3. DWA-systemen

Toelichting bij de Code van goede praktijk voor het ontwerp van rioleringssystemen 99

3. DWA-systemen

3.1 Systeemkeuze

Bij de afvoer van afvalwater door leidingen kan gekozen worden tussen twee grote groepen vansystemen : gravitaire systemen en drukrioolsystemen.

Bij gravitaire systemen wordt het afvalwater van de individuele woningen via een buis met kleinediameter naar een lager gelegen punt gebracht, waar een zuivering of een verdere doorvoer vanhet afvalwater is voorzien (paragraaf 3.2).

Daarnaast is het ook mogelijk om te werken met drukriolen (paragraaf 3.5). Hierbij wordt terhoogte van elke woning of cluster van woningen een kleine pompput voorzien, die hetverzamelde afvalwater in een drukleiding pompt. Dat systeem zal bij voorkeur worden gebruiktwaar de afstand tussen de aan te sluiten woningen groot is.

Een belangrijk uitgangspunt is dat de riolen zoveel mogelijk als zelfreinigend ontworpen dienente worden. Wanneer afgeweken wordt van deze ontwerpregels zal dat tot gevolg hebben dat deriolen minder zelfreinigend zullen zijn en dat bijgevolg het onderhoud zal moeten wordenopgevoerd.

Er werden enkele mogelijkheden onderzocht om het zelfreinigend karakter van gravitaire riolente verbeteren. Het gebruik van inwendige pompen in het DWA-systeem kan een oplossingbieden bij zeer lage vullingsgraden (paragraaf 3.2.3 C). Het gebruik van voorbezinkingsputtenkan de vuiltoevoer naar het gravitaire riool beperken (paragraaf 3.4). Verder werd er nagegaanin welke mate regenwater kan gebruikt worden als spoeldebiet (paragraaf 3.3).


( ) ( )( )Ga

a of a a G( ) ln expϕ ϕ ϕ ϕ= =1

21 1 2 (14)

3.2 Gravitaire DWA-riolen

3.2.1 Huishoudelijke DWA-belasting

De afvoerdebieten tijdens droog weer variëren sterk met het uur van de dag. Een typisch DWA-profiel is weergegeven in figuur 54. Deze dag-nacht variatie werd opgesteld op basis van DWA-metingen in 17 locaties in het Woluwebekken [Aquafin, 2000c] en 1 in Dessel [Fronteau, 1997].Afhankelijk van de locatie werd een verschillende piekfactor gevonden, welke de dag-nachtvariatie uit figuur 54 versterkt of dempt. In opwaartse delen van een rioolnetwerk zal de DWA-cyclus minder uitgevlakt zijn dan in afwaartse delen, omdat niet iedereen tegelijk loost en omdatopwaartse lozingen tijdens de stromingstijd doorheen het riool worden uitgevlakt. Ook degebruiksfunctie speelt hierbij een rol : in deelgebieden met enkel woningen zal de dag-nachtcyclus minder uitgevlakt worden dan in deelgebieden met ook kantoren, industrie en dergelijke.

In figuur 55 wordt voor de verschillende DWA-cycli de piekfactor p weergegeven in functie vanhet gemiddelde DWA-debiet. De piekfactor is hierbij gedefinieerd als het maximaleuurgemiddeld debiet gedeeld door het daggemiddeld debiet. Hierbij werd een variatie tussen 1,3en 3 vastgesteld op basis van een gemiddeld lozingsdebiet van 150 l/inwoner/dag. De hogerepiekfactoren worden bij zeer lage debieten gevonden en bevatten dus een grotere onzekerheid.De vermelde piekfactoren zijn gebaseerd op uurgemiddelden. Ogenblikkelijk kunnen zich nogkortstondige hogere piekfactoren voordoen. Uit figuur 55 blijkt dat de normale variatie aanuurlijkse piekfactoren gelegen is tussen 1,3 en 2,0. Figuur 55 toont ook een lichte correlatietussen de piekfactor en de gemiddelde DWA (of het aantal InwonerEquivalenten (IE)), maar despreiding is te groot om dit als een eenduidige relatie te kunnen hanteren. Om deze DWA-metingen voor het Woluwebekken via een hydrodynamisch model te kunnen reproduceren,werd een gelijkaardige dag-nacht variatie gebruikt met een uurlijkse piekfactor gelijk aan 3,2(d.i. voor een individuele lozing) [Bouteligier et al., 2001]. In principe is er ook nog een verschilin profiel tussen weekdagen en weekenddagen en in functie van het seizoen, maar deze variatieis een grootte-orde kleiner dan de dag-nacht variatie, behalve bij industriegebieden,vakantieoorden en dergelijke.In de literatuur vindt men gelijkaardige variaties terug, zeker wat de piekfactoren betreft;bijvoorbeeld [Butler et al., 1995; Heip et al., 1997; Schlütter, 1999; Piatyszek et al., 2001].

Voor het ontwerpen van DWA-riolen is vooral de kansverdelingsfunctie interessant welke hieruitaf te leiden is. Figuur 56 geeft de overschrijdingskans aan van de verhouding n van de DWA-debieten tot het gemiddelde DWA-debiet ( ) in de veronderstelling dat alle dagen dezelfdeDWAdag-nacht variatie hebben als getoond in figuur 54. Deze cumulatieve kansverdelingsfunctieG(n) kan benaderd worden door :


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24uur van de dag

DW

A / g

emid

deld

e D

WA

Figuur 54 : Typische dag-nacht variatie van de droog weer afvoer (piekfactor = 3).

1

1.5

2

2.5

3

0.001 0.01 0.1 1

gemiddelde DWA [m3/s]

piek

fact

or

Figuur 55 : Variatie van piekfactoren (verhouding maximaal uurlijks debiet t.o.v. gemiddelddagelijks debiet) voor verschillende meetlocaties op basis van een lozingsdebiet van

150 l/inwoner/dag.


( )( )p

a a

aen a p a=

−= −2 2

21 21

exp

exp(17)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

100%96

%

92%

88%

83%

79%

75%

71%

67%

63%

58%

54%

50%

46%

42%

38%

33%

29%

25%

21%

17%

13%8%4%

cumulatieve overschrijdingskans

DW

A /

gem

idde

lde

DW

A metingfitting

Figuur 56 : Kansverdelingsfunctie van de DWA-debieten in een woonomgeving(piekfactor = 3).

( )( )ϕ ϕ ϕ= = − =∫ dGaa

a( ) exp0

11

22 1 1 (15)

( ) ( )p G a a= = =ϕ ϕmax ( ) exp1 1 2 (16)

De parameters a1 en a2 worden bepaald uit de voorwaarden dat :S het gemiddelde van de relatieve DWA (n) gelijk moet zijn aan 1 :

S het maximum van de relatieve DWA (n) gelijk moet zijn aan p (p is de piekfactor) :

Of :

Het product van de relatieve DWA (n) met de gemiddelde DWA ( ) geeft de absolute DWA-DWAdebieten. De relatieve DWA heeft dus een gemiddelde gelijk aan 1, een minimum gelijk aan a1en een maximum gelijk aan p = a2 - a1. Figuur 57 geeft de relatie weer tussen minimum (a1) enmaximum (p). Indien de piekfactor lager is (dag-nacht cyclus meer uitgevlakt) zal ook deminimum factor a1 groter zijn (d.i. dichter bij 1 liggen). Bij een bepaalde piekfactor kan men deminimum factor a1 aflezen in figuur 57 en daaruit ook de parameter a2 (= p - a1) voor vergelijking14 bepalen.


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4piekfactor

min

imum

fact

or

Figuur 57 : Relatie tussen piekfactor en minimum factor.


land piekfactor dagverbruik per inwoner[l/dag]

Oostenrijk 4,6 200 à 400

Denemarken 2,3 à 3,5 150 à 250

Frankrijk 1,5 à 4 150 à 200

Duitsland 2,9 150 à 300

Portugal 2 à 5 120 à 350

Zwitserland 3,5 à 4 170 à 200

Groot-Brittannië tot 6 150 à 300

Tabel 15 : Piekfactoren en dagverbruik in Europese landen [BIN, 1997a].

DWA p q N l dagontwerp = [ / ] (18)

3.2.2 Dimensionering DWA-leidingen

Traditioneel wordt een DWA-riool ontworpen voor een piek-DWA en voor een halfvolle leiding.Dit ontwerpdebiet wordt berekend als [VMM, 1996a; Berlamont, 1997] :

Met : p = ontwerppiekfactor [-]q = verbruik per inwoner per dag = 150 l/dag per inwonerN = aantal inwoners

Als ontwerppiekfactor wordt traditioneel 1,7 genomen bij een halfvolle leiding [VMM, 1996a].Dit is niet dezelfde piekfactor als gebruikt in paragraaf 3.2.1. Een ontwerppiekfactor gelijk aan1,7 bij een halfvolle leiding betekent dat een debiet gelijk aan 3,4 keer de gemiddelde DWA kanworden getransporteerd bij een vollopende leiding (er kan dan 2 keer de ontwerp-DWA wordenafgevoerd). Het echte maximaal afvoerdebiet ligt nog 7,5 % hoger bij een vullingsgraad van94 % en is dan 3,66 keer de gemiddelde DWA (indien er geen significante opstuwing is)[Berlamont, 1997]. De variatie van de debieten verloopt bij DWA in het algemeen voldoendetraag om een stationaire toestand te veronderstellen. De ontwerp-DWA bij een piekfactor van 1,7wordt traditioneel DWA14 (ook wel Q14 genoemd) omdat dit overeenkomt met het DWA-dagvolume gespreid over 14 uren : p = 24/14 = 1,7.

In tabel 15 wordt weergegeven welke piekfactoren en dagverbruiken in het buitenland wordengehanteerd (deze informatie komt uit de Europese Norm EN 752 [BIN, 1997a]). Hierbij wordtzelden of niet vermeld bij welke vullingsgraad deze waarden worden gebruikt bij dedimensionering. Wel wordt in de meeste landen een veiligheid voorzien voor infiltratiedebieten.Het is echter beter deze infiltratiedebieten te vermijden door de waterdichtheid te garanderen,omdat dit tot veel grotere debieten kan leiden.


Omdat een DWA-leiding niet mag worden gedimensioneerd voor stroming onder druk, dient dedimensionering bij een vollopende leiding voor het werkelijke piekdebiet te worden bekeken.Dan is men er tenminste zeker van dat de capaciteit van de leiding overeenstemt met hetpiekdebiet. Indien men wil dimensioneren voor een halfvolle leiding moet men een piekfactornemen die gelijk is aan de helft van de maximale piekfactor, omdat het debiet bij een vollopendeleiding het dubbel is van het debiet bij een halfvolle leiding. In principe kan men voor geen enkelrioleringsnetwerk uitsluiten dat het onder druk komt omwille van afwaartse randvoorwaarden ofomwille van kortstondige debieten die groter zijn dan het ontwerpdebiet. De keuze van depiekfactor is dan ook geen exacte wetenschap, maar een risico-evaluatie.De keuze van de piekfactor bij vollopende leidingen lijkt dus van cruciaal belang. Toch mag deontwerppiekfactor niet te groot worden gekozen om zo de kans van het onder druk komen sterkte beperken. Men kan beter nagaan of het systeem ten gevolge van randvoorwaarden of eenhogere belasting onder druk komt, waar en hoeveel en of het systeem dit aankan. Immers bij eente hoge keuze van de ontwerppiekfactor zal men dimensioneren op zeer zeldzame piekdebietenen men zal veel vaker te lage afvoersnelheden bekomen, waardoor er meer sedimentatie kanoptreden (zie paragraaf 3.2.4). De DWA-leidingen en verbindingen moeten in elk gevalwaterdicht zijn, zodat noch infiltratie noch exfiltratie mogelijk zijn. Dit betekent dat een zekerein- en uitwendige druk moet kunnen worden weerstaan. De eisen hiervoor kunnen sterk variabelzijn in functie van de lokale omstandigheden (grondwaterpeil, afwaartse randvoorwaarden,enz...), zodat er telkens een afweging moet gebeuren tussen de lokale vereisten en de toegepasteleidingen. De verliezen bij waterdichtheidsproeven moeten worden beperkt conform hetstandaardbestek 250 [Anonymus, 2000]. Er mogen in geen geval overstorten worden gebouwdop DWA-riolen om capaciteitsproblemen (met stroming onder druk tot gevolg) op te lossen.De keuze van een piekfactor 3,4 bij vollopende leiding (komt overeen met een piekfactor 1,7 bijhalfvolle leiding die wordt gebruikt in de ‘Krachtlijnen voor een geïntegreerd rioleringsbeleid’van 1996 [VMM, 1996a]) lijkt een aanvaardbare keuze. Dit komt bij een dagverbruik van150 l/inwoner/dag overeen met een piek-DWA-debiet van 5,9 l/s per 1000 inwoners. Piek-DWA-debieten die groter zijn dan 3,4 keer de gemiddelde DWA komen uiterst zelden voor. In principezou men zelfs ietwat kleinere piekfactoren kunnen kiezen, maar er wordt hier geopteerd om depiekfactoren uit het verleden te blijven gebruiken. De meetresultaten in paragraaf 3.2.1 tonenlagere piekwaarden, maar dit zijn uurgemiddelde en geen ogenblikkelijke waarden.Bij opwaartse leidingen met een grotere piekfactor zal men toch een grotere capaciteit van deleiding bekomen dan het ontwerpdebiet, omdat men met een minimale diameter moet rekenen.Als minimale diameter voor een DWA-leiding wordt 150 mm aanbevolen. Bij een helling van5,4 ‰ (voor minimale diameter en hellingen zie paragrafen 3.2.3 en 3.2.4) levert dit eencapaciteit op van 11,1 l/s. Bij een piekfactor van 3,4 en een specifiek lozingsdebiet van 150l/inwoner/dag komt dit overeen met 1890 IE. De kans dat de piekfactor bij een dergelijk grotebevolkingsgroep groter is dan 3,4 is zeer klein. Bovendien zal de stimulering van waterbesparinghet gemiddelde lozingsdebiet in de toekomst waarschijnlijk niet toenemen.Om de maximale capaciteit na te gaan, kijkt men dus best naar het piekdebiet bij een vollopendeleiding, maar op die manier bekomt men een bovengrens voor de piekfactor. De meer courantepiekfactoren zullen veel kleiner zijn. Uit figuur 55 blijkt dat de piekfactor zelfs tot 1,3 kan dalen.In de praktijk is het echter eenvoudiger om voor een halfvolle leiding te dimensioneren bij eenmeer courante piekfactor, op voorwaarde dat deze piekfactor is afgeleid van de bovengrens voorde piekfactor (namelijk de helft ervan).


Er wordt dus voor geopteerd om het ontwerp van een DWA-leiding uit te voeren bij 1,7 keerde gemiddelde DWA voor een halfvolle leiding (d.i. DWA14), wat overeenkomt met 3,4 keer degemiddelde DWA bij een vollopende leiding. Men rondt wel best naar boven af naar eencommercieel beschikbare maat (na afronding van berekende diameter tot op 1 cm nauwkeurig)om de maximale capaciteit niet te sterk te verminderen.De keuze van deze min of meer beperkte piekfactoren leidt tot een beperkte reserve m.b.t.parasitair water. Hierdoor is het absoluut vereist om DWA-riolen waterdicht aan te leggen.

Indien er ook industrieel afvalwater in de DWA-riolen terecht komt, kan dit worden ingerekendin de dimensionering door de maximaal vergunde uurlijkse debieten op te tellen bij dehuishoudelijke DWA-piekdebieten (bij piekfactor 3,4 of 2 DWA14) en te dimensioneren voor eenvollopende leiding (of te dimensioneren voor halfvolle leiding bij de helft van het maximaalvergunde uurlijks debiet plus DWA14). Voor geplande industriezones staat in de ‘Krachtlijnenvoor een geïntegreerd rioleringsbeleid’ van 1996 vermeld dat een debiet van 0,25 l/s/ha moetworden gehanteerd [VMM, 1996a]. Het is niet duidelijk wat de herkomst van dit ontwerpdebietis, maar het lijkt logisch dat deze debieten moeten worden gehanteerd bij halfvolle leidingen.Er wordt immers een equivalente waarde van 85 IE/ha vermeld en dit geeft bij een verbruik van150 l/IE/dag en een piekfactor van 1,7 een ontwerpdebiet van 0,25 l/s/ha. Voor grote of specialegebouwen (scholen, ziekenhuizen, hotels, sportcomplexen, kantoren, enz...) dient eendetailberekening te gebeuren met een statistische berekeningsmethode om het gemiddeldeafvalwaterdebiet en de piekfactor te bepalen [Berlamont, 1997] of met een empirische methode[BIN, 1997a; Berlamont, 1997] (deze berekeningsmethodes zijn in bijlage A integraalovergenomen uit [Berlamont, 1997]). Parasitaire debieten (infiltratie, drainage, beekwater, enz...)horen niet thuis in een DWA-riool. Verkeerde aansluitingen (d.i. regenwateraansluitingen,drainage, enz...) moeten dan ook absoluut vermeden worden aangezien ze een zeer nefasteinvloed kunnen hebben op de werking van een DWA-riool. Hiertoe moet ook de waterdichtheidvan de DWA-riolen zelf gegarandeerd zijn. Controle op waterdichtheid is dan ook noodzakelijk.

Voor de inschatting van het aantal IE wordt voor bestaande woningen het aantal bewonersgenomen en voor geplande bewoning 3 IE/woning. Voor speciale gebouwen kunnen ook decijfers uit het ‘Besluit van de Waalse Regering houdende reglementering van de opvang vanstedelijk afvalwater’ een goede richtwaarde bieden (tabel 16) [BS, 1998]. Ook de Nederlandse‘Leidraad Riolering’ bevat een dergelijke tabel [Rioned, 2002a].


gebouw of complex aantal IE

fabriek, werkplaats 1 arbeider = ½ IE

kantoor 1 bediende = a IE

school zonder baden, stortbaden of keuken (externaat) (1) 1 leerling = IE110

school met baden en zonder keuken (externaat) (1) 1 leerling = IE15

school met baden en keuken (externaat) (1) 1 leerling = a IE

school met baden en keuken (internaat) (1) 1 leerling = 1 IE

hotel, pension, ziekenhuis, gevangenis 1 bed = 1 IE

camping 1 persoon = ½ IE

kazerne, verblijfscamping 1 persoon = 1 IE

restaurant 1 persoon = ¼ IE (2)

theater, bioscoop, feestzaal 1 plaats = IE130

sportpark 1 plaats = IE120

(1) Voor deze gebouwen of complexen moet het op de grond van de tabel berekend aantal IEverhoogd worden met ½ IE per personeelslid dat in de instelling is tewerk gesteld.

(2) Aantal IE = ¼ IE × gemiddeld aantal personen per dag

Bij de bepaling van de vereiste nuttige capaciteit moet rekening worden gehouden met eeneventuele verhoging (forfaitair op 15 % vastgelegd) van het aantal gebruikers van hetaangesloten gebouw of complex.

Tabel 16 : Inwonerequivalenten voor speciale gebouwen overeenkomstig de Waalsereglementering m.b.t. de opvang van stedelijk afvalwater [BS, 1998].


3.2.3 Minimale diameter

Als minimale diameter voor DWA-riolen kan 150 mm worden aanbevolen. Indien er eenverhoogd risico op verstopping is of men een grotere toegankelijkheid van de leiding wil voorapparatuur en eventueel voor het uitvoeren van herstellingen, kan men de minimale diameter op200 of 250 mm kiezen, maar dit heeft een invloed op het zelfreinigend vermogen van de leidingen de kostprijs. Ter vergelijking : in Nederland wordt een minimale diameter voor DWA-riolenvan 200 mm vooropgesteld [Rioned, 2002a], wat ook in andere bronnen (o.a. uit de VerenigdeStaten van Amerika) terug te vinden is. Een minimale diameter van 200 mm leidt echter tot nogmeer overgedimensioneerde opwaartse leidingen.

