Chemische reacties septische put

Het meest aangewende systeem voor individuele waterzuivering is de septische put. Hier meer over de chemische reacties die zich voordoen in een septische put.

 

Werking septische put

De werking van deze tank bestaat hoofdzakelijk uit een fysisch-chemische afscheiding van bezinkbare en drijvende bestanddelen uit de waterige fase. Lichte deeltjes, zoals vetten en detergenten, stijgen naar oven en vormen de drijvende laag. De zwaardere deeltjes worden verwijderd en vormen een sliblaag onderaan in de tank. De gesedimenteerde deeltjes ondergaan achtereenvolgens een aantal anaërobe processen.
Gedurende de eerste twee jaren van verblijf van de deeltjes treedt hydrolyse van organische macromoleculen op, waarna verdere afbraak gebeurt met vorming van C02, methaan, H2, en H2S. Het zuiveringsrendement van een septische put is evenwel matig en wisselvallig. Een verwijdering van BZV (Biologisch Zuurstof Verbruik) tussen 30 en 50% en van zwevende stoffen tussen 20 en 90% is gangbaar. Er is echter weinig of geen verwijdering van pathogene kiemen of van stikstof. Het is dan ook noodzakelijk dat het effluent van de septische put via de riolering naar de eigenlijke zuivering gebracht wordt.

Op regelmatige tijdstippen dient ook het geaccumuleerde slib verwijderd te worden en eveneens naar de RWZI’s (Rioolwaterzuiveringsinstallatie) gebracht te worden.

Het gebruik en het belang van de septische put wordt actueel in vraag gesteld. Het lijkt daarom zinvol te onderzoeken in welke mate de septische put toch bepaalde dusver ongekende mogelijkheden biedt, onder andere op het vlak van de stikstofverwijdering of het voorkomen van (door bacteriën gevormd) zwavelzuur-aantasting van rioleringen. Ook is aandacht vereist m.b.t. de bijdrage van de septische tank aan het broeikaseffect.

 

Vloeistof in een septische put

Septische tanks behoren tot de kleinschalige alternatieve waterzuiveringen en worden gebruikt bij de voorzuivering in de individuele waterzuivering en in kleine waterzuiveringsintallaties.
Deze tanks zijn opgebouwd uit een of meer tussenschotten en hebben als doel een scheiding tussen vloeistof en vaste componenten te bewerkstelligen.

Hierbij blijven de vaste componenten, het zogenaamde slib in de tank achter en het effluent gaat naar de riool of kan verder verwerkt worden via enerzijds een bodeminfiltratiesysteem of anderzijds een biologische zuivering. De vaste gesedimenteerde componenten ondergaan verschillende anaërobe microbiële processen met reductie van het volume.

Boven op de vloeibare, ‘heldere’ laag bevindt zich een derde, drijvende laag, deze bestaat vnl. uit vetten, zeep en detergenten. Deze drijflaag wordt weinig of niet door microbiële inwerking afgebroken.

Het gedeeltelijk afgebroken vaste bodemmateriaal en de drijvende laag moet periodisch verwijderd worden.

In hetgeen volgt zullen vnl. de microbiële processen besproken worden die optreden bij de anaërobe afbraak van het slib in de septische tank.

 

Microbiële activiteit

1. Anaërobe vergisting algemeen

Bij anaërobe slibvergisting spelen achtereenvolgens vier verschillende processen een rol om een omzetting te bekomen van complexe macromoleculen, aanwezig in het afvalwater tot biogas. De methaangisting is een complex proces dat enkel optreedt onder strikt anaërobe omstandigheden. Hierbij kunnen de volgende stappen onderscheiden worden.
Hydrolyse:

  • start van de biodegradatie van organisch materiaal complexe macromoleculen worden omgezet in oplosbare componenten met een lager moleculair gewicht.
  • omzetting door enzymen, afgescheiden door de bacteriën

Acidogenese:

  • opgeloste componenten worden vervolgens opgenomen door anaërobe bacteriën.
  • vorming van eenvoudige organische componenten zoals vluchtige vetzuren, alcoholen, melkzuur en minerale componenten (C02, H2, ammoniak en H2S)

Acetogenese

  • omzetting tot acetaat, H2 en C02.
  • ook vorming van C02 of H2

Methanogenese

  • productie van methaan door strikt anaërobe bacteriën
  • de bacteriën die gebruik maken van C02 en H2 om methaan te produceren, groeien sneller dan de bacteriën die acetaat gebruiken.
    bij de opeenvolgende anaerobe omzettingen wordt hoofdzakelijk organische koolstof verwijderd onder de vorm van C02 en methaan; de andere elementen blijven evenwel behouden in de waterige fase.
  • organische stikstofverbindingen worden grotendeels omgezet in ammonium en amines zwavelverbindingen worden hoofdzakelijk omgezet in sulfide en sulfaat
  • fosfaat wordt gedeeltelijk geabsorbeerd op de vaste deeltjes en ten dele in oplossing gebracht

 

2. Anaerobe omzettingen in een septische tank

De septische tank wordt normaliter gevoed met het zogenaamde ‘zwarte water’ . Het zwarte water is het water afkomstig van de toiletten en bevat hoofdzakelijk fecaliën, urine en spoelwater.

