een-aeratiebekken-voor-de-zuivering-van

i_
BlaLlOi HEEK
R I J K S O I Z ~ . . S TVOOR
DE
IJSSELMEERPOLDERS
.
1.
EEN ~ R A T I E B E K K E NVOOR DE ZUIVERING
VAN AFVALWATER
door
i n g . R.W. G r e i n e r
d r . J. d e J o n g
I n t e r n R a p p o r t R I J P n o . 367-1975
-
' R I J K S D I E N S T
V O O R
D E
S M E D I N G H U I S
I J S S E L M E E R P O L D E R S
L E L Y S T A D
Het i s bekend d a t a f v a l w a t c r u i t s t f d e l i j k e g e b i e d e n s t e r ' k w i s s c l e n d
van s a m e n s t e l l i n g ( I ) i s , z o d a t h e t n i e t v e r w o n d e r l i j k i s d a t e r nok i n
het afvalwater u i t Lelystad (gescheiden s t e l s e l voor d e r i o l e r i n g ) g r o t e
f l u c t u a t i e s i n s a m e n s t e l l i n g worden gevontlen. De l a a g s t e BZV-waarde d i e .
i n h e t i n f l u e n t i s waargenomen, was 200 m g / l , d e h o o g s t e , 600 m g / l ; d e
gemiddelde waarde van d e BZV was 378 m g / l .
Aan d e hand van d e d r a a i u r e n van d e pompen i s berekend d a t medio
1973 d e aangevoerde h o e v e e l h e i d r i o o l w a t r r c i r c a 500 m3/etmaal h e e f t
b e d r a g e n . I n d a t g e v a l b e d r a a g t d e t h e o r e t i s c h e v e r b l i j f t i j d van h e t
w a t e r ongeveer 25 dagen. De u i t d e z e a a n v o e r e n d e gemiddelde BZV v a n
h e t a f v a l w a t e r b e r e k e n d e d a g e l i j k s e BZV-belasting v a n h e t bekken bed r a a g t 189 kg BZV p e r e t m a a l , wat overeenkomt met o m s t r e e k s 3500 i . e . ,
t e r w i j l h e t u i t g a n g s p u n t 4500 i . e . . w a s . Voor d e b e h a n d e l i n g v a n d e z e
3
h o e v e e l h e i d a f v a l w a t e r i s e e n compressor met e e n c a p a c i t e i t v a n 850 m
p e r u u r t o e g e p a s t , d i e d o o r middel v a n e e n t w e e t a l l e i d i n g e n met v e r takkingen d e l u c h t v i a de beluchtingskussens i n h e t azratiebekken b r a c h t .
De b e l u c h t i n g s k u s s e n s bevonden z i c h ongeveer I m o n d e r d e w a t e r o p p e r 3
v l a k t e e n waren 1 2 , 5 m van e l k a a r v e r w i j d e r d . P e r e t m a a l i s 20.000 m
l u c h t i n g e b l a z e n . D i t komt o v e r e e n met 5400 kg z u u r s t o f . De b e l u c h t i n g s k u s s e n s p r o d u c e e r d e n g r o t e b e l l e n , z o d a t d e z u u r s t o f a f g i f t e aan h e t w a t e r
i s g e s t e l d op 5 , 5 % ( 2 ) . De h i e r m e e b e r e k e n d e z u u r s t o f o v e r d r a c h t i s ongev e e r 310 kg p e r e t m a a l . I n w e r k e l i j k h e i d z a l d e z u u r s t o f i n b r e n g g r o t e r
z i j n g e w e e s t d o o r d e b i j d r a g e t o t d e , z u u r s t o f h u i s h o u d i n g d o o r opname
v a n z u u r s t o f a a n h e t c o n t a c t v l a k l u c h t - w a t e r . B i j 20°c e n e e n gemidd e l d z u u r s t o f g e h a l t e v a n 1 m g l l i n h e t a z r a t i e b e k k e n wordt c i r c a 20
kg z u u r s t o f / e t m a a l i n g e b r a c h t ( 2 ) .