Bij DWA-riolen kan een kleinere diameter worden gebruikt dan bij gemengde riolen, omdat erin principe geen grote stukken in terecht kunnen komen die de leidingen kunnen verstoppen.De detailuitvoering van de inlaten van het DWA-systeem is hierbij zeer belangrijk. De minimalediameter zou dus functie kunnen gemaakt worden van de eisen die aan de inlaten van het DWA-systeem worden opgelegd. In de Verenigde Staten van Amerika werden met succes systemengeïmplementeerd met minimale diameters van 100 mm, waarbij een voorbezinkput peraansluiting wordt opgelegd [EPA, 1991]. Bovendien moet men de mogelijkheid voorzien om eenDWA-systeem te kunnen spoelen. Hiervoor hoeft het DWA-systeem niet toegankelijk te zijnvoor personen, maar volstaan toezichtsputjes die voldoende groot zijn om het inbrengen van eenhoge druk spuit toe te laten. Dit kan eenvoudig door een opstaand T-stuk (figuur 10, paragraaf1.3.2) (of Y-stuk : in de richting van de stroming in het riool (figuur 11)) te voorzien met een buistot aan het maaiveld [VMM, 2000]. Bij een Y-stuk moet wel de stabiliteit van het toegangsputjevoldoende verzekerd worden. Indien het (afwaartse) DWA-riool kleiner is dan 250 mm, dientde diameter van de toezichtsputjes (-schouwen) minimaal 250 mm te zijn, zodat controle- enonderhoudsapparatuur voor de leiding gemakkelijk kunnen in gebracht worden. Dit kanbekomen worden door open afwaarts van de toegangsschouw respectievelijk een verbreding envernauwing te voorzien met tussenin een T- of Y-stuk (figuur 12) of door een toezichtsputje vandiameter 250 mm met aansluitingen voor de betreffende kleinere diameter van de leiding(figuur 13). Voor een (afwaarts) DWA-riool vanaf 250 mm, dient de diameter van detoezichtsputjes (-schouwen) minimaal gelijk te zijn aan de diameter van het (afwaarts)DWA-riool. Voor huisaansluitingen volstaat een minimale diameter van 100 mm en ook toezichtsputjes metdezelfde diameter als het (afwaartse) huisriool, alhoewel het ook hiervoor aan te raden is om eengrotere diameter te kiezen (bijvoorbeeld figuur 13). De diameter van de leiding van dehuisaansluiting mag niet groter zijn dan deze van het riool waarop het aansluit. Bij een groterediameter van het huisriool kan een diametervermindering op privéterrein worden uitgevoerd,indien er een toezichtsput ter hoogte van de diametervermindering wordt gebouwd.Eventuele afzetting van grof vuil ter hoogte van de diametervermindering kan dan via dezetoezichtsput verwijderd worden. Er zijn geen gravitaire aansluitingen toegelaten van toestellendie onder het gelijkvloers niveau zijn gesitueerd.


Als maximale strenglengte tussen twee toezichtsputjes kan 75 m worden aanbevolen.De Nederlandse aanbeveling is 100 m [Rioned, 2002a]. De Amerikaanse EPA (EnvironmentalProtection Agency) geeft een maximale strenglengte van 120 m aan [EPA, 1991], maar voorvlakke gebieden als Vlaanderen en Nederland kan dit beter wat kleiner worden genomen. Bij eenverandering van richting, helling, diameter en bij het samenkomen van leidingen moet eentoezichtsputje worden voorzien. Op plaatsen waar belangrijke leidingen samenkomen, kan eenmantoegankelijke put nuttig zijn. Wanneer men overal mantoegankelijke putten plaatst, stijgende lokale ladingsverliezen en de kosten.

3.2.4 Minimale schuifspanning en helling

A. Zelfreinigende DWA-riolen

Om sedimentatie te beperken in rioolleidingen wordt meestal gesteld dat een minimalestromingssnelheid noodzakelijk is. Op basis van deze minimale snelheid kan dan een minimalehelling worden bepaald bij een bepaalde vullingsgraad. Deze minimale snelheid is echterafgeleid van het feit dat men een minimale schuifspanning nodig heeft om deeltjes niet te latenbezinken of om bezonken deeltjes terug in suspensie te brengen. Voor gemengde riolen wordttraditioneel een minimale (kritieke) schuifspanning gelijk aan 3 N/m2 aangenomen bij eenhalfvolle leiding [Berlamont, 1997; VMM, 1996a]. Dit lijkt een vrij hoge waarde indien men ditenkel in het licht van bezinking bekijkt, maar aangezien er ‘s nachts zeer lage debietenvoorkomen zal er in de meeste riolen bezinking optreden. De schuifspanningen die nodig zijnom dit bezonken slib terug op te woelen zijn ongeveer 20 keer groter dan deze om de deeltjes teverhinderen om te bezinken (volgens Camp [Berlamont, 1997]). Deze verhouding is voorafvalwater naar alle waarschijnlijkheid sterk overdreven, maar het geeft wel duidelijk aan dat ereen onderscheid moet worden gemaakt tussen nodige schuifspanningen voor het verhinderen vanbezinking en het bekomen van erosie van bezonken materiaal.

Er dient op gewezen te worden dat een voldoende hoge schuifspanning in de leidingen slechtszinvol is indien de stroming ook gelijkmatig kan gebeuren en er dus een continu vloeipeil in delangsrichting is. Lokale hindernissen zijn preferentiële locaties voor sedimentatie en moeizameerosie. De hierna volgende ontwerpregels zijn geldig voor zelfreinigende riolen. Dat betekentdat de systemen relatief onderhoudsvriendelijk zijn, op voorwaarde dat er geen oneigenlijkgebruik van de riolen wordt gemaakt.


τ ρ= ℜg S f (19)

Voor DWA-riolen kan men lagere minimale schuifspanningen hanteren, omdat er minder zwaredeeltjes in voorkomen dan in de regenwaterafvoer. In Nederland wordt slechts gerekend met eenkritieke schuifspanning (vaak ook kritische schuifspanning genoemd) van 1 tot 1,5 N/m2 [Rioned,2002a]. Toch vermeldt deze Nederlandse richtlijn dat voor de uitschuring van de bezonkendeeltjes een schuifspanning van 2,5 N/m2 nodig is. Koot [1981] en Yao [1974] vermelden eenminimale schuifspanning van 1 tot 2 N/m2 voor afvalwaterriolen, tegenover 3 tot 4 N/m2 voorregenwaterriolen en gemengde riolen. Butler & Davies [2000] spreken van een minimaleschuifspanning van 2 N/m2 voor erosie van bezonken deeltjes. Veel hangt echter af van de hydraulische condities bij welke deze schuifspanningen wordenopgelegd en in mindere mate van de ontwerpwaarde van de buisruwheid (zie paragraaf 3.2.7).De Duitse norm [ATV, 2001] bijvoorbeeld houdt het op een minimale schuifspanning van1 N/m2, maar vraagt dat deze gedurende een derde van de tijd wordt overschreden bij eenvariabele DWA-belasting, terwijl de tabellen met de minimale hellingen zijn opgesteld bij eenconstante belasting van 5 l/s/1000IE (de gebruikte buisruwheid is 1,5 mm). Voor de gebruikteDWA-cyclus (paragraaf 3.2.1) komt dit overeen met een ontwerp bij een schuifspanning vanongeveer 1,2 N/m2. Recentelijk zetten Arthur et al. [1999] bovendien enkele vraagtekens bij detoepasbaarheid m.b.t. zelfreinigende DWA-riolen van het onderzoek van Macke waarop deDuitse ATV-norm is gebaseerd. Ackers et al. [1996] verklaren hierbij wanneer en waarombepaalde theorieën rond sedimenttransport in riolen toepasbaar zijn (zie ook Butler et al. [2003]).Het gebruik van een minimale schuifspanning volgt uit de veronderstelling dat de kritiekesituaties zich voordoen bij al of niet eroderen van bezonken stoffen. Bij het transport van devervuiling in het water, speelt de concentratie en de aard van de vervuiling een belangrijke rol,maar vooral voor grotere riolen, niet zozeer voor kleine diameters [Ackers et al., 1996; Butler etal., 2003].De Nederlandse richtlijn specifieert de schuifspanning 1 tot 1,5 N/m2 bij ‘maatgevende afvoer’[Rioned, 2002a]. In een ander deel van de richtlijn [Rioned, 1999] vinden we dat de ruwhedenmateriaalafhankelijk worden genomen en variëren van 0,4 à 0,5 mm (voor PVC, PE en gres)en dat de hydraulische belasting ietwat hoger is (120 l/IE over 10 uur).

Indien we de hydraulische condities beschouwen welke in deze richtlijnen voor DWA-riolen alsontwerpwaarden worden vooropgesteld, lijkt een minimale schuifspanning van 2 N/m2 een goedeontwerpwaarde. Een schuifspanning van 1 N/m2 wordt vaak gebruikt, maar lijkt voor erosieeerder een ondergrens. Referenties die schuifspanningen hanteren van 1 tot 1,5 N/m2 gaanmeestal uit van geen bezinking, wat niet erg realistisch is. Gezien de grote variabiliteit in DWA-afvoer gedurende een dag, is het zeker nodig om de schuifspanning zodanig te kiezen dat debezonken vervuiling terug kan opwoelen. In figuur 58 wordt getoond welke deeltjes (diameteren dichtheid) in suspensie kunnen worden gehouden of kunnen worden opgewoeld bij eenschuifspanning van 2 N/m2.

De schuifspanning J [N/m2] kan worden berekend als [Berlamont, 1997] :

Met : D = dichtheid van water . 1000 kg/m3

g = valversnelling = 9,81 m/s2

U = de hydraulische straal [m]Sf = verhang (meestal gelijk aan S0 = de helling van het riool) [-]


1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

0.1 1 10 100deeltjesdiameter (mm)

deel

tjesd

ensi

teit

(kg/

m3 )

uitschuring

sedimentatiein beweging gehouden,

geen uitschuring

Figuur 58 : Diameter en dichtheid van deeltjes die respectievelijk worden uitgeschuurd,in suspensie worden gehouden en bezinken bij een schuifspanning van 2 N/m2

(volgens Camp [Berlamont, 1997]).

De schuifspanning blijkt dus enkel rechtstreeks functie van de helling en de diameter (via dehydraulische straal) en niet (rechtstreeks) van de buis- en bedruwheid. Daarom is deschuifspanning een eenvoudigere parameter om de minimale helling te bepalen dan destromingssnelheid, welke wel rechtstreeks functie is van de ruwheid. Yao [1974] toonde aan datvoor leidingen met kleine diameter en lage vullingsgraad (< 40 %) een schuifspanningscriteriumtot een meer efficiënt ontwerp leidt dan een snelheidscriterium. Deze stelling werd recentbevestigd door Arthur et al. [1999] op basis van een uitgebreide literatuurstudie.

Toch wordt een minimale stromingssnelheid vaak als criterium gebruikt om het zelfreinigendvermogen van leidingen te garanderen. In Vlaanderen wordt traditioneel met minimalestromingssnelheden van 0,6 tot 0,7 m/s gerekend [VMM, 1996a]. Het verband tussen minimaleschuifspanningen en minimale snelheden wordt getoond in figuur 59 in functie van het aantalaangesloten IE. Het overeenkomstig debiet is : 1,5 l/s + 1,7 × (# IE - 1) × 150 l/dag/IE.Hierbij wordt er aangenomen dat het minimale piekdebiet dat zich dagelijks voordoet in eenDWA-leiding 1,5 l/s is, afkomstig van het doorspoelen van 1 WC. Deze formulering voor hetdebiet geeft een continue overgang tussen individuele pieklozing en pieklozing bij grootaantal IE.Uit figuur 59 blijkt dat een schuifspanning van 2 N/m2 ongeveer overeenkomt met eenstromingssnelheid van 0,6 m/s (bij een ruwheid ks van 1,5 mm). Ook de American Society ofCivil Engineering (1970) hanteert een minimale snelheid van 0,6 m/s [EPA, 1998]. De BritishStandards (1987) vermelden een minimale snelheid van 0,75 m/s [Arthur et al., 1999]. Ook inde meer recente Britse richtlijnen van 1996 wordt een omrekening naar minimale snelhedengemaakt [Ackers et al., 1996].


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 100 200 300 400 500 600 700 800

aantal IE

snel

heid

(m/s

)

32.521.51

schuifspanning (N/m2) :

Figuur 59 : Verband tussen minimale snelheid en minimale schuifspanning in functie van hetaantal aangesloten IE (ruwheid ks = 1,5 mm, diameter = 150 mm).

Dat de schuifspanning onafhankelijk is van de ruwheid van de leiding lijkt misschien niet logisch.De ruwheid van de leiding kan een invloed hebben op de onderlinge wrijving tussen een deeltjeen de wand, maar de meest kritieke schuifspanning doet zich voor bij onderling contact tussendeeltjes (bijvoorbeeld afzetting van een deeltje op een sedimentlaag). In die zin is het logischdat de kritieke schuifspanning wordt bepaald in functie van de vuildeeltjes en niet in functie vande wandruwheid. De hydraulische straal U is hetzelfde voor een halfvolle en voor een volleleiding, namelijk gelijk aan ¼ van de diameter. Voor leidingen met een vullingsgraad vanaf50 %, zal de schuifspanning dus groter dan of gelijk zijn aan de schuifspanning bij een halfvolle(of volle) leiding. In figuur 60 wordt het relatieve verloop van de schuifspanning in functie vande vullingsgraad getoond [Berlamont, 1997]. Indien dan de minimale helling wordt bepaald opbasis van een minimale schuifspanning van 2 N/m2 bij een halfvolle (of volle) leiding, wordt voorelke diameter een minimale helling bekomen zoals weergegeven in tabel 17.


diameter (mm) minimale hellingbij 1 IE

minimale helling bij 50 % vulling

100 10,1 ‰ 8,2 ‰

150 10,8 ‰ 5,4 ‰

200 11,6 ‰ 4,1 ‰

250 12,3 ‰ 3,3 ‰

300 2,7 ‰

350 2,3 ‰

400 2,0 ‰

Tabel 17 : Uiterste grenzen voor de minimale hellingen voor DWA-riolenen huisaansluitingen om een schuifspanning van 2 N/m2 te bekomen.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4verhouding schuifspanning / schuifspanning bij een halfvolle leiding

verh

oudi

ng w

ater

hoog

t / le

idin

gdia

met

er

Figuur 60 : Relatief verloop van de schuifspanningmet de vullingsgraad van een cirkelvormig riool.


Om blijvende sedimentatie te verhinderen in gravitaire DWA-rioolleidingen wordt dus gestelddat een minimale schuifspanning gelijk aan 2 N/m2 noodzakelijk is. Afhankelijk van het soorten concentratie van de vervuiling in het afvalwater zal de werkelijk nodige minimaleschuifspanning van plaats tot plaats en in de tijd variëren, maar 2 N/m2 wordt als eenontwerpwaarde naar voor geschoven waarmee de meeste problemen kunnen worden vermeden.Deze schuifspanning moet minstens 1 keer per dag voorkomen (er wordt standaard gerekendmet uurgemiddelde waarden). De minimale schuifspanning kan daartoe berekend worden opbasis van een ontwerppiekfactor gelijk aan 1,7. Het is niet aan te raden om een lagere minimaleschuifspanning als criterium aan te nemen, omdat de piekfactor van 1,7 reeds in vele riolen nietwordt bereikt (bijvoorbeeld bij een piekfactor van 1,3 daalt de schuifspanning tot 1,87 N/m2 tenopzichte van 2 N/m2 bij een piekfactor van 1,7 en 50 % vullingsgraad).Voor DWA-afvoer wordt er standaard gerekend met een dag-nacht-cyclus met uurlijkseintervallen. Data over meer kortstondige DWA-variaties zijn zelden of niet voorhanden,waardoor het geen zin heeft om op te leggen dat de schuifspanning gedurende een kortere tijdmag worden bekomen. Indien men een overschrijding van een uurgemiddelde waarde heeft,zal deze waarde binnen dat uur slechts over een gedeelte van dat uur overschreden worden.Bovendien wordt er voor lage DWA-belastingen gerekend met het effect van individuelelozingen (dit is spoeling van 1 toilet; zie tabel 17 : 1 IE). Het voordeel van het dimensionerenvoor halfvolle leidingen zit vooral in de bepaling van de minimale helling om een minimaleschuifspanning te bekomen, omdat dit gebeurt bij een meer realistische piekfactor van 1,7 en nietbij een bovengrens van 3,4 die zelden of nooit wordt bereikt.

Indien men dus een DWA-leiding ontwerpt voor 3,4 keer de gemiddelde DWA bij eenvollopende leiding of 1,7 keer de gemiddelde DWA bij een halfvolle leiding en een minimalehelling volgens tabel 17, bekomt men een schuifspanning van minimaal 2 N/m2 van zodra deleiding halfvol is. Door de variatie van het DWA-debiet over de dag (figuur 54) en de afrondingnaar een commercieel beschikbare diameter, zullen de meeste DWA-riolen dagelijks slechtskortstondig of nooit een vullingsgraad van 50 % bereiken welke overeenkomt met de minimaleschuifspanning van 2 N/m2 bij de minimale hellingen uit tabel 17. In de figuren 61 en 62 is devariatie van de schuifspanning geïllustreerd voor leidingen van respectievelijk 150 en 200 mmdiameter, gedimensioneerd volgens de bovenvermelde regels.


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Percentage van de tijd dat de schuifspanning overschreden wordt

schu

ifspa

nnin

g (N

/m2 )

30 IE150 IE500 IE1000 IE1902 IE

D = 150 mm

Figuur 61 : Percentage van de tijd dat een bepaalde schuifspanningsdrempel wordtoverschreden voor een leiding met een diameter van 150 mm (helling = 5,4 ‰, p = 1,7)

en voor een variërende belasting.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%


schu

ifspa

nnin

g (N

/m2 )

50 IE300 IE800 IE1800 IE3548 IE

D = 200 mm


en voor een variërende belasting.


0.0%

0.2%

0.4%

0.6%

0.8%

1.0%

1.2%

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

IE

min

imal

e he

lling

D = 250 mm

D = 200 mm

D = 150 mm

Figuur 63 : Minimale helling bij vullingsgraad < 50 % om een schuifspanning van 2 N/m2

te bekomen (bij een piekfactor van 1,7 en een debiet van 150 l/IE/dag).

Leidingen die een vullingsgraad bij piek-DWA-debiet (piekfactor = 1,7) hebben kleiner dan50 %, dienen onder een grotere helling te worden geplaatst om de minimale schuifspanning van2 N/m2 te halen. Er kan worden gesteld dat het minimale piekdebiet dat zich dagelijks voordoetin een DWA-leiding 1,5 l/s is (afkomstig van het doorspoelen van 1 WC). Voor een leiding meteen diameter gelijk aan 150 mm levert een debiet van 1,5 l/s een vullingsgraad op van 21 %(bij de minimale helling die net tot een schuifspanning van 2 N/m2 leidt). De nodige helling omeen schuifspanning van 2 N/m2 te bekomen is dan 10,8 ‰. De grootste minimale helling dietoegepast dient te worden voor de opwaartse gravitaire riolen met minimale diameter van150 mm is dus 10,8 ‰. Voor andere vullingsgraden wordt de minimale helling in figuur 63 entabel 18 gegeven voor diameters 150, 200 en 250 mm in functie van het aantal aangesloten IE(150 l/IE/dag en piekfactor = 1,7).

