ir.C.F.$chuurman en M.DouwmaPublieke Werken Amsterdam Enkele beschouwingenslibgistingstanksover1Doorsnede imhofftank2Slopen van franckeput op de rioo/waterzui-veringsinstallatie te Amsterdam-Westfoto: Dienst Publieke Werken AmsterdamInleidingHet doel van het slibgistingsproces dat op rioolwaterzuiveringsinrichtingen wordt toegepast,is het stabiliseren van het in de bezinkinrichtingen afgescheiden slib [1].*Zonder behandeling treedt in het 'verse' slib spoedig zure gisting op. SU dit zeer langzaamverlopende proces wordt in de slibdeeitjes gas ontwikkeld. Het slib stijgt daardoor op, waar-door aan de oppervlakte een taaie drUflaag ontstaat. Een vreselijke stank komt bij dit procesvrU. Door het slib in een slibgistingstank zonder toetreding van lucht aan een alkalisch- ofmethaangistingsproces te onderwerpen, ontstaat een stabiel produkt, waarin geen zure gis-ting meer optreedt. Door middel van roeren, rondpompen ofgascirculatie wordt het in de tankgebrachte verse slib met reeds gistend slib gemengd, waarmee men voorkomt dat hetgistingsproces naar de 'zure kant' omslaat.Tegen het einde van het gistingsproces zal het slib als het niet meer geroerd wordt, een deelvan het water afscheiden en bezinken. Het vrUgekomen water kan daarbij worden afgetapt,waardoor de totale hoeveelheid slib ongeveer tot de helft vermindert. Als bUprodukt kan bijdit proces het, calorisch gezien, waardevolle rioolgas worden gewonnen.Uitvoeringsvormen van slibgistingstanksDe eerste gistingstanks dateren van het begin van deze eeuw. De uitvoeringswijze die mentoen koos, wordt ook nu in een gewijzigde vorm nog vaak toegepast. Daar deze uitvoerings-wUze, vooral voor grote installaties, niet voldeed, zijn in de loop der jaren een aantal andereoplossingen ontwikkeld.a. De imhofftankOp de kleine rioolwaterzuiveringsinrichtingenin Nederland heeft de slibgisting meestal plaatsin imhoff- of emschertanks [2]. Deze tanks werden voor het eerst in 1907 door Imhoff toe-gepast in het Emschergebied. Daarna zijn veel van deze tanks in Duitsland, de VerenigdeStaten en ook wel in ons land gebouwd. Verbeterde versies waren daarbij de oms-, francke-en erfurtertanks.De imhofftank is een combinatie van een bezinkinrichtingen een daaronder gelegen slibgis-tingstank (fig. 1). De bezinkinrichting bestaat daarbij uit ??n of meer langwerpige bezinkkana-len. Het slib dat in de bezinkruimte bezinkt, k()mt via een ongeveer 25 cm brede sleuf directin de slibgistingsruimte. SU het gistingsproces houden de slibdeeitjes in het begin het gasvast, waardoor ze opstijgen. De sleuf tussen de bezink- en de gistingsruimte is daarom zogemaakt, dat omhoog drijvende slibdeeitjes moeilijk in de bezinkruimte kunnen komen.Verwarming van de slibgistingsruimte is bij dergelijke installaties niet mogelUk. Ten gevolgevan de door de verwarming veroorzaakte verschillen in soortelijk gewicht, kan de werkingnamelUk worden verstoord. Een ander nadeel van deze tanks is, dat ze nogal diep zijn.b. De francketankSU deze verbeterde versie van de imhofftank is een aparte ruimte aanwezig voor het opvan-gen van het verse slib. Foto 2 geeft een beeld van de sloop van een dergelUke tank, die nietmeer aan de huidige eisen voldeed.c. De cfarigesterEen moderne versie van de imhofftank is de darigester (fig. 3). De clarigester bestaat uit eencirkelvormige bezinktank met een daaronder gelegen, eveneens cirkelvormige