Door d e b e l a s t i n g v a n 151 kg BZV p e r ha p e r e t m a a l werd gerekend
op e e n r e d e l i j k z u i v e r i n g s r e s u l t a a t . De l a n g e v e r b l i j f t i j d (25 dagen)
e n h e t b e l u c h t i n g s s y s t e e m waardoor c i r c a 240 kg z u u r s t o f p e r h a p e r
e t m a a l kon worden t o e g e v o e r d gaven a a n l e i d i n g t o t e n i g optimisme.
Oswald ( 3 ) s t e l t , d a t i n a s r o b e o x i d a t i e v i j v e r s d i e t o t 230 kg B Z V ,
p e r ha worden b e l a s t , e e n B Z V - v e r w i j d e r i n g v a n 8 0 % of meer m o g e l i j k i s .
H e t CZV-gehalte v a n h e t i n f l u e n t was g e d u r e n d e d e o n d e r z o e k s p e r i o d e
856 m g / l , b e t N - K j e l d a h l - g e h a l t e 74 mg N / 1 e n h e t P - t o t a a l g e h a l t e 25 mg
P / l . De CZV/BZV-verhouding was 2 , 3 wat e r op w i j s t d a t i n h e t a a n g e v o e r d e
r i o o l w a t e r z i c h geen hoeveelheden voor h e t zuiveringsproces t o x i s c h e
s t o f f e n van b e t e k e n i s bevinden, t e r w i j l d e beschikbare hoeveelheden fosf o r e n s t i k s t o f r u i m voldoende z i j n v o o r e e n goede b i o l o g i s c h e a f b r a a k
( 4 ) . De pH v a n h e t aangevoerde a f v a l w a t e r was v r i j c o n s t a n t e n v a r i e e r d e
t u s s e n 6 , 2 e n 7 , 8 . Het g e h a l t e aan zwevende s t o f was gemiddeld 271 m g / l .
De k w a l i t e i t v a n h e t w a t e r midden i n h e t bekken v e r s c h i l d e nauwel i j k s v a n h e t h i e r o n d e r t e b e s p r e k e n e f f l u e n t . Ook i n b e t e f f l u e n t b l e ken i n d e t i j d k w a l i t e i t s f l u c t u a t i e s op t e t r e d e n . Van g r o t e f l u c t u a t i e s
was evenwel g e e n s p r a k e , wat g e z i e n d e g r o t e b u f f e r e n d e werking v a n h e t
bekken ook n i e t t e v e r w a c h t e n was. I n h e t e f f l u e n t werden gemiddeld 203
mg/l B Z V , 4 7 0 mg/l CZV, 7 2 mg/l ~ j e l d a h l - N e n 24,6 mg/l P - t o t a a l gevonden. Aan zwrvende s t o f werd gemiddeld 93 m g / l gevonden. Deze zwevende
s t o f was d e r m a t e f i j n ver.deeld d a t n a I u u r b e z i n k e n i n e e n i m h o f f g l a s
g e e n s e d i m e n t a t i e waarneembaar was.
U i t e e n v e r g e l i j k i n g v a n h e t i n f l u e n t , h e t w a t e r i n h e t midden v a n
h e t bekken e n b e t e f f l u e n t b l i j k t d a t d e z u i v e r i n g s r e s u l t a t e n onvoldoende
zijn.
( I ) CZV = chemisch z u u r s t o f v e r b r u i k
( 2 ) BZV = b i o l o g i s c h z u u r s t o f v e r b r u i k i n 5 dagen b i j 20°c
Van de.aangevoerde BZV is in het azratiebekken 47% verwijderd. Voor de
CZV bedraagt dit zuiveringsrendement 45%, voor stikstof (N-Kjeldahl) 3%
en voor P-totaal 0%. De zwevende stof wordt voor 66% verwijderd (tabel
1).