Aangezien bij een verandering van helling en diameter een toezichtsputje moet worden voorzien,zal elk DWA-riool tussen twee toezichtsputjes dezelfde diameter en helling hebben.Bij kruisingen met andere leidingen dient erop te worden toegezien dat er geen lokale knik in hetlangsprofiel zit.


diameter 150 mm diameter 200 mm diameter 250 mm

aantal IE minimalehelling aantal IE minimale

helling aantal IE minimalehelling

1 10,8 ‰ 1 11,6 ‰ 1 12,3 ‰10 10,7 ‰ 10 11,5 ‰ 10 12,2 ‰20 10,6 ‰ 20 11,4 ‰ 20 12,0 ‰50 10,3 ‰ 50 11,0 ‰ 50 11,7 ‰100 9,8 ‰ 100 10,5 ‰ 100 11,1 ‰200 9,0 ‰ 200 9,6 ‰ 200 10,1 ‰300 8,4 ‰ 300 8,9 ‰ 300 9,4 ‰400 7,9 ‰ 400 8,3 ‰ 400 8,8 ‰500 7,5 ‰ 500 7,9 ‰ 500 8,3 ‰600 7,1 ‰ 600 7,5 ‰ 600 7,8 ‰800 6,5 ‰ 800 6,8 ‰ 800 7,1 ‰1000 6,1 ‰ 1000 6,3 ‰ 1000 6,6 ‰1200 5,7 ‰ 1200 5,9 ‰ 1200 6,1 ‰1379 5,4 ‰ 1400 5,6 ‰ 1400 5,8 ‰

1600 5,3 ‰ 1600 5,5 ‰1800 5,0 ‰ 1800 5,2 ‰2000 4,8 ‰ 2000 5,0 ‰2500 4,4 ‰ 2500 4,5 ‰3017 4,1 ‰ 3000 4,2 ‰

3500 3,9 ‰4000 3,7 ‰4500 3,5 ‰5206 3,3 ‰

Tabel 18 : Minimale helling voor volledig gravitaire DWA-riolen bij een vullingsgraad< 50 % om een schuifspanning van 2 N/m2 te bekomen

(bij een piekfactor van 1,7 en een debiet van 150 l/IE/dag).


Naast de minimale schuifspanning voor erosie en transport van bezinkbare deeltjes is ook deminimale waterhoogte een belangrijke parameter voor het transport van drijvend materiaal.Bij kleine hydraulische belasting hangt de vullingsgraad echter veel nauwer samen met dediameter dan met de helling. De keuze voor een kleine diameter heeft dus veel meer effect danhet verlagen van de minimale helling. Bij zeer kleine hydraulische belasting zal een voldoendevullingsgraad voor continu transport van drijvend materiaal zelden beschikbaar zijn. In dat gevalzal er zich drijvend vuil afzetten, waardoor er een kleine ophoping ontstaat. Achter dezeophoping kan er zich een kleine waterhoogte opbouwen. Wanneer deze hoog genoeg is, zal hetdrijvend vuil weer opgepikt worden en een eindje verder spoelen. Dit intermitterend gedragmaakt transport van drijvend vuil enigszins mogelijk bij lage vullingshoogtes. Bovendien is deDWA sterk fluctuerend op korte tijd, eerder dan een continue gemiddelde afvoer, doordat het eensuperpositie is van korte lozingen.

Uit figuur 63 en tabel 18 blijkt dat bij zeer lage hydraulische belasting de nodige minimalehelling om een minimale schuifspanning van 2 N/m2 te bekomen sterk oploopt. Bij hellingengroter dan (ongeveer) 1 % zal er in deze gevallen superkritische stroming optreden (Froudegetal> 1). Dit wordt beter vermeden, aangezien dit gepaard gaat met kleine waterhoogtes enwatersprongen, welke het zelfreinigend vermogen niet bevorderen. De minimale helling wordtdus best langs boven beperkt tot 1 % en eventueel dienen er onderhoudsmaatregelen te wordengetroffen om het riool schoon te houden (zie paragraaf 3.2.4.B).

Belangrijk is ook dat al het vuil dat niet in het riool thuishoort er ook uit wordt gehouden.In Groot-Brittannië heeft men zeer veel last van drijvend vuil omdat er zeer veel in de toilettenwordt gegooid wat eigenlijk in de vuilbak thuishoort (maandverband, tampons, condooms, enz...).Via een campagne onder het motto ‘Don’t flush it, bin it’ (vrij vertaald : ‘spoel het niet door,maar werp het in de vuilbak’) wordt er aan sensibilisering gedaan. Ook moeten de gebruikerser zich van bewust zijn dat DWA-systemen zeer gevoelig zijn voor dit soort grof vuil en dat degebruikers zelf meestal de oorzaak zijn van verstopping en slecht functioneren van hetafvoersysteem.

B. Niet-zelfreinigende DWA-riolen

In de praktijk is het niet altijd mogelijk om een min of meer zelfreinigend riool aan te leggen,omdat dit kan leiden tot zeer hoge aanleg- en exploitatiekosten in vergelijking met de bijkomendeonderhoudskost bij een niet-zelfreinigend riool of dient men bestaande niet-zelfreinigende riolente behouden. In dat geval kan een lagere minimale schuifspanning worden gehanteerd voor hetontwerp van DWA-riolen in vlakke gebieden, waarbij dan ten gepaste tijd een reiniging moetworden uitgevoerd. De keuze van het type reiniging kan een invloed hebben op het ontwerp,omdat ook tijdens de reiniging bepaalde minimale helling nodig kan zijn om het opgewoelde slibte transporteren.


Het ontwerp van niet-zelfreinigende DWA-riolen dient gepaard te gaan met eeninventarisatie van de locaties waar de gewenste schuifspanning (zie paragraaf 3.2.4 A)niet wordt bereikt en het opstellen van een onderhoudsplan dat integraal deel uitmaakt vanhet ontwerp. Dit onderhoudsplan moet de initieel gekozen reinigingstechniek specifiëren.Soms zullen ook aanpassingen aan het ontwerp noodzakelijk zijn om de geplandeonderhoudstechniek ook te kunnen toepassen(vermijden overbelasting en realiseren minimaleschuifspanning). Bij de aanpassing van de reinigingstechniek moet de hydraulische impact ervanopnieuw worden nagegaan.Daarnaast is het nuttig om toch een absoluut minimale helling op te leggen, teneinde de volledigebezinking van het afvalwater in het riool te vermijden. Indien hiervoor een schuifspanning van1 N/m2 wordt gehanteerd, zal de minimale helling voor opwaartse uiteinden met weinigaangesloten IE in bepaalde gevallen nog als oneconomisch groot worden beschouwd.Een schuifspanning van 0,5 N/m2 (bij een standaard ruwheid van 1,5 mm) lijkt echter ook vooropwaartse riolen een minimum. Dit geeft voor DWA-riolen met een grotere hydraulischebelasting dan weer vrij kleine waarden. Bovendien lijkt het redelijk om een hogere minimaleschuifspanning te eisen bij DWA-riolen met een hogere hydraulische belasting dan bij eenkleinere hydraulische belasting, teneinde de bezonken hoeveelheden te beperken. Om die redenwordt voorgesteld om voor niet-zelfreinigende riolen een minimale helling van 2 ‰ te hanteren,waarvoor bij DWA-riolen met een kleine belasting de minimale schuifspanning in de buurt van0,5 N/m2 ligt en voor DWA-riolen met grote belasting de minimale schuifspanning in de buurtvan 1 N/m2 ligt (figuren 64 t.e.m. 66). Indien men bij ietwat grotere DWA-riolen (vanaf diameter250 mm) en een voldoende grote hydraulische belasting een schuifspanning van 1 N/m2 kanbekomen met een minimale helling kleiner van 2 ‰, is dit toegelaten. Hierbij is er wel eenminimale helling van 1 ‰ nodig omwille van uitvoeringstechnische redenen.De bovenstaande eisen zijn minimum eisen. De rioolbeheerder heeft er alle baat bij om(waar mogelijk) toch grotere hellingen aan te leggen, ook al worden de nodige hellingen voorzelfreinigende riolen niet gehaald, teneinde de onderhoudskosten te minimaliseren.Indien men een minimale bezinking in het riool toelaat, dient men erop te letten dat dit geensignificante invloed heeft op de hydraulische werking van het riool (zie ook paragraaf 5.5.3).Voor automatische reiniging van niet-zelfreinigende riolen wordt verwezen naar paragraaf 3.3.


D = 150 mm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650# inwoner equivalent IE

schu

ifspa

nnin

g τ

(N/m

2 )

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

vullin

gsgr

aad

h/D

τ

h/D

Figuur 64 : Schuifspanning en vullingsgraad bij een riool met diameter 150 mmbij een helling van 2 ‰.

D = 200 mm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

# inwoner equivalent IE

schu

ifspa

nnin

g τ

(N/m

2 )

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

vulli

ngsg

raad

h/D

τ

h/D



D = 250 mm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

# inwoner equivalent IE

schu

ifspa

nnin

g τ

(N/m

2 )

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

vulli

ngsg

raad

h/D

τ

h/D



3.2.5 Invloed van pompen

Indien men een tussenliggend pompstation gebruikt om diepe uitgravingen te beperken, kan menhet pompdebiet zodanig kiezen dat de afwaartse leiding bij het draaien van de pomp minstenshalf gevuld is. In dat geval kan afwaarts van het pompstation de minimale helling sterk beperktworden ook bij lage aansluitingsgraad (tabel 17). Bijvoorbeeld bij een diameter van 150 mm zalde nodige minimale helling dan nog slechts 5,4 ‰ bedragen, ongeacht het aantal aangesloten IEin plaats van de grotere hellingen uit tabel 18.

Het pompdebiet kan bovendien nog verder geoptimaliseerd worden. Indien men een pompdebietkan creëren dat afwaarts een vullingsgraad tussen 70 en 80 % tot gevolg heeft, zal deschuifspanning nog stijgen ten opzichte van een halfvolle buis en wordt bij lagere hellingen reedshet schuifspanningscriterium van 2 N/m2 gehaald. Hierbij moet wel worden opgelet dat deDWA-piekdebieten die afwaarts van de pomp worden toegevoerd nog kunnen worden afgevoerd.Het verschil tussen dit DWA-piekdebiet en de capaciteit van de leiding kan dan wordenaangenomen als optimaal (maximaal) pompdebiet. De overeenkomstige minimale helling kandan worden bepaald uit het schuifspanningscriterium van 2 N/m2. Dit wordt weergegeven infiguur 67 voor een diameter 150 mm bij een ruwheid van 1,5 mm. De minimale helling kan dusverder beperkt worden tot 4,6 ‰ voor de leiding afwaarts van het pompstation (bij het maximalepompdebiet van 8,7 l/s). Indien men een minimale diameter van 200 mm zou aannemen afwaartsvan het pompstation, kan men naar nog lagere hellingen gaan, maar heeft men ook krachtigerepompen nodig (maximaal pompdebiet van 17,4 l/s) (figuur 68). De minimale helling kan danworden beperkt tot 3,4 ‰ voor de leiding afwaarts van het pompstation. Deze minimalehellingen gelden enkel indien het pompdebiet gelijk is aan het gespecifieerde optimale(maximale) pompdebiet. Bij hogere pompdebieten kunnen de afwaartse leidingen de DWA-piekdebieten niet meer afvoeren tijdens het pompen en bij lagere pompdebieten zullen deminimale hellingen terug stijgen.

Het maximaal werkingsvolume is gelijk aan a van het dagvolume (50 l/IE × # IE), zodat deverblijftijd in de put beperkt blijft tot maximaal 12 uur (dit is groter dan 8 uur omwille van dedag-nacht-cyclus). Het werkingsvolume is functie van het pompdebiet Qp en is minimaal gelijkaan het volume dat in 1 minuut kan verpompt worden bij het maximale werkingsdebiet van depomp = Qp (l/s) × 60 s, zodat de pomptijd minimaal 1 minuut bedraagt, tenzij dit bij een laagaantal aangesloten IE niet gehaald kan worden. Hieruit volgt dat de dagelijkse werkingstijd vande pomp minimaal 3 minuten is. Om dit te kunnen realiseren bij een pompdebiet van 8,7 l/s(figuur 67) is een minimaal DWA-afvoer overeenkomstig met 10 IE nodig. Best wordt er echtergestreefd naar een langere dagelijkse werkingstijd van de pomp (bij voorkeur $ 10 minuten).

In het geval van een optimaal gekozen pomp, liggen de minimale hellingen in de buurt van dezedie bekomen worden bij een gravitair rioolstelsel met voorbezinkingsputten (zie paragraaf 3.4.2).Dit betekent dat voor de inschatting van de toepasbaarheid eerder het voorbeeld uit paragraaf3.4.3 geldt dan het voorbeeld uit paragraaf 3.2.8.

Meer uitleg over het ontwerp van een DWA-pompstations wordt gegeven in paragraaf 5.8.4 D.


0.0%

0.1%

0.2%

0.3%

0.4%

0.5%

0.6%

0 100 200 300 400 500 600 700 800

aantal IE (afwaarts)

hellin

g

0

2

4

6

8

10

12

pom

pdeb

iet (

l/s)

minimale helling

maximaal pompdebiet

Figuur 67 : Minimale helling om een schuifspanning van 2 N/m2 te bekomen afwaarts van eenpompstation bij het gespecifieerde optimale (maximale) pompdebiet (diameter = 150 mm).

0.0%

0.1%

0.2%

0.3%

0.4%

0.5%

0.6%

0.7%

0.8%

0 100 200 300 400 500 600 700 800

aantal IE (afwaarts)

hellin

g

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

pom

pdeb

iet (

l/s)

minimale helling

maximaal pompdebiet

Figuur 68 : Minimale helling om een schuifspanning van 2 N/m2 te bekomen afwaarts van eenpompstation bij het gespecifieerde optimale (maximale) pompdebiet (diameter = 200 mm).


3.2.6 Bijkomende vereisten

A. Gronddekking

Voor zuivere DWA-riolen is het risico van vorstschade kleiner dan voor gemengde riolen ofregenwaterriolen, omdat het afvalwater meestal warmer is. Toch is er nog een minimalegronddekking nodig om de bovenbelasting (bvb. verkeer) voldoende uit te spreiden, zodat debuizen zelf niet te zwaar belast worden. In functie van de diameter en het materiaal van de buiszullen verschillende bovenbelastingen toegelaten zijn. De specificaties van de fabrikanten dienenhiervoor te worden geconsulteerd. In de praktijk zullen de meeste DWA-riolen toch een vrijgrote gronddekking hebben, aangezien men bij gravitaire riolen door de grote minimale hellingenvrij snel een grote diepte bereikt en omdat de huisaansluitingen om praktische redenen al op eenzekere diepte aanvangen.Dit alles in acht genomen kan de minimale gronddekking voor gravitaire DWA-riolen wordengenomen op 0,5 m, behoudens grotere dekking nodig omwille van stabiliteitsredenen.

B. Aansluitingen

Voor huisaansluitingen kan een minimale diameter van 100 mm worden aanbevolen.In de figuren 14 en 17 (zie paragraaf 1.3.2) worden technische tips gegeven met betrekking tot(huis)aansluitingen [VMM, 2000].

Om opstuwing te voorkomen ter plaatse van een diametertoename in een DWA-systeem,dienen de leidingen met gelijk kruinpeil te worden aangesloten. Bij aansluiting op bodempeil(of met gelijk middelpunt) is er een verhoogde kans op sedimentatie net opwaarts van dediametervergroting. Bij aansluiting op het bodempeil en superkritische stroming zijn ditpreferentiële locaties voor een watersprong. Aansluitingen met specifieke hulpstukken waarbijhet centrum van de sectie continu doorloopt en het vloeipeil geen knik vertoont zijn evenweltoegelaten.

Voor DWA-riolen dienen vermazingen te worden vermeden, tenzij er specifiek wordt optoegezien dat hierbij de stromingsrichting niet kan omkeren en de minimale schuifspanningengegarandeerd zijn in beide afwaartse leidingen.

C. Maximale helling

De maximale snelheid voor afvalwaterriolen is traditioneel 3 m/s [VMM, 1996a; Berlamont,1997]. Dit is niet zozeer om uitschuring van het buismateriaal te voorkomen, maar wel om destroming stabiel te houden. Nochtans treedt er bij veel lagere snelheden reeds superkritischestroming op (Froude-getal > 1 [Berlamont, 1998a]). In tabel 19 worden de hellingen enbijbehorende snelheden gegeven waarbij er superkritische stroming optreedt voor een bredevariatie aan buisdiameters.


Diameter (mm) Helling bij eensnelheid van 3 m/s

Helling metsuperkritische

stroming

Snelheid bijsuperkritischestroming (m/s)

100 162 ‰ 5,5 ‰ 0,55

150 93 ‰ 4,7 ‰ 0,67

200 63 ‰ 4,3 ‰ 0,77

250 47 ‰ 4,0 ‰ 0,86

300 37 ‰ 3,7 ‰ 0,95

350 30 ‰ 3,5 ‰ 1,02

400 25 ‰ 3,4 ‰ 1,09

450 22 ‰ 3,3 ‰ 1,16

500 19 ‰ 3,2 ‰ 1,22

600 15 ‰ 3,0 ‰ 1,34

Tabel 19 : Hellingen respectievelijk bij een snelheid van 3 m/s en waarbij superkritischestroming optreedt (voor een welbepaalde vullingsgraad) en bijbehorende snelheden.

In tabel 19 worden ook de maximale hellingen gegeven bij een snelheid van 3 m/s. Merk op datde minimale helling (tabel 17) steeds groter is dan de helling bij superkritische stroming voorleidingen met een diameter van 150 mm en kleiner. Afhankelijk van de vullingsgraad kan dit ookhet geval zijn voor leidingen met grotere diameter. In deze leidingen zal dus altijd superkritischestroming optreden. Indien er superkritische stroming optreedt, is het onvermijdelijk dat er zichwatersprongen voordoen (overgang van superkritische naar subkritische stroming). Dit gaatgepaard met zeer grote lokale turbulentie. De huidig (in Vlaanderen) gebruikterioleringssoftware Hydroworks [WS, 2001a] laat het nauwkeurig simuleren van superkritischestroming niet toe. De verhanglijnen in de Hydroworks software worden minder nauwkeuriggetekend, omdat er geen rekening wordt gehouden met de mogelijkheid van de overgang vansuper- naar subkritische stroming via een watersprong (vergelijk figuren 69 en 70) [Vaes &Bouteligier, 2001]. Ook de rioleringssoftware Mouse [DHI, 2000] laat geen berekening vansuperkritische stroming toe. De rioleringssoftware Sobek [DH, 2000] zou wel superkritischestroming kunnen simuleren.


Figuur 69 : Overgang van superkritische stroming (opwaarts) naar subkritische stroming(afwaarts) in 1 leiding in Hydroworks. De watersprong wordt niet weergegeven.

Figuur 70 : Overgang van superkritische stroming (opwaarts) naar subkritische stroming(afwaarts) bij een modelverfijning t.o.v. figuur 69. De watersprong wordt niet weergegeven,

maar kan duidelijker worden gelokaliseerd : de watersprong situeert zich in leiding 5.1.


( )β = = × −Q

QBoulucht

vloeistof0 02 6

3 2, (20)

U g= ℜ6 (21)

( )Q Qd vloeistof= +β 1 (22)

Daarnaast vermindert bij grote snelheden de capaciteit van de leiding door luchtinsluitsels.Dit zal vooral voor kleinere leidingen een significante invloed hebben.De verhouding $ tussen luchtdebiet Qlucht en vloeistofdebiet Qvloeistof kan worden geschat met[Volkart, 1982; Sinniger & Hager, 1989] :

met : Bou = Boussinesq-getal = [-] Ug ℜ

U = snelheid [m/s] (is functie van de h/D-verhouding [Berlamont, 1997])U = de hydraulische straal [m] (is functie van de h/D-verhouding [Berlamont, 1997])g = valversnelling = 9,81 m/s2

h = waterhoogte [m]D = leidingdiameter [m]

Er kan enkel lucht worden meegesleurd indien het Boussinesq-getal groter is dan 6 of als desnelheid U groter is dan :

In figuur 71 wordt getoond bij welke snelheden dit zich kan voordoen in functie van devullingsgraad en de leidingdiameter. Hieruit blijkt dat een capaciteitsprobleem zich vanaf eensnelheid van ongeveer 4 m/s kan beginnen voordoen voor kleine diameters.

