ir. E.LC. KosterN.V. Advies- en Ingenieursbureau Witteveenen Bos, Deventers:200150typen beluchtings-systemenFiguur 1Hoge drukbeluchting van de rioolwater-zuiveringsinrichting Amsterdam-Westfoto: Publieke Werken, AmsterdamCement XXII (1970) nr. 12Actief-slibinstaUatiesInleidingDe functie van de actief-slibinstallatie in de rioolwaterzuiveringsinrichting is het in contactbrengen van grote hoeveelheden micro-organismen (actief slib) met het te behandelen rIool-water.Er dient een intensieve beluchting en menging plaats te hebben van de micro-organismen enhet rioolwater. Voor de beluchting en menging zijn vele systemen mogelijk. De toe te passensystemen hebben een bepalende invloed op de vormgeving van de actief-slibinstallaties.De keuze van het systeem wordt bepaald dooreen kostenvergelijking van de diverse techni-sche mogelijkheden, waarbij de bereikbare graad van zuivering en de bedrijfszekerheld vanessenti?le betekenis moeten worden geacht. Bij bedrijfszekerheid dient men vooral te denkenaan het zoveel mogelijk beperken van onderhoudswerkzaamheden ten behoeve van deinstandhouding van de elektromechanische apparatuur, alsmede voor het wegnemen van ver-stoppingen. Bij de kostenvergelijkingen wordt niet alleen gelet op de hoogte van de benodig-de lnvestertnqen voor de bouw van een complete actief-slibinstallatie, maar tevens op dehoogte van de exploitatiekosten, uitgedrukt in het aantal kWh, dat nodig is om 1 kg 02 in deactief-slibinstallatie te brengen. Fig. 1 geeft een indruk van de kengrootheden van verschil-lende beluchtingssystemen.D?l bouw van actief-slibinstallaties in Nederland is pas de laatste jaren goed tot ontwikkelinggekomen, wat vooral te danken is geweest aan het vele onderzoekingswerk, dat in binnen- enbuitenland is gedaan.De houw van de actief-slibinstallaties in binnen- en buitenland is lange tijd beperkt gebleventot de grotere installaties. In Nederland kunnen we de rioolwaterzuiveringsinrichtingen vanAmsterdam-West, Amsterdam-Zuid, Hendrikldo Ambacht, Hilversum, Vught en Tilburg tot deoudere actief-slibinstallaties rekenen, die tot voor kort de enige voorbeelden op dit gebiedwaren.Het bedrijven van actief-slibinstallaties vraagt deskundig personeel, wat lange tljd de toepas-sing van dit proc?d? voor kleinere installaties heeft tegengehouden.Door de veel sterkere stijging van de investeringskosten dan de kosten van energie en deontwikkeling van bedrijfszekere apparatuur gedurende de laatste jaren, is het thans econo-misch, zowel voor grotere als kleinere installaties, hetactief-slibproces als zuiveringsmethode529Figuur 2Figuur 5Figuur 3Figuur 4Figuur 6Figuur 7Figuur 8Figuur 9Figuur 10Cement XXII (1970) nr.12toe te passen. De laatste jaren zijn nogenkele actief-slibinstallaties gebouwd, onder meer teAmsterdam-Noord, Haarlem, Leeuwarden en Someren-Asten, terwijl onlangs, vooral in hetgebied van het waterschap 'Hegge en Dlnkel' diverse installaties van dit type in uitvoeringzijn gekomen waaronder die te Hengelo, Goor, Oldenzaal, Enschede-Zuid, om maar enkelevoorbeelden te noemen. In Noord-Brabant dient de in aanbouw zijnde rioolwaterzuiverings-inrichting van Breda te worden genoemd.Door de invoering van de Wet Verontreiniging Oppervlaktewateren zullen steeds meer riool-waterzuiveringsinrichtingen moeten worden gebouwd. Daarbij zal vooral gelet worden oplage investeringskosten, omdat de financiering van deze gigantische opgave voor Nederlandzeer grote bedragen zal gaan vragen; derhalve kan worden verwacht dat vooral actief-slib-Installaties vaker gebouwd zullen worden.Uitvoeringsvormen van beluchtingstanksDe aandachtige lezer van de litteratuur op het gebied van de behandeling van afvalwatergedurende de laatste 10 jaar, zal worden geconfronteerd met vele uitvoeringsvormen