Tabel 1 . De gemiddelde samenstelling van het influent, het water in het
azratiebekken en het effluent in mgll. De zuiverende werking
van het azratiebekken in procenten van het influent.
Influent
Water asratiebekken
Effluent
% verwijdering
BZV
CZV
378
203
203
47
856
467
470
45
zwevende stof
,
27 1
95
93
66
N
P
74
72
72
3
25
25
25
0
Opmerkelijk is dat de samenstelling van het water in het midden
van het aeratiebekken niet of nauwelijks verschilde van die van het
effluent. Er is dus slechts sprake geweest van BZV- en CZV-verwijdering
door bezinking ban zwevende stof nabij de inlaat van het bekken (daling
van het gehalte aan zwevende stof met 66%). Het is bekend dat in voorbezinkingsinstallaties (mechanische zuivering) vergelijkbare zuiveringsrendementen worden gevonden (4). Het azratiebekken heeft dus hoofdzakelijk als bezinkbekken gefungeerd. Van biologische afbraak is nauwelijks
sprake geweest, zoals kan blijken uit tabel 2 waarin zuiveringsrendementen.voor BZV en zwevende stof van bezinktanks en de waarnemingen van
het azratiebekken worden vergeleken.
,
~ a b s l2. BZV- en zwevende-stofafnarne in %
t.0.v. ruw afvalwater
.bezinkingstanks 25-40
azratiebekken
40-70
De BZV-verwijdering in het azratiebekken is wat hoger dan voor bezinktanks wordt aangegeven, wat kan wijzen op enige biologische afbraak.
Dat microbiologische activiteit van enige betekenis niet is opge- '
tr,eden, moet worden toegeschreven aan een combinatie van de volgende
factoren:
I) de belasting met circa 150 kg BZV per ha per dag,
2) onvoldoende zuurstofinbreng en menging van het afvalwater,
3) de geringe verblijftijd voor diagonaalstroming.
ad I) Voor zover bekend worden BZV-belastingen van circa 200 kg per ha
per dag toegepast in asrobe vijvers met een diepte van slechts
0,2 5 0,3 m. Bij een verblijftijd van 2 tot 6 dagen werden onder
Amerikaanse omstandigheden (2) zuiveringsrendementen gehaald met
80-95% BZV-verwijdering. Ueze hoge percentages worden alleen bereikt wanneer er sprake is van evenwicht tussen micro-organismen
en algen. Door de grotere diepte, de lagere watertemperatuur en
het toepassen van kunstmatige beluchting, en dus turbulentie, kon
dit evenwicht in het azratiebekken kennelijk niet worden bereikt.
Biezen- en rietvelden worden belast met voorbezonken afvalwater
waarin 30-60 kg BZV per ha per dag, bij een waterschijf van 0,2
tot 0,4 m, een belasting die aanzienlijk lager is dan de hierboven genoemde.
Bij hogere belastingen daalt als gevolg van het te kort worden van
de verblijftijd het zuiveringsrendement, terwijl vooral bij biezen
schade aan het gewas kan optreden (legeren);
ad 2) Gedurende de onderzoeksperiode kon slechts CEn keer een zuurstofgehalte van 2,6 mg per liter worden aangetoond. Meestal schommelde
het zuurstofgehalte rond I mg per liter, terwijl in diverse gevallen in het geheel geen zuurstof aanwezig was. Het verschil in zuurstofgehalte in het midden van het azratiebekken en in het effluent
was-steeds gering. Ook konden geen verschillen van betekenis op
verschillende diepten in het bekken worden aangetoond (tabel 3).