Indien de snelheid groter is dan deze waarde, betekent dit dat men moet ontwerpen voor eenontwerpdebiet Qd dat groter is dan het vloeistofdebiet Qvloeistof :

Men kan geen stabiele stroming bekomen van een mengsel van lucht en water met eenvullingsgraad groter dan 90 % [Volkart, 1982]. Het blijkt dus dat de luchtopname niet functie isvan het Froude-getal, maar van het Boussinesq-getal. Dit is logisch want het Froude-getalevolueert naar 0 voor vullingsgraden die naar 100 % evolueren en dit zou betekenen dat er geenluchtinsluitsels zouden kunnen zijn voor leidingen die (bijna) vol lopen. Men kan dus ook bijsubkritische stroming luchtopname hebben als de snelheid en vullingsgraad voldoende groot zijn.


0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1waterhoogte/diameter

snel

heid

(m/s

)

0.1 0.15

0.2 0.25

0.3 0.4

Diameter (m) :

Figuur 71 : Grenswaarde van de snelheid waarbij er lucht in het water wordt opgenomen infunctie van de vullingsgraad en de diameter van een cirkelvormige leiding.

Figuur 72 : Vervalschachten bij sterk hellende terreinen.

Indien de terreinhelling zo groot is dat de maximale snelheden groter worden dan een gewenstelimietwaarde, kan men ook vervalschachten toepassen (figuur 72).


3.2.7 Buisruwheid

De buisruwheid heeft een invloed op de stromingssnelheden en dus op de capaciteit van deleidingen. De invloed is slechts evenredig met het logaritme van de verhouding van de ruwheidtot de buisdiameter. Hierdoor zou in principe een gladdere buis met een kleinere diametervolstaan, maar door afrondingen naar commercieel beschikbare maten, maakt dit zelden verschil.Bovendien mag men niet met de werkelijke buisruwheden rekenen, omdat ook lokaleladingsverliezen belangrijk zijn.Lokale ladingsverliezen zijn geen (of slechts in beperkte mate) functie van ruwheid en hebbeneen belangrijke bijdrage. In principe zou men deze lokale ladingsverliezen allemaal afzonderlijkkunnen berekenen [Berlamont, 1998a; Rioned, 1999], maar bij gebrek aan gegevens is dit meestalmoeilijk, zo niet onmogelijk. Deze ruwheden zitten daarom meestal vervat in de globaleleidingsruwheden (zeker in het geval van een dimensionering). Om deze reden dient men methogere ruwheden te rekenen dan de ruwheden van de buizen zelf. Hierdoor vermindert ook heteffect van de wandruwheid van de buis.Bijvoorbeeld indien men een ruwe buis heeft met een wandruwheid van 1 mm en een gladde buismet een wandruwheid van 0,1 mm en men lokale ladingsverliezen heeft die overeenkomen met0,5 mm equivalente extra ruwheid, dan bekomt men globale ruwheden van respectievelijk1,5 mm voor de ruwe buis en 0,6 mm voor de gladde buis. Aangezien dit slechts via logaritmevan de verhouding van de ruwheid tot de diameter een invloed heeft op de afvoerdebieten, dientde logaritme van de verhoudingen beschouwd te worden (volgens de formule van White-Colebrook [Berlamont, 1998a]). De toename in capaciteit van de gladde buis ten opzichte vande ruwe buis is dan nog 20 % (bij een diameter van 150 mm; de grootste variatie treedt op bij dekleinste diameter). Hierbij komt dan nog dat de ruwheid van een sedimentbed voor deverschillende buismaterialen ongeveer gelijk zal zijn en de capaciteitstoename nog zalverminderen zeker bij lage vullingsgraden waar de ruwheid van het sedimentbed belangrijker isdan de ruwheid van het buismateriaal. Een ruwer sedimentbed zal dus de capaciteit van eengladde buis naar beneden halen.De ruwheidsparameter omvat zowel ladingsverliezen in leidingen als lokale ladingsverliezen,zodat een extra verval ter hoogte van de tussenstukken niet nodig is.

De buisruwheid heeft geen rechtstreeks effect op de schuifspanningen, want deze is enkel functievan de hydraulische straal en de helling (vergelijking 19). Wel is de nodige schuifspanning omeen deeltje van een glad oppervlak te eroderen kleiner dan bij een ruw oppervlak. Bij een dunsedimentlaagje (d.i. dikte van de grootte-orde van de te eroderen korreldiameter) kan dit dus weleen effect hebben, maar indien men de erosie van deeltjes uit een wat dikkere sedimentlaagbeschouwd, heeft de buisruwheid nog weinig invloed. Dit laatste meer kritieke geval moet alsontwerpcriterium worden aangehouden. Het positieve effect van een gladder oppervlak wordtbovendien deels opgeheven doordat de grotere capaciteit van de leiding tot lagereschuifspanningen leidt (kleinere vullingsgraad bij hetzelfde debiet in vergelijking met een ruwereleiding). Bij een verlaging van de ruwheid van 1,5 mm naar 0,5 mm daalt de schuifspanning met5 tot 10 %. Om dit te compenseren is een debietsverhoging van ongeveer 14 % nodig of eengrotere helling (figuur 73). Het rekenen met een grotere ruwheid van 1,5 mm in plaats van dewerkelijke ruwheid bij behoud van schuifspanningscriterium, leidt tot kleinere hellingen,waardoor de werkelijke schuifspanning in de gladde buizen kleiner zal zijn dan hetschuifspanningscriterium. Het verhogen van de ruwheid voor de berekening komt dus neer opeen kleine verlaging van het schuifspanningscriterium.


0.0%

0.2%

0.4%

0.6%

0.8%

1.0%

1.2%

0 1 2 3 4 5 6debiet (l/s)

hellin

g

0.1 mm0.5 mm1.5 mm

Figuur 73 : Vergelijking van de nodige helling bij een schuifspanningscriterium van 2 N/m2

voor buizen met ruwheden van 0,1 mm, 0,5 mm en 1,5 mm.

Bovendien blijkt in de praktijk dat de buisruwheid kan toenemen in gebruiksruwheid ten opzichtevan de initiële toestand. Recente metingen tonen zeer grote verschillen in gemetenbedrijfsruwheden [Kamma & Van Zijl, 2002].

Er kan dus worden gesteld dat het rekenen met verschillende ruwheden voor verschillendebuismaterialen weinig voordelen oplevert. Dit neemt niet weg dat gladdere buizen mindergevoelig zullen zijn voor sedimentatie en het verhinderen van uitschuring van reeds bezonkensedimenten en dus aan te raden zijn. Of dit voordeel zich in de praktijk zal laten voelen, hangtaf van parameters waar men bij het ontwerp weinig vat op heeft, voornamelijk de aard enconcentratie van het afvalwater. Hierop rekenen lijkt dan ook niet verstandig. Bovendien komthet gebruik van een hogere ruwheid bij de berekening in combinatie met een vaste minimaleschuifspanning overeen met het hanteren van een lagere minimale schuifspanning bij een lagerewerkelijke ruwheid (figuur 73).

Er wordt dus met een standaard ruwheid ks (White-Colebrook) van 1,5 mm gerekend(equivalente Manningcoëfficiënt = 0,013 s/m1/3). Hier zit het effect van lokale ladingsverliezenin vervat.Dit betekent ook dat geen buizen mogen gebruikt worden met een ruwheid die groter is dan1,5 mm (dus zeker geen buizen die aan de binnenkant dwarsribben hebben).


type bebouwing diepte afwaarts(m)

lengte langstetraject L (m)

aantal woningen

aantal IE

dichte bebouwing

2 95 19 483 194 57 1434 298 119 397

villawijk

2 94 9 243 189 27 684 285 55 137

verspreidebebouwing

2 93 4 93 187 11 274 281 21 54

Tabel 20 : Relatie tussen lengte van het langste traject en diepteligging in functie vanhet type bebouwing met vermelding van overeenkomstig aantal woningen en IE

(hellingen overeenkomstig met figuur 63).

3.2.8 Voorbeeld

Dit voorbeeld illustreert het effect van de minimale hellingen, die nodig zijn om de minimaleschuifspanning van 2 N/m2 te halen, op de diepteligging van de riolen.Hierbij wordt uitgegaan van 3 types bebouwing met de volgende karakteristieken :S dichte bebouwing : 50 woningen/ha, perceelbreedte 10 m, perceeldiepte 20 mS villa wijk : 10 woningen/ha, perceelbreedte 20 m, perceeldiepte 50 mS verspreide bebouwing : 4 woningen/ha, perceelbreedte 50 m, perceeldiepte 50 mEen perceelbreedte van 10 m betekent dat er om de 10 m aan beide zijden een huisaansluiting is.Het langste rioleringstraject bepaalt de diepteligging. De onderstaande relatie tussen de lengteL van het langste traject en gebiedsgrootte A in functie van de perceeldiepte D (inclusief halvestraatbreedte) is gebruikt :

A = L × 2 D × fDe factor f geeft de vertakkingsgraad aan en is gedefinieerd als totale lengte riolering gedeelddoor de lengte van het langste traject (dit is een zeer ruwe benadering) :S L < 100 m : f = 1S 100 < L < 300 : f lineair variërend tussen 1 en 2S L > 300 : f = 2In tabel 20 staat aangegeven welke trajectlengte kan worden aangelegd voor een gegevendiepteligging in het afwaartse uiteinde van het traject. Er wordt gestart met een opwaartsediepteligging van 1 m. Ook het bijbehorend aantal woningen en IE (2,5 IE/woning) zijnaangegeven. De hellingen zijn genomen overeenkomstig figuur 63. Dit voorbeeld geldt dusenkel voor volledig gravitaire riolen. Wanneer tussenliggende pompstations worden gebruikt,kunnen lagere hellingen worden gehanteerd afwaarts van het pompstation.Uit tabel 20 blijkt dat de relatie tussen lengte van het langste traject en de diepteligging vrijwelonafhankelijk is van het type bebouwing. Gezien de verschillende aannames geeft tabel 20 enkelzeer benaderende indicatieve resultaten en dit voor een vlak terrein.


3.2.9 Besluit gravitaire DWA-riolen

Het ontwerpen van gravitaire DWA-riolen stuit op heel wat problemen. Om verstopping van deleidingen te voorkomen, dient men minimaal een diameter 150 mm te hanteren. Indien men eenverhoogde toegankelijkheid eist voor wat grotere apparatuur of er een verhoogd risico opverstopping is, kan men voor een minimale diameter van 200 mm of 250 mm opteren. Dit heefteen kleine invloed op de vereiste minimale helling en op de kostprijs. Voor vele opwaartse riolenleiden deze minimale diameters tot zeer lage vullingsgraden, waardoor grotere hellingen nodigzijn om de minimale schuifspanning te bekomen. Verder zal de grote variatie aan DWA-debietengedurende een dag-nacht cyclus ook bij andere riolen voor (in het beste geval) dagelijkse cyclivan sedimentatie en resuspensie zorgen. Vele gravitaire DWA-riolen zullen echter nietgegarandeerd zelfreinigend zijn, zelfs niet bij de vrij grote minimale hellingen die vooropgesteldworden. Deze grote minimale hellingen leiden bovendien tot vrij diepe afwaartse DWA-riolenen superkritische stroming, waardoor volledig gravitaire DWA-riolen beperkt zijn tot kleinegebieden. Het gebruik van pompen in het DWA-systeem kan de nodige hellingen sterk beperken.De materiaalkeuze heeft geen significante invloed op het ontwerp, maar een gladdere buisvermindert de gevoeligheid voor sedimentatie en voor het verhinderen van resuspensie van reedsbezonken sediment. De materiaalkeuze wordt bovendien ook bepaald door de weerstand tegenchemische aantasting (bijvoorbeeld biogene zwavelzuuraantasting : zie ook paragraaf 3.5.8).De DWA-stromen zijn immers agressiever dan gemengd afvalwater of regenwater, alhoewelmeerdere parameters bepalen in welke mate de riolen op een welbepaalde locatie gevoelig zijnvoor dergelijke aantasting.

Verder kan ook de afwaartse randvoorwaarde een belangrijke invloed hebben.Indien bijvoorbeeld een gravitair DWA-riool in een pompput terecht komt, bepalende aanslagpeilen van de pomp(en) in welke mate er opstuwing wordt gecreëerd in deDWA-riolen. Dit heeft een bijkomende invloed op de capaciteit van de leidingen en deschuifspanningen die erin zullen optreden. In principe zou de helling van de piëzometrische lijngelijk moeten zijn aan de minimale helling om de gewenste schuifspanningen te bekomen.Aangezien bij DWA-riolen in vlakke gebieden de hellingen van de rioolbuizen meestal gelijk zijnaan de minimale hellingen, betekent dit dat de afwaartse randvoorwaarde voor een riool opwaartsvan de pompput geen opstuwing mag veroorzaken, tenminste gedurende een significant gedeeltevan de tijd.

Om de problemen van sedimentatie in DWA-riolen tegen te gaan kunnen er drie ontwerppistesworden gevolgd :S DWA-riolen met een beperkte regenwatertoevoer als spoeldebietS Opwaartse voorbezinkputten per woningS Drukriolering


Ondanks alle voorzorgen met betrekking tot het ontwerp, blijven DWA-systemen gevoelig voordichtslibbing en verstopping. Daarom is er regelmatig toezicht en onderhoud nodig.De aandacht hiervoor start reeds in de ontwerpfase. Daarom moet een onderhoudsplanintegraal deel uit maken van het ontwerp van een DWA-systeem. Dit omvat een inschattingvan de kritieke punten van het systeem en van de aard en de frequentie van de kritiekesituaties, een planning voor het toezicht op de goede werking van het systeem en een actieplanvoor probleemsituaties. Ook de controle op de aansluitingen (enkel DWA, geen regenwateren dergelijke) maken integraal deel uit van het project.


3.3 DWA-riolen met beperkte regenwatertoevoer als spoeldebiet

3.3.1 Opwaarts aansluiten van beperkte verharde oppervlakte

Om het zelfreinigend vermogen van DWA-riolen te vergroten, zou men eraan kunnen denken omin de opwaartse uiteinden een beperkte hoeveelheid regenwater in het DWA-systeem toe te latenom een regelmatige spoeling te bekomen. De vraag die zich daarbij stelt is : hoeveel (minimaalen maximaal) regenwater moet/mag er worden toegelaten en hoe frequent ? Dergelijkespoelinlaten moeten voorzien zijn van een reukslot.

A. Invloed van de buisdiameter

Indien men bij een DWA-riool een minimale diameter aanneemt van 150 mm met een minimalehelling van 5,4 ‰, dan heeft deze leiding een afvoercapaciteit van 11,1 l/s. We bekomen daneenzelfde schuifspanning van 2 N/m2 bij een halfgevulde leiding als bij een vollopende leiding(figuur 60). Daarom wordt het spoeldebiet best ongeveer gelijk genomen aan het debiet in eenhalfgevulde leiding om het risico van overbelasting zoveel mogelijk te vermijden. Voor eenleiding met een diameter van 150 mm is dit dan 5,5 l/s. De maximale capaciteit van een diameter100 mm bij de minimale helling van 8,2 ‰ is 4,6 l/s. Een leiding met diameter van 100 mm zoudus gebruikt kunnen worden om een beperkte hoeveelheid regenwater in het DWA-systeem inte brengen (tenminste indien er geen te groot verhang over deze leiding is). Ook andereregelconstructies kunnen hiervoor aangewend worden. Om een spoeldebiet van 5 l/s te bekomenmet een frequentie van minstens 1 keer per jaar moet men minimaal 220 m2 (0,022 ha) verhardeoppervlakte aansluiten per spoelinlaat (bij een inlooptijd van 5 minuten). Dit is al een vrij grotehoeveelheid verharde oppervlakte. Daarenboven is de frequentie van de optimale spoeling nogslechts 1 keer per jaar indien deze aangesloten verharde oppervlakte wordt gerealiseerd. Bij eengrotere gewenste frequentie zijn nog grotere oppervlaktes nodig. Bovendien moet het resterenderegenwater kunnen worden afgevoerd zonder het spoeldebiet te beïnvloeden.

Bij een vertakt systeem dient men omwille van de maximale capaciteit van de leidingen ervoorte zorgen dat na elke samenvoeging van leidingen er opwaarts niet meer spoelinlaten zijnvoorzien dan de afwaartse leiding aan spoelwater aan kan. Om afwaarts van een samenvoegingvan twee leidingen met diameter 150 mm nog een diameter 150 mm te kunnen gebruiken moethet spoeldebiet per leiding iets kleiner zijn dan de helft van het maximaal debiet van deze leiding.In figuur 74 wordt het maximaal aantal spoelinlaten weergegeven in functie van de buisdiameterbij een maximaal spoeldebiet van 5 l/s in functie van het resterende DWA die kan wordenafgevoerd (weergegeven in aantal IE dat kan worden aangesloten of in piek-DWA-debiet metpiekfactor = 3,4).


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

max. # RWA lozingen

# IE

0.0

5.9

11.8

17.7

23.6

29.5

35.4

41.3

47.2

53.1

59.0

piek

DW

A d

ebie

t (l/s

)

150200250300350400

diameter (mm) :

Figuur 74 : Maximaal aantal opwaartse inlaten van RWA spoeldebietin functie van de buisdiameter (piek-DWA = 2 DWA14).

Uit figuur 74 blijkt dat vanaf 3 opwaartse spoelinlaten reeds moet worden overgeschakeld naareen diameter 200 mm en vanaf 5 opwaartse spoelinlaten naar een diameter 250 mm. Er blijkt dusdat vooral het aantal spoelinlaten de dimensionering zal bepalen en dat men in een vertaktrioolnetwerk vrij snel aan vrij grote leidingen komt ook al is er maar een klein DWA-debietaangesloten. Dit leidt vrij snel tot een netwerk waarin de verhouding RWA over DWA vrij sterkkan oplopen tot waarden die zelfs groter zijn dan wat men voor een gemengd riool aan doorvoernaar een RWZI toelaat. De leidingdiameters zijn wel kleiner dan bij een gemengd riool, omdatmen slechts een beperkte hoeveelheid regenwater toelaat en ook de verdunningsgraad zal kleinerzijn dan bij een gemengd riool, maar de debieten zullen groter zijn dan de verwerkingscapaciteitvan de RWZI of doorvoerpompen. Er is dus een tijdelijke buffering en/of een noodoverlaatnodig. Dit neigt zeer sterk naar een verbeterd gescheiden rioolstelsel.Eventuele overstortingen vanuit een dergelijk DWA-systeem met spoeling kunnen nog vrijgeconcentreerd zijn in vergelijking met gemengde systemen, waardoor ze een grote belasting vanhet oppervlaktewater betekenen. Hiervoor zullen dus strengere regels moeten worden opgelegddan voor overlaten van gemengde riolen. In de huidige maatschappelijke context lijkt hetaangewezen om dergelijke noodoverlaten naar het oppervlaktewater niet toe te laten, maar enkeleen noodlozing open te laten naar een buffervoorziening (welke achteraf wordt geledigd) of eengemengd riool.


aan te sluiten aantal IE maximaal aantal spoelinlaten

< 288 0

288 # # IE < 576 1

576 # # IE < 864 2

864 # # IE < 1152 3

1152 # # IE < 1440 4

1440 # # IE < 1728 5

1728 # # IE < 2016 6

2016 # # IE < 2304 7

2304 # # IE < 2592 8

2592 # # IE < 2880 9

2880 # # IE < 3168 10

Tabel 21 : Maximaal aantal toegelaten opwaartse spoelinlatenin functie van het aan te sluiten aantal IE.

B. Invloed van het aantal aangesloten IE

Om noodoverstortingen te vermijden, dient men het maximaal aantal spoelinlaten niet enkel tebeperken in termen van afvoercapaciteit, maar ook in termen van aangesloten afvalwater (dit isin functie van het aantal IE). Tabel 21 geeft het maximaal aantal toegelaten opwaartsespoelinlaten in functie van het aan te sluiten aantal IE om te komen tot eenzelfde verhoudingRWA/DWA als bij gemengde riolen wordt toegelaten tot de RWZI (6 keer piek-DWA metpiekfactor 1,7 [VMM, 1996a]). Dit zijn vrij grote aantallen die in de praktijk moeilijk teverwezenlijken zijn of met andere woorden : het aantal spoelinlaten dat op deze manier kanworden voorzien is zeer beperkt.


