prof.ir.A.C.J.KootHoogleraar Civiele Gezondheidstechniek,T.H.-DelftBehandeling van slibIn deze bijdrage wordt een zeer beknoptoverzicht gegeven van de methodieken diemogelijk zijn om slib dat bij de zul-veringsprocessen op rioolwaterzuiveringsin-richtingen wordt afgescheiden, te verwerken.De bezinkbare stoffen, slib of slijk, die zichin het afvalwater bevinden, worden ook welprimair slib genoemd, ter onderscheidingvan het biologische of secundaire slib, hetzgn. 'spuislib. Het primaire slib kan op vrijeenvoudige wijze uit het afvalwater wordenverwijderd door bezinking. Uit huishoudelijkafvalwater kan ongeveer 1/3 deel van de or-ganische en anorganische stoffen door eenbezinkingsproces worden verwijderd. Per in-woner ontstaat hierbij ruim ??n liter slib perdag bij een gehalte aan droge stof van 5%.Dit houdt in, dat het volume van het bezon-ken slib circa 1% bedraagt van de dagelijk-se hoeveelheid afvalwater per hoofd.Bij oxydatief-biologische zuivering neemt debacteriemassa ten gevolge van de assimila-tie toe; er wordt derhalve slib geproduceerd.Omdat de hoeveelheld biologisch-actief ma-teriaal bij oxydatief-biologische zuiveringconstant dient te zijn, zal overbodig slibmoeten worden verwijderd. De hoeveelheidspuislib (actief-slibinstallatie)of de humus(oxydatiebedden) en de hoedanigheid daar-van zijn in hoge mate afhankelijk van de toe-gepaste zuiveringsmethode.ln hoog belas-te actief-slibinstallaties en oxydatiebeddenwordt relatief meer slib gevormd dan in over-eenkomstige laag belaste installaties, waarinmeer materiaal wordt geoxydeerd (geminera-liseerd) en waaruit als gevolg daarvan min-der slib behoeft te worden verwijderd.Het is gebruikelijk het overbodige spui- enhumusslib bij het aangevoerde afvalwater tevoegen, waarin zich het primaire slib bevindten het daarmee in een voorzuiveringsinstal-latie tot bezinking te brengen, omdat aandeze werkwijze een aantal voordelen is ver-bonden.Afhankelijk van de toegepasteoxydatief-bio-logische zuiveringsmethode neemt het volu-me van de hoeveelheid te behandelen versslib betrokken op het primaire slib met 50 tot100% toe en de hoeveelheid droge stof diezich daarin bevindt van 25 tot 75%. Een in-druk van de slibproduktie per capita geefttabel 1.Het slibvolume kan op eenvoudige wijze wor-den berekend uit de formule:gd 100v, = 1000waarin:V s = het aantal liters slib per capita per dag;gd = het gewicht aan droge stof per capitaper dag;p = het percentage droge stof aanwezigin vs.Een hoeveelheid slib van anderhalf tot tweeliter per hoofd en per dag lijkt niet veel,maar van een middelgrote rioolwaterzuive-ringsinrichting waarop 200000 inwoners zijnaangesloten bedraagt de jaarlijkse produktie100000 m3tot 150000 rn".Vers slib kan moeilijk op droogvelden wor-den gedroogd; het is infectueus, trekt insec-ten aan en verspreidt zeer veel stank alshet na enige tijd aan de lucht te zijn bloot-gesteld tot rotting overgaat. De conventic-nele methode om slib te behandelen is detoepassing van een ana?roob gistingsproces.Als resultaat wordt slib verkregen, dat nietmeer in stinkende zure gisting kan overgaan.Tabel 1Slibproduktie per capita per dagCement XXII (1970) nr. 12type installatie primairIsecundairItotaalItotaalin g in g in g in IgdI gdI gdbezinking 54 - 54 1,1laag belaste oxydatiebedden 54 13 67 1,3hoog belaste oxydatiebedden 54 20 74 1,5laag belaste