vanbeluchtingstanks, die er het bewijs van zijn hoezeer de techniek van de zuivering van afval-water in ontwikkeling is.De variatie in uitvoeringsvormen is gedeeltelijk een gevolg van het toegepaste beluchtings-systeem, maar heeft ook te maken met de vergroting van de efficiency van deze systemen.De figuren 2 tlm 9 geven een indruk van de mogelijke verschijningsvormen van de beluch-tingstanks. Deze figuren bewijzen tevens dat de problemen met de bouw van de tanks voorde verschillende beluchtingssystemen zeer verschillend zullen zijn.Voor de gedachtenbepaling is van belang, dat het volume van de beluchtingstank wordt be-paald door de vereiste zuiveringsgraad van het te behandelen afvalwater. De vorm van detank en daarmee de afmetingen worden beslissend be?nvloed door het gekozen beluchtings-systeem. Vorm en beluchtingssysteem kunnen niet los van elkaar worden beschouwd.Als ontwerper van rioolwaterzuiveringsinrichtingen dient men primair de grootste aandachtte schenken aan de goede, vooral betrouwbare functionering van het zuiveringsproces. Demeer ingewikkelde verschijningsvormen van de beluchtingstanks, zoals uit de figuren 4 en 6kan worden afgeleid, zijn gebaseerd op uitvoerige proefnemingen. Toch kan niet wordenontkend, dat deze vormen bepaald zeer kostbaar in de uitvoering moeten zijn.Als bouwer van rioolwaterzuiveringsinrichtingen streeft men steeds naar vereenvoudigingenter beperking van de investeringskosten, terwijl men droomt van normalisaties op dit gebied.Men kan feitelijk het ontwerp en de bouw van de actief-slibinstallaties niet los zien van devormgeving van de overige onderdelen van de rioolwaterzuiveringsinrichting. Het is bij voor-beeld veelal gebruikelijk, echter niet altijd, het te behandelen afvalwater allereerst een bezin-kingsproces te laten ondergaan. Daarvoor gebruikt men gewoonlijk rechthoekige en rondebezinktanks. Er zijn combinatie-mogelijkheden, die in de praktijk van het bouwen economi-sche perspectieven kunnen bieden.Een dergelijke combinatie is ook mogelijk tussen de beluchtingstank en het nabezinkbassin(fig. 10). In de nabezinkbassins moet het rioolwater weer worden gescheiden van het actieveslib, dat weer naar het beluchtingsbassin wordt teruggevoerd. Ook hier zijn economische uit-voeringsvormen ontwikkeld.530Diepbeluchting (zie ook fig. 2)foto: Rljksinstituut voor Zuivering van AfvalwaterLage drukbeluchting (INKA) van de riool-waterzuiveringsinrichting Amsterdam-Noordfoto: PubIieke Werken, AmsterdamCement XXII (1970) nr. 12De invoer van het te behandelen afvalwater in de beluchtingstanks, alsmede de afvoer naarde nabezlnktanks kan op vele manieren geschieden. Deze in- en afvoersystemen kunnen eenbelanqnjke invloed hebben op de vormgeving van de tank, althans de uitvoering van dezetanks moeilijker maken. Het Is duldelljk dat de ontwerper ook in dit opzicht steeds zoekt naarvereenvoudigingen van deze systemen.Ook terugvoeren van het actieve slib naar de beluchtingstanks, kan op verschillende manie-ren plaatshebben. Bl] vele installaties gebeurt dit door vijzels, maar ook worden wel pompentoegepast. Ook deze inrichtingen be?nvloeden de vormgeving van de beluchtingstanks.Zoals gezegd wordt overigens de typische uitvoeringsvorm van de beluchtingstanksin hoofd-zaak bepaald door het toe te passen beluchtingssysteem.Huidige trend in de ontwikkeling en toepassing van beluchtingssystemenVoor een nadere ornschrljvlnq van de constructieve problemen b? de bouw van actief-slib-installaties, kan het best worden uitgegaan Van een soort signalement V::!"1 de verschlllendeb? de afvalwaterzuivering toegepaste beluchtingssystemen.Voor de rioolwaterzuiveringsinrichting Amsterdam-West wordt de beluchting onder hogedruktoegepast (fig. 2). Bijdeze methode wordt door middel van compressoren samengeperstelucht in de actief-slibruimte gebracht. Ter verkrijqlnq van een voldoende vergroting vangrensvlakken tussen luchtbellen en het te behandelen afvalwater heeft men relatief diepebeluchtingsruimten nodig, waarbij de lucht vanaf de bodem wordt ingevoerd in de beluchtings-ruimte.Naarmate de beluchtingselementen dieper zijn opgesteld, heeft men een betere benutting vande ingebrachte zuurstof, waardoor aan energiekosten kan worden gespaard.Men zal veelal tanks gebouwd vinden met een diepte van 5 ? 