0.0%

0.1%

0.2%

0.3%

0.4%

0.5%

0.6%

0.7%

0.8%

0.9%

1.0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11spoeldebiet (l/s)

min

imal

e he

lling

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

vullin

gsgr

aad

of s

nelh

eid

(m/s

)

hellingvullingsgraadsnelheid

Figuur 75 : Combinaties van minimale helling en spoeldebiet (vullingsgraad) die tot eenminimale schuifspanning van 2 N/m2 leiden voor een leiding met diameter 150 mm.

3.3.2 Intermitterende spoeling

Het probleem van overbelasting van het DWA-rioolstelsel zou men kunnen minimaliseren meteen systeem van afwisselend spoelen door ter hoogte van de spoelinlaten kleine reservoirs tevoorzien die langzaam gevuld worden met regenwater en een plots spoeldebiet loslaten wanneerze vol zijn (bijvoorbeeld via een sifon of met een pomp). Men creëert dan op iets grotere schaalwat er in een huisaansluiting op kleine schaal gebeurt. Op deze manier worden de leidingen nietallemaal gelijktijdig gespoeld en moeten de afwaartse leidingen niet zo groot wordengedimensioneerd. Hiertoe volstaat bovendien een veel kleinere aangesloten verharde oppervlakteom vrij frequent het nodige spoeldebiet te bekomen. Deze spoeling zou in principe ook metafvalwater kunnen gebeuren, maar dan is er meer risico op verstoppingsgevaar in despoelreservoirs.De spoeltijd moet kort zijn (1 tot hoogstens enkele minuten) om de kans op grote debietenvanwege meerdere gelijktijdig werkende spoelinlaten te beperken en te grote spoelvolumes tevermijden. Het spoeldebiet wordt best gelijk genomen aan de helft van de capaciteit van de tespoelen leiding. Indien een dergelijk spoeldebiet ongeveer 1 keer per dag kan wordengegenereerd in alle leidingen, kan men de nodige hellingen beperken (d.w.z. hellingen bij 50 %vullingsgraad (zie tabel 17)). Indien meer spoelwater beschikbaar is kan men het spoeldebietmaximaal gelijk nemen aan de capaciteit van de leiding. Men bekomt dan een vullingsgraad vanongeveer 82 %, waarbij de maximale schuifspanning zich voordoet. In figuur 75 wordt hetverband aangegeven tussen nodige minimale helling en gecreëerde spoeldebiet om een minimaleschuifspanning van 2 N/m2 te bekomen.


Indien men enkel gebruik maakt van regen als bron voor het spoelwater, zal men niet in staat zijnom een dergelijke spoeling dagelijks te verwezenlijken. Er is slechts een beperkt aantal dagenper jaar een voldoende grote neerslag om een dergelijke spoeling mogelijk te maken. Bij eenopvangoppervlakte van 100 m2 is er gemiddeld slechts 1 keer per week een voldoende grootdagelijks neerslagvolume om een spoeldebiet van 5 l/s gedurende 1 minuut te garanderen [Vaes& Berlamont, 1998d]. Het voorzien van een buffertank kan deze frequentie wat verhogen, maarook dan zal men gemiddeld enkele dagen per week niet kunnen spoelen. De frequentie kanverder opgedreven worden door ook de opvangoppervlakte te vergroten, maar dat geeft dan weermeer kans op overbelasting van het afwaarts DWA-rioolstelsel door een grotere kans opgelijktijdige spoeling afwaarts van de samenkomende leidingen.Tenzij men een verhang kan creëren dat groter is dan de helling van de te spoelen leiding(DWA-riool lokaal onder druk) heeft deze spoeling enkel effect bij riolen met een vullingsgraaddie te beperkt is omwille van een lage hydraulische belasting. Het kan dan geenszins eenvervanging betekenen van de vereisten voor de minimale helling bij leidingen die regelmatigvoldoende gevuld geraken. Indien men wel een dergelijk groter verhang kan creëren, kan er ookmet lagere hellingen voor de DWA-riolen worden ontworpen (figuur 75 geeft dan de relatietussen verhang en spoeldebiet), maar dan moet men nagaan wat het effect is van het lokaal onderdruk komen van het riool. Dit mag niet tot wateroverlast leiden. Verder onderzoek naardergelijke intermitterende spoelsystemen is nodig om het dynamisch gedrag van het spoelen ende kans op overbelasting te bestuderen.

3.3.3 Besluit DWA-riolen met beperkte regenwatertoevoer als spoeldebiet

Er kan dus geconcludeerd worden dat de combinatie van DWA-riolen met opwaartseregenwatertoevoer moeilijk onder controle te houden is. De eisen voor de spoeldebieten liggenbinnen vrij strikte grenzen. Dit soort rioolsystemen neigt dan naar een (gedeeltelijk) verbeterdgescheiden rioolstelsel. Een blijvend probleem is de grote diepteligging ten gevolge van de grotenodige hellingen. Omwille van het gevaar voor overbelasting wordt in de Nederlandse richtlijnafgeraden om opwaarts in een DWA-systeem een straatkolk of dakgoot aan te sluiten [Rioned,2002a].

De mogelijkheid tot spoelen van DWA-leidingen door opwaarts enkele regenwaterinlaten tevoorzien is beperkt, omdat voldoende grote spoeldebieten slechts met een lage frequentie of eengrote aangesloten verharde oppervlakte zijn te bekomen. Bovendien mogen deze spoeldebietenafwaarts geen capaciteitsproblemen opleveren. Een te groot spoeldebiet na de samenloop vanleidingen kan worden opgevangen door een tijdelijk spoeldebiet te genereren ofwel via een pompdie af en toe een korte tijd aanslaat ofwel via een reservoir dat plots leegloopt bijvoorbeeld viaeen sifon.

Algemeen kan dus worden besloten dat het systematisch en dagelijks toepassen van spoeling metregenwater niet of beperkt toepasbaar is. Het wordt daarom bij voorkeur ook enkel aangewendals extra onderhoud, bijvoorbeeld op plaatsen die gevoelig zijn voor slibafzettingen, of om hetonderhoud van niet-zelfreinigende riolen te minimaliseren.


Figuur 76 : Schematische

voorstelling vaneen voorbezinkput

[VMM, 2000].

3.4 Gravitaire DWA-riolen met voorbezinkputten

3.4.1 Dimensionering voorbezinkput

Eén van de mogelijkheden om te verhinderen dat er bezinking optreedt in de riolen is hetvoorzien van een voorbezinkput waarin de deeltjes kunnen bezinken die anders in het rioolzouden bezinken. In figuur 76 wordt een schematische voorstelling gegeven van eenvoorbezinkput. Indien het louter om bezinking gaat kan al het afvalwater (zwart afvalwater (WC)en grijs afvalwater (bad, keuken, enz....)) in dezelfde put terecht komen. Indien men dit wilcombineren met een gisting van het zwart afvalwater, dient men 2 compartimenten te voorzien.In het eerste compartiment komt dan het zwart afvalwater toe met een doorvoer naar het tweedecompartiment, waarin het grijs water toekomt. In dat geval spreekt men van een septische put(figuur 77). Een voorbezinkput dient regelmatig (ongeveer jaarlijks) geruimd te worden, terwijleen septische put bij een goede gistingswerking verscheidene jaren zonder ruiming kan. Bij eenseptische put dient bovendien bij de ruiming a van het slib in de put achter te blijven om degisting zonder onderbreking te kunnen laten verder gaan. Indien de voorbezinkput of septischeput meer dan 10 m van de woning gelegen is, is het aan te raden om een vetafscheider (figuur 78)te plaatsen op de afvoerleiding van keukenafvalwater en dit zo ver mogelijk opwaarts (zo dichtmogelijk bij de bron). Voor restaurants en grote keukens is een vetafscheider altijd nodig.Er is een regelmatige controle nodig en vet en olie moeten verwijderd worden telkens de drijflaageen bepaalde dikte heeft bereikt.



voorstelling vaneen septische put

[VMM, 2000].


voorstelling vaneen vetafscheider

[VMM, 2000].

De grootte van de voorbezinkput moet van die aard zijn dat deze deeltjes bezinken die anders inhet riool zouden bezinken. Voor het geval van een septische put, waarbij het zwart afvalwaterin een eerste compartiment toekomt en het grijs afvalwater in het tweede compartiment, geldtdeze grootte voor het tweede gedeelte, aangezien ook de deeltjes uit het grijs afvalwater moetenworden weerhouden. Indien we bijvoorbeeld de grens voor de schuifspanning in het riool van2 N/m2 verlagen naar 1 N/m2 dienen alle deeltjes die niet uitschuren bij een schuifspanning van1 N/m2 te worden weerhouden. In figuur 79 wordt weergegeven welke deeltjes (diameter endichtheid) niet uitschuren bij een schuifspanning van 1 N/m2. Dit geldt echter voorniet-cohesieve deeltjes, terwijl in huishoudelijk afvalwater heel wat cohesieve deeltjes zitten.Hierdoor worden de nodige schuifspanningen veel groter om bezonken materiaal terug uit teschuren (dit blijkt bijvoorbeeld uit het empirische diagram van Hjulström (figuur 80) [Berlamont,1997]). Het is dan ook nodig om voor zeer kleine deeltjes (< 0,1 mm) wat meer reserve tenemen. Bovendien zal omwille van afrondingen naar een commerciële maat niet in elk riool deontwerpschuifspanning gehaald worden (zie paragraaf 3.4.2). De bezinking wordt vooral bepaalddoor de oppervlaktebelasting (debiet gedeeld door horizontale oppervlakte). Deeltjes bezinkenindien hun bezinkingssnelheid groter is dan de oppervlaktebelasting. Er zal geen ideale stromingin put heersen, waardoor de efficiëntie van de bezinking vermindert. Hiertoe kan de horizontaleoppervlakte worden vermeerderd met de grootte van de dode zones rond de in- en uitlaat, zodatde effectieve horizontale oppervlakte (effectieve oppervlaktebelasting) toch groot genoeg is.


1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

0.01 0.1 1 10 100deeltjesdiameter (mm)

deel

tjesd

ensi

teit

(kg/

m3 )

uitschuring

sedimentatiein beweging gehouden,

geen uitschuring

Figuur 79 : Diameter en dichtheid van deeltjes die respectievelijk worden uitgeschuurd,in suspensie worden gehouden en bezinken bij een schuifspanning van 1 N/m2

(volgens Camp [Berlamont, 1997]).

Figuur 80 : Empirische diagram van Hjulström m.b.t. sedimentatie en erosie van deeltjes[Berlamont, 1997].


Deze overwegingen leiden tot een minimale putoppervlakte van 0,8 m2 (put met diameter 1 m;0,15 m2/IE indien meer dan 5 IE) en een minimaal nuttig volume van 1500 l (300 l/IE indienmeer dan 5 IE). Dit leidt tot een effectieve oppervlaktebelasting van ongeveer 0,2 m/h.Het minimale putvolume is ook nodig om voldoende capaciteit te hebben om het sediment testockeren. Bij een septische put waarbij het zwart water in een eerste compartiment toekomt enhet grijs water in een tweede, dient aan deze voorwaarden voldaan te worden voor het tweedecompartiment.


diameter (mm) minimale hellingbij 1 IE

minimale hellingbij 50 % vulling

100 4,3 ‰ 4,1 ‰

150 4,5 ‰ 2,7 ‰

200 4,8 ‰ 2,0 ‰

250 5,1 ‰ 1,6 ‰

300 5,3 ‰ 1,4 ‰

350 5,5 ‰ 1,2 ‰

400 5,7 ‰ 1,0 ‰

Tabel 22 : Uiterste grenzen voor de minimale hellingen voor DWA-riolen enhuisaansluitingen na een voorbezinkput om een schuifspanning van 1 N/m2 te bekomen.

3.4.2 Invloed op dimensionering DWA-riolen

Om de sedimentatie in het riool te voorkomen of uitschuring van bezonken materiaalte maximaliseren, werd een minimale schuifspanning van 2 N/m2 vooropgesteld bijgravitaire zuivere DWA-riolen. Dit schuifspanningscriterium kan worden gerelaxeerd totbijvoorbeeld 1 N/m2, indien een voorbezinkput wordt ingebouwd bij elke huisaansluiting.In de Verenigde Staten hanteert men een minimale snelheid van 0,3 tot 0,45 m/s indien men eenvoorbezinkput installeert [EPA, 1991], wat overeenkomt met schuifspanningen van 0,5 tot1,2 N/m2. Deze voorbezinkput moet dan wel aan de minimale vereisten voldoen(zie paragraaf 3.4.1). Dit heeft tot gevolg dat de minimale hellingen van de riolen ook kleinerworden (tabel 22). Op deze manier worden de hellingen ook kleiner dan de hellingen waarbijsuperkritische stroming optreedt (tabel 19). Omwille van afrondingen naar een commercieelbeschikbare maat, zullen de maximale schuifspanningen vaak wel nog lager zijn dan hetaangenomen schuifspanningscriterium. In de figuren 81 en 82 wordt weergegeven welkpercentage van de tijd een bepaalde waarde van de schuifspanning wordt overschreden voorleidingen met een diameter van 150 en 200 mm (bij de minimale helling bij 50 % vulling, bij eenpiekfactor gelijk aan 1,7 en voor uurlijkse waarden). Indien er overal een voorbezinkput isgeïnstalleerd, daalt het risico op verstopping van de kleine leidingen en is een minimale diametervan 150 mm aan te raden. Wanneer een voorbezinkput wordt geïnstalleerd volgens de minimalevereisten uit paragraaf 3.4.1 zullen de meeste niet-cohesieve deeltjes tegengehouden wordenwelke uitgeschuurd worden bij een schuifspanning vanaf ongeveer 0,2 N/m2.


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%


schu

ifspa

nnin

g (N

/m2 )

30 IE110 IE400 IE800 IE1340 IE

D = 150 mm


en met een variërende belasting.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%


schu

ifspa

nnin

g (N

/m2 )

60 IE200 IE700 IE1500 IE2500 IE

D = 200 mm


en met een variërende belasting.


0.00%

0.05%

0.10%

0.15%

0.20%

0.25%

0.30%

0.35%

0.40%

0.45%

0.50%

0.55%

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600

IE

min

imal

e he

lling

D = 250 mm

D = 200 mm

D = 150 mm

Figuur 83 : Minimale helling bij vullingsgraad < 50 % om een schuifspanning van 1 N/m2


De minimale hellingen moeten zodanig gekozen worden dat er altijd gedurende een significantgedeelte van de tijd uitschuring kan optreden van niet-cohesieve deeltjes. Bij het gebruik van eenschuifspanningscriterium van 1 N/m2 is er nog een voldoende veiligheidsmarge om dit terealiseren (d.w.z. een overschrijding van 0,2 N/m2), tenminste indien de vullingsgraad voldoendegroot is (figuren 81 en 82). Voor cohesieve deeltjes kunnen bij benadering dezelfde voorwaardenworden gehanteerd met betrekking tot de minimale schuifspanning indien het slib niet de kanskrijgt te consolideren.Indien er dus een dagelijkse cyclus is waarbij deze minimale schuifspanning gedurende eenvoldoende tijd wordt bereikt, zal hieraan voldaan zijn. Bij de minimale diameter van 150 mm,klopt dit volgens de theoretische vergelijking niet meer voor lage aansluitingsgraden (< 50 tot100 IE). Bij een klein aantal aangesloten IE op een leiding, zal het ogenblikkelijke debiet echterhoger zijn omwille van de kortstondige lozingen. Immers een toilet doorspoelen geeft eenpiekdebiet van ongeveer 1,5 l/s (equivalent van 575 IE) en een bad een piekdebiet van ongeveer1 l/s (equivalent van 385 IE). Dit debiet wordt nog wel afgevlakt doorheen het systeem, maargarandeert toch dat de minimale schuifspanningen ook bij lage aansluitingsgraad gegarandeerdzijn. Dit betekent dat bij een minimale helling die bij 50 % vullingsgraad een schuifspanning van1 N/m2 geeft, de schuifspanningen normaal gezien altijd boven de 0,2 N/m2 liggen. Toch is hetveiliger om de minimale helling zodanig te kiezen dat men ook bij lage belasting eenschuifspanning van 1 N/m2 bekomt. De nodige hellingen hiervoor worden weergegeven intabel 23 en figuur 83.


diameter 150 mm diameter 200 mm diameter 250 mm

aantal IE minimalehelling aantal IE minimale

helling aantal IE minimalehelling

1 4,5 ‰ 1 4,8 ‰ 1 5,1 ‰10 4,5 ‰ 10 4,7 ‰ 10 5,0 ‰20 4,4 ‰ 20 4,7 ‰ 20 4,9 ‰40 4,3 ‰ 40 4,6 ‰ 40 4,8 ‰80 4,2 ‰ 80 4,4 ‰ 80 4,7 ‰100 4,1 ‰ 100 4,3 ‰ 100 4,6 ‰150 3,9 ‰ 150 4,1 ‰ 150 4,4 ‰200 3,8 ‰ 200 4,0 ‰ 200 4,2 ‰250 3,6 ‰ 250 3,8 ‰ 250 4,0 ‰300 3,5 ‰ 300 3,7 ‰ 300 3,9 ‰400 3,3 ‰ 400 3,5 ‰ 400 3,6 ‰500 3,1 ‰ 500 3,3 ‰ 500 3,4 ‰600 3,0 ‰ 600 3,1 ‰ 600 3,2 ‰700 2,9 ‰ 700 3,0 ‰ 700 3,1 ‰800 2,8 ‰ 800 2,8 ‰ 800 3,0 ‰838 2,7 ‰ 900 2,7 ‰ 900 2,8 ‰

1000 2,6 ‰ 1000 2,7 ‰1200 2,5 ‰ 1200 2,5 ‰1400 2,3 ‰ 1400 2,4 ‰1600 2,2 ‰ 1600 2,3 ‰1800 2,1 ‰ 1800 2,2 ‰2002 2,0 ‰ 2000 2,1 ‰

2500 1,9 ‰3000 1,8 ‰3562 1,6 ‰

Tabel 23 : Minimale helling bij vullingsgraad < 50 % om een schuifspanning van 1 N/m2



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%


schu

ifspa

nnin

g (N

/m2 )

15 IE45 IE120 IE300 IE560 IE

D = 100 mm


en voor een variatie aan de belasting ervan.

Om de risico’s van gebrek aan zelfreinigend vermogen nog verder te beperken, zou men eraankunnen denken om de minimale diameter verder te verlagen tot 100 mm onder striktevoorwaarden van de detaillering van de voorbezinkputten en aansluitingen met betrekking totverstoppingsgevaar. Het effect op minimale schuifspanning bij een diameter van 100 mm isweergegeven in figuur 84 (bij een piekfactor gelijk aan 1,7). Een diameter kleiner dan 150 mmis echter weinig zinvol, omdat een individuele lozing van een toilet al een equivalent van enkelehonderden IE heeft (figuur 84 houdt enkel rekening met de uurlijkse waarden en niet met dezeplotse lozingen).


diepte afwaarts(m)

lengte langstetraject L (m)

aantal woningen

aantal IE

dichte bebouwing

2 234 78 1953 496 198 4964 782 313 782

villawijk

2 228 37 933 468 94 2344 722 144 361

verspreidebebouwing

2 224 15 363 454 36 914 686 55 137

Tabel 24 : Relatie tussen lengte van het langste traject en diepteligging in functie vanhet type bebouwing met vermelding van overeenkomstig aantal woningen en IE

(hellingen overeenkomstig met figuur 83).

