Download - CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

Transcript
Page 1: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

1

Afvalwaterbehandeling

Afvalwaterbehandeling

CT

3011 - Inleiding waterm

anagement

Page 2: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

2

CT3011 - Inleiding watermanagement

VOORWOORD

AfbakeningDit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het zuiveren van afvalwater een rol spelen.De mechanische, biologische en chemische zuivering komen daarbij aan de orde. Het vervolgvak CT3420 ismeer gericht op alles wat komt kijken bij het ontwerpen van zuiveringsinstallaties.

IndelingDe module Afvalwaterbehandeling kent de volgende indeling:

1. Inleiding

2. Kwantiteit van het afvalwater2.1 Droogweerafvoer2.2 Regenwaterafvoer2.3 Maximale hydraulische capaciteit

3. Kwaliteit van het afvalwater3.1 Organische en anorganische stoffen3.2 Afmetingen en bezinkbaarheid3.3 Zuurstofverbruikende stoffen3.4 Samenstelling van huishoudelijk afvalwater3.5 Inwonerequivalent en vervuilingeenheid3.6 Effluenteisen

4. Rioolwaterzuiveringsinrichtingen, algemene aspecten

5. Mechanische zuivering5.1 Roosters5.2 Zandvangers5.3 Voorbezinking

6. Biologische zuivering6.1 Biologische stofwisseling6.2 Slibbelasting6.3 Procestechnische aspecten

7. Chemische zuivering

8. Slibbehandeling8.1 Indikking8.2 Slibstabilisatie8.3 Slibontwatering

9. Organisatie en kosten9.1 Wettelijk kader9.2 Kosten9.3 Exploitatie

Literatuur en websiteVragen en opgavenAntwoorden

LeerdoelenNa het bestuderen van dit hoofdstuk kun je:• wat vertellen over zowel de kwantiteit als de kwaliteit van het afvalwater (soorten verontreinigingen, etc.).• de begrippen inwonerequivalent en vervuilingseenheid hanteren.• de globale opzet van een zuiveringsinrichting weergeven.• uitleggen wat er met mechanische, biologische en chemische zuivering bedoeld wordt.• aangeven wat er gebeurt met de afvalstoffen die bij het zuiveringsproces ontstaan.

Page 3: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

3

Afvalwaterbehandeling

1. Inleiding

Bij het gebruik van water door de mens wordt hetwater vervuild met verontreinigingen. Hierdoor wordtde kwaliteit van het water in de verschillende compar-timenten van de waterkringloop (grondwater, opper-vlaktewater) beïnvloed. Een van de meest pregnantevoorbeelden van een verstoorde kringloop wordt ge-geven door de lozing van ongezuiverd huishoudelijken industrieel afvalwater op oppervlaktewater. In velegevallen is de natuurlijke opvangcapaciteit dermatebeperkt dat er een verstoring van de natuurlijkefuncties optreedt.

In Nederland bedroeg de omvang van de vervuilingin 1970 ca. 45 x 106 inwonerequivalenten (i.e.), waar-van ca. 30 à 35 x 106 van industriële omvang. In hetjaar 2000 was het totaal gedaald tot 18 x 106 i.e. metname door sanering van de industriële veront-reiniging. Na zuivering op de rioolwaterzuiverings-inrichting (rwzi) resteert nog ca. 0,7 x 106 i.e. (2000)die op het oppervlaktewater worden geloosd.

2 Kwantiteit van het afvalwater

2.1 DroogweerafvoerIn het vorige hoofdstuk kwam het verschil naar vorentussen de droogweerafvoer (dwa) en de regenwater-afvoer (rwa). Bij droog weer bestaat het afvalwateruit huishoudelijk afvalwater, industrieel afvalwater enlekwater. De dwa is niet constant maar varieert overde dag. Het is duidelijk dat de af te voeren hoeveelhe-den huishoudelijk afvalwater nagenoeg gelijk moetenzijn aan het drinkwatergebruik, behalve als bijvoor-beeld drinkwater gebruikt wordt voor besproeiing vantuinen; hiervan komt dan niets of nagenoeg niets in

de riolering terecht. Een indruk van de verdeling vanhet watergebruik over de uren van het etmaal geeftFiguur 2.

Drinkwater dat op een bepaald moment aan het lei-dingnet wordt onttrokken zal veelal niet onmiddellijkof pas na enkele minuten als afvalwater worden ge-loosd. Men moet hierbij ondermeer denken aan deafvoer van het water uit een stortbak van een toilet,van een bad, een wasmachine of een vaatwasma-chine. Er zal derhalve een vertraging optreden tenopzichte van de wateraanvoer. Ook zal er afvlakkingoptreden ten gevolge van het gedragspatroon vande bevolking; in dorpen en kleine steden is dat ge-dragspatroon gewoonlijk uniformer dan in grote ste-den, zodat in grote steden, waar het watergebruikoverigens gewoonlijk hoger is dan in kleine steden,de afvlakking groter zal zijn.

Ook in het rioolstelsel treedt nog vertraging en af-vlakking op; immers het duurt een zekere tijd (enkeleuren) voor het afvalwater een rioolgemaal of eenrioolwaterzuiveringsinrichting bereikt. De laatste ver-schijnselen zullen in vlak gelegen gebieden signi-ficanter zijn dan in hellende gebieden. Bovendienkan in het rioolstelsel afvalwater gebufferd worden,omdat een aanmerkelijk deel van de riolen om prak-tische redenen een grotere diameter heeft dan hy-draulisch gezien noodzakelijk is. Uiteindelijk komthet afvalwater met grote fluctuaties, maar dikwijlsmet een vast patroon op de rioolwaterzuiverings-inrichting aan (Figuur 3).

Met al deze factoren rekening houdende alsmedemet een hoger watergebruik op warme dan op koudedagen kan men voor berekeningen van de maximale

Figuur 1 - Waterkwaliteitsprobleem, (schuim, vissterfte)

Ver

brui

k

Figuur 2 - Waterverbruik gedurende 24 uur van huis- houdens in een Limburgs dorp.

Page 4: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

4

CT3011 - Inleiding watermanagement

uurhoeveelheid uitgaan van 1/12 - 1/14 van de ge-middelde dagelijkse hoeveelheid leidingwater. Defactor 1/12 geldt voor dorpen of kleine steden en defactor 1/14 voor grote steden.

Bij het ontwerp van rioolwaterzuiveringen wordtzodoende veelal uitgegaan van:

• Qdwa-dag; de gemiddelde dagafvoer in m3/d(120-140 l/inw.d.)

• Qdwa-max; de maximale uurafvoer in m3/h =Qdwa-dag/(12 à 14) (8 à 10 l/inw.h.)

• Qdwa-gem; de gemiddelde uurafvoer in m3/h =Qdwa-dag/24 (5 à 6 l/inw.h.)

• Qdwa-min; de minimale uurafvoer in m3/h =Qdwa-dag/48 (2,5 à 3 l/inw.h.)

LekwaterAls riolen beneden de grondwaterspiegel liggen, be-staat de mogelijkheid dat grondwater door lekke buis-verbindingen of breuken naar binnen dringt. Dit lek-water vermeerdert de hoeveelheid water, die doorde riolering moet worden afgevoerd. Bovendien kanop deze wijze zand in de riolering terechtkomen. Eengoed gelegde riolering is vrijwel waterdicht; meestalwordt echter rekening gehouden met een hoeveel-heid lekwater per kilometer riolering van 0,5 l/s (ofwel43 m3/d). In extreme gevallen kan het lekwater eenextra bijdrage tot 50% van de huishoudelijke droog-weerafvoer vormen.

