Rioolwaterzuiveringsinstallatie: verschil tussen versies

Een rioolwaterzuiveringsinstallatie (kortweg rwzi), ook wel afvalwaterzuiveringsinstallatie (kortweg awzi) genoemd, zuivert het afvalwater van huishoudens en bedrijven dat via het riool wordt aangevoerd.

In een rioolwaterzuiveringsinstallatie ondergaat het inkomende afvalwater een aantal zuiveringsstappen. Het inkomende water wordt wel het influent genoemd en de te verwijderen stoffen worden wel met vuilvracht aangeduid. Het inkomende water wordt in verschillende stappen gereinigd. Eerst worden de grovere deeltjes verwijderd in een zeef of afscheider. Vervolgens worden de fijnere deeltjes opgevangen in bezinktanks en tenslotte worden de in het water opgeloste stoffen verwijderd. Zo blijft er een stroom water over die minder schadelijke componenten bevat dat het onbehandelde influent. Ook zullen zich door de zuivering minder snel problemen voordoen met het zuurstofgehalte in het water.

Het gezuiverde water die de zuiveringsinstallatie verlaat wordt ook wel effluent genoemd. Bij grote zuiveringsinstallaties gaat dit om een aanzienlijk debiet. Daarom worden dergelijke rwzi's altijd naast een waterloop aangelegd.

Geschiedenis van afvalwaterzuivering

Alhoewel de eerste riolen aangelegd werden in Mesopotamië tussen 3500 v.C. en 2500 v.C., werd het afvalwater niet behandeld.^[1] Hoewel het verspreiden van afvalwater over landerijen niet echt een waterbehandelingsmethode genoemd kan worden, werd de methode reeds toegepast in de Romeinse tijd voor bemesting met alle risico's van dien in verband met verspreiden van zieken. Chemische behandeling van afvalwater werd in Parijs toegepast sinds 1740 waarmee men vooral de bezinking van zwevend materiaal bevorderde. Door toevoeging van kalkmelk produceerde men guano waarmee landbouwgronden werden bemest. Chemische afvalwaterbehandelingsmethoden werden sindsdien meer en meer toegepast tot het einde van de 19de eeuw.

Tijdens de industriële revolutie was er een zeer sterke toename van de bevolking. De sanitaire voorzieningen waren onvoldoende en onder andere door vervuild water was er ook een hoog sterftecijfer. Veel mensen geloofden dat toxische gassen (Miasmas) die ontstonden door het vuile water en afval in de straten ziekten veroorzaakten, terwijl anderen van mening waren dat ziekten ontstonden door fysiek contact of besmet water. Rond 1840 begon in het Verenigd Koninkrijk onderzoek naar de overdracht van besmettelijke ziektes als cholera en buiktyfus. John Snow ontdekte dat de cholera-epidemie van 1854 in Londen werd veroorzaakt door besmet water uit de waterpomp op Broad Street. Hierdoor ontstond de nodige aandacht om afvalwater te behandelen voor de volksgezondheid. Drink- en afvalwater werd daarna gescheiden en het afvalwater gezuiverd. De daaropvolgende sanitaire revolutie in de westerse wereld betekende dat steden voor het eerst geen zwarte gaten met een sterfteoverschot meer waren. Het was daarmee een van de belangrijkste ontwikkelingen op het vlak van de volksgezondheid. Buiten de westerse wereld vond de overgang langzamer plaats en heeft deze soms nog niet plaatsgevonden.

Waar afvalwater uitgespreid werd over het landbouwareaal maakte men soms gebruik van meren, sloten en kuilen om zwaar materiaal in te laten bezinken en de vuilvracht te verlagen vooraleer het water uitgespreid werd. De eerste toepassing hiervan was wellicht te Craigentinny Meadows in Edinburgh in 1829. Via de ontwikkeling van rechthoekige tanks werd de septische tank uitgevonden door Donald Cameron en F.J. Cummins in 1895. Steeds minder landbouwareaal was beschikbaar en het idee ontwikkelde zich dat waterzuivering efficiënter kon door gebruik te maken van organismen in plaats van grondfiltratie. Diverse onderzoekers bestudeerden in die periode "biologische" filters op basis van klei, zand of grind. In één van zijn experimenten vond sir Edward Frankland in 1870 een goed genitrificeerd water na het doorlopen van een gravelfilter. In het Lawrence Experimental Station van het Massachusetts State Board of Health werd de techniek verder verfijnd wat leidde tot de ontwikkeling van biofilters in 1890. De eerste oxidatiebedden die continu doorlopen werden met water werden in 1893-1894 ontwikkeld door Joseph Corbett in Salford, Verenigd Koninkrijk.^[2]