Tabel 3. Het zuurstofgehalte in het agratiebekken op 13-12-1972
in het midden en bij de uitlaat van het bekken. Meetdieptes 10, 50 en 100 cm. Watertemperatuur 4,5 5 5,0°C.
mg/l zuurstof
.
diepte
midden
I0 cm
50 cm
100 cm
177
1 9 4
194
uitlaat
1,4
1.3
192
Het lage zuurstofgehalte in het bekken moet vooral veroorzaakt zijn
door toepassing van beluchtingskussens in ondiep water. Door de geringe
diepte is een zuurstofoverdracht van 5% waarschijnlijk niet bereikt.
Overdracht van zuurstof via het contactvlak luchtfwater heeft dit tekort
niet kunnen compenseren, terwijl van enige menging van het afvalwater
nauwelijks sprake was.
Turbulentie'van enige betekenis trad slechts op direct boven de
beluchtingskussens. Dit kon worden aangetoond door boven en tussen de
beluchtingskussens de stroomsnelheid van het water te meten op diepten
van 10 en 25 cm. In tabel 4 zijn de resultaten van deze metingen vermeld. Tussen de beluchtingskussens, d.w.z. op 6 tot 8 meter er vandaan,
was op 25 cm en dieper geen stroming aantoonbaar. Op 10 cm diepte bleek
een geringe stroming aanwezig (4,5-7 cm per sec.), waarschijnlijk goed-deels veroorzaakt door wind (windsnelheid ca. 12 mlsec., windkracht 6).
Tabel 4. Stroomsnelheden (0tt-Flugel) van water in het aeratiebekken
in cm per sec. op 10 cm en 25 cm diepte bij windkracht 6.
ad 3).
-
diepte in cm
boven
beluchtingskussen
tussen twee
beluchtingskussens
10
25
35 - 40
58 :64
4,s - 7
nihil
De verblijftijd van het afvalwater in het azratiebekken is waarschijnlijk minder geweest dan de verwachte 25 dagen. Het niet optreden van enig zuiveringseffect tussen het midden van het bekken
en de afvoerput vormt hiervoor een aanwijzing. Het lijkt waarschijnlijk dat er een diagonaalstroming tussen inlaat en uitlaat is opgetreden, een verschijnsel dat vaak in grote vierkante bassins blijkt
voor te komen (5).
Het geringe zuurstofgehalte, de lage watertemperatuur en de te
korte verblijftijd moeten de oorzaken zijn geweest dat geen nitrifiCatie en onvoldoende B.Z.V.-afbraak optrad. Uit de literatuur (2) blijkt,
.dat bij waterdiepten van 0,6 tot 1,5 m er vaak sprake is van, facultatieve vijvers, d.w.z. een aerobe bovenlaag en een anaerobe onderlaag.
In het aeratiebekken was van een dergelijke scheiding geen sprake.
Een gunstig klimaat voor nitrificerende bacterien was niet aanwezig.
Gebleken is dat nitrificerende bacteriEn bij lage zuurstofgehalten sterk
worden geremd. Enige nitrificatie treedt nog op bij een zuurstofgehalte
van I 2 2 mg per liter en een watertemperatuur van 30%. Bij lagere'
temperaturen stopt de nitrificatie bij deze geringe zuurstofgehalten (6).
Indien voldoende zuurstof aanwezig is kan nog nitrificatie optreden bij
5'~.
Dit werd onder laboratoriumomstandigheden aangetoond (8).
In Amerika zijn we1 goede ervaringen opgedaan met azratiebekkens.
Zo worden in serie geschakelde rechthoekige vijvers toegepast met een
diepte van 1,8 tot 4,5 m. De belasting bedraagt circa 300 kg B.Z.V. per
ha per dag. Het afvalwater wordt nabij de inlaat voorbezonken.
Door toepassing van compressoren wordt aan het eind v a n d e eerste
vijver lucht ingeblazen. In de tweede vijver wordt eveneens intensief,
belucht, echter'alleen in het voorste deel. In het midden wordt geen beluchting toegepast, aan het eind wordt weer belucht, echter minder dan
in het voorste deel. In de derde vijver wordt eveneens enige beluchting
toegepast aan het-begin en aan het eind. Bij een verblijftijd van ongeveer 45 dagen wordt de B.Z.V. voor ten minste 95% verwijderd.