2.2 RegenwaterafvoerDe meeste rioolstelsels zamelen ook de neerslag inen voeren deze grotendeels naar de rioolwater-

zuiveringsinrichting af. De hoeveelheid van de afge-voerde neerslag is afhankelijk van de duur en deintensiteit van de regen, van de dichtheid van debebouwing en van de geografische situatie. De hoe-veelheid is bijzonder groot (5 - 10 maal) in verhou-ding tot de hoeveelheid huishoudelijk afvalwater alsdit tenminste over een korte periode wordt bezien.Over een jaar genomen speelt de neerslag een ge-ringe rol; in totaal blijkt ca. 20% van de totale aanvoerop de rwzi toe te schrijven aan neerslag.

2.3 Maximale hydraulische capaciteitDe totaal ingezamelde hoeveelheid huishoudelijk enindustrieel afvalwater, lekwater en neerslag zal inhet algemeen via een rioolstelsel naar een riool-waterzuiveringsinrichting worden afgevoerd. Belang-rijk is de maximale aanvoer die hierbij kan optre-den. Afhankelijk van het type rioolstelsel zal dezemaximale aanvoer variëren; in het algemeen wordtgerekend met een waarde van 3 tot 5 maal deQdwa-max. De rwzi zal dus bestand moeten zijntegen grote hydraulische fluctuaties. Tevens is karak-teristiek dat de maximale aanvoer slechts geduren-de 10 à 20% van de tijd optreedt.Concreet wordt de Qrwa-max berekend door depompovercapaciteit (omgerekend van mm naar m3/uur (zie collegedeel Riolering)) van het aanvoerenderioolsysteem op te tellen bij de Qdwa-max.

3. Kwaliteit van het afvalwater

3.1 Soorten verontreinigingenVele soorten verontreinigingen worden in afvalwateraangetroffen. De vele duizenden, slechts gedeeltelijkbekende, substanties kunnen ondanks hun verschei-denheid in een aantal groepen worden ondergebracht.Biologisch afbreekbare (zuurstofbindende) verbin-dingen:- koolstofverbindingen;- ammonium-stikstofverbindingen;- andere verbindingen (bijvoorbeeld sulfiden).

Niet of moeilijk biologisch afbreekbare verbindingen:- anorganische verbindingen (zouten, zuren, basen,

mineraal slib);- organische verbindingen, te onderscheiden in na-

tuurlijke stoffen, zoals humusverbindingen, enmilieuvreemde stoffen, zoals gechloreerde kool-waterstoffen en andere persistente verbindingen.

Figuur 3 - Het patroon van aanvoer van huishoudelijk afvalwater op de RWZI-Glanerbrug (1971)

Page 5: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

5

Afvalwaterbehandeling

Anorganische voedingsstoffen:- fosforverbindingen;- stikstofverbindingen;- andere plantennutriënten, bijvoorbeeld kalium.Toxische stoffen:- anorganische toxische stoffen, zoals verbindin-

gen van sommige metalen en metalloïden;- organische toxische stoffen, zoals bestrijdings-

middelen en carcinogene verbindingen.Radioactieve stoffen.Pathogene organismen.Hormonen en medicinale bestanddelen.

Vanzelfsprekend kunnen diverse stoffen in meer danéén groep worden ingepast.

3.2 Organische en anorganische stoffenOp grond van de chemische samenstelling kunnende verontreinigingen worden verdeeld in organischeen anorganische stoffen.

Organische stoffen bestaan hoofdzakelijk uit koolstofen waterstof, gebonden met andere elementen. Inhuishoudelijk afvalwater kunnen aan koolstofverbin-dingen aanwezig zijn:- koolhydraten, algemeen aan te duiden als

(CH2O)n;- vetten (esters van glycerine en vetzuren);- eiwitten (verbindingen die naast C en H ook N en

soms P en S bevatten);- ureum, dat met de urine wordt uitgescheiden:

CO(NH2)2.Andere koolstofverbindingen zijn bijvoorbeeld feno-len, detergenten en pesticiden.

Uitgesproken anorganische stoffen in afvalwater zijnzouten, zand, leem en as.

3.3 Afmetingen en bezinkbaarheidDe stoffen komen in sterk verschillende afmetingenvoor in het afvalwater. Zo is sprake van zichtbaredeeltjes of niet opgeloste stoffen bij een afmetingvan 0,1 mm en groter. Stoffen met een deeltjesgroot-te tussen 1 en 100 nm worden colloïdale stoffen ge-noemd. Opgeloste stoffen hebben afmetingen van1 nm of kleiner. In tabel 1 wordt een overzicht gege-ven van de hoeveelheid verontreiniging van één in-woner per dag.

3.4 Zuurstofverbruikende stoffenDe zuurstofverbruikende stoffen kunnen in driegroepen worden onderscheiden:

- organische koolstofverbindingen;- ammonium-stikstof en organisch gebonden stik-

stof;- andere anorganische stoffen, zoals tweewaardige

ijzerverbindingen, nitrieten en sulfieten.

Om een indruk te krijgen van het gehalte aan orga-nische koolstofverbindingen komt het meest in aan-merking de bepaling van:- het biochemisch zuurstofverbruik (BZV, in mg O2/

l), d.w.z. door middel van bacteriën;- het chemisch zuurstofverbruik (CZV, in mg O2/l),

met behulp van kaliumdichromaat.

Het zuurstofverbruik door ammonium-stikstof enorganisch gebonden stikstof wordt vastgesteld in deKjeldahl-bepaling.

3.5 Samenstelling van huishoudelijkafvalwater

Een overzicht van de samenstelling van huishou-delijk afvalwater wordt gegeven in Tabel 2.

De laatste jaren neemt de gemiddelde concentratievan enkele belangrijke stoffen af. Voor het jaar 1999worden de volgende gemiddelde influentwaardendoor het CBS bepaald:

* BZV 172 mg O2/l* CZV 454 mg O2/l* Kj-N 44 mg N/l* fosfaat-P 6,6 mg P/l

Reeds eerder is aangegeven dat de hoeveelhedenafvalwater kunnen variëren; dit geldt evenzeer voorde lozing van vervuilende stoffen per huishouden.

anorganisch organisch totaal

bezinkbaarcolloïdaalopgelost

201050

402050

6030

100

totaal 80 110 190

Tabel 1 - Verontreinigingen in het afvalwater van één inwoner per dag in grammen.

Page 6: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

6

CT3011 - Inleiding watermanagement

In totaliteit kunnen dus ook aanzienlijke variaties inde lozing van huishoudelijke en industriële herkomstvoorkomen (zie tabel 3).

In het rioolstelsel vindt reeds een aanzienlijke afvlak-king van deze fluctuaties plaats. Dit heeft als resul-taat dat voor grotere rwzi’s de dagelijkse fluctuatiestot een niveau van 50 à 100% ten opzichte van hetgemiddelde beperkt blijven.Niet alleen op dagniveau treden fluctuaties op, maarzeker ook op weekniveau (werk/weekend) en ookop maand- of jaarniveau (seizoensinvloeden).

3.6 Inwonerequivalent en vervuilingeenheidUit onderzoek is gebleken dat per inwoner een tame-lijk constante hoeveelheid aan zuurstofbindendestof-fen wordt geloosd. Deze bedraagt aan ruw afval-water ca. 54 g BZV/d en 10 g Kjeldahl-N/d; na bezin-king blijven nog ca. 35 g BZV/d en 8 à 9 g Kjeldahl-N/d over in het afvalwater.