De eerste experimenten met het beluchten van afvalwater werden uitgevoerd in de jaren 1880.^[1] R. Angus Smith was de eerste die onderzoek deed naar het blazen van lucht door afvalwatertanks om problemen met ongewenste geur te minimaliseren.^[3][4] In 1912 werd op het Lawrence Experimental Station onderzoek gedaan waarbij afvalwater werd belucht in met groene algen gecoate flessen en in een beluchte tank met platen die één inch van elkaar verwijderd stonden. Men focuste zich daarbij op de aangroei van de biofilms. Het was echter pas na een bezoek van Gilbert J. Fowler aan het Lawrence Experimental Station en verdere experimenten in 1913 van zijn collega's Edward Ardern and William Lockett van de universiteit van Manchester dat het belang ingezien werd van het behoud van de ontstane biofilm. Door het afgezonderde bezonken materiaal te mengen met vers afvalwater kon men volledige nitrificatie verkrijgen in 24 uur in plaats van in enkele weken. Daarmee was de basis van het actiefslibproces gelegd. Hoewel het snelle initiële succes van oxidatiebedden voor de afvalwaterbehandeling van grote steden de groei van het actiefslibproces afremde, waren er zo'n 10 jaar later in 1923 reeds 80 experimentele zuiveringsstations en 17 stedelijke zuiveringsstations met het actiefslibsysteem operationeel of in aanbouw. Door het gevoerde onderzoek werd het actiefslibproces superieur ten opzichte van alle andere bestaande technieken en werd het langzaamaan de meest gebruikte techniek voor afvalwaterzuivering.

In de beginperiode van het actiefslibproces werd de methode toegepast voor de verlaging van het biologisch zuurstofverbruik en zwevende stoffen.^[5] De eerste effluentnormen voor ammonium werd opgelegd in de jaren 1950. De eerste normen op de concentraties van nitraat en nitriet volgden in de jaren 1970. De eisen werden in de volgende decennia stelselmatig strenger onder invloed van het toenemend milieubewustzijn.

Uitvoeringen van waterzuiveringsinstallaties

Er zijn meerdere soorten waterzuiveringsinstallaties, die ieder op een andere manier het water zuiveren. De meest toegepaste methode voor biologische waterzuivering is het actiefslibproces.^[5] Het actiefslibproces is niet gebonden aan een bepaalde vorm van tanks, de aanwezigheid van een bepaald type tank en hangt evenmin af van de keuze van het beluchtingssysteem. Bovendien zijn met dit proces goede verwijderingspercentages haalbaar tegen een aanvaardbare kost.

Membraanbioreactoren (afgekort tot mbr) zijn een goed alternatief indien zeer zuiver water nodig is of er niet genoeg ruimte beschikbaar is voor de bouw van de verschillende beluchtingstanks en nabezinktanks van een actiefslibsysteem. Bij een mbr wordt het afvalwater met het biologisch slib door een membraan met fijne gaatjes geperst.

Oxidatiebedden, waarbij de micro-organismen op lavastenen groeien, vormen een verouderde technologie: met deze methode kan alleen de koolstofvuilvracht uit het afvalwater verwijderd worden.

Waterzuiveringsprocessen

Het zuiveringsproces kan opgedeeld worden in enkele grotere groepen van processtappen die voor alle waterzuiveringsstations dezelfde zijn, ongeacht of de installatie huishoudelijk, gemengd of industrieel water behandelt. Voor een individuele zuiveringsinstallatie wordt op basis van de zuiveringsnormen bekeken of alle processtappen nodig zijn. Bijgevolg is niet elke groep zuiveringstechnieken op een zuiveringsstation terug te vinden.

Er zijn twee grote opdelingen voor de zuiveringsstappen van afvalwater. Wanneer men geïnteresseerd is in een te bereiken zuiveringsgraad zal men zich meer focussen op de individuele zuiveringsprocessen. Ten tweede kan men de zuiveringsmethoden ook meer algemeen beschouwen door te kijken naar de aard van het zuiveringsproces.