gistingsruimte.Door een slibschuiver wordt het in de bezinkruimte bezonken slib naar het midden gescho-ven. Van hieruit komt het verse slib via een 'slibslot' in de gistingsruimte.De motor die de slibschuiver aandrijft, zorgt ook voor de ronddraaiende beweging van eendrijflaagbreker en een bodemschraper in de gistingsruimte. Clarigesters zUn minder diep danimhofftanks. Als een nadeel moet echter de moeilijke bereikbaarheid van het in de gistings-ruimte geplaatste roerwerk worden genoemd.De tussen vierkante haakjes geplaatste cij- d. De vrijstaande gistingstankfers verwijzen naar de litteratuur op blz. 553 De combinatie van bezinkruimte en gistingsruimte, zoals bij de imhofftanks, voldoet niet opCement XXII (1970) nr. 12 546"':holst for sera.per arm~~~~~~+cr -sludge dischargeDIGESTERSECTION~-~~~tP1PeliftlngskJmmlng bladestatronary scum--,~~~~~~~~~~iji~~,"~'''~"'~'~OI~'''''~Io~'~;~=t:?ji"""~~r-.' gas' dome(optlonal)rubber tlred tractlonwheels r- waterlevel scum trough I Irr:,__scum dlscharge.t gasoutlet~~~fiit"'ffiW:":',:rioolwaterzuiveringsinrichtingen met een grote capaciteit. De gistingsruimte wordt in dit gevalals een aparte installatie gebouwd. Deze installatie wordt in vele gevallen verwarmd totmaximaal 28 ? 33?C. Slj deze temperatuur verloopt het gistingsproces namelijk het snelst.Om het warmteverlies door de wanden van de tank zoveel mogelljk te beperken, zou als vormde bol gekozen moeten worden. Om economische redenen kiest men echter meestal een een-voudiger vorm, die de bol enigszins benadert. Zeer geschikt is daarvoor een verticale cilinderdie aan onder- en bovenkant begrensd wordt door kegel- of bolschalen (fig.4). De onderstekegelschaal doet dan dienst als slibzak, terwljl door de bovenste kegel- of bolschaal hetoppervlak van de drljflaag beperkt wordt gehouden. Figuur 5 geeft een doorsnede van eendergelljke tank. Het slib wordt hierblj verwarmd door middel van een buiten de tank ge-plaatste warmte-uitwisselaar.In het midden van de installatie is een soort schroefpomp opgesteld, die dient om het slib inbeweging te houden. Door deze beweging wordt het verse slib, dat in de tank wordt gebracht,direct vermengd met het reeds gistende slib. Deze menging voorkomt dat de gisting van hetverse slib de 'zure kant' opgaat en bekort de totale gistingstljd aanzienlljk. Een nadeel van ditmengen is, dat praktisch geen waterafscheiding plaatsheeft, zodat zeer weinig slibwater kanworden afgetapt en de totale hoeveelheid slib niet vermindert.Het gistingsproces inclusief de waterafscheiding verloopt blj deze tanks eigenlljk alleen be-vredigend als de verblljftljd van het slib in de tank voldoende lang is (minstens 2 tot 3 weken)en als gedurende enige dagen geen vers slib wordt ingetapt. Tijdens deze periode wordtdaarblj de schroefpomp stilgezet, zodat de waterafscheiding ongestoord kan plaatshebben.Hierbij treden weer andere bezwaren op. Gedurende de dagen dat het slib in de tank tot rustkomt, dikt het slib in de trechter vaak zover in, dat verstoppingen in de afvoer optreden. Hetverhelpen van deze verstoppingen en het niet continu verlopen van het bedrijf, maakt datdeze werkwijze minder praktisch is.e. Slibgisting in twee trappenOmdat de waterafscheiding in de gistingstanks. zoals onder d. beschreven, veel te wensenoverlaat, heeft deslibgisting vaak in twee trappen plaats. De slibgistingstanks van de