De verontreinigingsgraad van het afvalwater wordtdaarom als inwonerequivalent:

inwonerequivalent = Q * BZV / 54(i.e. à 54 g BZV)

waarin:Q = het debiet in m3/dBZV = het biochemisch zuurstofverbruik in g O2/m

3

Voor Nederlandse omstandigheden bleek uit onder-zoek, in 1984/85 uitgevoerd, dat het zuurstofbinden-de vermogen per inwoner veelal iets lager is en intotaal 136 g O2/d bedraagt. Dit getal gebruikt menom de vervuilingswaarde van (industrieel) afvalwaterin vervuilingsequivalenten (v.e.) te berekenen.

vervuilingsequivalent = Q * (CZV + 4,57 *Kj-N) / 136(v.e. à 136 g TZV)

waarin:Q = het debiet in m3/dCZV = het chemisch zuurstofverbruik in g O2/m

3

parameter 1992 1994 1995 1996 1997 1998

BZV5 (mg O2/l) 196 (957) 190 (959) 185 (907) 230 (949) 224 (985) 173 (953)

CZV (mg O2/l) 533 (2.597) 525 (2.656) 510 (2.522) 603 (2.522) 570 (2.508) 456 (2.548)

Nkj (mg N/l) 47,5 (231) 46,4 (235) 47,2 (230) 55,4 (227) 53,9 (233) 41,8 (233)

Ptotaal (mg P/l) 7,8 (38,1) 7,0 (38,5) 7,6 (38) 8,8 (37,0) 8,6 (37) 6,7 (37)

Debiet (m3/d) 4.871.000 5.060.000 5.071.000 4.523.000 4.651.000 5.879.000

Neerslag (mm/j) 845 929 782 632 686 1.109

Tabel 3 - Samenstelling van afvalwater over de periode 1992 tot 1998 (tussen haakjes staan de vrachten in ton per dag)

Tabel 2 - Gemiddelde samenstelling van huishoudelijk afvalwater (2000).

samenstelling Ruw na 1 uur bezinken eenheid

pHopgeloste stoffengloeirestonopgeloste stoffengloeirestbezinkselbiochemisch zuurstofverbruikchemisch zuurstofverbruikstikstof:a. organisch-Nb. NH4

+-Nc. NO2

--N + NO3--N

fosfor (als P)chloriden

6,5-7,5500 - 700

40-55250 - 300

30-405-10

200-250450-650

15-2030-450-27-12

200-400

6,5-7,5500-70040-55

150-25030-40< 0,2

125-175300-450

10-1530-450-25-10

200-400

mg/l%

mg/l%

ml/lmg/lmg/l

mg/lmg/lmg/lmg/lmg/l

Page 7: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

7

Afvalwaterbehandeling

Kj-N = het Kjeldahl-stikstofgehalte in g N/m3

TZV = totaal zuurstofverbruik in g O2/m3

Beide parameters bepalen de vereiste zuiverings-capaciteit van de rwzi. De vervuilingseenheden bepa-len het volume van het actief-slibsysteem en de ver-eiste hoeveelheid zuurstofinbreng om de verontreini-gingen door beluchting te oxideren. De vervuilings-eenheden bepalen dus in combinatie met de ef-fluenteisen (zie hieronder) de omvang en bedrijfs-voering van het biologische zuiveringsproces. Zuive-ringen worden derhalve ook aangeduid naar capaci-teit als bijvoorbeeld een rwzi van 100.000 i.e. / v.e.

3.7 EffluenteisenDe normstelling ten aanzien van het effluent vanrioolwaterzuiveringsinrichtingen heeft zich in eersteinstantie vooral gericht op de zuurstofbindendestoffen. Daarbij kon nog wel een differentiatie plaats-vinden naar gelang de kwaliteit en de capaciteit vanhet ontvangende oppervlaktewater. Zo heeft men inEngeland lange tijd het systeem gehanteerd van 30/30, 20/20 of 10/10, zijnde de kwaliteitseisen qua BODen SS (= BZV en zwevende stof).

In Nederland gelden de eisen zoals weergegeven intabel 4:- vroeger BZV < 25 mg/l- nu BZV < 20 mg/l

Kj-N < 20 mg/lzwevende stof < 30 mg/l

- toekomst tot-N < 10 à 15 mg/lHoewel er nog geen strenge eisen zijn geformuleerdten aanzien van de zwevende stof, zal duidelijk zijndat de zeer lage waarden voor BZV, tot-N en P pas

bereikbaar zijn bij navenant lage waarden voor dezwevende stof. Hierbij moet gedacht worden aanmaximale gehaltes van 5 à 10 mg/l.

Hierbij komt dat deze eisen veelal gelden voor hetvoortschrijdend gemiddelde van 10 waarnemingen.Uit statistische analyses ten aanzien van spreidingvan de resultaten voor diverse processen blijkt dathet jaargemiddelde dikwijls op ca. 0,3 à 0,5 van devereiste waarde moet liggen om te zorgen dat hetvoortschrijdende gemiddelde aan de eisen voldoet.

4. Rioolwaterzuiveringsinrichtingen,algemene aspecten

Een rioolwaterzuiveringsinrichting moet:- het afvalwater zodanig behandelen dat steeds vol-

daan wordt aan de lozingseisen. De inrichtingmoet variaties in aard en hoeveelheid van hetafvalwater kunnen opvangen;

- robuust geconstrueerd zijn;- het afvalwater met een minimum aan jaarlijkse

kosten behandelen;- minimale hinder, zowel visueel als anderszins,

aan de omgeving veroorzaken.

Omdat er verschillende soorten verontreinigingen inhet afvalwater kunnen voorkomen, wordt het afval-water in diverse opvolgende ‘stappen’ behandeld(Figuur 4).

In Tabel 5 wordt een overzicht gegeven van de ver-ontreinigingen die normaal in huishoudelijk afval-water voorkomen, de effecten die bij lozing kunnenoptreden en de mogelijk in te zetten processen.

parameter eis toepasbaar per toepasbaar op

BZV5 20 nu

Zwevende stof 30 nu

Ptotaal 21

nunu

nieuwe + bestaande rwzi < 100.000 i.e.nieuwe + bestaande rwzi > 100.000 i.e

Ntotaal 10/15b

151015

nunuvanaf 2005vanaf 2005

nieuwe rwzi > 20.000 i.e.nieuwe rwzi < 20.000 i.e.bestaande rwzi > 20.000 i.e.bestaande rwzi < 20.000 i.e.

Tabel 4 - Nederlands effluenteisen voor rwzi’s

Page 8: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

8

CT3011 - Inleiding watermanagement

Een overzicht van een rwzi wordt gegeven in figuur5. De voorzuivering richt zich op de verwijdering vangrove delen en zand; met name deze stoffen kunnenverderop in het zuiveringsproces moeilijkheden ver-oorzaken (verstopping, slijtage, etc.).

Vervolgens worden de bezinkbare stoffen afgeschei-den (mechanische zuivering); overigens kan dezestap soms ook achterwege blijven.

Daarna volgt de verwijdering van de opgeloste enzwevende organische verontreinigingen op biolo-gische wijze; ook stikstof- en fosforverbindingen kun-nen hierbij worden verwijderd. Vervolgens wordt hetactiefslib in een nabezinktank afgescheiden en wordthet effluent geloosd op het oppervlaktewater.Als laatste trap kan een vergaand of fysisch-che-mische zuiveringsproces ingezet worden. Deze richtzich minder op de zuurstofbindende stoffen, maarmeer op andere componenten (microverontreinigin-gen, zware metalen, hygiënische verontreinigingene.d.); onder deze laatste categorie vallen actief-kool-

behandeling, filtratie, chloring, membraanfiltratie,ionenwisseling en chemische precipitatie. In de prak-tijk komt dit nog maar nauwelijks voor.