Onderverdeling naar gewenste zuiveringsgraad

Bij een opdeling naar de gewenste zuiveringsgraad van het water onderscheidt men de opeenvolging van de volgende groepen technieken:

1. Primaire zuivering
2. Secundaire zuivering
3. Tertiaire zuivering
4. Quaternaire zuivering

Primaire zuivering

De primaire zuivering omvat een aantal processtappen die afhangen van de fysische eigenschappen van de in het water aanwezige deeltjes. In de primaire zuivering worden enkel vaste deeltjes verwijderd uit het afvalwater. Nadat het influent op de zuiveringsinstallatie toekomt, wordt het water opgepompt naar het hoogste punt in de installatie. Op deze wijze kan het afvalwater door de werking van de zwaartekracht naar beneden stromen van de ene tank naar de andere zodat het water met een minimum aan pompen de volledige zuiveringsinstallatie kan doorstromen. Uitzonderingen op deze algemene regel zijn evenwel mogelijk om locatiespecifieke redenen, bijvoorbeeld omdat een installatie gerenoveerd en uitgebreid is. Op deze wijze vermindert men beschadiging van de slibvlokken met micro-organismen vanaf de secundaire zuivering. Bijgevolg begint de primaire zuivering, net na het oppompen van het inkomende afvalwater in het influentgemaal.

Roostergoedverwijdering

Het influent bevat naast de echte vuilvracht ook componenten die niet in een riool thuishoren zoals takken en blikjes. Deze componenten kunnen niet alleen kleinere leidingen verstoppen, maar ook pompen, mengers en voortstuwers beschadigen. Grof vuil waaronder bladeren, papier, blikjes, plastic, maandverband en tampons, worden verwijderd met stappenroosters. Stappenroosters bestaan uit een rij metalen platen die afwisselend vast opgesteld en beweegbaar zijn en het grof vuil in stappen omhoog brengen naar een transportband. Als alternatief voor stappenroosters kunnen grofharkroosters en fijnharkroosters toegepast worden die het grof vuil opvangen op een vast frame, waarna het vuil eraf geharkt wordt. De technieken voor roostergoedverwijdering verwijderen zo het vuil dat groter is dan enkele millimeters. Het samengeperste vuil wordt opgevangen in een roostergoedcontainer, die nadien afgevoerd wordt naar een afvalverbrandingsinstallatie.

Olie- en vetvang

Olie- en vetdruppels worden uit afvalwater verwijderd door opdrijving.^[2] Olie en vet zijn lichter dan water en deze stoffen gaan na verloop van tijd op het water drijven wanneer het afvalwater zich traag voortbeweegt. Bij een vetvanger bevindt de toevoer en de aflaat zich typisch onder het wateroppervlak van de tank om zo de gevormde vetrijke drijflaag niet opnieuw te mengen met het afvalwater. In een vetvanger is een schraper of drijflaagafstrijker aanwezig die de vetlaag afroomt van het afvalwater. Indien het afgescheiden vet vrij zuiver is, kan men het hergebruiken als grondstof voor de zeepindustrie.

Olie- en vetvangers komen men niet vaak voor op een rioolwaterzuiveringsinstallatie aangezien er in de meeste gevallen weinig vetten in het aangevoerde rioolwater aanwezig zijn. Enkel in geval van problemen wordt er een speciale tank gebouwd of andere voorzieningen getroffen. Zowel afzonderlijke tanks als geïntegreerd zandvanger met vetvang wordt toegepast. Hiermee wordt voorkomen dat drijflagen gevormd kunnen worden op bijvoorbeeld de voorbezinktank of de zandvanger.

Slechts in specifieke bedrijfsafvalstromen, bijvoorbeeld van raffinaderijen, garages, restaurants, slachthuizen en margarinefabrieken, komt een hoge vuilvracht aan oliën en vetten voor. Indien fijne oliedruppels uit het afvalwater verwijderd moeten worden, wordt een golfplatenafscheider gebouwd.^[2] Hierin zijn vele dichtopeenstaande golfplaten aanwezig onder een hoek in een eerste compartiment. Het inkomende water wordt onder het wateroppervlak toegevoerd en wordt gedwongen om langs de golfplaten naar beneden te stromen in een tweede compartiment, waarna het water wegstroomt. Wanneer de oliedruppels langs de golfplaten stromen slaan deze neer op de golfplaten. De druppels bewegen langzaam naar boven en vormen een drijflaag op het water. Net zoals in andere vetvangers wordt de olie- en vetlaag afgeroomd met een drijflaagafstrijker.

