Biologische zuivering is het gebruik van micro-organismen om organisch materiaal in afvalwater af te breken; deze wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in anaërobe en aërobe biologische zuivering.

Anaërobe biologische zuivering: Het principe van anaërobe biologische behandeling is dat anaërobe micro-organismen in een zuurstofvrije omgeving organische stoffen afbreken en deze omzetten in methaan (CH₄), kooldioxide (CO₂) en enkele andere tussenproducten. Dit proces staat bekend als anaërobe vergisting.

Aërobe biologische zuivering: Onder aërobe omstandigheden zetten micro-organismen via ademhaling organisch materiaal om in kooldioxide en water, waarbij ze tegelijkertijd verontreinigende stoffen zoals ammoniakstikstof en fosfor verwijderen.

Tijdens het anaërobe zuiveringsproces moeten de volgende parameters worden gecontroleerd:

pH

Anaërobe micro-organismen zijn gevoelig voor de pH-waarde van hun omgeving, met name onder zure of basische omstandigheden, waarin hun stofwisseling kan worden geremd. Het optimale pH-bereik voor de meeste anaërobe micro-organismen ligt tussen 6,5 en 8,0. Door de pH-waarde te controleren, kan worden vastgesteld of het systeem zich binnen geschikte omgevingsomstandigheden bevindt en wordt overmatige verzuring of verbasing voorkomen.

Opgeloste zuurstof (DO)

Tijdens anaërobe behandeling moet het gehalte aan opgeloste zuurstof vrijwel nul zijn, aangezien anaërobe micro-organismen groeien in een zuurstofvrije omgeving. Als het gehalte aan opgeloste zuurstof te hoog is, kan dit de activiteit van anaërobe micro-organismen remmen. Het gehalte aan opgeloste zuurstof wordt doorgaans gemeten met behulp van een zuurstofelektrode (zoals een DO-sensor) om een anaërobe omgeving te waarborgen.

Chemisch zuurstofverbruik (COD)

COD is een belangrijke indicator voor de concentratie van organisch materiaal in afvalwater. Het doel van anaërobe zuivering is om organisch materiaal door middel van microbiële activiteit af te breken, waardoor het COD-gehalte in het afvalwater daalt. Regelmatige controle van het COD-gehalte helpt bij het beoordelen van de efficiëntie waarmee verontreinigende stoffen door het anaërobe zuiveringsproces worden verwijderd en bij het vaststellen of het gewenste zuiveringsniveau is bereikt.

Totaal stikstof (TN) en ammoniakstikstof (NH₃-N)

Stikstofbronnen, zoals ammoniakstikstof, kunnen tijdens het anaërobe zuiveringsproces eveneens worden afgebroken, met name onder geschikte omstandigheden waarin anaërobe denitrificatie stikstof kan verwijderen. Door de concentraties van totaal stikstof en ammoniakstikstof te monitoren, kan de efficiëntie van de stikstofverwijdering worden beoordeeld en wordt voorkomen dat er te veel stikstof in de stroomafwaarts gelegen waterlichamen terechtkomt, wat tot eutrofiëring zou kunnen leiden.

Temperatuur

De temperatuur heeft een directe invloed op de activiteit van anaërobe micro-organismen. Het anaërobe vergistingsproces verloopt het meest efficiënt bij temperaturen tussen 30 en 40 °C (mesofiele anaërobe vergisting). Te hoge of te lage temperaturen kunnen de reactiesnelheid en de effectiviteit van de behandeling beïnvloeden. Het handhaven van de temperatuur binnen het optimale bereik is cruciaal voor een soepele werking van het anaërobe proces.

Bijna alle waterkwaliteitssensoren van KACISE zijn uitgerust met temperatuursensoren.

Tijdens het aërobe zuiveringsproces moeten de volgende parameters worden gecontroleerd:

Opgeloste zuurstof (DO)

Opgeloste zuurstof is essentieel voor de stofwisseling van aërobe micro-organismen. Micro-organismen hebben zuurstof nodig voor aërobe ademhaling om organisch materiaal af te breken. Als de concentratie opgeloste zuurstof te laag is, kan dit leiden tot een afname van de microbiële activiteit, wat de zuiveringsdoeltreffendheid beïnvloedt. Als de concentratie opgeloste zuurstof te hoog is, kan dit energieverspilling tot gevolg hebben. Het gehalte aan opgeloste zuurstof wordt doorgaans in realtime gemeten met behulp van DO-sensoren om ervoor te zorgen dat het binnen het juiste bereik blijft (meestal 2-4 mg/L).

pH

De pH-waarde beïnvloedt de stofwisselingsactiviteit van micro-organismen en de efficiëntie waarmee organisch materiaal wordt afgebroken. Aërobe micro-organismen zijn het meest actief in een neutrale of licht alkalische omgeving. Extreem zure of alkalische omstandigheden kunnen de microbiële activiteit remmen en zelfs tot systeemstoringen leiden. De pH-waarde wordt doorgaans binnen het bereik van 6,5 tot 8,5 gehouden om een normale microbiële stofwisseling te waarborgen.