5 Mechanische zuivering

Bij de mechanische zuivering van afvalwater wordenonopgeloste stoffen uit water verwijderd. Daarbijwordt gebruik gemaakt van eenvoudige natuur-kundige principes als zeven, bezinken en opdrijvenvan de stoffen, die met het afvalwater worden aange-voerd. Deze bewerkingen zijn relatief goedkoop enin geval van slechte biologische afbreekbaarheid vande onopgeloste componenten vaak te verkiezenboven afbraak in een biologische behandeling. Daar-naast kunnen sommige onopgeloste delen schade-lijk of hinderlijk zijn voor de daaropvolgende proces-sen.Grotere delen kunnen van het water worden geschei-den door zeven of roosters. Hierbij spelen dus af-metingen een rol.

verontreiniging effecten bij lozing processen

a. grove deeltjes en bezinkbare stoffen afzetting van slibrottingzuurstofverbinding

zevenbezinken

b. niet-bezinkbare, biologisch afbreek- bare stoffen zuurstofverbinding biologische behandeling

c. ammoniak (Kjeldahl-N) zuurstofverbindinggiftig voor vissennegatief voor drinkwaterbereidingeutrofiëring

biologische nitrificatiechemische fysischestripping

d. onopgeloste (zwevende stof) zuurstofverbindingeutrofiëring

microzevenfiltratie

e. opgeloste anorganische planten- voedingsstoffen (nutriënten) - nitraat - fosfaat

eutrofiëringbeïnvloeding zuurstofgehaltenegatief voor drinkwaterbereiding

biologische denitrificatiechemische precipitatiebiologische verwijdering

f. opgeloste, biologische resistente organische stoffen vergiftiging

vernietiging biotoopaccumulatie in voedselketensnegatief voor drinkwaterbereiding

actief-koolabsorptiechemische oxydatie

g. opgeloste anorganische stoffen vergiftigingvernietiging biotoopaccumulatie in voedselketensnegatief voor drinkwaterbereiding

ionenwisselingelektrodialyseomgekeerde osmosedestillatie

h. pathogene organismen verslechtering hygiënische kwaliteit desinfectie

Tabel 5 - Overzicht verontreinigingen/effecten/behandelingsmethoden.

Page 9: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

9

Afvalwaterbehandeling

Bij bezinken of opdrijven (floteren) wordt gebruik ge-maakt van de eigenschap dat de deeltjes een soor-telijke massa hebben welke hoger of lager is dan dievan water. Deze deeltjes gaan bezinken of opdrijvenindien daarvoor voldoende tijd en rust wordt geboden.De dimensionering van mechanische of fysisch-che-mische zuiveringsonderdelen worden hoofdzakelijkbepaald door de hydraulische belasting van de zui-vering. Voor het ontwerp van deze technieken dientdaardoor met de maximaal mogelijk aanvoer (Qrwa-

max) rekening gehouden te worden.

5.1 RoostersMet het afvalwater worden onopgeloste delen aan-gevoerd zoals hout, plastic en vezelmateriaal. Dezestoffen kunnen in het zuiveringsproces ernstige pro-blemen veroorzaken door verstoppingen van pom-pen en leidingen of het vormen van drijflagen, bij-voorbeeld in gistingstanks. De afmetingen zijnmeestal zodanig dat via een rooster of zeef verwijde-ring mogelijk is. De plaats in het proces is meestaldirect achter het influentgemaal. Er zijn verschillendesoorten apparatuur waarmee roostergoed wordt ver-wijderd.

Staafroosters bestaan uit een aantal evenwijdigestaven met een gelijke onderlinge afstand, bij eengrofrooster 50-100 mm, bij een fijnrooster 5-20 mm.Het reinigen van de roosters, welke onder een hoekvan ca. 75o zijn opgesteld, geschiedt door eenroosterhark. Dit kan zowel handmatig als automatischgebeuren. Het roostergoed wordt vaak door eenbandtransporteur, al dan niet via een roostervuilpersFiguur 5 - Overzicht van een rwzi

Figuur 4 - Mogelijke behandelingsstappen bij de behandeling van afvalwater.

influent

rooster

zandverwijdering

(voor)bezinking

biologische behandeling

(na)bezinking

fysisch/chemische behandeling

effluent slibbehandeling

retourslib

voorzuivering

mechanische zuivering

biologische zuivering

vergaande behandeling

Page 10: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

10

CT3011 - Inleiding watermanagement

naar een container afgevoerd (Figuur 6).

Tegenwoordig worden steeds meer continuroosterstoegepast waarbij het rooster door het rioolwater be-weegt en daarbij het roostervuil meeneemt; ook kanhet roostervuil door een gecombineerde bewegingvan de roosterdelen langzaam uit het rioolwater wor-den verwijderd. Vooral bij deze typen worden zeergeringe spleetwijdtes van 2-8 mm toegepast (Figuur 7).

5.2 ZandvangersEr zijn diverse redenen aan te geven waarom zandzo spoedig mogelijk uit afvalwater verwijderd moetworden:- ter verlenging van de levensduur van mecha-

nische onderdelen, vooral pompen;- om te voorkomen dat het zand zich afzet in leidin-

gen en apparatuur, waardoor verstoppingen ont-staan;

- om te vermijden dat zich onder in de gistingstankeen dik zandpakket afzet, hetgeen de nuttigeinhoud van de tank verkleint.

In een zandvanger tracht men door een selectievebezinking zand en vergelijkbare minerale stoffen meteen korreldiameter > 0,15 mm te verwijderen.De hoeveelheid zand, die op een rwzi aangevoerdwordt, varieert afhankelijk van de omstandighedenin het rioleringsgebied van 5 tot 12 l/inwoner per jaar.

De theorie van de bezinking van discrete deeltjes(Hazen) leert dat een deeltje succesvol kan bezinkenals de oppervlaktebelasting van de vloeistofstromingin een bezinkapparaat lager of gelijk is aan de bezink-snelheid van dat deeltje; ofwel

vo = Q / A = vb

waarin:vo = oppervlaktebelasting (m3/m2.h = m/h)Q = debiet (m3/h) = Qrwa-maxA = oppervlak (m2)vb = bezinksnelheid (m/h)

Meestal wordt als doel van zandvangers nagestreefdzanddeeltjes met een diameter van 0,1 à 0,2 mm teverwijderen. Als bezinksnelheid en dus ook de opper-vlaktebelasting wordt daartoe 40 m/h aangehouden.

5.3 VoorbezinkingNa de zandvanger volgt dikwijls een voorbezinktank.Hierin worden zo veel mogelijk bezinkbare onopge-loste deeltjes afgescheiden. Dit slib wordt primair slibgenoemd. Hoewel bij dit bezinkingsproces niet meersprake is van discrete bezinking maar veeleer vanflocculente bezinking is de oppervlaktebelasting (vo

= Q / A) toch een belangrijke parameter. Meestalworden waarden van maximaal 2 à 3 m3/m2.h toege-past. Als minimale verblijftijd geldt ca. 1 uur. Naastturbulentie (Reynoldsgetal) speelt ook de stabiliteitFiguur 7 - Continu rooster

Figuur 6 - Grofvuilverwijdering m.b.v. rooster

Page 11: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

11

Afvalwaterbehandeling

van de stroming (Froudegetal) een belangrijke rol.Bij ronde bezinktanks (figuur 8) wordt het afvalwaterin het midden ingevoerd en via een goot aan debuitenomtrek afgevoerd. In figuur 9 is een dwarsdoor-snede getekend. Meestal wordt door het plaatsen vaneen inlaatvoorziening de ingaande stroom gelijk-matig over de tank verdeeld. Boven de tank draaiteen brug langzaam rond met hieraan bevestigd slib-ruimers, die het slib op de bodem langzaam naar decentrale slibtrechter in het centrum schuiven, vanwaaruit het wordt afgevoerd. De bodem is licht hel-lend uitgevoerd. Vóór de overstortrand bevindt zich

een duikschot om het drijvend vuil tegen te houden.Dit drijvend vuil (veelal vet) wordt met een drijflaag-ruimer, die aan de brug is bevestigd, in een drijflaag-put geschoven.

Rechthoekige bezinkinstallaties bestaan uit een bas-sin met vlakke of licht hellende bodem, voorzien vaneen inlaat- en uitlaatconstructie. Bovendien wordtvaak een duikschot toegepast om de drijflaag tegente houden (Figuur 10).