Zandvang

Partikels bestaande uit zand, klei of leem kunnen na verloop van tijd neerslaan in de verschillende tanks op een zuiveringsinstallatie. Op locaties met een verhoogde aanvoer van deze materialen in het influent wordt een zandvang voorzien. Een zandvanger verwijdert deeltjes die bij benadering groter zijn dan 0,2 mm, terwijl de constructie zoveel mogelijk organische deeltjes in oplossing houdt. Het afgescheiden mengsel wordt eventueel gewassen en in een container apart afgevoerd, bijvoorbeeld voor hergebruik in de bouwsector. Er bestaan zowel beluchte als onbeluchte zandvangers. Voorbeelden van onbeluchte zandvangers zijn Dorr-zandvangers en rondzandvangers.

Voorbezinking

Een voorbezinktank is een cilindervormige tank, waarbij de diepte in het midden groter is dan aan de rand van de tank. Het inkomende water wordt op een bepaalde diepte, typisch een halve meter onder het wateroppervlak, in het midden van de tank ingebracht. Door de specifieke bouw van de voorbezinktank zal het water in nagenoeg alle omstandigheden zich in elke richting gelijkmatig verspreiden. Het water stroomt hierbij slechts langzaam waardoor alle grotere organische partikels naar beneden zakken (alle zandkorrels en grote vaste deeltjes zijn reeds verwijderd door de voorafgaande zuiveringsstappen). In de ronde tank is een draaiende ruimerbrug aangebracht. Onderaan de ruimerbrug zitten schrapers die het bezonken slib over de schuinaflopende bodem naar het midden van de tank duwen. Onderaan de tank wordt het primaire slib weggepompt terwijl het water dat ontdaan is van het merendeel van de zwevende stoffen bovenaan over een rand met inkepingen overstort.

Secundaire zuivering

Na de fysische zuivering van het afvalwater in de voorafgaande stappen volgt in de secundaire zuivering (het begin van) de biologische zuivering. De secundaire zuivering van het afvalwater omvat de verlaging van de koolstofvracht, gemeten aan de hand van het biologisch zuurstofverbruik en chemisch zuurstofverbruik, van het afvalwater.

Diverse soorten micro-organismen, waaronder bacteriën, protozoa en metazoa, leven van het afvalwater. De micro-organismen produceren een soort slijmlaag die hen bescherming biedt. Deze slijmlaag absorbeert de zwevende deeltjes met voedingsstoffen, waaronder de organische producten van spoelwater, urine, fecaliën, etc. De organismen in het slib voeden zich hiermee en breken de vervuiling stelselmatig af. Omdat de micro-organismen zich voeden met de vervuiling, zullen ze echter toenemen in aantal, waardoor extra biologisch slib gevormd wordt. Dit secundaire slib is het belangrijkste bijproduct dat ontstaat in de zuivering van afvalwater en vormt samen met het roostergoed, zand en eventueel primair slib uit de primaire zuivering de afvalproducten van een rioolwaterzuiveringsinstallatie.

In het actiefslibproces komt het slib voor in vlokvorm: de vlokken zweven in het water en vormen een mengsel dat continu in beweging gehouden moet worden om te verhinderen dat de slibvlokken zich gaan afscheiden van het water. De secundaire zuivering wordt opgestart door het mechanische gezuiverde afvalwater in contacttanks in contact te brengen met slib dat van het einde van de biologische zuivering uit de nabezinktanks wordt toegevoerd. Eventueel zijn speciale selectortanks aanwezig die voorzien zijn van een goed mengsysteem voor de bevordering van de bezinkbaarheid van het slib. De verwijdering van het afval gebeurt door de micro-organismen.

Beluchtingstank

In de beluchtingstank treedt de aerobe zuivering op. De beluchtingstank bevat een beluchtingssysteem bestaande uit bijvoorbeeld traagdraaiende of sneldraaiende puntbeluchters, borstelbeluchters, fijnbellenbeluchting, dompelbeluchters, straalbeluchters, etc. Daarmee wordt lucht in het water ingebracht. Het in de lucht aanwezige zuurstofgas wordt gedeeltelijk overgedragen aan het water. Deze opgeloste zuurstof wordt door de micro-organismen opgenomen, zodat ze in staat zijn om de organische vuilvracht in het water-slibmengsel te verademen.

