MicrobiŽle omzettingen in septische putten: aard, omvang en betekenis

E. Vincke & W. Verstraete

Laboratorium MicrobiŽle Ecologie en Technologie - Universiteit Gent

(synthese van het oorspronkelijke document)

Samenvatting

Het meest aangewende systeem voor individuele waterzuivering is de 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 boven 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 anaŽrobe 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 bacteriŽn gevormd) zwavelzuur-aantasting van rioleringen. Ook is aandacht vereist m.b.t. de bijdrage van de septische tank aan het broeikaseffect.

1. Inleiding

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 anaŽrobe microbiŽle 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 microbiŽle inwerking afgebroken.

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

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

2. MicrobiŽle activiteit

2.1. AnaŽrobe vergisting algemeen

Bij anaŽrobe 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 anaŽrobe omstandigheden. Hierbij kunnen de volgende stappen onderscheiden worden.

  1. Hydrolyse:

  2. Acidogenese:

  3. Acetogenese

  4. Methanogenese

2.2. 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 fecaliŽn, 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 anaŽrobe 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 anaŽrobe 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 įC . De methanogenese is eveneens sterk afhankelijk van de temperatuur, zowel de snelheid als de efficiŽntie van de verwijdering van het organisch materiaal verminderen beneden de 20 įC.

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 įC).

Onderzoek wees uit dat het grootste deel enzymen, verantwoordelijk voor de hydrolyse reactie, geassocieerd zijn met de 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 bacteriŽn blijkt niet noodzakelijk te zijn voor een goede septische tank werking. Bovendien helpt toevoegen weinig omdat de toevoegingen, bacteriŽn 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 geÔnactiveerd of kunnen het complexe organisch materiaal niet aan.

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

  1. 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 bacteriŽn. 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.
  2. De afmetingen van de septische tank zijn belangrijk. Aangezien het evenwicht binnen de microbiŽle 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.
  3. Normaal is het zwarte water ruim voorzien van alle nodige voedingsstoffen voor de bacteriŽn. 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 fecaliŽn, 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 nutriŽnten.
    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 anaŽrobe digestie.
  4. Het is duidelijk dat allerhande detergenten, desinfectantia, antibiotica en diverse andere toxische stoffen het best niet worden ingebracht in een septische tank. De bestaande microbiŽle associaties zijn optimaal gericht op normaal 'natuurlijk' organisch materiaal. In geval van accidentiŽle vergiftiging van de septische tank door inbreng van dergelijk stoffen kan beŽnten nuttig zijn.

3. Het mogelijk belang van de septische put

Het concept van de septische put werd ontwikkeld door de Fransman Jean-Louis Mourras in 1871 en rond de eeuwwisseling (1895) werd in Engeland door Donald Cameron voor het eerst de naam septische tank gebruikt. Dit systeem vormde een primair behandelingssysteem van afvalwater, waarbij vaste componenten sedimenteerden en een biologische afbraak optrad. Het biogas dat hierbij gevormd werd, werd in beperkte mate gebruikt voor verwarming en verlichting.

Het aansluitend gebruik van een bodeminfiltratiesysteem vormt heden nog een nuttige toepassing in voornamelijk landelijk gelegen gebieden. Voordelen hierbij zijn de lage investerings- en exploitatiekosten.

Septische putten worden uitgevoerd zowel in beton als in kunststof. De kosten voor de aankoop van een dergelijke put schommelen tussen 10.000 en 20.000 BEF voor een gemiddeld gezin. Aangezien er geen bewegende onderdelen zijn en de slibproductie laag is, zijn zowel de investerings- als de exploitatiekosten laag. Op regelmatige tijdstippen dient evenwel nog het geproduceerde slib verwijderd te worden.

Het gebruik van een septische put, aansluitend op de meeste huishoudens, is evenwel met heel wat nadelen verbonden:

Al bij al stelt zich de vraag of voor situaties zoals in Vlaanderen gebruikelijk zijn nI. septische put aangesloten op riool, die beperkte afbraak van organisch materiaal opweegt tegen a. de investeringen en b. de kosten verbonden aan het ruimen.

4. Punten van onderzoek

Biogene zwavelzuuraantasting

In anaŽrobe omstandigheden kan naast de afbraak van organisch materiaal en vorming van C02 en methaan eveneens H2S gevormd worden. H2S wordt gevormd door sulfaat.