Het op de bodem bezonken slib wordt in een slib-trechter geschoven die zich aan de inlaatzijde be-vindt. Onder hydrostatische druk wordt het daarnaafgevoerd via een buis die in de trechter uitmondt.Natuurlijk kan het slib ook met pompen worden weg-gevoerd.

6 Biologische zuivering

Het actief-slibproces werd in de jaren 1913-1914 inManchester (UK) ontwikkeld door Ardern en Lockett.Zij ontdekten dat als afvalwater voldoende lang be-lucht wordt, zich in het water vlokken vormen en dathet bovenstaande water na sedimentatie van dezevlokken een aanzienlijke zuivering heeft ondergaan.Indien dit sediment weer aan nieuw afvalwater werdtoegevoegd en het mengsel werd belucht, blijkt hetwater aanzienlijk sneller te worden gezuiverd danzonder toevoeging van slibvlokken. Deze vlokkennoemt men actief-slib. Zij bestaan uit een slijmerige

Figuur 9 - Bezinkingsreservoir met een cirkelvormige plattegrond met slibschuiver en drijflaag- afstrijker

Figuur 10a + 10b - Rechthoekige bezinkinstallatie

Figuur 8 - Voorbezinktank

Page 12: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

12

CT3011 - Inleiding watermanagement

grondstof waarin bacteriën en protozoën leven.

Behandeling van afvalwater gebaseerd op boven-genoemd principe is in de praktijk op vele manierentoegepast en verder ontwikkeld als het actief-slib-proces.In het actief-slibproces wordt het afvalwater in debeluchtingstank gemengd met eerder gevormd ac-tief-slib en wordt met behulp van beluchtingsap-paratuur zuurstof toegevoerd (figuur 11). Onder dezeomstandigheden kan het actief-slib de organischeen andere verontreinigingen gedeeltelijk of geheeluit het afvalwater verwijderen. Na de beluchtingstankwordt het afvalwater/actief-slibmengsel geleid naareen nabezinktank, waarin het biologische actief-slibbezinkt en gescheiden wordt van het gezuiverdeafvalwater. Dit actief-slib wordt continu teruggevoerdnaar de beluchtingstank (retourslib), waar het weder-om wordt gemengd met nieuw afvalwater. Hierdoorkan een hoge concentratie aan biomassa in de be-luchtingstank worden gehandhaafd. De actief-slib-massa neemt toe door bacteriegroei, zodat een zeke-re hoeveelheid van dit actief-slib gespuid zal moeten

worden (spui- of surplusslib, ook wel secundair slibgenoemd).

6.1 Biologische stofwisselingIn de actief-slibvlokken zorgen de levende bacterie-cellen voor de opname en afbraak van de verontreini-gingen, die uiteindelijk leiden tot de (gedeeltelijke)zuivering van het afvalwater.

Vanuit het afvalwater kunnen kleine organische mole-culen (met minder dan 8 à 10 C-atomen) direct viade celwand in de bacteriecel worden opgenomen.De grotere brokstukken moeten eerst door enzymenworden gesplitst tot kleinere moleculen, welke decelwand kunnen passeren. Deze enzymen wordendaartoe door de bacteriecellen geproduceerd en uit-gescheiden. (Een enzym is een eiwitachtige stof, diein uiterst geringe hoeveelheid in staat is op anderestoffen in te werken en deze stoffen uiteen te doenvallen). Binnen de cel vindt de zogenaamde stof-wisseling plaats (Figuur 13).De stofwisseling omvat alle processen van de opna-me van stoffen door het organisme, de verande-ringen die ze in het organisme ondergaan tot de uit-scheiding van afbraakprodukten.

Belangrijkste processen zijn de directe afbraak ofweldissimilatie (waarbij energie vrijkomt), de celopbouwof assimilatie (waar deze energie weer nodig is) ende zelfvertering of endogene ademing. Naast bacte-riën ontwikkelen zich in het actief-slib ook andereeencellige organismen, zoals protozoën en flagela-ten; deze zijn typische bacterie-eters. Protozoën zijnvooral aanwezig bij een relatief laag voedselaanbodvoor het actief-slib.

In totaliteit worden dus de organische stoffen die in

Figuur 13 - Stofwisseling van de bacteriecel (zeer schematisch)Figuur 12 - Retourslibleiding naar actief-slibsysteem

Figuur 11 - Actief-slibsysteem als omloopsysteem

Page 13: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

13

Afvalwaterbehandeling

het afvalwater zitten voor een deel direct geoxydeerd(substraat-oxydatie), voor een deel als reservestoffenopgeslagen en voor een deel gebruikt voor de op-bouw van nieuw celmateriaal. De rest wordt met heteffluent afgevoerd. Van het gevormde celmateriaalen de reservestoffen wordt via de endogene ademha-ling een deel geoxydeerd; het restant vormt hetspuislib.

6.2 SlibbelastingHet zuiveringsresultaat van een actief-slibinstallatiewordt voor een belangrijk deel bepaald door de perdag aangevoerde hoeveelheid voedingsstoffen ofsubstraat en de hoeveelheid bacteriën. Als maat voorde hoeveelheid bacteriën wordt veelal uitgegaan van

de hoeveelheid biomassa uitgedrukt als drogestof(is dus de droogrest van de onopgeloste bestand-delen van het actief-slib). Soms wordt de slibmassaook betrokken op de organische fractie van het actief-slib.Als maat voor de aangevoerde voedingsstoffen wordtveelal uitgegaan van de BZV-aanvoer (Bd). Deslibbelasting wordt gedefinieerd als

)GaV(Bd

)GaV()BZVQ(

k∗

=∗∗

=

waarin:k = slibbelasting in kg BZV/(kg ds.d)Bd = Q * BZV = BZV-vracht in kg BZV/dQ = debiet in m3/dBZV = BZV concentratie in afvalwater in kg O2/m

3

V = volume beluchtingstank in m3

Ga = slibgehalte in kg drogestof (d.s.)/m3

Van de vijf variabelen in deze vergelijking zijn Q enBZV bepaald door het afvalwater, wat betekent dater nog drie onbekenden zijn. Pas als er nog tweewaarden zijn gekozen ligt de waarde van de vijfdevariabele vast. Bij het ontwerpen van een zuiverings-installatie kiest men in het algemeen de waardenvoor Ga (2-5 kg/m3) en voor de slibbelasting (zieTabel 4), waarna het volume van de tank berekendkan worden.

De slibbelasting geeft een indruk van de verhoudingtussen het dagelijkse voedselaanbod en de totalebacterie- of biomassa (in Engelse literatuur is sprakevan F/M ratio = food to mass ratio). De slibbelastingkan variëren van zeer laag (circa 0,05 kg BZV/kgds.d) tot zeer hoog (> 1 kg BZV/kg ds.d). Als gevolg

type slibbelastingkg BZV/(kg ds.d)

rendementBZV verwijdering %

* ultra-laagbelast (o.a. oxydatiesloot) 0,05 96-99

* laagbelast actief-slib (met deelmineralisatie) 0,10 95-98

* laagbelast actief-slib 0,10-0,40 90-95

* zonder nitrificatie 0,40

* met nitrificatie 0,10-0,25

* hoogbelast actief-slib 1-3 60-70

Tabel 6 - Slibbelasting voor verschillende actief-slibsystemen.

Figuur 14 - Actief-slib

Page 14: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

14

CT3011 - Inleiding watermanagement

hiervan varieert het zuiveringsrendement in omge-keerde zin (zie Tabel 6).Naast de invloed op het zuiveringsrendement speeltde slibbelasting een grote rol bij diverse andere fac-toren en processen. Zo zal bij een lage slibbelastingde slibaangroei ook gering zijn. Als gevolg hiervanzal de dagelijks te verwijderen hoeveelheid slib (spui-slib) beperkt zijn, hetgeen weer leidt tot een hogeslibverblijftijd (ofwel slibleeftijd) in het systeem.