Er bestaan vele uitvoeringen van een beluchtingstank zowel qua vorm (bijvoorbeeld rechthoekige tanks en carrousels) als qua afmetingen en bedrijfsvoering (bijvoorbeeld gemengde tank, tank met propstroomkarakter).

Bestand:Fine bubble diffuser (Disc).jpg

Nabezinktank

Het water/actiefslibmengsel wordt weer gescheiden in een nabezinktank. De constructie is identiek aan deze van een voorbezinktank. Doordat het water heel traag vanuit het midden naar de rand stroomt, krijgen de actief slibvlokken de tijd om naar beneden te bezinken. Het water dat over de overstortrand van de nabezinktank loopt, is het gezuiverde afvalwater. Onderaan de nabezinktank wordt het meeste secundaire slib teruggepompt naar het begin van de biologische zuivering waar het gemengd wordt met nieuw afvalwater. Het overschot, ook wel surplusslib genoemd, wordt afgevoerd voor indikking en verdere slibbehandeling.

Tertiaire zuivering

De tertiaire zuivering vormt een uitbreiding van de secundaire zuivering en omvat de verwijdering van nutriënten uit het afvalwater. Dit zijn ammonium, nitriet, nitraat, organische stikstof en fosfaat. Tertiaire zuivering vindt plaats in dezelfde tanks als secundaire zuivering. Voor tertiaire zuivering zijn er extra voorzieningen nodig, bijvoorbeeld een aangepaste sturing van de beluchting, voorzieningen om het water intern terug te pompen van het einde van de beluchting naar het begin, aparte anoxische en anaerobe tanks of onbeluchte zones in een beluchtingstank, etc.

Stikstofverwijdering

Alle zouten van ammonium en nitraat zijn heel goed oplosbaar.^[6] Bijgevolg kunnen deze vorm van stikstof niet uit het afvalwater verwijderd worden door neerslagvorming met chemicaliën. Daarom worden ammonium en nitraat biologisch verwijderd. In aanwezigheid van zuurstof wordt ammonium door verschillende groepen nitrificerende bacteriën eerst geoxideerd tot nitriet en nadien verder tot nitraat. Deze organismen zijn autotroof en verwijderen dus ook een (klein) gedeelte van de CO₂ uit afvalwater.

Het geproduceerde nitraat kan beschouwd worden als een vorm van aan stikstof gebonden zuurstof. Nog andere groepen bacteriën zullen het nitraat vervolgens omgezetten in stikstofgas (N₂) via een ander microbieel proces: denitrificatie. Voor dit proces is organisch materiaal als elektronendonor of (reductor) nodig. Door het actief slib afwisselend te beluchten en onbelucht te laten zet men eerst het ammonium om tot nitraat en achtereenvolgens het nitraat tot stikstofgas.

Fosfaatverwijdering

Fosfaat kan door actief slib onder bepaalde condities worden opgenomen: fosfaat accumulerende bacteriën (afgekort tot PAO, wat staat voor Phosphate Accumulating Organisms) kunnen fosfaat als reservestof opslaan in hun cellen onder de vorm van polyfosfaat. Deze fosfaatopslag kan door een twee-stapsproces uitgebuit worden op een rioolwaterzuiveringsinstallatie voor de verwijdering van fosfaat. Wanneer PAO's zich in zuurstofloos en nitraatarm water bevinden, komen deze bacteriën in een stress-situatie die ervoor zorgt dat grote hoeveelheden fosfaat door de bacteriën worden afgegeven aan het water/slib mengsel. Deze fase noemt men de famine of hongerfase. Wanneer het actief slib nadien wordt belucht, er door het slib nitraat wordt geproduceerd en de PAO's bijgevolg een overvloed aan zuurstof, nitraat en voedingsstoffen bevinden, zullen de PAO's de eerder afgegeven hoeveelheid terug opnemen, samen met een overmaat aan fosfaat. Deze fase wordt de feast of feestmaalfase genoemd. Het volledige proces waarbij de afwisseling van anaerobe en zuurstofrijke omstandigheden wordt toegepast voor de groei van fosfaat accumulerende bacteriën noemt men biologische fosfaatverwijdering, kortweg bio-P.