Ten aanzien van het azratiebekken kan worden gesteld dat het niet
beantwoorden aan de verwachtingen vooral is toe te schrijven aan:
I. een te korte verblijftijd van het afvalwater in het azratiebekken
doordat diagonaalstroming op kon treden
2. te weinig zuurstofinbreng, menging en turbulentie door het toepassen
van beluchtingskussens in ondiep water.
De combinatie compactinstallatie - aeratiebekken
Door de beperkte hydraulische buffercapaciteit van compactinstallaties zijn deze zuiveringsinstallaties gevoelig voor stootbelastingen.
Dit komt direct tot uiting in de kwaliteit van het effluent. Tabel 5
geeft een overzicht van de samenstelling van het effluent van de compactinstallatie van Lelystad in de periode van 8-11-1968 tot 15-11-1973.
In vele gevallen blijkt dat een effluent wordt geproduceerd met een
B.Z.V.-gehalte hoger dan 20 mg per liter en tevens, dat dikwijls geen
nitraat wordt gevormd en derhalve de nitrificatietrap niet wordt bereikt. Bij een B.Z.V.-gehalte in het effluent hoger dan 20 mg per liter
werd geen nitraat gevormd: een gevolg van een te hoge (tijdelijke) belasting en een korte verblijftijd.
Door het parallel schakelen met het aGratiebekken in november 1972
werd de belasting van de compactinstallatie tot ongeveer de helft teruggebracht. Dit resulteerde in een goede B.2.V.-verwijdering en een vergaande nitrificatie. Met het effluent werd gemiddeld 15 mg per liter
B.Z.V. en 17 mg per liter stikstof (N-Kjeld.) afgevoerd.
Door het slechte effluent van dit aeratiebekken (B.Z.V. = 203 mg/l;
N-Kjeld. = 72 mg/l) werd er gemiddeld,uit het totale zuiveringssysteem
203 = 109 mg per liter B.Z.V. en l 7 2 72 = 4 5 m g
2
per liter stikstof (N-Kjeld.) naar het oppervlaktewater afgevoerd of
circa 2650 i.e. De B.Z.V. werd voor 74 procent verwijderd.
in deze periode l 5
+
+
Tabel 5. De samenstelling van het effluent van de tijdelijke zuiveringsinstallatie (compactinstallatie) bij Lelystad. Gehalten in mg
per liter.
Da tum
C.Z.V.
110
8-10-1968
28-11-1968
90
14- 1-1969 120
27- 2-1969
75
215
28- 3-1969
100
8- 5-1969
90
20- 6-1969
250
28- 7-1969
60
4- 8-1969
70
19- 9-1969
95
30- 10-1969
50
3-12-1969
20- 1-1970 . 85
50
26- 2-1970
140
2- 4-1970
95
15- 5-1970
155
8- 7-1970
7- 8-1970
50
115
21-10-1970
160
24-12-1970
3- 2-1971
180
17- 3-1971
170
6-5-1971
110
21- 7-1971
115
14-10-1971
B.Z.V.
18
7
20
I8
50
9
9
125
30
16
25
20
I0
8
35
10
35
8
45
765
70
215
30
18
20
N03
afw.
17
afw.
74,
afw.
53
49
SP.
30
afw.
afw.
30
5
28
SP.
afw.'
SP.
14
I
afw.
afw.
-
afw.
I
27
N - ~eld
j
7.1
40
49
19
73
38
13
53
15
42
42
14
45
7
60
55
47
-
44
58
58
48
57
30
26
.
Opmerkingen
Da tum
C.Z.V.