6.3 Procestechnische aspectenHet actief-slibproces kan op vele manieren wordenuitgevoerd. Diverse procesparameters kunnen hier-bij worden beïnvloed.- Slibconcentratie:

In een beluchtingstank wordt het slibgehalte veelalgeregeld op 3 à 5 kg/m3. Dit geschiedt door dage-lijks een hoeveelheid slib uit het systeem te verwij-deren (natuurlijk voor een stabiel systeem even-redig met de slibaangroei).

- Retourslib:Na de beluchtingstank moet het actief-slib in eennabezinktank weer afgescheiden worden en eendeel wordt teruggevoerd. Bij wisselende aanvoer-situaties zal de terugvoer (retourslib) ook nave-nant moeten worden aangepast.

- Zuurstofgehalte:Veelal is een minimaal zuurstofgehalte vereistvoor het goed verlopen van de biologischeprocessen. Uit energieoogpunt moet echter hetbeluchtingssysteem zo beperkt mogelijk wordeningezet. Dit leidt in vele gevallen tot zeer verfijndezuurstof/beluchtingsregelingen.

- Propstroom/menging:De beluchtingstank kan op velerlei manierenworden uitgevoerd, waarbij aspecten als prop-stroom en menging kunnen worden ingebracht.Veelal blijkt bij biologische zuiveringsprocessenhierbij een duidelijke invloed op de slibkwaliteiten bezinkeigenschappen (slibindex).

- Nitrificatie/denitrificatie:Door het creëren van heel specifieke omstan-digheden kan het actief-slibproces ook zorgenvoor een vergaande stikstofverwijdering. Dezeomstandigheden zijn op velerlei manieren in tebouwen in het actief-slibproces. Hierbij spelen de

nitrificatie- en denitrificatieproccessen een rol.

- Biologische defosfateringHet actief-slibproces is zelfs zodanig uit te voerendat specifieke fostaataccumulatie in het slib op-treedt. Dit proces wordt biologische defosfateringgenoemd.

7. Chemische zuivering

Bij de behandeling van met name industrieel afval-water kunnen diverse chemisch/fysische methodenworden toegepast zoals neutralisatie, ontgifting, coa-gulatie/flocculatie, flotatie, ionenwisseling en adsorp-tie. Voor de behandeling van huishoudelijk afvalwaterkomen deze technieken vooralsnog minder in aan-merking. Alleen voor de verwijdering van fosfaatwordt gebruik gemaakt van chemische methoden.Bij de chemische defosfatering wordt fosfaat gebon-den met meerwaardige metaalionen tot een onoplos-baar complex. De metaalionen worden in de vormvan ijzerzouten, aluminiumzouten of kalk in de zuive-ring gedoseerd. De chemicaliën kunnen op verschil-lende plaatsen in de zuivering aan het afvalwaterworden toegediend.

De simultane precipitatie wordt verreweg het meesttoegepast. Hierbij ontstaat in de beluchtingsruimteeen mengsel van actief-slib en chemisch slib. Uiter-aard zal hierbij ook de slibproductie toenemen.

8. Slibbehandeling

Slib is een verzamelnaam voor bezinkbare stoffendie worden afgescheiden bij het zuiveren van afval-

Figuur 15 - Chemicaliënopslag bij een zuivering

Page 15: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

15

Afvalwaterbehandeling

water. Dit kan geschieden als primair slib bij directebezinking van afvalwater of als surplusslib ontstaanbij biologische behandelingsprocessen. Kenmerkendvoor het slib is een grote fractie aan organisch mate-riaal (ca. 50 - 80% van de totale stof). Tevens wordtdoor de slibmassa een grote hoeveelheid water insterke mate gebonden (waterhoeveelheid 95-99,5%van totaal).Belangrijke karakteristieken bij slib zijn:* massa; in kg drogestof of kg totale massa

(inclusief water)* volume in m3.

De slibstoffen bevatten een hoog gehalte aan orga-nisch materiaal waardoor gemakkelijk rotting (stank)kan plaatsvinden. Ook het watergehalte is zeer hoog.De behandeling is erop gericht het volume en ookde slibmassa (drogestof) sterk te verminderen. Bijde behandeling van slib kunnen diverse processenworden onderscheiden (zie figuur 16).

8.1 IndikkingDe toepassing van slibindikking is een uiterst zinvollestap in het slibbehandelingsproces. Een aanzienlij-ke volumereductie kan worden bereikt, hetgeen devolgende stappen in het slibbehandelingsproces ont-last.

Een gedeelte van het water in het slib is op vrij lossewijze gebonden. Dit zogenaamde ‘vrije water’ kandoor betrekkelijk geringe krachten worden afgeschei-den. De primaire functie van slibindikkers is de ver-

Figuur 16 - Schema voor slibbehandeling

stabilisatie - aëroob

- anaëroob

indikken

ontwateren tot steekvast product

- natuurlijk

- mechanisch

volumereductie - drogen

- verbranden

- natte oxydatie

- composteren

storten hergebruik

hoging van de concentratie (drogestofgehalte) vanhet slib door uitdrijving van water; tevens vindt homo-genisatie en buffering plaats. De toe te passenmethodes voor de indikking van het slib kunnen wor-den onderverdeeld in:- statische indikking onder invloed van de zwaarte-

kracht (gravitatie);gravitatie-indikkers worden meestal uitgevoerd alsronde tanks met een hellende bodem volgenshetzelfde principe als een bezinkingstank, zij hetdat hier het slib centraal staat (indikeffect) en nietde kwaliteit van het slibwater (bezinkingseffect).

- flotatie-indikking onder invloed van aan de slib-vlok gehechte gedispergeerde luchtbellen;

- mechanische indikking.

Afhankelijk van de plaats in het zuiveringssysteemkunnen onderscheiden worden de voorindikker (in-dikking van vers slib) en de na-indikker (indikkingvan het uitgegiste slib).

8.2 SlibstabilisatieVers zuiveringsslib bevat een grote fractie rotbaarorganisch materiaal. Als het niet snel wordt verwerkt,gaat het verzuren en ontwikkelt stank. Bovendienheeft het slib een hoog gehalte aan allerlei ziekte-kiemen en is het dus hygiënisch zeer onbetrouwbaar.Deze hinderlijke eigenschappen kunnen grotendeelsworden opgeheven door het slib te stabiliseren. Indit microbiologisch proces worden organische slib-stoffen verder afgebroken. In de anaërobe stabilisatieof slibgisting gebeurt dit onder zuurstofloze omstan-digheden.

De slibgisting bestaat uit een netwerk van proces-stappen, die door verschillende bacteriesoorten wor-den uitgevoerd. In grote lijnen kan het afbraakprocesworden verdeeld in drie opeenvolgende stappen: hy-drolyse, verzuring en methaanvorming.

De grote slibmoleculen worden buiten de bacte-riecellen door hydrolyse-enzymen in kleinere bouw-stenen gesplitst, die vervolgens door de bacterie-cellen kunnen worden opgenomen. De hydrolyse ver-loopt relatief langzaam en onvolledig.

De omzetting van de hydrolyseproducten vindt plaatsbinnen de cellen van de verzuringsbacteriën en ver-loopt relatief snel. Via diverse afbraakstappen, waar-bij de tussenproducten van de ene naar de andere

Page 16: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

16

CT3011 - Inleiding watermanagement

bacteriesoort kunnen worden doorgegeven, wordenazijnzuur, CO2 en H2 gevormd.

De eindproducten van de verzuring worden door demethaanbacteriën omgezet in een mengsel vanmethaan en CO2. De methaanbacteriën hebben eengeheel andere stofwisseling dan de verzuurders. Zegroeien zeer langzaam en zijn gevoelig voor be-paalde toxische stoffen.In normale situaties zijn de methaanbacteriën ruim-schoots in staat om de gevormde tussenproducten(van de verzuring) om te zetten. Indien er echter eenverstoring in de methaanvorming optreedt, blijft deverzuring doorgaan en wordt door de lage pH demethaanvorming verder geremd. Er ontstaat dan eenophoging van tussenproducten, de zogenoemde zuregisting.