riool-waterzuiveringsinrichting te Amsterdam-Noord (foto 6 en fig. 7) zljn een voorbeeld van eendergelljke installatie.In de verwarmde linkertank (fig. 7) wordt het verse slib gepompt. In deze tank wordt doormiddel van gascirculatie gezorgd. dat het verse slib direct gemengd wordt met het reedsgistende slib. De opstljgende gasbellen voorkomen tevens dat zich aan de bovenkant eendrijflaag vormt. Daar de drljflaag praktisch ontbreekt, zijn geen pogingen gedaan om hetoppervlak van de drijflaag te beperken. De verwarmde gistingstank is dan ook eenvoudigafgedekt met een vlakke plaat.Door het inblazen van gas wordt de slibmassa continu gemengd, waardoor geen wateraf-scheiding plaatsheeft en ook geen bezinking optreedt. Daarom is de slibtrechter weggelatenen is ook de bodem als een vlakke plaat uitgevoerd.6Overzichtsfoto van de zuiveringsinstallatie teAmsterdam-Noordfoto: Dienst Publieke Werken AmsterdamFiguur 5Figuur 43Doorsnede over clarigestertankCement XXII (1970) nr. 12 5477Doorsnede over de verwarmde (links) enonverwarmde gistingstank (rechts) van dezuiveringsinstallatie te Amsterdam-Noord1.50+_ 0 ? ? ? ~.~_rIlI!i:m::~: =__1~5.5""0'-'-~_ _~8Temperatuurverloop in de wand van eengistingstank"cm gew. betongegoLfdestaaLpLaat-i-17?CCement XXII (1970) nr. 12Vanuit de verwarmde gistingstank komt het slib in de onverwarmde tank (ng. 7). Op dezetank is een gashouder geplaatst om het rioolgas op te vangen, dat wordt gebruikt bij de gas-circulatie en tevens benut wordt voorde verwarming. In deze tank, die niet geroerd en nietverwarmd wordt, kan het slib verder uitgisten en kan de waterafscheiding in een rustige om-geving plaatshebben. Ook deze tank is uitgerust met een vlakke bodem. Het slib kan echterop een vijftal punten worden afgetapt.f. De ei- of peervormige gistingstanksTegenwoordig treft men met name in West-Duitsland, ei- of peervormigegistingstanks aan.Deze vorm werd mogelijk door de ontwikkeling van de voorspantechniek. Typische voorbeel-den vindt men in Hamburg, Berlijn en Neurenberg [3]. Zie hiervoor ook het artikel 'Planei-vormige slibgistingstanks in Hengelo', blz. 558.Gistingstanks in gewapend betonVolgens Bom [4] is het oneconomisch om gistingstanks met een inhoud kleiner dan 2000 m3,in voorgespannen beton uit te voeren. Tot op heden worden er nog steeds tanks met eeninhoud van 2000 m3 en zelfs 3000 m3zonder voorspanning gerealiseerd. Als vorm kiest mendaarbij meestal een cilinder met een vlakke of trechtervormige bodem en als afdekking eenkegel- of bolschaal.Eencilinderwand van gewapend beton leent zich bijzonder slecht voor het opnemen van deringtrekspanningen die door de inwendige belasting worden veroorzaakt. Daar het reservoirmet vloeistof is gevuld, geldt vaak als voorwaarde, dat er geen scheuren mogen optreden;dus de wand dient zo dik te zijn dat het beton zonder te scheuren de trekkrachten kan opne-men [5]. Verder brengt men nog een wapening aan die, zonder de bijdrage van het beton, detotale ringtrekkracht moet kunnen opnemen.Het niet gescheurd zijn van het beton wordt een haast onhaalbare eis als ook de spanningenten gevolge van het temperatuurverschil tussen de binnen- en de buitenkant in rekeningworden gebracht. Bij een slibgistingstank waarvan de inhoud tot 33?C wordt verwarmd,bedraagt bij een buitentemperatuur van-17 ?C het totale temperatuurverschil 50?. Het aan-deel dat debetonwand in dit totale temperatuurverschil