‘Grijs water’ van onder meer baden, wasmachines en keukeneffluent gaat meestal rechtstreeks naar de riool. Er komen evenwel heel wat variaties voor. Het volledige huishoudelijk water kan o.a. via de septische put afgevoerd worden.

De septische tank kan eigenlijk beschouwd worden als een bezinkingstank, waarbij de vaste deeltjes aanwezig in het afvalwater opgeslagen worden en door anaërobe micro-organismen afgebroken worden. Onderzoek heeft uitgewezen dat afbraakprocessen optreden in de vaste laag die zich vormt onderaan de septische tank. De start van de microbiologische activiteit is evenwel zeer traag en slechts na 4 tot 5 jaar wordt het biologisch evenwicht bereikt in een septische tank

In de anaërobe afbraak in het algemeen kan de hydrolyse stap limiterend zijn voor de snelheid van het algemeen reactieproces. Een voorbeeld vormt de hydrolyse van vetten, die sterk vertraagd is bij temperaturen lager dan 20 °C . De methanogenese is eveneens sterk afhankelijk van de temperatuur, zowel de snelheid als de efficiëntie van de verwijdering van het organisch materiaal verminderen beneden de 20 °C.

De hydrolyse van zeer grote moleculen b.v. cellulose blijkt niet limiterend te zijn bij de slibvergisting in een septische tank ondanks de overwegend lagere temperaturen.
De septische tank heeft meestal de temperatuur van de bodem (14-15 °C).

Onderzoek wees uit dat het grootste deel enzymen, verantwoordelijk voor de hydrolyse reactie, geassocieerd zijn metde onoplosbare slibpartikels en dat de enzymen zich allen bevinden in het vaste deel en weinig of geen enzymatische activiteit te detecteren is in de bovenstaande vloeistof.

Het toevoegen van hydrolytische enzymen, gisten of bacteriën blijkt niet noodzakelijk te zijn voor een goede septische tank werking. Bovendien helpt toevoegen weinig omdat de toevoegingen, bacteriën en enzymen niet actief zijn onder de specifieke voorwaarden van de septische put. Immers ze zijn meestal aangekweekt onder veel gunstiger levensvoorwaarden. Ze worden ofwel door de bestaande microbiota geïnactiveerd of kunnen het complexe organisch materiaal niet aan.

Aldus spelen de volgende factoren een rol in de goede werking van een septische put.

 

Een eerste factor van betekenis is de temperatuur.

Onderzoek heeft uitgewezen dat in koelere klimaten een frequentere verwijdering van het slib dient te gebeuren. Dit is te wijten aan de lagere temperaturen die vertragend werken op de aanwezige bacteriën. Aldus verloopt de afbraak van opgelost en particulair organisch materiaal traag wat leidt tot een toename van de sliblaag. Het zou in de toekomst nuttig zijn om te onderzoeken in welke mate laagwaardige warmte (bijvoorbeeld aanwezig in afgassen van de verwarmingsinstallatie of in bad- en waswater) kan benut worden voor het verhogen van de temperatuur van de septische tank boven de bodemtemperatuur.

 

De afmetingen van de septische tank zijn belangrijk.

Aangezien het evenwicht binnen de microbiële gemeenschap slechts bereikt wordt na een aantal jaren, is het noodzakelijk een voldoende capaciteit te hebben om een te snelle slibverwijdering te vermijden. Anderzijds zijn de afmetingen eveneens van belang voor het optreden van verstopping van toevoer en afvoer en voor het vermijden dat delen van het slib mee in het effluent komen.

Onderzoek naar materialen die een voldoende slibverblijftijd teweegbrengen zonder evenwel te verstoppen is ten zeerste aan de orde.

Normaal is het zwarte water ruim voorzien van alle nodige voedingsstoffen voor de bacteriën. Het water is ook voldoende gebufferd opdat er geen verzuring zou optreden en de methaanvorming zou remmen. De micro-organismen nodig om de complexe afbraakprocessen te bewerkstelligen zijn aanwezig in fecaliën, doch ze moeten zich ‘organiseren’ in associaties die de processen doorvoeren onder de specifieke omstandigheden in de septische tank, d.w.z. lage temperatuur, relatief lage concentraties aan nutriënten.

Bij het ruimen van het slib wordt ook steeds een beperkte hoeveelheid slib in de tank achtergelaten om de heropstart te bevorderen. Over de slibruimtijden bestaat enige discussie. De septische put moet jaarlijks geruimd met verplichte afvoer van het septisch materiaal naar een RWZI (overeenkomstig Vlarem II). Het echter niet nodig jaarlijks een septische put te ledigen, de slibaccumulatiesnelheid stabiliseert zich na het eerste jaar en na een lichte stijging tussen het einde van het eerste en het derde jaar, neemt deze snelheid terug af. Deze vermindering van de accumulatiesnelheid is een normaal gegeven voor de anaërobe digestie.

Het is duidelijk dat allerhande detergenten, desinfectantia, antibiotica en diverse andere toxische stoffen het best niet worden ingebracht in een septische tank. De bestaande microbiële associaties zijn optimaal gericht op normaal ‘natuurlijk’ organisch materiaal. In geval van accidentiële vergiftiging van de septische tank door inbreng van dergelijk stoffen kan beënten nuttig zijn.