3.4.3 Voorbeeld

Dit voorbeeld illustreert het effect van de minimale hellingen, die nodig zijn om de minimaleschuifspanning van 1 N/m2 te halen, op de diepteligging van de riolen.Hierbij wordt uitgegaan van 3 types bebouwing met de volgende karakteristieken :S dichte bebouwing : 50 woningen/ha, perceelbreedte 10 m, perceeldiepte 20 mS villa wijk : 10 woningen/ha, perceelbreedte 20 m, perceeldiepte 50 mS verspreide bebouwing : 4 woningen/ha, perceelbreedte 50 m, perceeldiepte 50 mEen perceelbreedte van 10 m betekent dat er om de 10 m aan beide zijden een huisaansluiting is.Het langste rioleringstraject bepaalt de diepteligging. De onderstaande relatie tussen de lengteL van het langste traject en gebiedsgrootte A in functie van de perceeldiepte D (inclusief halvestraatbreedte) is gebruikt :

A = L × 2 D × fDe factor f geeft de vertakkingsgraad aan en is gedefinieerd als totale lengte riolering gedeelddoor de lengte van het langste traject (dit is een zeer ruwe benadering) :S L < 100 m : f = 1S 100 < L < 300 : f lineair variërend tussen 1 en 2S L > 300 : f = 2In tabel 24 staat aangegeven welke trajectlengte kan worden aangelegd voor een gegevendiepteligging in het afwaartse uiteinde van het traject. Er wordt gestart met een opwaartsediepteligging van 1 m. Ook het bijbehorend aantal woningen en IE (2,5 IE/woning) zijnaangegeven. De hellingen zijn genomen overeenkomstig figuur 83. Uit tabel 24 blijkt dat derelatie tussen lengte van het langste traject en de diepteligging iets meer variabel is met het typebebouwing dan voor het geval zonder voorbezinking (zie paragraaf 3.2.8). Gezien deverschillende aannames geeft tabel 24 enkel zeer benaderende indicatieve resultaten en dit vooreen vlak terrein.


3.4.4 Besluit DWA-riolen met voorbezinkputten

Uit de analyse van de nodige minimale hellingen blijkt dat het erg voordelig is omvoorbezinkputten te installeren. Hierdoor dalen de nodige hellingen drastisch en vergroot delengte (van het DWA-riool) welke nog praktisch en economisch realiseerbaar is. Hierbij moetwel worden beklemtoond dat het nodig is om op alle opwaartse huisaansluitingen eenvoorbezinkput te installeren om de kleinere hellingen te kunnen hanteren.


3.5 Drukriolering

3.5.1 Inleiding

Door het vlakke karakter van Vlaanderen is het niet overal mogelijk om afvalwater onder vrijverval af te voeren. In vele gevallen zou dit immers leiden tot economisch onverantwoordeuitgravingsdieptes. In dergelijke gevallen, vooral in landelijke gebieden met een verspreidebebouwing, kan een drukriolering een oplossing bieden. Het kan hierbij zowel om een onderdruk-als om een overdruksysteem gaan. Voor beide systemen wordt het afvalwater voor iedere woning,of voor een klein aantal woningen samen, verzameld in een bufferput. Voor een onderdrukriool,ook wel vacuümriool genoemd, wordt afwaarts in het stelsel door middel van een vacuümpompstation een onderdruk gecreëerd, waardoor het afvalwater uit de verschillende bufferputtenvia een verzamelleiding naar afwaarts wordt ‘gezogen’. Bij een overdruksysteem wordt in elkebufferput een pomp geplaatst die ervoor zorgt dat, wanneer er voldoende afvalwater in debufferput verzameld is, dit afvalwater via de verzamelleiding naar afwaarts wordt verpompt.Beide systemen maken gebruik van leidingen in kunststof en met kleine diameter, waardoor erin aanlegkosten bespaard kan worden. Daarenboven zijn de uitgravingsdieptes kleiner, aangezienbij de aanleg het terreinprofiel in grote mate kan gevolgd worden.Vacuümriolen hebben het voordeel dat ze bij eventuele lekkage, geen verontreiniging van deondergrond veroorzaken. De gevolgen van een lek zijn echter veel meer nefast dan bij eenoverdrukriool. Een storing in het systeem betekent immers dat het volledige rioolstelsel buitenwerking is, terwijl bij een overdrukriool een storing meestal betekent dat het probleem beperktblijft tot één of enkele woningen. Omwille van de grotere bedrijfszekerheid wordenoverdrukriolen veel frequenter toegepast dan onderdrukriolen en om die reden wordt in dezestudie enkel het overdruksysteem in detail bestudeerd en in het verder verloop van deze tekstkortweg 'drukriolering' genoemd.De hierna volgende dimensioneringsregels en aandachtspunten zijn conform aan de EuropeseNorm EN 1671 [BIN, 1997b], welke de belangrijkste principes bij drukrioleringen weergeeft.


Figuur 85 : Schematischevoorstelling van een pompput :1 = huisaansluiting, 2 = pomp,

3 = doorvoerleiding.

3.5.2 Belangrijkste componenten van een drukrioolsysteem

A. Pompput

Bij een drukrioolsysteem worden één of meerdere percelen aangesloten op een pompput, vanwaaruit het verzamelde afvalwater wordt verpompt naar het drukriool. In figuur 85 worden debelangrijkste onderdelen van dergelijke pompput weergegeven.

Het afvalwater komt via de huisaansluiting (1) in de pompput terecht. Zodra het niveau hstartwordt bereikt, treedt de pomp (2) in werking en verpompt het water via de doorvoerleiding (3)naar het drukriool. Van zodra het waterpeil gezakt is tot hstop valt de pomp opnieuw stil.Wanneer de pomp defect is, zal een alarmsignaal gegeven worden wanneer het niveau halarmbereikt wordt. Boven dit niveau is nog een alarmvolume voorzien om nog een zekere hoeveelheidafvalwater te stockeren totdat de pomp weer hersteld is. De pompput zelf wordt door verscheidene firma’s geprefabriceerd aangeboden. De putten bestaanzowel in cilindrische vorm, met diameter variërend van 60 tot 120 cm, als met vierkantgrondplan, waarbij de zijde varieert tussen 60 cm en 1 m. Gecombineerd met een totale hoogtevan 1 tot 2 m, betekent dit dat de inhoud van dergelijke putten kan variëren van ongeveer400 liter tot meer dan 2000 liter. Ze worden vervaardigd in gewapend beton, kunststof(polyethyleen, glasvezel…) of staal (RVS, gecoat plaatstaal).


2

38

08,10

⋅

⋅⋅=

D

QnS fπ

(23)

B. Huisaansluiting

Het huishoudelijk afvalwater wordt gravitair naar de pompput afgevoerd. Om verstopping tevermijden, dient deze leiding steeds met een helling van minstens 10 ‰ aangelegd te worden(zie tabel 17). Bij voorkeur wordt de pompput zo dicht mogelijk bij de aangesloten woning(en)geplaatst om zodoende het risico op infiltratie tot een minimum te beperken. Er moet in iedergeval gezorgd worden dat de leiding(en) en de bijbehorende koppelingen naar de pompputwaterdicht zijn. Infiltratie kan immers nefast zijn voor een goede werking van het pompgemaal.Verkeerde aansluitingen (bijvoorbeeld dakafvoer) brengen deze goede werking zeker in hetgedrang en moeten ten alle prijze vermeden worden.

C. Pomp

Om ervoor te zorgen dat de vaste deeltjes meegevoerd worden naar het drukriool, worden meestalcentrifugaalpompen gebruikt. Twee types kunnen worden onderscheiden. Ten eerste kan er eenpomp gebruikt worden, die de vaste bestanddelen herleidt tot deeltjes met beperkte afmetingen.Naargelang het principe dat wordt toegepast spreekt men van een versnijdende of een vermalendepomp. Dergelijke pomp haalt meestal een opvoerhoogte van 20 tot 30 m. Anderzijds kan er ookeen pomp gebruikt worden met grote vrije doorlaatopening die in staat is om de vastebestanddelen ineens te verpompen naar de drukleiding. Dit type van pomp levert meestal eenkleinere opvoerhoogte (10 tot 20 m).Het gebruik van een versnijdende of vermalende pomp verdient de voorkeur, vermits de vastebestanddelen die in het drukriool terechtkomen, kleinere afmetingen hebben en er bijgevolgminder risico op verstopping zal zijn. In de VS is het om die reden verplicht om versnijdende ofvermalende pompen te gebruiken, tenzij de pompput wordt aangesloten op een voorbezinkput[EPA, 1991].

D. Doorvoerleiding

In de doorvoerleiding worden de debieten van de individuele pompputten doorgepompt naar hetpersriool. Deze leidingen worden meestal uitgevoerd in kunststof (HDPE of PVC), waarbij PEhet voordeel heeft dat er minder verbindingen moeten worden voorzien. Omwille van de kleinedebieten volstaan hier leidingen met een kleine diameter. Hoe kleiner de diameter echter wordt,hoe groter de wrijvingsverliezen in deze leiding worden.In figuur 86 worden deze wrijvingsverliezen voorgesteld in functie van de diameter van deleiding. Deze energieverliezen werden berekend met de formule van Manning met alsManningcoëfficiënt n = 0,01 s/m1/3 (equivalente ruwheid volgens White-Colebrook ks = 0,3 mmbij kleine diameters) [Berlamont, 1997] :

waarbij: Sf = energieverlies per eenheidslengteQ = debiet [m3/s]D = leidingdiameter [m]


0.001

0.01

0.1

1

10

0 20 40 60 80 100 120

diameter [mm]

ener

giev

erlie

s S

f [-]

Q = 2 l/sn = 0,01 s/m1/3

Figuur 86 : Ladingsverliezen in functie van de diameter van de doorvoerleiding.

Wanneer een leiding met een diameter van 32 mm wordt gebruikt, dient er bij een debiet van 2 l/seen energieverlies van 1 mwk (meter water kolom) overwonnen te worden per lopende meter vande leiding. Overgang naar een diameter van 40 mm of 45 mm doet deze verliezen dalen met eenfactor 3, respectievelijk 10 (figuur 86).Een grotere diameter heeft dan weer tot gevolg dat de gemiddelde stromingssnelheid gaatafnemen. Deze moet nochtans voldoende groot zijn, omdat er lange periodes zijn dat de pompniet werkt en er dus ook zeker bezinking zal optreden in deze leiding. De aansluiting van dedoorvoerleiding op het drukriool gebeurt best door middel van een Y-stuk (figuur 14).


toestel inhoud (l) T (s) )t (min)

badkuip 120 120 20gootsteen 30 60 10

WC 9 6 10wastafel 10 20 15

bidet 10 20 15

Tabel 25 : Lozingskarakteristieken van de voornaamste huishoudelijke toestellen()t = gemiddeld tijdsinterval tussen twee opeenvolgende lozingen,

T = gemiddelde lozingstijd) [Berlamont, 1997].

3.5.3 Dimensionering van de pompput

De dimensionering van de pompput en de keuze van de pomp vormen in principe een geheel.Een pompput met een groot volume kan immers een langere tijd afvalwater bufferen en bijgevolgis er dus een minder zware pomp vereist. Anderzijds is er bij een pomp die een groot debiet kanverpompen slechts een klein buffervolume nodig, vermits een dergelijke pomp groteogenblikkelijk binnenkomende debieten kan verwerken.

A. Het ontwerpdebiet

Voor de dimensionering van de pompput moet rekening gehouden worden met ogenblikkelijkepieklozingen en kan dus niet gerekend worden met een gemiddelde dagelijkse lozing perinwoner. Om deze maximale ogenblikkelijke debieten te schatten, werd gebruik gemaakt vantypische lozingskarakteristieken van de belangrijkste huishoudtoestellen (tabel 25) [Berlamont,1997] (zie ook bijlage A).

Wanneer men deze toestellen een aantal keer na mekaar laat leeglopen, bekomt men hetcumulatief afgevoerde volume van figuur 87. De curve kan benaderd worden door een bilineairverband. Het eerste gedeelte, gaande van 0 tot 2 minuten, waarin een volume van 180 l kangeloosd worden (gemiddeld lozingsdebiet = 1,5 l/s), voornamelijk veroorzaakt door het leeglopenvan een badkuip. Vanaf 2 minuten wordt het geloosde debiet veel lager en gelijk aan 0,17 l/s.


0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60

tijd t (min)

cum

ulat

ief v

olum

e V

(l) V = 160 + 10 . t

Figuur 87 : Maximaal verwachte hoeveelheid geloosd afvalwater in functie van de tijd t.

B. Het benodigde buffervolume

Wanneer het startpeil van de pomp wordt bereikt, gaat de pomp het afvalwater dat de pompputbinnenstroomt beginnen te verpompen naar het drukriool. Indien dit pompdebiet lager is dan hetbinnenkomend debiet, zal het niveau in de pompput verder blijven stijgen. Om te vermijden dathet alarm al te vaak onterecht aanslaat, dient er een zeker buffervolume voorzien te worden.Het buffervolume bevindt zich tussen het ‘pomp-start-niveau’ en het alarm-niveau (figuur 85).In figuur 88 wordt het verband tussen het buffervolume en het pompdebiet, nodig om net geenalarm te genereren, aangegeven. Als binnenkomend debiet wordt de bilineaire curve vanfiguur 87 aangenomen.Zolang het pompdebiet groter is dan 1,5 l/s is er geen probleem. In principe zou er dan geenbuffervolume nodig zijn. Voor een individuele pomp zal dit ontwerpdebiet vaak ook minstens1,5 l/s zijn. Anders wordt het echter wanneer er meerdere pompen tegelijk gaan draaien(zie paragraaf 3.5.6 B). In dat geval kan het verpompte debiet snel kleiner worden en kan tijdelijkwel lager zijn dan 1,5 l/s.Wanneer er meerdere huizen worden aangesloten op dezelfde pompput, kunnen de pieklozingengroter worden en is er een groter buffervolume nodig om een ongewenst alarm te vermijden.Om dit volume te schatten wordt het bilineair verband van figuur 87 beschouwd als maximaaldebiet voor 3 IE. Voor 6 IE wordt de benodigde pompcapaciteit dus dubbel zo groot bij eengelijkblijvend buffervolume. Op die manier worden de buffervolumes van figuur 89 gevondenin functie van het aantal IE en de pompcapaciteit. Een minimaal buffervolume van 10 l/IE × # IEwordt aangeraden om tijdelijk hogere piekdebieten, zoals van een toiletspoeling, op te vangen.Beneden 3 IE worden de buffervolumes niet verder verlaagd, vermits deze vooral worden bepaalddoor het leeglopen van een badkuip.


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 10 20 30 40 50 60

tijd (min)

beno

digd

pom

pdeb

iet (

l/s)

Vbuffer = 200 l

150

100

50

Vbuffer = 0

Figuur 88 : Verband tussen buffervolume en pompcapaciteit (1 woning).

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2 4 6 8 10 12

aangesloten IE

buffe

rvol

ume

(l)

Qp = 0,5 l/s

Qp > 2 l/sQp = 1,5 l/sQp = 1 l/s Qp = 2 l/s

Figuur 89 : Verband tussen buffervolume en pompcapaciteit (meervoudige aansluiting).


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10 12

aangesloten IE

wer

king

svol

ume

(l)

Qp = 3 l/s

Qp = 2,5 l/s

Qp = 2 l/s

Qp = 1,5 l/s

Qp = 1 l/s

Figuur 90 : Werkingsvolume in functie van pompcapaciteit en aantal aangesloten IE.

C. Het werkingsvolume

Het werkingsvolume is het volume tussen het aan- en het afslagpeil van de pomp. Dit is dus hetvolume dat in 1 pompcyclus naar de drukleiding wordt verpompt (met verwaarlozing van hetextra volume dat tijdens het verpompen de put instroomt). Wanneer er een aantal pompengelijktijdig in werking treden, zullen de pompdebieten verminderen of, in de limiet, kan eenpomp zelfs volledig stilvallen. Om te vermijden dat een pomp te lang moet ‘wachten’, wordt hetwerkingsvolume best niet te groot gekozen. Als maximaal werkingsvolume wordt voorgesteldom niet groter te gaan dan a van het totale dagvolume. Op die manier blijft de gemiddeldeverblijftijd in de put beperkt tot 8 uur (kan oplopen tot ongeveer 12 uur omwille van detijdsvariabele dag-nacht-cyclus). Dit beperkt het risico op geurhinder.Om de pomp niet te dikwijls te laten aan- en afslaan wordt aangeraden om dit volume minimaalgelijk te nemen aan het volume dat in 1 minuut kan verpompt worden (= Qp × 60 s), tenzij dezevoorwaarde in conflict is met het criterium voor de maximale verblijftijd (bij lageaansluitingsgraad).Met bovenstaande voorwaarden kunnen de benodigde werkingsvolumes bepaald worden infunctie van pompdebiet en aantal IE, zoals aangegeven in figuur 90.


IETValarm #24

15050 int ×

×+= (24)

0

1

2

3

4

0 12 24 36 48 60 72

tijd (uren)

piek

fact

or

0

150

300

450

600

verw

acht

lozi

ngsv

olum

e (l/

IE)

piekfactor lozingsvolume

Valarm [l] = 50 + 150 * Tint / 24

Figuur 91 : Maximale piekfactor en overeenkomstige lozingsvolumes per IEin functie van de tijd.

D. Het alarmvolume

Om de hersteldiensten de mogelijkheid te geven binnen een redelijke termijn een defecte pompte herstellen, is het aangewezen om een zeker alarmvolume te voorzien. Dit volume hangt af vande tijd waarbinnen een interventieteam ter plaatse kan zijn. Om deze volumes te begroten wordtgerekend met een constant lozingsdebiet van 150 l/IE/dag, waarop dan de piekfactoren wordentoegepast, zoals ze werden afgeleid in paragraaf 3.2.1. In figuur 91 worden zowel depiekfactoren als de cumulatieve lozingsvolumes voorgesteld in functie van de tijd. Voor eenbepaalde waarde van de interventietijd kan het benodigde alarmvolume benaderd worden dooreen lineair verband :

waarbij : Valarm = alarmvolume [l]Tint = interventietijd [uur]

Dit lineair verband heeft een waarde van 50 l wanneer de tijdsduur naar 0 gaat. Dit is vrij goedin overeenstemming met de eerder gevonden mogelijke pieklozing van 180 l in 2 minuten voor1 woning (3 IE) (figuur 87).In figuur 92 worden de benodigde alarmvolumes aangegeven in functie van de benodigdebuffertijd (d.i. de gewenste interventietijd) en het aangesloten aantal IE. De volumes voor 3 IEworden als minimaal beschouwd, aangezien deze volumes bepaald werden aan de hand vanlozingskarakteristieken van 1 woning, ook al zouden er minder dan 3 personen in wonen.


0

400

800

1200

1600

2000

2400

0 2 4 6 8 10 12

aangesloten IE op pompput

beno

digd

ala

rmvo

lum

e (l)

interventietijd = 48 u 36 u 24 u

12 u

Figuur 92 : Benodigd alarmvolume in functie van het aantal aangesloten IEen de interventietijd.

IEVVVlV alarmbufferwerkingput #210130][ ×+=++= (25)

De minimale tijd waarbinnen een herstelling kan plaatsvinden, kan op 12 uur geraamd worden.In dat geval dient er een alarmvolume van 125 l/IE voorzien te worden. Indien een interventiebinnen de 12 uur niet gegarandeerd is, moet dit alarmvolume Valarm [l] groter wordengedimensioneerd overeenkomstig de duur Tint [uur] binnen dewelke de interventie wordtgegarandeerd (vergelijking 24). De stijging van het vereiste alarmvolume voor een interventietijdvan 24 uur ten opzichte van een interventietijd van 12 uur is eerder beperkt (75 l/IE extra of 38 %van het vereiste alarmvolume).

E. Het totaal volume van de pompput

Het totale volume van de pompput wordt verkregen door de som te maken van werkings-, buffer-en alarmvolume. De grootte ervan wordt bepaald door het aantal aangesloten IE, het pompdebieten de benodigde interventietijd voor een herstellingsploeg. In figuur 93 wordt het totale volumeuitgezet als functie van het aantal aangesloten IE, voor een interventietijd van 24 uur en voorpompdebieten variërend tussen 0,5 en 3 l/s.