actief-slibinstallatie 54 31 85 1,9hoog belaste actief-slibinstallatie 54 25 79 1,8sHbmineralisatie 30 30 0,6(oxydatiesloot)5541Schema slibbehandeling; de pijlen geven devolgorde van de mogelijke behandelings-methoden aanVERS SLIBIIndikkenII gisten IIontwateren II drogenII IAFVOERsl?bindikkers??n-en twee trappennormaalenhoog belastconditioneren- -b. hiltebehandelingc. met asontwateren- - - - - -8. vacu?mfiltersb.c. perszevend. centrifuges8. trommelovenb.droogtorena. trommelovenb. etage-ovenc. wervelovend. roosterovenVrijwel overal in Nederland, doch ook in hetbuitenland, wordt het aldus verkregen uitqe-giste slib daarna op natuurlijke wijze ge-droogd op droogvelden.Met het gistingsproces wordt, behalve hetverkrijgen van een stabiel produkt, ondermeer nog beoogd:naast een reductie van de hoeveelheid orqa-nisch materiaal gd het percentage droge stofp te vergroten, waardoor het slibvolume af-neemt, hetgeen uit de gegeven formule blijkt;de produktie van materiaal dat geen aantrek-kingskracht meer uitoefent op ongedierte;een aanzienlijke liquidatie van parasieten enpathogene organismen.Het drogen van slib op droogvelden vraagtgrote oppervlakken omdat, afhankelijk vande weersomstandigheden of de aard van hetslib, de droging traag of slecht kan verlopen.In sommige gevallen is voor de droging vanslib van drie tot vier inwoners ??n m2nettooppervlak noodzakelijk. Daarnaast kunnen ertoch nog hygi?nische bezwaren zijn, terwijlde afzet van het gedroogde slib in land- entuinbouw vrijwel illusoir is.Het op slibvelden gedroogde slib is niet ver-der dan in steekvaste staat te brengen, datwil zeggen dat het watergehalte dan 75 tot70% bedraagt. Het volume is, uitgaande vanslib met een watergehalte van 95%,daarmeeverminderd tot ? '/6 van het oorspronke-lijke volume.De ontwikkeling van kunstmatige slibverwer-kingsmethoden wordt vanwege de bezwarendie verbonden zijn aan het op natuurlijkewijze drogen, bevorderd ondanks de hogereenergie- en exploitatiekosten. Bij deze me-thoden is het niet noodzakelijk, dat ana?robeslibgisting voorafgaat omdat mechanischeontwatering van vers slib in de regel tech-nisch niet moeilijker is dan dat van uitgegistslib.Bedrijfstechnische en economische overwe-gingen zullen wat betreft het al of niet weg-laten van de ana?robe slibgisting de door-slag moeten geven.Een overzicht van methoden voor kunstmati-ge slibbehandeling geeft fig. 1, waarin metpijlen de mogelijke volgorde is aangegeven.Uit de gegeven formule voor het slibvolumeblijkt dat het van het grootste belang is slibte verwerken met een zo hoog mogelijk per-centage droge stof. Een verhoging van ditpercentage van 5 tot 10% betekent een vo-lume-afname tot de helft. Dit houdt in dataan verdere verwerking een indikkingspro-ces voorafgaat, dat plaatsheeft in zgn. slib-indikkers. Indien men slib verder moet in-dikken dan met slibindikkers en dergelijkemogelijk is, moet men mechanische en ver-volgens thermische middelen (verdamping,verbranding) toepassen.Het in het slib voorkomende water kan menonderscheiden in:1. vrij water dat grotendeels kan worden af-gescheiden door de invloed van de zwaarte-kracht (indikken door bezinking);2. water gebonden door stoffen in suspensie(adsorptie) en door collo?den. Dit water kantot op zekere hoogte door mechanischekrachten afgescheiden worden (drukverschil-len in persen en vacu?mfilters). Ten