Reducerende bacteriŽn en kan aanleiding geven tot geurhinder en corrosie.

Onder anaŽrobe omstandigheden en in aanwezigheid van zwavelcomponenten, kan er competitie optreden tussen de methaaanvormende en de sulfaat reducerende bacteriŽn

Door specifiek op bepaalde voorwaarden die een invloed hebben op de competitie in te spelen, kan de sulfaat reductie, resp. de methaanvorming gestimuleerd worden.

Door bacteriŽn veroorzaakte zwavelzuuraantasting van rioleringen vormt een groot probleem, die met belangrijke risico's, o.a. wegverzakkingen, en hoge kosten gepaard gaat. Specifieke gevallen van renovatie van enkele kilometer rioleringsbuizen waarbij de totaal prijs van het project oploopt tot tientallen miljoenen zijn gekend.

Wanneer afvalwater traag stroomt of wanneer het gedurende een voldoende lange periode stationair blijft, kan er een anaŽroob milieu ontstaan. In de sliblaag van leidingen kan ook een anaŽroob milieu gecreŽerd worden. In deze anaŽrobe omgeving zullen sulfaat reducerende bacteriŽn zwavelverbindingen omzetten tot H2S.

Door verzuring en turbulentie komt het H2S vrij in de rioolatmosfeer.

Het gas kan dan in deze zuurstofrijkere omgeving omgezet worden tot elementaire zwavel en neerslaan in de condenslaag op de wanden en de bovenzijde van de rioolbuis.

Daar wordt de elementaire zwavel omgezet tot zwavelzuur door aŽrobe zwavel-oxiderende bacteriŽn. Afhankelijk van de aanwezige nutriŽnten en de pH van de omgeving zullen de verschillende bacteriŽn zich op het betonoppervlak ontwikkelen. De bacteriŽn produceren zwavelzuur waardoor plaatselijk zeer lage pH-waarden kunnen optreden. De inwerking van het zwavelzuur leidt tot degradatie van het beton oppervlak.

Steunend op de inzichten ten aanzien van het feit dat methaan bacteriŽn en sulfaat reducerende bacteriŽn elkaar ten dele beconcurreren, lijkt het mogelijk om beton tegen biogene zwavelzuur aantasting te beschermen, op basis van het specifiek gebruik van septische tanks:

  1. Beperking van H2S -vorming:
    Door de bouw van septische putten op kritische plaatsen, kan getracht worden om de methaanvorming te stimuleren, in die mate dat ze weinig kans laten voor de sulfaat reduceerders. Hierbij zouden de gemakkelijk degradeerbare substraten afgebroken worden en aldus bij verdere stroming van het effluent doorheen de rioleringsbuizen niet meer aanwezig zijn voor de sulfaat reducerende bacteriŽn.
  2. Locale beheersing van H2S-vorming:
    Aan de hand van de bouw van septische putten op kritische plaatsen voor H2S vorming, kan getracht worden om de sulfaat reducerende bacteriŽn te stimuleren. Op deze plaatsen zou een maximale vorming van H2S optreden, die vervolgens door een hierop aangesloten filtersysteem opgevangen zou kunnen worden. Hierdoor zou tijdens het transport van het afvalwater doorheen de rioleringsbuizen geen H2S meer vrijkomen en de daarop volgende omzetting in het corrosieve zwavelzuur niet meer optreden.

Broeikaseffect

De in septische tanks gevormde methaan komt nu in de atmosfeer terecht . methaan draagt ca. 20 maal meer bij tot het broeikaseffect dan C02 (Global warming potential : 21).

Berekeningen leren dat per inwoner op die wijze tussen 2 en 5 liter methaangas per dag wordt geproduceerd. Dit lijkt weinig, maar gezien de grote impact van methaan, is dit toch niet te verwaarlozen in het geheel van het streven naar de akkoorden van Rio.

Het lijkt in die zin belangrijk dat wordt onderzocht in welke mate de emissie van methaan door septische tanks kan worden beperkt via aansluitende thermische of biologische eliminatieprocessen. Door een dergelijke maatregel kan tot 10% van de opgelegde besparing aan C02-equivalent emissies kan gerealiseerd worden. Dit is verrassend veel en verdient nadere evaluatie.

[info]

laatste wijziging: 14/02/99