25-11-1971
8- 2-1972
20- 3-1972
14- 6-1972
29- 8-1972
145
185
385
505
235
18- 1-1973
9-5-1973
1 1 - 7-1973
4-10-1973
15-1 1-1973
I60
140
19
110
75
63
14
12
13
B.Z.V.
20
40
135
445
55
N03
N-Kjeld.
afw.
afw.
SP.
SP.
afw.
55
66
65
82
63
SP.
16
24
20
27
60
3
9
8
5
Opmerkingen
(na schoonmaakbeurt)
start azratiebekken
-
Samenvatting en conclusies,
Het als' tijdelijke uitbreiding van de eerste riool~aterzuiverin~s-installatie te Lelystad aangelegde azratiebekken heeft niet voldaan.
De.geringezuiverende werkingmoet worden toegeschreven aan een
combinatie van factoren. De belasting per ha wateroppervlakte was .vrij
hoog (151 kg B.Z.V. per ha per etmaal) en het zuurstofinbrengend ver'
mogen door toepassing van beluchtingskussens in &En meter diep water
was onvoldoende. Bovendien moet ten gevolge van kortsluiting tussen de
inlaat en de uitlaat de verblijf tijd aanzie~l_liJk,~ko~~teF zijn geweest
dan oorspronkelijk werd verwacht.
Het azratiebekken zo'als dat als tijdelijke uitbreiding in Lelystad
.werd aangelegd, is derhal've niet geschikt om als zuiveringsmedium te
dienen voor recreatieve objecten of als tijdelijke voorziening bij
nieuwe woAnkernen.
Het lijkt we1 mogelijk'a&atiebekkens voor het (tijdelijk) zuiveren van ruw afvalwater te gebruiken, mits een ander systeem wordt toegepast. Een waterdiepte'van 1,8 tot 4,5 meter moet worden aangehouden
om een goede zuurstofoverdracht mogelijk te maken. Om te voorkomen
dat kortsluiting tussen de inlaat en de uitlaat optreedt, moet zo'n
bekken in compartimenten worden verdeeld of moeten een aantal rechthoekige vijvers in serie worden geschakeld (lange verblijf tijd!). In
Amerika zijn met dergelijke aeratiebekkens goede ervaringen opgedaan.
Een azrobe oxidatievijver (zonder kunstmatige beluchting) of een
biezen - c.q. rietveld (belasting circa 30-60 kg B.Z.V. per ha per dag
voorbezonken afvalwater) als nazuivering lijkt vooralsnog de beste oplossing.
Dergelijke zuiveringsmedia dienen bij voorkeur in serie achter
bestaande (overbelaste) installaties te worden aangelegd.
/
!
Literatuur
I . Fohr, P.G.
- Inwoners en inwonerequivalenten. H20 3
,
( 1 9 7 0 ) , 188-190.
- Taschenbuch der Stadtentwasserung.
2. Imhoff
Oldenburg. Miinchen. Wien. 1972.
3. Oswald, W.3.
- "Fundamental factors in stabilization pond
5 , 357-393.
design". Air and water pollution -
1961-'63
4 . Koot, A . C . J .
-
5. Thirumurthi, D.
- Waste stabilization ponds: Shape vs performance.
Eng.-~igest15 ( 1 9 6 9 ) , 31-34.
Handleiding bij de colleges over inzameling
van afvalwater 1972.
6. Schzrberl, P., Engel, H.- Das Verhalten der nitrifizierenden Bakterien
gegeniber gelzsten Sauerstoff.
48 ( 1 9 6 4 ) , 393-400.
Archiv fur Mikrobiologie -
- Mineralisatie van organische stof en nitrifi-
7. Schreven, D.A. van
catie van ammonium in IJsselwater.
8 . Neighbour, J . B . ,
-
-
H20
3 (19701, 602-603.
Asce; M>-Aerated
Am. sd;.
lagoons treat Minnesota town's wastes.
Civil Engineering 1970, 59-61.

Download Report