De toepassing van bio-P vereist speciale aanpassingen aan de waterzuiveringsinstallatie: aan het begin van de biologische zuivering moeten er selectortanks en anaerobe tanks aanwezig zijn. Deze voorzieningen zijn niet overal mogelijk en zijn, zeker in oudere zuiveringen, niet altijd aanwezig. Fosfaat wordt dan verwijderd met behulp van een chemische reactie met ijzer of aluminium. Door de slechte oplosbaarheid van IJzer(III)fosfaat en aluminiumfosfaat slaan deze stoffen neer en kunnen ze worden afgescheiden in de nabezinktank.

De laatste tijd ontstaat er steeds meer aandacht voor het terugwinnen van fosfaat uit rioolwater vanwege de toenemende schaarste van fosfaaterts. Door deze schaarste wordt fosfaaterts steeds duurder waardoor hergebruik ook economisch interessant wordt. Met behulp van technieken zoals neerslaan van fosfor als struviet is het mogelijk om meer dan 70% van het gehalte aan fosfor terug te winnen uit afvalwater^{[7] [8]} en tot 97% uit apart ingezamelde urine.^[9] Terugwinning is dus in principe mogelijk waarbij terugwinning zelfs energetisch gunstiger is dan de klassieke productie van meststoffen.^[10] Het vereist echter grote aanpassingen en investeringen om de huidige afvalwaterbehandeling om te schakelen.

Quaternaire zuivering

Quaternaire zuivering is bijkomende doorgedreven zuivering. zandfiltratie, ultrafiltratie, ozonisatie en UV-behandeling zijn voorbeelden van quaternaire waterzuiveringstechnieken. Met dergelijke methoden kan men bijvoorbeeld de gehaltes aan zwevende stoffen naar ultralage niveaus brengen en de hoeveelheid ziekteverwekkende kiemen verlagen. Een praktisch voorbeeld van quaternaire zuivering is drinkwaterbereiding.

Onderverdeling naar de aard van het zuiveringsproces

Op een opdeling naar de aard van het zuiveringsproces onderscheidt met de op elkaar volgende groepen processtappen:

1. Mechanische zuivering: de mechanische zuivering komt overeen met de primaire zuivering
2. Biologische zuivering: omvat alle biologische zuiveringsstappen van het afvalwater en omvat hierdoor zowel de secundaire als de tertiaire zuivering
3. Nazuivering: onder nazuivering worden alle waterzuiveringsprocessen gerekend die na een zuivering op een gemiddelde rwzi voor koolstof-, stikstof- en fosforverwijdering uitgevoerd worden. Het zijn de zuiveringsstappen om te komen tot zeer lage hoeveelheden verontreiniging wegens specifieke lozingsnormen. Met andere woorden nazuivering komt grotendeels overeen met quaternaire zuivering.

Rendement van een zuiveringsinstallatie

Het rendement van een waterzuiveringsinstallatie hangt onder andere af van:

• het ontwerp: grootte en aantal van de aanwezige tanks
• sturing van de aanwezige toestellen: hoe meer metingen op een rwzi beschikbaar zijn, hoe beter het zuiveringsproces automatisch kan bijgestuurd worden met een optimale verwijdering tegen een minimum energieverbruik. Belangrijke gemeten parameters zijn bijvoorbeeld de concentraties aan opgeloste zuurstof, ammonium, nitraat en slib, alsook waterniveaus en het influentdebiet.
• het debiet of de hoeveelheid te behandelen rioolwater: bij stijgende debieten moet het water de zuivering sneller doorlopen. De verblijftijd wordt kleiner, waardoor de zuiveringsprocessen minder tijd krijgen. Bij het overschrijden van een kritische grens leidt dit tot een lagere waterkwaliteit van het effluent.
• de waterkwaliteit van het influent (de soort vervuiling en de concentraties).

  Bij een toegenomen vervuilingsgraad is het gemakkelijker om de vervuiling biologisch te verwijderen.

  Bij een dalende vervuilingsgraad wordt het moeilijker om een bepaald percentage vervuiling biologisch te verwijderen overeenkomstig de richtlijn Stedelijk afvalwater. Hiervoor zijn dikwijls meer chemicaliën nodig.

  De verdunning van het echte grijze afvalwater dat van de huizen naar de riolering stroomt: regenwater en in de riolen infiltrerend grondwater verdunnen het afvalwater met relatief schoon water dat niet gezuiverd hoeft te worden. In extremere gevallen van regenweeraanvoer kan het influent al voldoen aan de effluentconcentratienormen.