heeft, kan door het kiezen van eengeschikte warmte-isolatie aan de buitenkant (bijv. steenwol) teruggebracht worden totongeveer 10? (fig. 8). De trek- en drukspanningen die hiervan het gevolg zijn, bedragen ca.19 kgf/cm2[6]. Deze spanningen komen bij hoge reservoirs niet alleen in tangenti?le richtingvoor, maar ook loodrecht daarop, dus in meridiane richting [7].De trekspanning die in tangenti?le richting aan de buitenzijde optreden moeten gesommeerdworden met de trekspanningen ten gevolge van de waterdruk. Dikwijls zal dan de totaal op-tredende trekspanning veel hoger worden dan het beton kan opnemen. In het algemeenworden dan scheuren aan de buitenkant wel geaccepteerd.Om de trekspanningen, die ten gevolge van alleen de waterdruk aan de binnenkant optreden,laag te houden, moet de wanddikte groot zijn. Of er scheuren zullen optreden blijft een openvraag. De krimpspanningen [8] die bij dergelijke meestal zwaar gewapende constructies op-treden, zijn vaak groter dan de maximale treksterkte, zodat wel degelijk scheuren ontstaan.In de praktijk is gebleken, dat cilindrische wanden, die als ongescheurd waren berekend, weldegelijk scheuren vertonen. De scheuren zijn talrijk, maar klein. De lekkage die door enkelescheurtjes optreedt, verdwijnt bovendien na enige tijd, waarschijnlijk door zwellen van hetbeton.Het rekenen met ongescheurde cilinderwanden, dat bij toepassing van hoogwaardig staalleidt tot grote wanddiktes, is dan ook vrij irre?el. Bij de berekening van de gistingstanks vande rioolwaterzuiveringsinrichting te Amsterdam-Zuid is dit principe dan ook verlaten. Aange-nomen is dat de wanden scheuren, maar dat de scheuren kleiner moeten blijven dan de in deGBV 1962 genoemde 0,2 mmo De moeilijkheid was daarbij vooral, dat weinig bekend is overscheurvorming in getrokken betonconstructies. De GBV 1962 geeft formules voor de bereke-ning van de scheurwijdte. Deze formules gelden echter voor liggers, die een geheel anderscheurpatroon vertonen dan een hoofdzakelijk op trek belaste constructie.548p= 5.50 mplQstic voegstriprubber9Aans/uiting wand en trechter van de slibgis"tingstank op de rioo/waterzuiveringsinstalla-tie te SchipholBukowski [9] heeft proeven uitgevoerd met op trek belaste kolommen. Gebleken is datscheuren ter plaatse van de beugels optraden. Voor wanden zou dit betekenen dat de maxi-male scheurafstand gelijk wordt aan de afstand van de verticale staven of een veelvoud daar-van. Een berekeningsmethode gebaseerd op deze uitgangspunten gaf bovendien een bespa-ring op wanddikte en hoeveelheid wapening.Als de verbinding van de cilinderwand met de bodem- en de dakconstructie zodanig wordtuitgevoerd dat geen krachten of momenten worden overgebracht (fig. 9) en de wand verderook overal vrij kan vervormen, dan verkeert de wand in de membraantoestand en treden tengevolge van de vloeistofvulling alleen in axiale richting normaalkrachten op. De spanningendie deze krachten veroorzaken kunnen met de 'ketelformule' berekend worden:cr = Px ? rdDe wand ondergaat daarbij een verplaatsing:Px.rw = Eb. dhierin is:Px = de ter plaatse aanwezige vloeistofdrukr = de straal van de cilinderd = de wanddikteAls de randen niet vrij kunnen vervormen, treden randstoringen op. Deze kan men bepalendoor voor de wand de differentiaalvergelijking van de elastische lijn te beschouwen (10]:d4w 4w 4r2dx' +V = Eb. d . b4 . Px4,..--;;--,-:;