6 m.De compressoren zullen in afzonderlijke ruimten moeten worden opgesteld, wat de toepas-sing van dit systeem in dit opzicht al kostbaar maakt. Hlerbl] komt nog het probleem, dat dediepe beluchting nogal wordt be?nvloed door de hoedanigheid van het afvalwater, wat bijlater ontwikkelde systemen, met narne de oppervlaktebeluchters, minder problemen geeft.De goede circulatie van het slib-Iuchtsysteem, vraagt een zeer bepaalde vormgeving van debeluchtingsruimten, die de uitvoering in de praktijk bepaald kostbaar maakt (fig. 4). Meerderekeren is in Nederland ook het systeem van beluchting onder lage druk toegepast, ook wel hetINKA-systeem genoemd (fig. 5). Hierbl] zljn de beluchtingselementen op betrekkelijk geringehoogte onder de oppervlakte van de vloeistof in de tank aangebracht. Daardoor zljn qrotehoeveelheden lucht nodig met alle consequenties voor de luchtaanvoerleidingen, die ruimgedimensioneerd moeten zijn, ten einde drukverlies te beperken. Ook bi] dit systeem Zijnaparte ventilatoren nodig, eveneens onder te brengen in een afzonderlijk gebouw.De vormgeving van de beluchtingsruimten is zeer gebonden, ten einde het zuiveringsprocesoptimaal te kunnen laten verlopen. Het in de laatste 10 jaren tot ontwikkeling gebrachteINKA-systeem heeft een geduchte concurrent aan de oppervlaktebeluchters. Toepassingenvan het INKA-systeem zUn de rioolwaterzuiveringsinrichtingen Amsterdam-Noord, Haarlem,Elburg en Maastricht.Het zij hier met nadruk vermeld, dat bovengenoemde systemen gedurende vele jaren hundeuqdelljkheld voor de toepassing in het zuiveringsproces hebben bewezen. Toch is menbljjven zoeken naar een verdere vereenvoudiging van de beluchtingssystemen. Hierbij is tedenken aan de eenvoud van opbouw, vermijding van leidingen en beluchtingselementen alsdie bl] de hogedruk beluchting (Brandol) en de lagedruk beluchting (INKA), die toch ook oor-zaak waren Van verstoppingen, verhoging van weerstanden en vermeerderd energieverbruik.Voorts ook aan een effectieve bestrUding van de schuimvorming in dit soort bassins (deter-genten) en een goede regelbaarheid en minder grote gevoeligheid voor stootbelastingen.De laatste jaren heeft zich de belangrijke groep van oppervlakte-beluchters aangediend, diehet gezicht van de nieuwere zuiveringsinrichtingen in binnen- en buitenland hebben bepaaldof gaan bepalen. Deze oppervlaktebeluchting kan geschieden door middel van turbinebeluch-ters, waarvan de Vortair of Gyrox, Simcar, Simplex en B.S.K. beluchters wel de voornaamsteEuropese representanten zijn.531Uitvoering beluchtingstanks voor de riool"waterzuiveringsinrichting Amsterdam"Noord(lage drukbeluchting)foto: Publieke Werken. AmsterdamOppervlaktebeluchtersfoto: Landustrie, SneekCement XXII (1970) nr. 12Ook wordt de borstelbeluchting toegepast, waarvan verschillende uitvoeringsvormen bestaan,o.a, in hoofdzaak als Kessenerborstel, als kooirotor (TNO), als Mammouthrotor (Passavant).De borstelbeluchtingis vooral tot ontwikkeling gekomen sinds de uitvinding van de oxydatie-sloot door dr.ir.Pasveer, omstreeks 1955.De turbinebeluchters waren al veel eerder bekend (Bolton) maar zijn vooral de laatste tienjaar sterk verbeterd (zie fig. 8 en 9).Recente voorbeelden met borstelbeluchting zijn