Bij rioolwaterzuiveringsinstallaties kunnen grote verschillen in aangevoerde vuilvracht en debiet optreden. Hierdoor moet de installatie zo ontworpen worden, dat deze zoveel mogelijk situaties aankan. Meestal zijn rioolstelsels gemengde rioolstelsels, wat wil zeggen dat dezelfde riool zowel regen- als afvalwater transporteert. Bijgevolg is er bij regenval een sterk verhoogde aanvoer van verdund water op de rwzi. Door het rioolsysteem uit te voeren als een gescheiden stelsel waarbij regenwater en afvalwater gescheiden worden afgevoerd, kan de regenwateraanvoer direct naar de waterloop gebracht worden en worden de extreme debietpieken naar een rwzi afgevlakt. Hierdoor is het debiet en de vuillast constanter, zodat de installatie beter geoptimaliseerd kan worden en compacter ontworpen kan worden. Andere maatregelen zijn het installeren van wachtbekkens, die het gemengde afvalwater en regenwater tijdelijk opslaan, of het implementeren van intelligente sturingen in het rioleringsstelsel (aangeduid met de term Real time control).

Procesverstoring

De verstoring van het zuiveringsproces op een waterzuiveringsstation kan op velerlei manieren gebeuren. Lozingen van chemicaliën op het rioolstelsel kunnen een grote impact hebben op het waterzuiveringsproces. De invloed hangt echter af van het product en kan afgeleid worden uit het veiligheidsinformatieblad van dat product. Speciale aandacht is nodig wanneer de producten gelabeld zijn met de GHS-waarschuwingsiconen voor giftig of milieugevaarlijk product. De grootte van de lozing is van groot belang: in beperkte mate is het zuiveringsproces op een zuiveringsstation resistent tegen lozingen met giftige producten. Eens een bepaalde grens overschreden is - een grote hoeveelheid wordt geloosd-, sterven micro-organismen af, vallen slibvlokken uiteen, treden veranderingen op in de verhoudingen tussen de soorten bacteriën, beginnen ongewenste organismen te groeien, etc. Hetzelfde geldt voor producten die op het zuiveringsstation zelf gebruikt worden voor bijvoorbeeld de fosforverwijdering, waarbij een defect in een afsluiter kan leiden tot een sterke pH-daling. Maatregelen die bij een externe lozing genomen kunnen worden indien men de lozing kan lokaliseren voor deze in de secundaire zuivering terecht komt, zijn het afzonderen van de lozing in het rioolstelsel of in een aparte tank op het zuiveringsstation. Zoniet kan men de beluchting handmatig op vol vermogen laten draaien om de slibvlokken in zo goed mogelijke conditie te houden. In het slechtste geval kan men slechts het biologisch slib afvoeren, het zuiveringsstation enten met slib van een andere installatie en opnieuw opstarten met alle gevolgen vandien voor het oppervlaktewater waar het effluent naartoe gaat.

Een grote hoeveelheid zuurstofvangende materialen, die groter is dan de verwerkingscapaciteit van het zuiveringsstation, kan zowel optreden in extreme regenweeromstandigheden, waarbij al het bezonken materiaal in het rioolstelsel ineens toekomt op de rwzi, als door lozing van geconcentreerde afvalstromen, bijvoorbeeld melk- en oliehoudende producten. In dergelijke omstandigheden bevat het effluent in eerste instantie nog BZV en CZV, terwijl er weinig ammonium afgebroken is. Indien deze omstandigheden meermaals en/of langer dan een dag voorkomen, treden veranderingen op in de verhoudingen tussen de soorten bacteriën in het biologisch slib, waardoor het slib slechter bezinkt en gedurende langere tijd hogere concentraties zwevende stoffen in het effluent terug te vinden zijn.

Slibverwerking

Het grootste gedeelte van de zuivering van afvalwater van afvalwater gebeurt door micro-organismen. Bij dit proces groeien deze organismen aan: het slib neemt toe in volume. Het geproduceerde slib is het belangrijkste nevenproduct van afvalwaterzuivering. Het spuislib dat vanuit de waterzuivering weggepompt wordt bevat zo'n 3-8 g (of 0,3-0,8%) biomassa per liter water. Deze biomassa heeft verschillende mogelijke toepassingen, waaronder gebruik als hernieuwbare brandstof in cementovens of bij elektriciteitswinning.

Aangezien het spuislib meer dan 99% water bevat, is de slibontwatering de belangrijkste hinderpaal voor onder andere hergebruik als brandstof. Het slib wordt in opeenvolgende stappen ingedikt en gedroogd in gravitaire indikkers, zeefbandpersen, filterpersen, centrifuges en slibdrooginstallaties.

