Aeroob korrelslib

De gemiddelde Belg produceert 150 liter afvalwater per dag. Om mens en omgeving te beschermen tegen de schadelijke stoffen hierin, worden biotechnologieën ingezet. Deze maken traditioneel gebruik van micro-organismen die samengroeien in vlokken om de schadelijke stoffen te verwijderen. Om de organismen van zuurstof te voorzien worden er luchtbellen geïnjecteerd in het water. Na behandeling en bezinking van de vlokken kan het water veilig in rivieren worden geloosd. Aeroob korrelslib is een opkomende technologie die minder ruimte, energie en chemicaliën gebruikt dan traditionele systemen. Hier groeien de micro-organismen samen in dichte korrels, die sneller bezinken dan vlokken. Voor dit doctoraatsonderzoek werden wiskunde en chemische analyse van het gas uit aeroob korrelslibinstallaties ingezet om de technologie beter te begrijpen.

Het gebruik van wiskundige modellering voor beter begrip, ontwerp, monitoring en bedrijf

De bestaande wiskundige berekeningsmethoden voor korrelslib werden systematisch vergeleken. Dit toonde hun potentieel aan om de systemen beter te begrijpen, monitoren en verbeteren, maar legde ook onverklaarde verschillen in berekeningsmethoden bloot. Er werden onnauwkeurigheden ontdekt in een wijdverbreide berekeningsmethode. Deze werd aangepast om meer betrouwbare resultaten te bekomen. De verbeterde methode werd vervolgens gebruikt om te onderzoeken hoe het transport van zuurstof en vervuilende stoffen in de korrels de zuiveringssnelheid beïnvloedt. De beweging van en competitie tussen verschillende micro-organismen bleken de zuiveringssnelheid sterk te bepalen. Hieruit werd afgeleid dat de wiskundige modellen voor actief slib slechts toepasbaar zijn voor korrelslib indien de schijnbare reactiekinetiek wordt aangepast.

Gasuitwisseling in hoge reactoren en het potentieel van afgasanalyse in de meet- en regeltechniek

Er bestaat een verband tussen de samenstelling van het water en die van het gas dat een installatie verlaat. Eerst werd het effect van de hoogte van een installatie op de opname en afgifte van gassen door het water wiskundig onderzocht. De opname van zuurstof bleek anders beïnvloed te worden door de typisch hogere korrelslibinstallaties dan de afgifte van methaan en lachgas, beidden broeikasgassen, of de afgifte van stikstofgas, een onschadelijk bijproduct. De verkregen wiskundige vergelijkingen werden vervolgens toegepast op metingen van de samenstelling van het gas. Zo werd er geïllustreerd hoe afgasanalyse kan gebruikt worden om te zien hoe goed de zuivering verloopt. De vergelijkingen werden ook gebruikt om te onderzoeken wat er gebeurt met methaan afkomstig uit de riolering. Dit suggereerde dat het merendeel van het methaan een installatie via het gas verlaat. Deze thesis leverde fundamentele inzichten op, die kunnen leiden tot verdere verbeteringen van de korrelslibtechnologie en gelijkaardige processen.

Meer weten?

Vier van de zes hoofdstukken van het doctoraat zijn reeds beschikbaar als wetenschappelijke publicatie via https://users.ugent.be/~evolcke/:

1. When and why do gradients of the gas phase composition and pressure affect liquid-gas transfer? (link)
2. Modelling anaerobic, aerobic and partial nitritation-anammox granular sludge reactors – a review (link)
3. Modelling aerobic granular sludge reactors through apparent half-saturation coefficients (link)
4. Improving the accuracy of granular sludge and biofilm reactor simulations in Aquasim through artificial diffusion (link)

Het volledige proefschrift verschijnt binnenkort op http://hdl.handle.net/1854/LU-8663254.