de rioolwaterzuiveringsinrichtingen te Doe-tinchem en Leeuwarden, wanneer men vooral de grotere installaties in de beschouwingenbetrekt. Voorts dient met name de grote beluchtingsslibinstallatie van de Staatsmijnen teworden genoemd.De beluchtingstanks met borstels enz. onderscheiden zich door eenvoud van opzet en zulleneconomischer kunnen zijn dan de eerder genoemde lage- of hoqe-drukbeluchtlnqstanke.Verschillende installaties in Nederland zijn uitgevoerd met turbinebeluchters, bijv. Asten-Someren. Verschillende grote installaties zijn in aanbouw: Breda, Hengelo, Almelo, Oldenzaalen Goor. De turbinebeluchting heeft het voordeel, dat men niet zo sterk gebonden is aan devormgeving van de beluchtingsbassins, ofschoon men toch wel aan bepaalde voorwaardenmoet voldoen. In dit verband wordt gewezen op het onderzoek van Knop en Kalbskopf, waar-bij het algemene verband tussen het energieverbruik, zuurstofinbrengvermogen en kritiekebodemsnelheid (het actlef-slib mag niet bezinken I) werd vastgesteld. Bovendien werd eenonderzoek ingesteld naar de afhankelijkheid van genoemde waarden van de grootte, soortconstructie en bedrijfswijze van de beluchter, alsmede van de grootte en de vorm van hetbeluchtingsbassin. In deze beschouwing kan op de resultaten van dit onderzoek niet veelverder worden ingegaan. Deze onderzoekingen geven uitsluitsel over onder meer de invloedvan de schaalvergroting en de problemen die kunnen ontstaan bij het realiseren van grotere532RiooJwaterzuiveringsinrichting Leeuwardenmet barstelbeluchtingfoto: Landustrie, SneekCement XXII (1970) nr. 12eenheden met een minimaal aantal beluchters. Het toepassen van grotere beluchtingstanksheeft aanzienlijke economische voordelen. Dit geldt natuurlijk in het algemeen ook voor delage- en hoge-drukbeluchting, maar in het bijzonder voor de oppervlaktebeluchters.Vroeger was het zeer gebruikelijk, dat iedere turbinebeluchter, ook wel puntbeluchter ge-noemd, een aparte tank met vier wanden kreeg en vaak een trechtervormige bodem, die ditsoort beluchtingstanks toch weer erg duur maakte. Op grond van onderzoekingen en verdereverbeteringen in de uitvoering van de beluchters. evolueerde men naar de vlakke bodem,terwijl de wanden tussen een serie beluchters werden weggelaten. Bij de nieuwere installa-ties ziet men dan ook deze sterke vereenvoudiging van de bouwwerken.Het is een aantrekkelijke omstandigheid, dat er vele goede mogelijkheden zijn op het gebiedvan de oppervlaktebeluchters, die vrijwel gelijkwaardig zijn, waardoor concurrerende aanbie-dingen mogelijk zijn en in hoge mate de economische toepassing van de oppervlaktebeluchtermogelijk maken. Voorzover thans is te overzien, zijn er nog verdere ontwikkelingen te ver-wachten bij de constructie van speciaal voor de oppervlaktebeluchters geschikte tandwiel-kasten en smeersystemen, die de toepassing van dit beluchtingssysteem steeds aantrekkelij-ker maken.Voorts biedt dit systeem goede mogelijkheden tot automatisering van de zuurstofinbreng inde tanks, waarbij vooral aandacht wordt gegeven aan de verdere minimalisering van de zuur-stoftoevoer en het kWh-verbruik.PraktijkervaringenEr wordt vrij weinig gepubliceerd over de verkregen ervaring bij de uitvoering van beluch-tlnqstanks, Veelal lijken de beluchtingstanks voor de beschreven beluchtingssystemen nietveel aanleiding tot brede verhandelingen te geven. Toch bestaan er problemen, waarvan erenkele zullen worden besproken.Schrijver dezes is betrokken bij de bouw vaneen aantal zuiverlnqslnrlchtlnqen, die juist doorhun schaal iets laten merken van de bijzondere problematiek van de bouw van grote beluch-tingstanks.Het betreft hier de rioolwaterzuiveringsinrichtingen te Breda (650000 inwoner-equivalenten),Hengelo (230000 i.e.) en Almelo (120000 