dele kanhet water worden vrijgemaakt door wijzigingvan de gerichtheid van de elektrische ladingvan de hydrofiele collo?den door toevoegingvan zouten of collo?den met tegengesteldelading. Feitelijk is dit een uitvlokkingsprocesdat ook kan worden bereikt door tempera-tuurveranderingen (koken en vriezen);3. capillair gebonden water, dat, afhankelijkvan de korrelgrootte van het aanwezige ma-teriaal, slechts ten dele door zeer sterke me-chanische krachten (centrifuges) kan wordenverwijderd;4. cellulair gebonden water dat alleen kanworden verwijderd na verstoring van de cel-"wand. Dit is mechanisch praktisch onmoqe-lijk, doch kan wel geschieden doorbiologi-sche afbraak, verhitting of bevriezing.Voor de afscheiding van water is energie no-dig. De benodigde hoeveelheid energiehangt af van de bindingskrachten tussen wa-ter en slib, die worden bepaald door de toe-stand waarin het water in het slib voorkomt.De bindingskrachten nemen toe naarmatehet watergehalte van het slib afneemt.In uitgegist slib met een watergehalte van95% is ongeveer 70% van het water vrij wa-ter, dat betrekkelijk gemakkelijk afscheid-baar is. Het geadsorbeerde en capillair ge-bonden water is ongeveer 22% van de feta-Ie hoeveelheid en het cellulaire water, datenergetisch het sterkst gebonden is, onge-veer 6%. Vanzelfsprekend moet voor de af-scheiding van water die methode wordentoegepast, die energetisch het voordeligst is.De gunstigste volgorde is indikken, vervol-gens filtreren, persen of centrifugeren en tenslotte thermisch drogen, dan wel verbranden.Bij de mechanische ontwatering moet geletworden op:1. de te bereiken indikking;2. de hoedanigheid van het afgescheidenslibwater.Het slibwater zal bij het aankomende riool-water moeten worden gevoegd om gezui-verd te worden. De ontwateringsmethodemoet zodanig zijn dat vooral zeer fijne deel-tjesin voldoende mate worden tegengehou-den, ten einde een accumulatie daarvan inde rioolwaterzuiveringsinrichting te voorko-men. Dit houdt in dat het slib geconditio-neerd moet worden, waar feitelijk onderwordt verstaan de verbetering van de filtreer-baarheid.Conditionering kan worden bereikt door:? toevoeging van chemische uitvlokkings-middelen;? hittebehandeling;? vergroving van het slib door toevoegingvan as.Daarna kan het slib mechanisch worden ont-waterd en vervolgens thermisch worden ge-droogd of verbrand (zie ook blz. 567 e.v.).Verbeteren van de filtreerbaarheid(conditionering)t. Chemische conditioneringDe chemische uitvlokkingsmiddelen kunnenworden onderscheiden in:a. anorganische elektrolyten, bijv. Ca(OH)2,FeS04, en Al-zouten:b. organis?he polyelektrolyten, gewoonlijk be-staande uit polymeren van acrylzuur of acryl-amide.Cement XXII (1970) nr. 12 555chemicali?n voorconditionering2Schema vacu?mfiltratieslibslibbuffertankslibpompluchtvacuumpompfiltraat naarrioolfiltraatpomptransportband3Detail persfiltera aanvoer van te ontwateren slibb filterkamerc filterdoekd afvoer van filtraatCement XXII (1970) nr. 12De anorganische elektrolyten maken het slibvrijwel onbruikbaar voor de land- en tuin-bouw; er moet vrij veel gedoseerd worden.De dosering van kalk, waardoor een hogepH ontstaat, werkt klemdodend. Organischepolyelektrolyten, die (b?