag. 
en chemische grootheden in de verschil-
een slibbelasting van 400 g CZVjkg 
loze zone nam toe en werd bij aankomst in 
de zuurstofzone vrij snel gereduceerd. 
De hoogte van de fosfaataf- en opname 
hing samen met de slibbelasting. 
In het effluent was het fosfaatgehalte 
doorgaans iets hoger dan in het laatste 
compartiment. Bij de lagere slibbelastingen 
vond er een vergaande nitrif icatie en 
denitricatie plaats met als resultaat een laag 
N-gehalte in het effluent. Bij de hogere 
slibbelastingen kwam de nitrif icatie nauwe-
lijks op gang, waardoor de stikstof als 
ammoniak met het effluent werd afgevoerd. 
Uit het verloop van de redoxpotentiaal is 
af te lezen, dat er in de zuurstofloze zone 
een lagere redoxpotentiaal heerste dan in de 
zuurstofzone. Het zuurstofgehalte bedroeg 
in de zuurstofloze zone nul en in de aeratie-
zone liep het zuurstofgehalte op van 2 tot 5 
mg/l. De pH bleef over de gehele linie vrij 
constant. Bij alle vier slibbelastingen werden 
geen lagere vetzuren aangetoond. 
Slibhuishouding 
In tabel III zijn de gemiddelde waarden 
weergegeven van de slibindex, de slibaanwas, 
de slibleeftijd en het percentage groeirest 
en P van de droge stof. De tussen haakjes 
vermelde cijfers duidden op de resultaten 
verkregen onder conventionele omstandig-
heden. 
Bij slibbelastingen van 140 en 280 g CZV/kg 
slib . dag kenmerkte het slib zich door 
betrekkelijk kleine vlokken met een enigszins 
losse structuur, waarin Microtrixdraden 
voorkwamen. Dit leidde tot een minder 
goede bezinking van het slib, ofschoon in 
de nabezinkruimte hiervan geen hinder 
werd ondervonden. Van de protozoën waren 
de gesteelde Opercularia's en Vorticella's 
in gering aantal aanwezig. 
Wat de slibaanwas betrof viel op dat er 
geen verschil was tussen déze proefomstan-
digheden en de conventionele. De groeirest 
was bij beide slibbelastingen beduidend 
hoger dan bij de conventionele belastingen. 
Aangenomen wordt dat dit verband houdt 
met de verhoogde P-opname door de slib-
vlok. Het percentage fosfaat van de slib-
vlok bedroeg bij een slibbelasting van 
280 g CZV/kg slib . dag 5 %, terwijl bij 
een conventionele installatie meestal 
1 à 2 % wordt gevonden. 
Bij een silbbelasting van 400 g CZV/kg 
slib . dag bestond het silb uit vlokken met 
een compacte structuur. Er kwamen geen 
draden voor. Naast Opercularia en Vorti-
cella kwam ook de kruipende protozoa 
Aspidisca costata voor. 
Opvallend is het hoge percentage gloeirest 
en P van de droge stof. Van dit slib — dat re-
sulteerde in een vergaande P-verwijdering — 
zijn door Mw. Deinema — Vakgroep 
H20(12) 1979, nr. 13 299 
aëroob 
E 500 
û 
O 
V 30CH 
100-
o-
75 
6,5 
-50 
30 
10-
.200 > 
0
 § 
-200 TB 
L 
-400 f 
50 oï 
E 
PROFIELMETING 
Hydraulische belasting . 
150 l/h 
Slibbelasting : 
560 g CZv/kg slib dag 
Droge stof. 
3,4 g/l 
Temperatuur : 
18 °C 
I 1 3 4 5 6 7 8 
compartimenten — 
9 10 E 
Afb. 7 - Een momentopname van het verloop van physische en chemische grootheden in de verschil-
lende compartimenten en in het influent en het effluent, bij een slibbelasting van 560 g CZVjkg 
slib . dag. 
TABEL III - Een overzicht van de slibparameters bij de verschillende slibbelasting en. 
Slibbelasting 
g CZV/kg Slibindex 
slib . dag ml/g slib 
140 
280 
400 
600 
220 (75) 
200 (100) 
150 
225 
Slibaanwas 
g slib/g CZV 
0,24 (0,26) 
0,33 (0,32) 
0,48 
0,58 
Slibleeftijd Gloeirest P 
dagen % v.d. dr.stof % v.d. dr.stof 
30 
17 
5,3 
4,0 
19,7 (14) 
26,0 (14) 
24,0 
20,2 
5,0 
6,8 
6,5 
Microbiologie LH — foto's gemaakt (zie 
afb. 8 en 9). Duidelijk zijn de bacteriën 
waar te nemen, die verantwoordelijk zijn 