Het slibgistingsproces wordt tegenwoordig met nameuitgevoerd op de grotere rwzi’s en wel als intensief-gemengde ééntrapsgisting met na-indikker.

8.3 SlibontwateringNa de slibstabilisatie vindt veelal slibontwateringplaats. Dit geschiedt meestal met speciaal hiervoorontwikkelde apparatuur, zoals centrifuges, zeefband-persen en filterpersen. Het slib is echter niet directgeschikt om te ontwateren, maar moet eerst wordengeconditioneerd. Dit kan door toevoeging van chemi-caliën (polymere flocculanten of ijzerchloride) of doorhittebehandeling. Na de ontwatering heeft het slibeen drogestofgehalte van 20 à 30 (gewichts) %.

8.4 Verdere slibverwerkingAls laatste stap in de volumereductie volgen danveelal thermische processen zoals drogen en ver-

branden. Dit wordt op regionale schaal in grote cen-trale installaties gedaan. Het restproduct wordt ge-stort of verwerkt tot toeslagmateriaal in bijvoorbeeldde wegenbouw..

9. Organisatie en kosten

9.1 Wettelijk kaderIn 1970 is de Wet Verontreiniging Oppervlaktewater(WVO) tot stand gekomen. De WVO heeft tot doelde kwaliteit van oppervlaktewateren, zoals sloten,kanalen, rivieren en meren te beschermen met hetoog op de verschillende functies, die deze waterenin onze samenleving vervullen, zoals de drink-,zwem- en recreatiewaterfunctie, de functie water-voorziening voor de land- en tuinbouw en voor deindustrie en de ecologische functie.

Vanuit de WVO zijn allerlei organen belast met detaak van het zuiveren van het ingezamelde afval-water, soms als provincie, soms als waterschap ofzuiveringsschap. De industrieën kunnen hun afval-water voor lozing op het oppervlaktewater zelf zuive-ren of dit gezamenlijk (al dan niet voorgezuiverd)met het huishoudelijk afvalwater via de rioolstelselster behandeling aanbieden aan de zuiveringsbeheer-ders.

Via de WVO bestaat de mogelijkheid heffingen opte leggen bij de lozing van verontreinigingen con-form het principe ‘de vervuiler betaalt’. Doel van deheffingen is het vereffenen van de kosten van dewaterkwaliteitsbeheerders voor de maatregelen, diezij nemen tot tegengaan en voorkomen van veront-reiniging van oppervlaktewateren. Grondslag voorde heffingen zijn de hoeveelheid en de hoedanigheidvan de afvalstoffen die worden geloosd.

Afvalstoffen die aan de heffing zijn onderworpen bijlozing op de riolering of op oppervlaktewater zijn- zuurstofbindende stoffen

Voor heffingen wordt als rekeneenheid voor zuur-stofbindende stoffen het begrip inwonerequivalent(i.e.) gebruikt; dat wil zeggen het gemiddeldezuurstofbindende vermogen van de afvalstoffen,die per inwoner per etmaal met het afvalwaterworden afgevoerd.

- andere stoffen (zware metalen)Als rekeneenheid voor andere stoffen wordt hetbegrip vervuilingseenheid (v.e.) gehanteerd.

Figuur 17 - Intensief gemengde gistingstank

Page 17: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

17

Afvalwaterbehandeling

Naast zuurstofbindende stoffen gaat de aandachtsinds 1990 uit naar bemestende stoffen, zoals fosfaaten stikstof. Hieraangaande zijn in 1988 en 1990 viahet Rijn- en Noordzee-Actieplan internationale af-spraken gemaakt en verder uitgewerkt in AlgemeneMaatregelen van Bestuur (AmvB) die moeten leidentot een aanzienlijke reductie van fosfaat- en stikstof-emissies.

Naast de WVO zijn nog andere wetten belangrijk.Zo is de lozing van radioactieve stoffen geregeld inde Kernenergiewet en is het gebruik en de lozingvan bestrijdingsmiddelen geregeld in de Bestrijdings-middelenwet. Synthetische wasmiddelen moetenvoldoen aan de voorschriften van het Wasmiddelen-besluit (onderdeel Warenwet), aangevuld met eenvrijwillige regeling die het bereiden van harde deter-genten verbiedt.

De belangrijkste milieuwet is de Wet milieubeheer(Wm), in werking getreden op 1 maart 1993. Dezeintegrale milieuwet is in de plaats gekomen van deHinderwet, de Afvalstoffenwet, de Wet chemischeafvalstoffen, de Wet Luchtverontreiniging en de Wetgeluidhinder. Met name zuiveringsinstallaties zelf zijnonderworpen aan het regime van de Wet milieube-heer.

In Nederland zorgen de volgende waterkwaliteits-beheerders voor de waterkwaliteit in hun gebied(Figuur 18):

9.2 KostenDe voorzieningen voor de behandeling van afval-water vormen qua kosten in Nederland de grootstemilieuhygiënische activiteit. In de periode 1960-1990is door de overheden voor ca. 4 miljard Euro in zuive-ringstechnische werken (grotendeels zuiverings-inrichtingen en ca. 25 % transportleidingen en gema-len) geïnvesteerd. Het bedrijfsleven investeerde hier-in navenant. Ook in de toekomst zal het jaarlijkseinvesteringsniveau vanuit de overheid zeker ca. 250miljoen Euro bedragen.

De totale kosten voor het waterkwaliteitsbeheer be-dragen voor de overheid ca. 700 miljoen Euro perjaar. Deze kosten worden via heffingen omgeslagenover de inwoners en de industriële lozers. De hef-fingstarieven variëren tussen de diverse schappenvan EUR 28,— tot EUR 60,— per v.e. per jaar.

Zuiveringschappen of zuiverende waterschappenen hoogheemraadschappenWaterschap De AaHoogheemraadschap Alm en BiesboschDWR/Hoogheemraadschap Amstel, Gooi en VechtHoogheemraadschap van DelflandWaterschap De DommelWetterskip FryslanWaterschap Groot SallandZuiveringsschap Hollandse Eilanden en WaardenWaterschap Hunze en Aa’sZuiveringsschap LimburgWaterschap De MaaskantWaterschap NoorderzijlvestWaterschap Reest en WiedenWaterschap Regge en DinkelWaterschap Rijn en IJsselHoogheemraadschap van RijnlandWaterschap RivierenlandHoogheemraadschap van SchielandHoogheemraadschap De Stichtse RijnlandHoogheemraadschap van Uitwaterende Sluizen inHollands NoorderkwartierWaterschap Vallei & EemWaterschap Velt en VechtWaterschap VeluweHoogheemraadschap van West-BrabantWaterschap Zeeuwse EilandenWaterschap Zeeuws-VlaanderenWaterschap Zuiderzeeland

Figuur 18 - Inrichting van het waterkwaliteitsbeheer in Nederland

Page 18: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

18

CT3011 - Inleiding watermanagement

9.3 ExploitatieDe exploitatiekosten van een rioolwaterzuiverings-inrichting worden voor een groot gedeelte (60-70 %)bepaald door de investeringskosten. Deze investe-ringskosten hangen sterk af van de toe te passenprocessen en de schaalgrootte. Per i.e. bedraagt hetinvesteringskostenniveau momenteel EUR 300,— totEUR 600,—.