-)produkten z?n vande petrochemische industrie, hebben alsvoordeel dat naar verhouding slechts geringehoeveelheden behoeven te worden gebruikt.De slibhoeveelheid neemt er niet door toe enhet slib bl?ft geschikt voor de land- en tuin-bouw.2. Conditionering door hitteMen kan twee processen onderscheiden,waarbij de structuur van het slib zodanigverandert, dat het zijn waterbindend vermo-gen grotendeels verliest.a. het Porteous-procesDit is een hittebehandeling (koken) waarbijhet slib gedurende 30 tot 60 minuten onderdruk, op een temperatuur van 180 tot 200?Cwordt gehouden;b. het Zimmerman-proces (Zimpro)De structuurverandering ontstaat door (ge-deeltelljke) oxydatie van de organische stof-fen bi] een temperatuur van ca. 150 ?C (lagedrukproces, ca. 7 tot 12 atol of ca. 300?C(hoge drukproces, ca. 85 ato) en inblazing vanlucht (zgn. natte oxydatie). Wat bl] het Zim-pro-proces wordt nagestreefd door (gedeel-telijke) oxydatie, wordt bi] het Porteous-proces bereikt door koken onder hoge druk.Beide processen Iljken, met uitzondering vande zuurstoftoevoer (Zimpro), veel op elkaar.Het grote voordeel van de hittebehandelingis dat met alle slibsoorten ongeacht samen-stelling of concentratie, goede resultatenworden verkregen. Een nadeel is dat de in-stallaties gecompliceerd z?n.3. Conditionering door vergroving van hetslib met asDoor enkele fabrieken werden proc?d?s ont-wikkeld, waarbll vrl] grote hoeveelheden asvan verbrandingsinstallaties worden gebruikt556voor het filtreerbaar maken van het slib. Hetuitgegiste slib wordt daarbij in persfilters(zie hieronder) mechanisch ontwaterd nadatas met het te ontwateren slib is gemengden/of als coating is aangebracht op de filter-doeken. De filterkoeken die in de filterpersenontstaan, worden vervolgens verbrand.Mechanische ontwatering1. Vacu?mfiltersIn fig. 2 is schematisch een vacu?mfilterin-stallatie aangegeven. Een vacu?mfilter be-staat uit een holle cilindrische, in segmentenverdeelde trommel die langzaam om een ho-rizontale as draait. Gewerkt wordt met eenonderdruk van ca. 0,6 ato.Het slib wordt vanuit een filtertrog op hetfilterdoek gezogen, dat bestaat uit wol, nylonof glasvezels. De sliblaag wordt in het 'dro-ge' deel van het filter verder drooggezogen,waarna de sllbfllrn van het filterdoek wordtafgenomen. Het slib bevat nog ca. 75 tot80% water als chemische conditioneringheeft plaatsgehad en ca. 60% als een hitte-behandeling werd toegepast. Het filtraat wordtgetransporteerd naar een filtraat-, tevensvacu?mtank en bij het aankomende rioolwa-ter gevoegd. In plaats van filterdoek kunnenspiraalveren als filtermedium worden toege-past. Vacu?mfilters worden ook als bandfil-ters uitgevoerd. Het slib wordt dan niet aan-gezogen, maar uit een trog op het filter ge-bracht.Bij toepassing van sterk scheidende vlok-kingsmiddelen (polymeren) kan dit systeem,doordat het slib homogener op het doekwordt gebracht, de voorkeur verdienen.2. PersfiltersPersfilters bestaan uit een aantal tegen el-kaar gelegen filterkamers die worden ge-vormd door stalen of giet?zeren gegroefdeof genopte platen (fig. 3). De platen zijn af-gedekt met filterdoek en worden hydraulischtegen elkaar gedrukt. De afmetingen van de4Decanteercentrifuge1 aanvoer van te ontwateren slib2 afvoer van het ontwaterde slib3 afvoer van centrifugaat4 aanvoer van chemicali?naftap slib voorbezinking'aftap nabezinkingof spuisslibpersnatperskoekgaswarmtewisselaarreactievatVerbrandingDoor verbranding blijft van het slib slechtsca. 