Het totale volume van de pompput wordt voor het grootste deel bepaald door het alarmvolumeen wordt slechts in geringe mate beïnvloed door het ontwerpdebiet van de pomp. Voor eeninterventietijd van 24 uur kan het putvolume Vput berekend worden met :


[ ] IETlVput #25,660130][ int ××++= (26)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 2 4 6 8 10 12

aangesloten IE

volu

me

pom

pput

(l)

Vput [l] = 130 + 210 * IE

Valarm [l] = 200 * IE

Figuur 93 : Volume van de pompput in functie van het aantal aangesloten IE.

Meer algemeen kan vergelijking 25, in functie van de interventietijd Tint, aangepast worden tot :

Vergelijkingen 25 en 26 kunnen in eerste instantie gebruikt worden om het putvolume te bepalen,onafhankelijk van de gebruikte pomp. Bij deze bepaling is het van belang dat niet alleen wordtrekening gehouden met de momenteel aanwezige bewonersaantallen, maar ook met eventueletoekomstige uitbreidingen. Het instellen van de verschillende niveaus, m.a.w. de opdeling inwerkings-, bufferen alarmvolume kan gebeuren aan de hand van de formules en figuren in devorige paragrafen, en kunnen makkelijk bijgesteld worden, wanneer er zich een veranderingvoordoet in aansluitingsgraad.Figuur 93 maakt duidelijk dat, voor een interventietijd van 24 uur, het putvolume kan variërentussen ongeveer 750 l en 2600 l, wanneer er respectievelijk 1 tot 3 à 4 woningen op de pompputworden aangesloten. Een pompput van 450 tot 500 l zou nog kunnen gebruikt worden in hetgeval er 1 woning wordt aangesloten en er een interventietijd van 12 uur kan gegarandeerdworden. In dat geval moet men er zich echter terdege van bewust zijn dat iedere toekomstigewijziging (bijkomende aansluiting, verhoging van interventietijd naar 24 uur, …) tot gevolg zalhebben dat de bestaande pompput zal moeten vervangen worden door een put met een grotervolume.

Tenslotte kan er voor de pompput nog op gewezen worden, dat er moet gecontroleerd worden ofer geen gevaar voor opdrijven bestaat in het geval van een hoge grondwaterstand. Dit risico zalzeker bestaan wanneer er in dat geval gekozen wordt voor een kunststof pompput.Daarom worden dergelijke putten meestal voorzien van een verbrede zool onderaan.


0

10

20

30

40

0 1 2 3 4 5 6

pompdebiet Q (l/s)

opvo

erho

ogte

H (m

)

pompkarakteristiek (fabrikant)

effectieve pompkarakteristiek

ladingsverliezen in de doorvoerleiding

(L = 10m)

Figuur 94 : Typisch pompkarakteristiek (technische specificaties + effectief).

3.5.4 Keuze van de pomp

De keuze van de pomp wordt bepaald door het ontwerpdebiet dat aangenomen wordt voor hetledigen van de pompput en de opvoerhoogte die moet gerealiseerd worden. De keuze van eengepaste pomp gebeurt dan aan de hand van de pompkarakteristiek (zie ook paragraaf 5.8.3). Ditis de curve die voor een bepaalde pomp het verband aangeeft tussen opvoerhoogte en pompdebiet(figuur 94). Meestal wordt er geopteerd voor een pomp die, wanneer er geen enkele andere pompin werking is, een debiet van ongeveer 2 l/s naar het drukriool verpompt. Om deontwerpberekeningen te vereenvoudigen kunnen van de gepubliceerde pompkarakteristiek(technische specificaties van de fabrikant) de ladingsverliezen in de doorvoerleiding afgetrokkenworden. Op die manier ontstaat de effectieve pompkarakteristiek : deze geeft het verband aantussen het pompdebiet en de druk in de drukleiding. In figuur 94 zijn de ladingsverliezen aangegeven voor een doorvoerleiding van 50 mm diameter,met een lengte van 10 m en een Manningcoëfficiënt n = 0,01 s/m1/3 (vergelijking 23). Voor dezeomstandigheden, zoals ze meestal in de praktijk ook zullen voorkomen, zijn de ladingsverliezenin de doorvoerleiding verwaarloosbaar.

Sommige pompen beginnen bij de start van de pompcyclus gedurende een korte tijd het wateronderaan in de pompput rond te pompen om zo bezonken slib in de pompput op te woelen.Dit kan het onderhoud van de pompput verminderen.


133

2

minmax

08,104

⋅⋅⋅

⋅⋅

=πτ

ρ QngD (27)

π⋅⋅

=max

min4

UQD (28)

3.5.5 Dimensionering van de doorvoerleiding

De grenzen waarbinnen de diameter van de doorvoerleiding moet gelegen zijn, zouden kunnenbepaald worden aan de hand van een minimaal benodigde schuifspanning enerzijds en eenmaximaal toegelaten stromingssnelheid anderzijds. De meeste pompen hebben echter een uitgangvan 50 mm (buiten)diameter. In figuur 95 worden de grenzen aangegeven waarbinnen de(inwendige) diameter best gelegen is. De maximale diameter Dmax wordt berekend uit eenminimale schuifspanning Jmin van 2 N/m2 :

Het debiet Q in deze formule is het pompdebiet en de Manningcoëfficiënt is n = 0,01 s/m1/3.Omdat de pompen maar enkele minuten per dag draaien, is het van groot belang dat deschuifspanning voldoende groot is. Tijdens de periodes van stilstaand water in de doorvoerleidingzal er zeker bezinking optreden.De minimale diameter Dmin volgt uit de maximaal toegelaten stromingssnelheid Umax van 3 m/s(Q is het pompdebiet) :

In figuur 95 zijn beide grenzen aangegeven en wordt ook de optimale, commercieel beschikbarediameter voor PE SDR 17,6 (zie paragraaf 3.5.7) aangegeven. Deze wordt immers best zo dichtmogelijk bij de maximaal toelaatbare diameter gekozen om op die manier de ladingsverliezen tebeperken.

Door een doorvoerleiding van 50 mm mogen pompdebieten tussen 1 en 4,5 l/s worden toegelaten.In de doorvoerleiding dient ook een terugslagklep voorzien te worden die ervoor zorgt dat er geenafvalwater uit het drukriool naar de pompput kan stromen.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5pompdebiet (l/s)

inw

endi

ge d

iam

eter

(mm

)

Dmin (U = 3 m/s)

Dmax (J = 2 N/m2) φ 90mm

φ 63mm

φ 50mm

φ 40mm

φ 75mm

toegelaten pompdebieten φ 50mm

Figuur 95 : Minimale en maximale inwendige diameter van de doorvoerleiding in functie vanhet pompdebiet (uitwendige diameter voor PE SDR 17,6 aangegeven).


[ ] ( ) kkNkN KKCkP ⋅−⋅= −1 (29)

p

dagp

p

dagp

QQ

pQ

VIEp

tpK ,

86400#

86400⋅=

⋅

⋅⋅=⋅= (30)

3.5.6 Dimensionering van het drukriool

Het drukriool wordt meestal uitgevoerd in kunststof (HDPE of PVC), waarbij PE in langerelengtes kan worden geleverd (op rollen) en dus het voordeel heeft dat er minder verbindingenmoeten worden voorzien.

A. Ontwerpdebiet

Het feit dat er vanuit iedere individuele pompput maar gedurende een beperkte tijd afvalwaterverpompt wordt naar de drukleiding, zorgt ervoor dat het ontwerpdebiet voor deze drukleidinganders moet berekend worden dan voor een gravitaire leiding. De kans dat een aantal pompengelijktijdig draaien is immers klein en een sommatie van alle individuele pompdebieten zou danook tot sterk overgedimensioneerde leidingen leiden, met te lage stromingssnelheden ensedimentatie tot gevolg.De kans dat een aantal pompen simultaan in werking zijn, wordt gegeven door [Berlamont, 1997](zie ook bijlage A) :

waarbij: P[k] = kans dat er k pompen draaien= het aantal mogelijke combinaties van N elementen in groepen van k [-]k

NCK = de waarschijnlijkheid dat een bepaalde pomp op een bepaald ogenblik in

werking is [-]N = aantal aangesloten pompen op de beschouwde persleiding [-]

De waarde K kan berekend worden als:

met: tp = totale tijd die 1 pomp in werking is op 1 dag [s]Vdag = dagelijks te verpompen volume afvalwater [l] = 150 l/IEp = piekfactor [-]Qp,dag = daggemiddeld pompdebiet voor 1 pomp [l/s]Qp = pompdebiet voor 1 pomp [l/s]

In figuur 96 worden deze waarschijnlijkheden P[k] grafisch voorgesteld in functie van het aantalaangesloten IE.


0%

1%

10%

100%

0 200 400 600 800 1000 1200 1400aangesloten IE

kans

op

draa

ien

van

X po

mpe

nX = 0

X = 1

X = 2

X = 3

X = 4

X = 5

0,1%

X = 610 min/dag

X = 7

Figuur 96 : Waarschijnlijkheid dat een bepaald aantal pompen X in werking is (Qp = 2 l/s).

De piekfactor p wordt ingevoerd omdat de huishoudelijke lozingen niet gelijkmatig gespreid zijnover een dag (zie paragraaf 3.2.1) en bijgevolg zullen de pompen ook vaker in werking zijngedurende de periodes van verhoogde lozing. Voor de curven van figuur 96 werd p gelijkgesteldaan 1,7 (analoog aan de piekfactor voor gravitaire riolen : zie paragraaf 3.2.2).

Om het drukriool te dimensioneren, is de kennis vereist van het maximale debiet dat kanverwacht worden in de leiding. Dit wordt berekend aan de hand van het maximaal aantal pompendat gelijktijdig in werking kan zijn per dag en gedurende een bepaalde tijd. De keuze van dezetijdsduur is enigszins arbitrair en hier wordt geopteerd om te werken met een tijdsduur van10 minuten, hetgeen vergelijkbaar is met de totale draaitijd van 1 pomp per dag (indien hetaangesloten dagvolume kleiner is, kan de totale tijdsduur worden verlaagd tot de tijd nodig omhet dagvolume te verpompen, maar dit heeft weinig invloed op de onderstaandedimensioneringsmethodiek en het resultaat ervan). Deze tijdsduur mag kleiner zijn dan deuurlijkse waarden bij gravitaire riolen, omdat hier met de werkelijke duur van het maximaledebiet wordt gerekend, in tegenstelling tot de uurgemiddelde waarde bij gravitaire riolen.In figuur 96 kan nu het maximaal aantal pompen worden afgelezen dat per dag gedurende eenperiode van 10 minuten samen in werking kan zijn (dit is een kans van 0,7 %). Deze kans is ookafhankelijk van het pompdebiet van de individuele pompputten. Het maximum aantal pompenin werking gedurende 10 minuten per dag wordt in figuur 97 uitgezet in functie van het aantalaangesloten IE en in functie van het pompdebiet.Omdat Qp veranderlijk is langsheen het traject van het drukriool, wordt hier met gewerkt :pQ


0

1

2

3

4

0 200 400 600 800 1000aangesloten IE

Qp,

s van

alle

opw

aarts

gel

egen

pom

pen

(l/s)

0

Xm = 1

Xm > 6

Xm = 5

Xm = 4

Xm = 3Xm = 2

Xm = 6Qp = 2 l/s

Figuur 97 : Maximaal aantal pompen Xm simultaan in werking tijdens 10 minuten per dagin functie van en het aantal IE.pQ

=gemiddelde van alle opwaartse pompdebieten Qp, wanneer deze pompen alleen in werkingpQzijn [l/s]

Deze gemiddelde waarde werd ingevoerd omdat vaak dezelfde pompen worden gebruikt voor een(gedeelte van een) stelsel en dan hebben de meer afwaarts gelegen een groter ontwerpdebiet Qpdoordat ze minder ladingsverliezen moeten overwinnen.

B. Simultane werking van een aantal pompen

De grenzen in figuur 97 werden opgesteld in de veronderstelling dat het pompdebietonafhankelijk is van het aantal pompen dat op een bepaald moment in werking is.In werkelijkheid zal dit pompdebiet echter afnemen bij toenemend aantal pompen in werking.Dit heeft tot gevolg dat de pomptijden gaan vergroten en dat het aantal pompen dat op eenbepaald moment gelijktijdig in werking is groter is dan de waarden die aangegeven worden infiguur 97.

De afname van de pompcapaciteit bij simultane werking hangt af van de pompkarakteristiek vande gebruikte pompen en moet dus van geval tot geval bekeken worden. De meest logischeaanname voor deze capaciteitsvermindering is in stippellijn aangegeven in figuur 97, voor eenontwerpwaarde van het pompdebiet van 2 l/s. De veronderstelling die werd gemaakt is datpQhet verwachte aantal pompen in werking evenredig is met het aantal aangesloten IE. Wiskundigkan deze capaciteitsdaling worden benaderd door (figuur 97):


65,0p

s,p XQ

Q = (31)

0

1

2

3

4

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

aangesloten IE

Qp,

s van

alle

opw

aarts

gel

egen

pom

pen

(l/s)

Xm = 1 Xm = 2 Xm = 3 Xm = 4 Xm = 5 Xm = 6

Xm > 10

7

8

910

A

B

Figuur 98 : Maximaal aantal pompen Xm simultaan in werking tijdens 10 minuten per dagindien rekening wordt gehouden met de meest waarschijnlijke capaciteitsdaling.

waarbij := gemiddeld opwaarts pompdebiet wanneer meerdere pompen simultaan werkens,pQ

X = aantal pompen simultaan in werking

Wanneer deze redenering wordt doorgetrokken naar alle mogelijke pompdebieten , kunnenpQde grenzen van figuur 97 worden herrekend in functie van deze ontwerpwaarde van hetpompdebiet (figuur 98).

In de figuren 99 en 100 wordt schematisch het effect op het werkingspunt voorgesteld vanwegede simultane werking van 2 pompen. In figuur 99 worden twee identieke pompen beschouwd,de eerste afwaarts en de tweede opwaarts gelegen. Voor de meer opwaarts gelegen put zijn deladingsverliezen veel groter en het werkingspunt van de pomp ligt dan ook bij een lager debiet.Wanneer de twee pompen samen draaien, mogen de (effectieve) pompkarakteristieken wordenopgeteld. Met behulp van deze ‘samengestelde’ karakteristiek kan de druk ter hoogte van de tweelocaties worden bepaald en daarmee kan dan weer het debiet voor elke individuele pomp wordenafgeleid. Er kan vastgesteld worden dat het pompdebiet in de meer opwaarts gelegen putprocentueel het meest zal afnemen.


Q (l/s)

H (m)

2.4.

1 pomp

2 pompen

1.3.

drukverloopopwaarts

drukverloopafwaarts

1. = Q1,afw

2. = Q2,afw

3. = Q1,opw

4. = Q2,opw

Figuur 99 : Werkingspunten voor open afwaarts gelegen pomp (identieke pompen).

Q (l/s)

H (m)

pompafw

1. = Q1,afw

2. = Q2,afw

3. = Q1,opw

4. = Q2,opw

drukverloopopwaarts

drukverloopafwaarts

2 pompen

pompopw

1.2.3.4.

Figuur 100 : Werkingspunten voor open afwaarts gelegen pomp (afwaarts lichtere pomp).


p35,0

Ms,pMd QXQXQ ⋅=⋅= (32)

Voor het ontwerp zou men dus het punt kunnen bepalen waar de grootste opvoerhoogte moetgehaald worden, hiervoor een geschikte pomp bepalen en dit type gebruiken voor allepompputten van het beschouwde stelsel. Voor de dimensionering van het systeem betekent ditdat men in figuur 98 een stijgende curve moet volgen ter bepaling van de XM-waarden (curve A;de curve is enkel indicatief, de werkelijke helling van de curve dient bepaald te worden aan dehand van de pompkarakteristieken en de optredende ladingsverliezen). Wanneer echter voor demeer afwaartse pompput een lichtere pomp wordt gekozen (figuur 100), blijkt dat decapaciteitsvermindering voor beide pompen nagenoeg gelijk wordt. Optimalisatie van de pompenin het systeem betekent dus niet enkel een besparing door het gebruik van een aantal lichterepompen, maar houdt ook in dat de meer opwaarts gelegen punten in een stelsel (of de puntenwaar een grotere opvoerhoogte nodig is) niet benadeeld worden in het geval van het simultaanaanslaan van een aantal pompen. In dit geval bekomt men in figuur 98 een horizontale lijn terbepaling van de XM-waarden (curve B).

C. Minimale en maximale diameter

Voor de (inwendige) diameter van de persleiding zijn het opnieuw de schuifspanning en degemiddelde stromingssnelheid die de dimensionering bepalen. Voor de schuifspanning wordt1,5 N/m2 als limietwaarde gebruikt, indien er versnijdende of vermalende pompen wordengebruikt. Door het afronden naar een commercieel beschikbare diameter zal dit meestal leidentot schuifspanningen boven 2 N/m2, nodig om bezonken materiaal terug op te woelen. Ook zullener op de momenten dat er nog meer pompen gelijktijdig werken hogere debieten en grotereschuifspanningen optreden. Voor andere types van pompen (geen vermalende of versnijdende)wordt een minimaal schuifspanningscriterium van 2 N/m2 vooropgesteld. In anderedimensioneringsrichtlijnen (Verenigde Staten, Nederland, ...) wordt de maximale diameterbepaald uit een minimale snelheidsvoorwaarde (0,6 - 0,7 m/s). Deze ontwerpwaarden wordendaar reeds geruime tijd succesvol toegepast en het lijkt dan ook niet aangewezen om voor deVlaamse toestand strengere ontwerpeisen op te leggen. De gemiddelde stroomsnelheid moetopnieuw kleiner blijven dan 3 m/s.

De begrenzingen voor de inwendige diameter kunnen opnieuw berekend worden met devergelijkingen 27 en 28 (figuur 101). Het debiet Q in deze formules is het ontwerpdebiet Qd vande drukleiding en kan benaderd worden met de formule :

De benodigde Xm-waarde, in functie van het aantal aangesloten IE, kan afgelezen worden infiguur 98.

De ladingsverliezen ter bepaling van de maximaal toelaatbare diameter werden berekend met eenn-waarde (Manning coëfficiënt) gelijk aan 0,01 s/m1/3. Dit is vergelijkbaar met een ks-waarde(White-Colebrook) gelijk aan 0,3 mm voor deze kleine diameters.Beide voorwaarden (Dmin en Dmax) worden in figuur 101 grafisch voorgesteld. Eveneens wordende snelheidsvoorwaarden van 0,6 en 0,7 m/s aangegeven en hieruit blijkt dat deze voorwaardenvrij goed overeenstemmen met het opleggen van een minimale schuifspanning van 1,5 N/m2.


0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ontwerpdebiet Qd (l/s)

inw

endi

ge d

iam

eter

(mm

)

Dmin (U = 3 m/s)

Dmax (J = 1,5 N/m2)

φ 90mm

φ 63mm

φ 50mm

φ 75mm

φ 125mm

φ 110mm

U = 0,7 m/s

φ 140mmU = 0,6 m/s

Figuur 101 : Begrenzingen voor de inwendige diameter van het drukriool in functie van hetontwerpdebiet (uitwendige diameter voor PE SDR 17,6 aangegeven).