Onder de bedrijfskosten vallen diverse kostenpostente onderkennen:• onderhoud; deze kosten zijn relatief beperkt van-

wege de robuuste en duurzame toepassingen;gemiddeld wordt gerekend op 0,5 % per jaar vande civieltechnische bouwkosten en 2,0 % per jaarvoor de electromechanische installaties;

• personeel; zuiveringsinstallaties draaien veelalvolautomatisch en hebben slechts periodieke con-trole (dagdienst) nodig. Over het algemeen is deinzet van personeel ca. 0,1 - 0,5 persoon per10.000 i.e.;

• energie; het energieverbruik hangt sterk af vande toegepaste processen en bedraagt 15-30 kWh/

i.e. jaar. Het bij de slibgisting geproduceerde gaskan aangewend worden voor warmtekrachtkoppe-ling (bij grotere installaties boven 100.000 i.e.)zodat in ca. 40 - 70 % van de totale electriciteits-behoefte kan worden voorzien;

• chemicaliën; het gebruik aan chemicaliën is be-perkt tot de dosering van vlokkingsmiddelen (ijzer-chloride of ijzersulfaat) bij defosfatering en condi-tioneringsmiddelen (polyelectrolyten, kalk of ijze-rchloride) bij de ontwatering van zuiveringsslib;

• slibafvoer; de verwerking van het zuiveringsslibis er sterk op gericht de hoeveelheid te reducerendoor vergaande ontwatering en eventueel drogenof verbranden. Het eindproduct moet veelal wor-den afgevoerd naar een geschikte stortlocatie.Dit kan in totaliteit tot relatief hoge kosten leiden(tot EUR  5,— / i.e. jaar).

De bedrijfskosten bedragen EUR 10,— à EUR 15,—per i.e. per jaar, zodat de totale exploitatiekosten opEUR 25,— tot EUR 50,— per i.e. per jaar kunnenworden ingeschat.

Literatuur en websites

• www.nva.net• www.iawq.org.uk• www.ewaonline.de• www.wef.org• www.uvw.nl• www.stowa.nl• www.riza.nl• www.minvenw.nl• www.ciw.nl

Vragen en opgaven

Tentamen1. Een RWZI heeft van 100.000 i.e. (inwoner equivalenten) bestaat

uit de volgende onderdelen:• gemaal• fijnrooster• zandvanger• voorbezinking• beluchting• nabezinking• slibindikking• slibgisting• slibverwerking (ontwatering)De droogweeraanvoer bedraagt 15.000 m3/d en 1.200 m3/h (dwa-max); de maximale aanvoer bedraagt 4.500 m3/h.1 Waartoe dient het fijnrooster?2. De zandvanger is van het type Dorr (7m x 7m x 0,5m); is deze

zandvanger over- of onderbelast? Verklaar uw antwoord.

3. Wat is de kwaliteit van het afvalwater na de voorbezinking?Kies voor elke parameter een waarde en beargumenteerwaaromBZV [mg O2/l] 320 250 100CZV [mg O2/l] 750 650 550Kjeldahl [mg N/l] 60 40 20nitraat [mg N/l] 0 10 20totaal-P [mg P/l] 8 5 1

parameter influent effluent

BZV [mg O2/l]CZV [mg O2/l]Kjeldahl [mg N/l]Nitraat [mg N/l]totaal-P [mg P/l]

35085065010

87043

0,6

Waterkwaliteitsgegevens van het influent en effluent van de RWZI.

Page 19: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

19

Afvalwaterbehandeling

4. De beluchtingstank heeft een volume van 10.000 m3; hetslibgehalte bedraagt 4 g/l. Bereken de slibbelasting.

5. Welke processen zorgen voor de lage concentratie aan totaal-N in het effluent?

6. Waartoe dient de slibindikker?

2. Een te ontwerpen RWZI zal bestaan uit de volgende onderdelen:gemaal, rooster, zandvanger, voorbezinking, beluchting,nabezinking, slibindikking, slibgisting, slibontwateringDe droogweeraanvoer bedraagt 15.000 m3/dag en maximaal1.200 m3/uur. De maximale aanvoer is 4.500 m3/uur.

Formules:

o

Qv

A=

a

Q Bk

V G⋅

=⋅

Gevraagd:1. Teken een schema van de RWZI dat de volgorde van de

onderdelen laat zien. Geef aan wat de functie van deonderdelen is.

2. De oppervlaktebelasting van de voorbezinking mag ten hoogste3 m/uur bedragen en de verblijftijd in de voorbezinking moettenminste 1 uur zijn.Bereken de diameter en de gemiddelde waterdiepte van devoorbezinking. Met de reductie van nuttig oppervlak en nuttigeinhoud vanwege in- en uitlaatzones hoeft geen rekening teworden gehouden.

3. Het slibgehalte in de beluchtingstank wordt constant gehoudenop een waarde van 4 kg ds/m3 (ds = droge stof). Deslibbelasting in de beluchting mag ten hoogste 0,15 kg BZV/kg ds·dag bedragen.Bereken de benodigde inhoud van de beluchtingstank.

4 Geef één overeenkomst en één verschil met betrekking tot destofwisseling van micro organismen die BZV verwijderen enmicro-organismen die nitraat produceren.

5. Geef twee redenen voor de verandering van de verhoudingCZV/BZV in de beluchtingstank.

parameter influent navoorbezinking effluent

BZV [mg O2/l]CZV [mg O2/l]Kjeldahl [mg N/l]Nitraat [mg N/l]totaal-P [mg P/l]

35085065010

2505506002

87043

0,6

Waterkwaliteitsgegevens

Antwoorden

Tentamen1. 1. Voorkomen van verstoppingen van pompen en leidingen of

voorkoming van drijflagen, bijvoorbeeld in gistingstanks2. Oppervlakte A = 49 m2,

oppervlaktebelasting vo = Qmax/A = 4500/49 = 92 m/hoverbelast want vo > 30 m/h

3. BZV 250 [mg O2/l]CZV 550 of 650 [mg O2/l]Kj N 60 [mg N/l]nitraat 0 [mg N/l]totaal P 8 [mg P/l]

4. d

a

B 15.000 0,25slibbelasting k 0,09 kg BZV/kg ds d

G V 4 10.000⋅

= = =⋅ ⋅

5. Nitrificatie Kj-N → nitraat

Denitrificatie nitraat → stikstof (gas)6. Beperking van de hoeveelheid (m3/d) te behandelen slib;

ontlasting van de gistingstank.

2. 1.

Functies onderdelen:Gemaal: verhogen druk afvalwaterRooster: verwijderen grof vuilZandvang: verwijderen zand

Voorbezink: verwijderen bezinkbare organische stoffenBeluchting: afbraak org. stof.Nabezinking: scheiding slib en gezuiverd afvalwaterSlibindikking: verlagen watergehalte slibSlibgisting: stabiliseren slibSlibontwatering: verlagen watergehalte slib2.

30

0 2

2

3 m/u , T 1u 4500 m /

45003

14

43,7 1

4 14500

3,0 m

v Q u

Qv

A D

D m

D HvT

QH

π

π

≤ ≥ → =

= = =•

=

• •= = =

=

3.3

3

4500 m /4500 24 0,250

0,154

4500 ma

Q uQ B

kv G v

v

=• • •

= = =• •

=4. Overeenkomst: beide gebruiken org. stof. Voor synthese

celmateriaalVerschil: energieproductie BZV-mo: oxidatie org. stof

Nitr.-mo: oxidatie NH3

5 Reden 1: CZV = alle org. stof - minder verwijderd BZVBZV = afbreekbare org. stof

Reden 2: CZV = m.o. + org. stof - verhouding veranderdBZV << m.o. + org. stof - verhouding veranderd

ZV B

ontwaterendslib

effluent

G R

ZV B

ontwaterendslib

effluentZV B

ontwaterendslib

effluent

G R

Page 20: CT3011 Inleiding W - TU Delft OCW · 2016-03-06 · 2 CT3011 - Inleiding watermanagement VOORWOORD Afbakening Dit hoofdstuk geeft een beknopt overzicht van de processen die bij het

20

CT3011 - Inleiding watermanagement