voor de hoge fosfaatopnamen. 
Bij de slibbelasting van 600 g CZV/kg 
slib . dag was de slibmassa uit kleine vlok-
ken opgebouwd. Hoewel de bezinking 
slechter was dan bij de vorige proef, ont-
braken draadvormige micro-organismen. 
Er kwamen zeer weinig protozoën voor. 
In vergelijking met de slibbelasting van 
400 g CZV/kg slib . dag was de slibaanwas 
hoger en de gloeirest lager. Het percentage P 
van de droge stof was nagenoeg gelijk aan 
dat van het vorige experiment. 
Conclusie 
Het onderzoek naar de biologische defos-
fatering heeft onder de gegeven proces-
omstandigheden tot de volgende conclusies 
geleid: 
1. Bij slibbelastingen van 140, 280, 400 en 
600 g CZV/kg slib . dag werd een gemiddeld 
fosfaatverwijderingspercentage gevonden 
van resp. 40, 45, 87,5 en 80 %. 
2. De zuiveringsgraad werd niet beïnvloed 
door de gewijzigde procesvoering. 
3. In het aerobe gedeelte van de installatie 
werd het fosfaat door bacteriecellen opge-
nomen, terwijl in de zuurstofloze zone het 
fosfaat weer in oplossing ging. De netto 
P-verwijdering bij een slibbelasting van 
400 g CZV/kg slib . dag bedroeg gemiddeld 
87,5 %. 
4. In de zuurstofloze zone van de installatie 
waren lagere vetzuren niet in aantoonbare 
hoeveelheden aanwezig. 
Afb. S - Actief slibvlak uit compartiment 10, de 
fosfaatopslag is m.b.v. een Neisser kleuring 
zichtbaar gemaakt. 
De Acinetobactercellen worden hier geheel donker-
blauw gekleurd. Zwart op de foto. 940 x. 
Nabeschouwing 
Dit onderzoek naar de biologische fosfaat-
verwijdering in een actief slib installatie 
heeft aangetoond, dat het mogelijk is 
fosfaat te verwijderen zonder chemicaliën 
toe te voegen en zonder dat de zuiverings-
graad terugloopt. Hiertoe werd een actief 
slib installatie op semi-technische schaal 
zodanig gewijzigd dat een milieu werd 
geschapen voor een dominerende groei van 
fosfaatverwijderende micro-organismen. 
De hoge fosfaatopname door deze micro-
organismen kon zowel door bepaling van 
het P-gehalte van de slibvlok als door 
kleuring met het reagens van Neisser 
worden aangetoond. Ook onderscheidden 
deze bacteriën zich door hun grootte van de 
overige bacteriën in actief slib. 
Over de wijze waarop deze bacteriën bij 
aanwezigheid van zuurstof grote hoeveel-
heden fosfaat opnemen en dit fosfaat bij 
afwezigheid van zuurstof wederom uit de 
bactericel afvoeren is nog zeer weinig 
bekend. Uitgaande van het onderzoek van 
Nicholls en uit eigen verkregen resultaten 
zou men kunnen afleidien, dat de bacterie 
bij afwezigheid van zuurstof de zich in het 
afvalwater bevindende organische stoffen 
weet om te zetten in poly /3-hydroxyboter-
zuur (PHB), waarbij de energie wordt 
verkregen van de omzetting van polyfosfaten 
— via ATP naar ADP — in orthofosfaat. 
De vorming van PHB zou mede onder-
steund worden doordat tijdens de zuurstof-
loze zone geen merkbare verandering optrad 
in het ammoniumgehalte. In de zuurstof-
zone wordt het PHB m.b.v. zuurstof 
omgezet in dissimilatie- en assimilatie-
produkten. De bij de oxydatie van PHB 
verkregen energie zou kunnen dienen voor 
Afb. 9 - Actief slibvlak uit compartiment 10, 
na 16 uur zonder zuurstof. De bacteriën bevatten 
nu praktisch geen fosfaat meer. 940 x. 


Biologische fosfaatverwijdering in een actief slib installatie

Name not available

Biologische fosfaatverwijdering in een aktief-slibinstallatie

http://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/72940

Biologische fosfaatverwijdering in een actief slib installatie

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Wageningen Yield

Name not available