Om de ladingsverliezen te beperken is het aangewezen de diameter zo groot mogelijk te kiezenen bij voorkeur wordt dan ook de maximaal toelaatbare, commercieel beschikbare diametergebruikt. De commercieel beschikbare (uitwendige) diameters aangegeven op figuur 101 zijn dewaarden voor PE SDR 17,6 (zie paragraaf 3.5.7).


tDSDR uitw= (33)

drukklasse (bar)materiaal

PE 80 PE 100 PVC

PN 4 (26) (41) (51,2)

PN 6 17,6 27,6 34,2

PN 10 11 17 21

PN 16 7,25 11 13,4

Tabel 26 : SDR-waarden voor PE en PVC.

vgcp ∆⋅=∆ (34)

3.5.7 Waterslag

Zowel voor PVC als voor PE bestaan er gestandaardiseerde verhoudingen tussen wanddikte enbuisdiameter, die overeenstemmen met een bepaalde ‘drukklasse’ (DIN 8074/75, DIN 8079/80,DIN 8061/62 [DIN, 1988, 1994, 1997, 1999a,b, 2000]). Deze drukklasse, uitgedrukt in eenPN-waarde (‘Pression Nominale’) geeft de drukbestendigheid van een bepaalde buis weer bij20 /C, voor een levensduur van 50 jaren bij het transport van een neutraal medium zoals water.Minder frequent wordt het Nederlandstalige equivalent ND-waarde (‘Nominale Druk’) gebruikt.De SDR-waarde (‘Standard Dimension Ratio’) geeft de verhouding aan van de buitendiametertot de wanddikte:

met: SDR = standard dimension ratio [-]Duitw = uitwendige buisdiameter [mm]t = wanddikte [mm]

In tabel 26 worden de SDR waarden aangegeven voor PE en PVC voor de belangrijkstedrukklassen. Buizen met een hogere sterkte hebben een lagere SDR (grotere wanddikte). Ook valtop dat voor een zelfde druksterke, de wanddikte van een PVC buis ongeveer de helft is van eenPE 80 buis.

De inwendige druk in de leidingen bestaat uit twee belangrijke componenten : ten eerste is er de‘normale’ werkdruk die bepaald wordt door de leidingen pompkarakteristieken. Naast dezestatische druk zijn er de kortstondige drukstoten (de zogenaamde waterslag) ten gevolge van hetaan- en afslaan van de pompen of van het openen en sluiten van kleppen.Het aan- en afslaan van de pompen zorgt voor drukstoten in het drukriool. De maximaalmogelijke drukverhoging )p kan berekend worden als [Berlamont, 1979] :


−+⋅ρ

=

⋅

+⋅ρ

=

E2SDR

E1

1000

EtD

E1

1000c

vv

inw

vv

(35)

met )p = drukvariatie [mwk]c = voortplantingssnelheid van de drukgolf [m/s])v = snelheidsverandering [m/s]g = valversnelling = 9,81 m/s2

De voortplantingssnelheid van de drukgolf kan berekend worden uit de eigenschappen van dedrukleiding (materiaal en geometrie) in combinatie met de vloeistof- karakteristieken [Berlamont,1979] :

waarbij : Dv = dichtheid van de vloeistof [kg/m3]Ev = volumetrische elasticiteitsmodulus van de vloeistof [MPa]Dinw = inwendige diameter van de leiding [mm]E = elasticiteitsmodulus van het leidingmateriaal [MPa]

In figuur 102 wordt een diagram voorgesteld dat kan gebruikt worden ter bepaling van dezemaximale drukstoot (Ev = 2000 MPa, Dv = 1000 kg/m3). De buiseigenschappen (E en SDR)worden gecombineerd in het bovenste gedeelte van figuur 102 en in het onderste gedeelte vande figuur kan vervolgens de in te rekenen drukstoot worden afgelezen in functie van desnelheidsvariatie. Voor een PVC leiding SDR 34 bijvoorbeeld levert het bovenste gedeelte vanfiguur 102 punt A op en wanneer er voor het afslaan van de pomp een gemiddeldestromingssnelheid van 1,5 m/s heerst, kan er een drukstoot van bijna 5 bar ontstaan.Dergelijke buis heeft echter een PN 6-waarde, zodanig dat er, vooral voor de opwaartse gedeeltesvlug problemen kunnen verwacht worden. Een opvoerhoogte van de pomp van 20 tot 30 m zouhier dus, wanneer er waterslag optreedt, resulteren in een totale druk van 7 tot 8 bar(terwijl PN 6 slechts een werkdruk van 6 bar toelaat). Overgang naar een SDR 21 zou eendrukstoot van 6 bar opleveren en een totaaldruk van 8 tot 9 bar, hetgeen toelaatbaar is indergelijke PN 10-buis (punt B in figuur 102).

De beschouwde waterslagberekening zal in de meeste gevallen een overschatting van de teverwachten drukstoot opleveren, aangezien een gedeelte van de energie van de drukgolf wordtgedissipeerd in de verschillende zijvertakkingen van het netwerk. Enkel in het geval van eenlange leiding is het gevaar reëel en kan de werkelijk optredende drukstoot de theoretisch teverwachten waarde benaderen.Het verdient aanbeveling om geen leidingen van drukklasse PN 4 te gebruiken. Niet alleen omdatze bij waterslag vlug beschadigd worden, maar door hun kleine wanddiktes hebben deze buizenhet bijkomend nadeel dat ze tijdens de plaatsing makkelijk beschadigingen oplopen. Leidingenmet drukklasse PN 6 kunnen wel gebruikt worden, maar er kan knikgevaar zijn. Daarom dientonder alle omstandigheden te worden gecontroleerd of de som van de uitwendige en inwendigebelasting niet tot knik leidt.Tot slot kan nog opgemerkt worden dat niet enkel dient rekening gehouden te worden met deinwendige druk, maar dat er ook moet gecontroleerd worden of de leidingen aan de uitwendigebelastingen kunnen weerstaan.


10

100

over

druk

)p

(mw

k)

)v

= 3

m/s

)v

= 1,

5 m

/s

)v

= 2

m/s

)v

= 2,

5 m

/s

)v = 0,5 m/s

)v = 1 m/s

20

30

50

70

100

1000

10000

Elas

ticite

itsm

odul

us (M

pa)

SD

R =

7

SD

R =

26

SD

R =

34

SD

R =

21

SD

R =

17

SD

R =

11

PVC

PE

A B

Figuur 102 : Diagram ter bepaling van de maximale overdrukten gevolge van het aan- en afslaan van een pomp.

Voor drukriolering is de minimale gronddekking gelijk aan 0,8 m, omdat door het alternerendstromen en stilstaan van het afvalwater en de kleinere diameters het gevaar voor bevriezing groteris dan bij gravitaire DWA-riolen.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

indicatieve waarde voor de lengte van de drukleiding (m)

opvo

erho

ogte

mee

st o

pwaa

rtse

pun

t (m

)

Figuur 103 : Benodigde opvoerhoogte in functie van de lengte van het drukriool.

3.5.8 Andere componenten en aandachtspunten

A. Boosterstation

Wanneer de dimensioneringsrichtlijnen uit vorige paragrafen worden gehanteerd, samen met dekarakteristieken van de meest gangbare pomptypes, blijkt dat voor een drukriolering een lengtevan ongeveer 3000 m kan gehaald worden. Dit wordt geïllustreerd in figuur 103, waar debenodigde opvoerhoogte in het meest opwaarts gelegen pompput wordt uitgezet in functie vande lengte van het drukriool (voor een vlak gebied). De bovengrens wordt bereikt voor lagepompcapaciteit en lage aansluitingsgraad, terwijl de ondergrens eerder zal optreden wanneerkrachtigere pompen worden gebruikt en wanneer de aansluitingsgraad groter is (streepjeslijnenin figuur 103).

Voor lengtes groter dan ongeveer 3000 m zal men met de eenvoudigere pompen niet meer in staatzijn de ladingsverliezen te overwinnen. Om grotere lengtes te realiseren bestaan er tweemogelijkheden. Enerzijds kan er geopteerd worden om krachtigere pompen, die een grotereopvoerhoogte halen, te installeren. De andere oplossing bestaat erin om de eenvoudigere pompente behouden, en vervolgens afwaarts (dus op ongeveer 3000 m van het meest opwaartse punt)een boosterstation te voorzien dat het verzamelde water verder pompt naar een volgend stukdrukriool, een gravitair riool, …


B. Schakelautomaat en centrale sturing

Iedere pompput is voorzien van een schakelautomaat die ervoor zorgt dat de pomp op devoorziene momenten aan- en afslaat. Om vastlopen van de pomp tegen te gaan, wordt er bestvoor gezorgd dat de pomp regelmatig (eventueel dagelijks) in werking treedt, ook al wordt hetstartpeil niet bereikt. Indien men een pomp heeft die het water in de pompput kan rondpompenzonder afvoer, is er hierbij geen kans op drooglopen en vermindert de kans op consolidatie vanbezonken slib. Op het bedieningsdisplay kunnen meestal allerhande gegevens opgeroepenworden, zoals looptijd, verbruikte stroom, waterniveau in de pompput, laatste storingen, … Hetverdient aanbeveling om bij de eerste pompstoring, de pomp enige tijd later automatisch te latenherstarten. Een kleine storing, bijvoorbeeld veroorzaakt door een korte stroomonderbreking,zou immers vaak zorgen voor het nodeloos oproepen van de herstellingsploeg. Ook bij eenkortstondig in gebruik nemen van het alarmvolume bij een te klein buffervolume, kan het alarmafgaan zonder dat dit om het falen van het systeem gaat. Ook hiervoor is het nuttig om enige tijdlater na te gaan of het niveau nog steeds groter is dan het alarmpeil om het alarm zo te bevestigenof af te zetten.Vaak wordt de werking van de individuele pompen op mekaar afgestemd door een centralesturing. Deze sturing kan een begrenzing opleggen aan het aantal pompen dat simultaan magdraaien. Op die manier wordt het mogelijk om de maximaal te verwachten drukken enstromingssnelheden te begroten en aan de hand daarvan het netwerk te dimensioneren. Ook kanervoor gezorgd worden dat na een stroompanne niet alle pompen tegelijk beginnen draaien enop die manier het stelsel overbelasten.

C. Druksensoren

Druksensoren op een aantal strategische plaatsen in het stelsel laten toe om de goede werking vanhet systeem na te gaan en helpen om de juiste beslissingen te nemen in geval er zich ergensproblemen voordoen.

D. Ontluchtingsventielen

Drukleidingen laten zich op flexibele wijze plaatsen en kunnen ook relatief makkelijk onderbepaalde obstakels doorgeleid worden. Op bepaalde hoger gelegen locaties kan er zich danpreferentieel lucht verzamelen. Er bestaan empirische formules die een minimale snelheid gevendie noodzakelijk is om luchtinsluitsels mee te voeren in functie van de (dalende) helling en deleidingdiameter (o.a. [Kamma & Van Zijl]). Normaal gezien worden er echter geenontluchtingsventielen meer voorzien, omdat de kans op storingen van deze ventielen groot is[Rioned, 2002a]. Bij het in bedrijf stellen van het drukriool kan de lucht uit het systeem wordengedrukt met een ‘zware’ pomp. Toch stelt recent onderzoek dat er zich wel degelijk problemenkunnen voordoen met luchtopstapeling in persleidingen [Kamma & Van Zijl, 2002]. De enigevalabele oplossing bestaat er dan ook uit om bij het ontwerp zo weinig mogelijk hoge punten ineen leidingentraject te voorzien.


E. Biogene zwavelzuuraantasting

Wanneer afvalwater traag stroomt of wanneer het gedurende een voldoende lange periodestationair blijft, kan er een anaëroob milieu ontstaan. Dit is zeker het geval in persleidingen waar,gedurende de periodes dat er geen enkele pomp in werking is, het afvalwater in de leidingen blijftstilstaan. In deze anaërobe omgeving zullen sulfaat-reducerende bacteriën zwavelverbindingenomzetten tot H2S. Op plaatsen waar het drukriool loost in een gravitair riool is er veel turbulentieen komt het H2S vrij in de rioolatmosfeer. Het gas kan dan in deze zuurstofrijkere omgevingomgezet worden tot elementaire zwavel en neerslaan in de condenslaag op de wanden van derioolbuis. Daar wordt de elementaire zwavel omgezet tot zwavelzuur door aërobe zwavel-oxiderende bacteriën. Afhankelijk van de aanwezige nutriënten en de pH van de omgeving zullende verschillende bacteriën zich op het betonoppervlak ontwikkelen. De bacteriën producerenzwavelzuur waardoor plaatselijk zeer lage pH-waarden kunnen optreden. De inwerking van hetzwavelzuur leidt tot degradatie van betonoppervlakken.Op de plaatsen juist afwaarts van een drukriool, bijvoorbeeld waar deze loost in een gravitaireriool, moet dus zeker worden nagegaan of er gevaar bestaat tot biogene zwavelzuuraantasting enmoeten desgevallend beschermende maatregelen getroffen worden. Enkele van de mogelijkeoplossingen zijn:S een gedeelte van het gravitaire riool uit te voeren in een materiaal met voldoende weerstand

tegen deze aantasting.S het aanbrengen van een beschermende coating op de risico-plaatsen.Wanneer de H2S vrijkomt binnen een bebouwde zone moet zeker gecontroleerd wordenof de concentraties geen gevaar kunnen opleveren voor de volksgezondheid en moet er,indien nodig, een filterinstallatie geplaatst worden. Kleinere concentraties kunnen ook reedsgeurhinder met zich meebrengen en om de overlast daarvan te beperken kan het aangewezen zijneen biofilter te voorzien. Er bestaan modellen om de biogene zwavelzuuraantasting te begroten [Beeldens & Van Gemert,2001]. Hieruit kan onrechtstreeks ook een schatting worden gemaakt van de invloedszone vandeze biogene zwavelzuuraantasting. De huidige statische modellen geven echter slechts eenbenadering en houden geen rekening met de kinetica van het aantastingsproces en de dynamicavan de hydraulica.

F. ‘As built’-plannen

Een voordeel van drukriolen is dat onvoorziene hindernissen op het terrein vrij makkelijk kunnenomzeild worden. De kunststof leidingen, met kleine diameter, laten immers zonder al te veelproblemen aanpassingen in lengte- en langsprofiel toe. Deze flexibiliteit heeft echter tot gevolgdat de uiteindelijke ligging van de leidingen vaak zal verschillen van de ligging die op deontwerpplannen werd aangegeven. Daarom is het van groot belang om ook plannen op te makenwaarop de uiteindelijk gerealiseerde ligging van het leidingenstelsel is aangegeven. Met het oogop latere uitgravingen kunnen op die manier een aantal problemen worden vermeden.


G. KleurDe persriolen dienen een roodbruine kleur te hebben om een onderscheid te kunnen maken metde leidingen van het drinkwaternetwerk (dit wordt trouwens zo gespecifieerd in verschillendenormen voor buismaterialen).


3.5.9 Besluit drukriolering

Drukriolen kunnen een interessant alternatief zijn voor gravitaire DWA-riolen wanneer de nodigeuitgravingen te diep worden. Doordat men met persleidingen werkt en het verhang niet wordtbepaald door de helling van de leidingen (wel door de pompkarakteristiek en deladingsverliezen), kunnen de leidingen volgens maaiveld topografie worden geplaatst.Diepe uitgravingen zijn dus niet meer nodig. Bovendien kan de minimale diameter verderworden beperkt tot 50 mm voor de kleinste leidingen. Met de huidig beschikbare pompen enrekening houdend met de eisen voor de minimale schuifspanning, kan men drukriolen tot eenlengte van ongeveer 3000 m (voor de langste tak) aanleggen. Voor langere drukriolen kan mengebruik maken van een tussenliggend pompstation, wat meestal goedkoper is dan het gebruik vankrachtigere pompen ter hoogte van de huisaansluitingen.

Onderdrukriolen, meestal vacuümriolen genoemd, werden niet beschouwd omdat dit typeriolering weinig bedrijfszeker is.


3.6 Conclusies DWA-riolering

Als men volledig gravitaire DWA-riolen wil dimensioneren opdat ze zelfreinigend zijn, heeft ditgrote consequenties. Voor opwaartse uiteinden met een lage belasting moet men een minimalediameter hanteren om het gevaar op verstopping te beperken. En ook dan nog zullen ermaatregelen moeten worden getroffen om het verstoppingsgevaar te beperken (inclusiefsensibilisering) en onderhoud eenvoudig toe te laten. Deze minimale diameters leiden tot lagevullingsgraden. Indien men de schuifspanningen wil halen waarbij bezonken slib kan wordengeërodeerd, zijn daartoe grote hellingen en diepe uitgravingen nodig. Dit leidt bovendien tot eenveralgemeende introductie van superkritische stroming in deze leidingen. Het is dan ook logischom te stellen dat een volledig gravitair DWA-riool, zonder bijkomende maatregelen om deslibtoevoer naar het riool te beperken, slechts voor kleine afvoergebieden praktisch realiseerbaaris. De combinatie met pompen levert heel wat extra mogelijkheden op. Indien de pompdebietenoordeelkundig worden gekozen, kunnen de hellingen van de afwaartse gravitaire DWA-leidingensterk beperkt worden.

Gravitaire DWA-riolen in combinatie met opwaartse regenwatertoevoer is moeilijk ondercontrole te houden. De eisen voor de spoeldebieten liggen binnen vrij strikte grenzen, waardooreen dergelijk systeem in de praktijk zelden haalbaar is. Dit soort rioolsystemen neigt dan naareen (gedeeltelijk) verbeterd gescheiden rioolstelsel. Een blijvend probleem is de grotediepteligging omwille van de grote noodzakelijke hellingen. Eventueel kunnen intermitterendespoelingen wel een oplossing bieden, maar dit moet verder worden onderzocht.

Voorbezinkputten kunnen een oplossing bieden voor de sedimentatieproblemen bij gravitaireDWA-systemen. Indien voorbezinking veralgemeend wordt toegepast, kunnen de grenzen voorde schuifspanningen en dus ook voor de minimale hellingen worden verlaagd. Hierdoor zijnminder diepe uitgravingen nodig. Bovendien verminderen ook de problemen die zich stellenindien men een minimale diameter van 150 mm moet toepassen bij zeer lage debieten.

Een andere oplossing is de drukriolering. Doordat men met persleidingen werkt en het verhangniet wordt bepaald door de helling van de leidingen, kunnen de leidingen volgens maaiveldtopografie worden geplaatst. Diepe uitgravingen zijn dus niet meer nodig. Bovendien kan deminimale diameter verder worden beperkt tot 50 mm voor de kleinste leidingen.

Er zijn ontwerpregels m.b.t. minimale schuifspanning gespecifieerd geldig voor zelfreinigenderiolen. Dat betekent dat deze systemen relatief onderhoudsvriendelijk zullen zijn, op voorwaardedat er geen oneigenlijk gebruik van de riolen wordt gemaakt. Wanneer afgeweken wordt vandeze ontwerpregels zal dat tot gevolg hebben dat de riolen minder zelfreinigend zullen zijn endat bijgevolg het onderhoud zal moeten worden opgevoerd.


Welk systeem het beste compromis is tussen veiligheid en kostprijs, hangt vaak af van delokale omstandigheden. Elk van deze types van DWA-systemen moet echter op maatworden gedimensioneerd rekening houdend met de hydraulica van pieklozingen en hetvereiste zelfreinigend vermogen (niet enkel tijdens de normale afvoer, maar ook tijdens dereiniging). Deze studie geeft voor een aantal basistypes de uitgewerkte ontwerpregels aan,maar voor hybride systemen (dit is de combinatie van verschillende deelsystemen vanverschillend type of het gebruik van interne pompen in gravitaire riolen) moet menteruggrijpen naar de oorspronkelijke hydraulische basisprincipes. Ondoordachteextrapolatie kan verstrekkende gevolgen hebben, omdat de dimensionering van DWA-systemen volgens voorliggende ‘Code van goede praktijk’ weinig veiligheidsmarge heeft.

Tenslotte dient men zich bij het aanleggen van DWA-riolen nog steeds af te vragen wat er metde regenwaterafvoer dient te gebeuren. Het volstaat niet om regenwater uit het riool te houdenof te halen en te denken dat dit water wel zijn weg zal vinden. Indien men niet systematischnagaat waar het regenwater naar toe kan bij hevige neerslag, dreigt een vergroting van deoverstromingsrisico’s in bewoonde gebieden.

3. DWA-systemen

Documents

Transcript of 3. DWA-systemen