101 as over per capita per jaar. V??r deverbranding moet echter het droge-stofge-halte op ten minste 30% zijn gebracht indiengeen brandstof wordt gesuppleerd. De ver-dere ontwatering en de verbranding zelf kun-nen dan in ??n oven plaatshebben. Over hetalgemeen wordt het slib bij een temperatuurtussen 800 en 1000 ?C verbrand. Deze tem-peratuur is voldoende hoog om stank tevoorkomen en laag genoeg om geen sinte-ring van de as te doen optreden. Door mid-del van cyclonen, wassers en/of elektrosta-tische filters wordt de as, die met debrandingsgassen uit de oven wordt geblazen,opgevangen. Continu bedrijf is voor de le-vensduur van de ovens meestal noodzakelijk.In fig. 5 is als voorbeeld een schema gete-kend van een proces waarbij na indikkingconditioner?ng plaatsheeft door een hittebe-handeling in een reactievat. De ontwateringkan vervolgens plaatshebben in een filter-pers, waarna de filterkoeken kunnen wordenverbrand..:slibpompbovenstaandevloeistofEen aanzienlijk beter rendement kan wordenbehaald met droogtrommels. Het transportdoor de trommel geschiedt met lucht. Hetgedroogde slib moet evenals bij droogtorensmet behulp van cyclonen worden opqsvan-gen, terwijl de verbrandingsgassen moetenworden gewassen om stankbezwaren tevoorkomen.slib-pompThermisch drogenThermisch drogen vraagt zeer veel energie.Daarom moet - evenals bij verbranding - omeconomische redenen een zo v?rqaandmoqe-lijke mechanische ontwatering hieraan voor-afgaan.Voor thermische droging worden droogto-rensen droogtrommels toegepast. Voor deverwerking moet in beide gevallen het slibdoor middel van menging met reeds ge-droogd slib, op een vochtgehalte van 30 tot40% worden gebracht. Het wordt dan doorhete lucht (? 600 0 C) in ca. 10 m hoge ver-poederings- en droogtorens omhoog gebla-zen. Het thermisch rendement van deze to-rens is slecht.3. CentrifugesMet de ontwikkeling van polymeren en detoepassing daarvan als conditioneringsmid-del, is het centrifugeren van slib weer naarvoren gekomen. Toepassing van centrifug.eswerd reeds lang beproefd, maar stuittesteeds af op de grote hoeveelheid zeer fijnslib die met het centrifugaat meegevoerdwerd.In een centrifuge worden de stoffen die doorde centrifugaalkrachten tegen de buitenwandworden gedrukt door een vijzel uit de trom-mel 'gekrabd'. Het afgescheiden water vloeit- tegen de schroefbeweging in - uit de trom-mel weg (fig. 4). De toevoeging van de poly-meren (in ca. 0,1% oplossing) geschiedt inde centrifuge, waar de vlokvorming plaats-heeft als het slib de versnelling reeds heeftondergaan, waardoor het weer stukslaan vande vlokken voorkomen wordt.Het droge-stofgehalte, dat met centrifugeskan worden verkregen, kan zeer globaal wor-den gesteld op:25 tot 30% voor uitgegist slib;15 tot 25% voor vers slib (met spuislib);ca. 15% voor spuislib van oxydatiesloten.kamers kunnen tot ca. 1,75 X1,75 m en eendiepte van ongeveer 5 cm oplopen.Het geconditioneerde slib wordt met eendruk van 7 tot 12ato in de kamers geperst.Afhankelijk van de fiItreerbaarheid van hetslib duurt het persen ongeveer ??n tot drie. uur. Daarna worden de platen van elkaar ge-schoven waardoor de slibkoeken uit de ka-mers vallen. Het watergehalte van de koekenbedraagt ca. 60% na voorafgaande chemi-sche conditionering en ca. 40% na hittebe-handeling.5Schema Porteous proces, gevolgd doorontwateren m.b.V. persfiltersCement XXII (1970) nr.12 557