Slibvergisting

Een verdere mogelijkheid tot het nuttig inzetten van het geproduceerde slib is het toepassen van slibvergisting. Hierbij wordt het slib zo'n 30 dagen bij een temperatuur van ongeveer 30°C gehouden onder anaerobe omstandigheden. Het organisch materiaal wordt gedurende deze periode in opeenvolgende stappen afgebroken tot CO₂ en methaan (biogas):

1. Hydrolyse: grote biopolymeren worden opgedeeld in hun afzonderlijke subeenheden, de monomeren.
2. Acidogenese: een biologische reactie waarbij de monomeren omgevormd worden tot vluchtige vetzuren.
3. Acetogenese: vetzuren met meer dan twee koolstofatomen worden omgezet tot azijnzuur, koolstofdioxide en waterstofgas.
4. Methanogenese: het azijnzuur wordt door methaanvormende bacteriën omgezet in methaan.

Sommige zuiveringen gebruiken het geproduceerde methaan om een aggregaat aan te drijven en produceren zo een deel van hun eigen elektriciteit. Vanwege de grote investeringskosten voor het bouwen van een slibgistingsinstallatie wordt vooral op de grotere zuiveringsstations slib vergist.

Het uitgaande water van de slibgistingsinstallatie bevat een hoge vuilvracht aan nutriënten die de micro-organismen eerst uit het afvalwater hadden opgenomen. Door afbraak van het organisch materiaal, waaronder aminozuren, bevatten de slibwaters die bij de gisting ontstaan veel ammonium. Deze slibwater, ook wel rejectiewater genoemd, wordt teruggeleid naar de waterzuivering. Vanwege de hoge vuilvracht aan stikstof en fosfor in de kleine hoeveelheden slibwater kan het interessant zijn om op deze deelstroom een afzonderlijke behandeling te voorzien: het SHARON-proces (bijv in Utrecht, Den Haag), het SHARON-anammoxproces (in Rotterdam), of de BABE-proces (in 's-Hertogenbosch) zijn hiervan voorbeelden.

Wettelijk kader

De diversiteit aan fauna en flora in de grote rivierbekkens in Europa was erg laag (rivieren als de Schelde en de Zenne waren toen virtueel dood) en konden de grote instromende vuilvracht niet aan. Om hieraan iets te doen, vaardigde de toenmalige Europese Economische Gemeenschap in 1991 de Richtlijn Stedelijk Afvalwater uit ^[11]). De uitbouw van rioolwaterzuiveringsinfrastructuur werd sindsdien sterk versneld en de riolerings- en zuiveringsgraad steeg aanzienlijk. Voor Vlaanderen steeg deze van respectievelijk 79% en 30% in 1990 naar 87,1% en 73,3% in 2008.^[12] De richtlijn stedelijk afvalwater legde normen op voor het te verwijderen gehalte van, alsook de concentraties aan CZV, BZV, ammonium, nitraat, fosfaat en zwevende stoffen.

Nadien verlegde de Europese Gemeenschap de focus meer naar het bekomen van een goede ecologische kwaliteit van het afvalwater. De Kaderrichtlijn Water verplicht de lidstaten van de EU in het voorzien van een goede biologische kwaliteit van oppervlaktewaters.^[13] Dit hield in dat men niet alleen moet voorzien in een goede rioolwaterzuiveringsinfrastructuur, maar ook in andere maatregelen die de biologische kwaliteit van ontvangende waterlopen garanderen, bijvoorbeeld het laten meanderen van beken.

Zie ook

• Lijst van Nederlandse rioolwaterzuiveringsinstallaties

Externe links

• www.riool.info - De site over riolering en (afval)water
• Rioolwaterzuivering stap voor stap
• Waterkwaliteit en waterbodem in Vlaanderen (Kaarten met fysico-chemische en biologische waterkwaliteit op meetplaatsen beïnvloed door effluenten van waterzuiveringsinstallaties)
• Alle ontwerp- en contactgegevens van Nederlandse rioolwaterzuiveringen
• Technische gegevens van de RWZI Brussel Noord, 1,4 miljoen inwonerequivalenten
• Technische uitleg van Aquafin, die alle RWZI in Vlaanderen beheert

Zie de categorie Wastewater treatment plants van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.