Chemisch zuurstofverbruik (COD)

Het chemisch zuurstofverbruik (COD) is een veelgebruikte indicator voor de concentratie van organisch materiaal in afvalwater. Een hogere COD-waarde duidt op een hogere concentratie van organische verontreinigende stoffen in het water. Het belangrijkste doel van aërobe zuivering is het verwijderen van deze organische stoffen en het verlagen van de COD. Door de COD-concentraties van het influent en effluent regelmatig te controleren, kan de effectiviteit van de aërobe zuivering worden beoordeeld. Aërobe zuivering kan de COD in afvalwater aanzienlijk verlagen, en de COD van het effluent moet doorgaans voldoen aan wettelijke normen.

Biochemisch zuurstofverbruik (BZV)

BZV geeft het biologisch zuurstofverbruik weer dat nodig is voor de afbraak van organisch materiaal in water. Het is een belangrijke indicator voor de waterkwaliteit en de mate van vervuiling. Tijdens aërobe zuivering breken micro-organismen het organisch materiaal in het BZV via aërobe ademhaling af tot kooldioxide en water. Regelmatige meting van BZV-waarden wordt gebruikt om de zuiveringsdoeltreffendheid van het zuiveringssysteem te beoordelen. BZV5 (vijfdaags biochemisch zuurstofverbruik) is doorgaans de meest gemeten indicator.

Ammoniakstikstof (NH₃-N)

Ammoniakstikstof is een veelvoorkomende stikstofverontreiniging in afvalwater. Aërobe micro-organismen kunnen ammoniakstikstof via nitrificatie omzetten in nitraat. Wanneer de concentratie ammoniakstikstof te hoog is, kan dit de microbiële activiteit remmen en de zuiveringsdoeltreffendheid beïnvloeden. Door de ammoniakstikstofconcentraties te monitoren, wordt een effectieve verwijdering uit het systeem gewaarborgd, waardoor secundaire verontreiniging van het milieu wordt voorkomen.

Totaal stikstof (TN)

De totale stikstofomvang omvat ammoniakstikstof, nitraatstikstof en andere vormen van stikstof. Door nitrificatiereacties in aërobe zuiveringsprocessen wordt ammoniakstikstof omgezet in nitraatstikstof. Overmatige nitrificatie kan echter leiden tot ophoping van nitraatstikstof. Door de totale stikstofconcentratie te monitoren, met name in systemen waarin stikstofverwijdering plaatsvindt, wordt een soepel verloop van de nitrificatie gewaarborgd en wordt overmatige stikstofophoping voorkomen.

Temperatuur

De temperatuur heeft een belangrijke invloed op de stofwisseling van micro-organismen en de zuiveringsdoeltreffendheid. Over het algemeen zijn micro-organismen het meest actief bij temperaturen tussen 20 en 35 °C. Als de temperatuur te hoog of te laag is, heeft dit gevolgen voor de groei van micro-organismen en de zuiveringsdoeltreffendheid van afvalwater. Er worden temperatuursensoren gebruikt om de temperatuur in de reactor te bewaken en ervoor te zorgen dat deze binnen het optimale bereik blijft.

Totaal gezwiepde vaste stoffen (TSS)

TSS geeft de concentratie van zwevende stoffen in het water weer. Tijdens aërobe zuivering worden zwevende stoffen in afvalwater doorgaans afgebroken door micro-organismen (bijvoorbeeld actief slib). Een te hoog TSS-gehalte kan leiden tot verstopping van het systeem, wat de doorstroming van het afvalwater belemmert. Door de TSS-concentratie te monitoren, wordt een overmatige ophoping van zwevende stoffen voorkomen, waardoor de microbiële activiteit en de doorstroming van het afvalwater in de reactor gewaarborgd blijven.

Gemengde vloeistof met zwevende deeltjes (MLSS)

MLSS verwijst naar de concentratie van zwevende deeltjes in het gemengde vloeistofmengsel, waaronder actief slib en onverteerd organisch materiaal. De MLSS-concentratie beïnvloedt de efficiëntie van het aërobe zuiveringssysteem. De MLSS-concentratie wordt doorgaans geregeld binnen het bereik van 2000-5000 mg/l om te zorgen voor een voldoende aantal micro-organismen om het organische materiaal in het water af te breken.