i.e.), waar op grote schaal de turbinebeluchting zalworden toegepast. Voorts zijn diverse andere plannen in ontwikkeling voor .rioolwaterzulve-ringsinrichtingen, onder meer Dordrecht (200000 l.e.), waar men voor dezelfde problemenkomt te staan.De hogegrondwaterstanden in Nederland kunnen een probleem zijn en soms kostbare voor-zieningen tegen opdrijving noodzakelijk maken. In het geval van Breda zijn de beluchtings-tanks niet diep gemaakt en daardoor boven de grondwaterstand uitgehaald, wat een econo-mische uitvoering mogelijk maakt van dit soort beluchtingstanks.Bij de rioolwaterzuiveringsinrichting van Breda, waarbij zowel de voor- als nabezinktanks ende beluchtingsruimten rechthoekig van vorm zijn, is gebleken dat deze uitvoering een buiten-gewoon effici?nt gebruik van de beschikbare grond inhoudt en mogelijkheden schept voorhet veelvuldig repeteren van bekistingselementen, waardoor blijkens de recente ervaringen,zeer economisch kan worden gebouwd.De vloeren van deze tanks, die veelal geheel vlak zijn, met een enkele afschuining, bezittenvoor deze installaties vaak grote afmetingen. Gelet op de omstandigheid, dat in gevulde toe-stand de beluchtingstanks vrijwel constant van temperatuur zullen zijn, worden dilatatie-voegen in de vloeren niet nodig geacht. Wel zijn diverse krimpstroken aangebracht, die laterworden volgestort.De wanden van de beluchtingstanks krijgen wel dilatatievoegen, waarvan de afstandenvari?ren van 10 tot 15 m. De voeg strip wordt ca. 1 m in de vloer doorgezet. Krimpscheurenvormen een veel voorkomend probleem bij rioolwaterzuiveringsinrichtingen. Het is duidelijk,dat de wijze van uitvoering bij het betonneren een belangrijke rol speelt, maar ook wapening-percentages spelen een grote rol.533Rioolwaterzuiveringsinrichting Doetinchemmet borstelbeluchtingCement XXII (1970) nr. 12Bij Breda is gebleken, dat de toepassing van wapeningsmatten van hoogwaardig staal invloeren en wanden belangrijke voordelen kan leveren. Men kan bijv. denken aan de mindergrote behoefte aan vakbekwame vlechters; in deze tijd een niet gering voordeel.De beluchtingsbassins krijgen bruggen, waarop de beluchters gemonteerd worden. De con-structieve vormgeving is verschillend. Voor Hengelo zijn deze bruggen geheel voorgespan-nen. In Breda is de voorkeur gegeven aan niet voorgespannen beton. Dit hangt af van deeconomische mogelijkheden en zal per object moeten worden beschouwd. Wel dient teworden opgemerkt, dat de belastingen veroorzaakt door de beluchters vrij aanzienlijk kunnenzijn, waarbij trillingsproblemen de constructieve vormgeving beinvloeden, terwijl rekeningdient te worden gehouden met horizontale krachten loodrecht op de brug, alsmede verticalekrachten in beide richtingen.Bij de bouw van de rioolwaterzu?veringsinrichtingen wordt steeds de nodige aandacht besteedaan de mogelijkheid prefab-constructies in te voeren, vooral met het oog op een verkortingvan de bouwtijd. Niet alle onderdelen zijn daarvoor even geschikt. De grotere beluchtings-tanks in rechthoekige vorm, met vaak grote waterdrukken, vereisen uitgekiende detailleringenvan de voegconstructies, die soms ook nog trekvast zouden moeten zijn, nog afgezien vanandere stabiliteitsproblemen, die bijv. door zettingen worden veroorzaakt. De uitvoering inter plaatse gestort beton wordt veelal de meest aantrekkelijke oplossing gevonden voor debeluchtingstanks.Indien op palen wordt gefundeerd, is de analyse van de vorm van de beluchtingstank eeneconomisch belangrijke zaak.SamenvattingIn dit artikel is een beschouwing gegeven over de bouw van de grotere actief-slibinstallatiesin Nederland. Besproken zijn de mogelijke uitvoeringsvormen, in verband met de toegepastebeluchtingssystemen. Voorts is nader ingegaan op de huidige trend in de ontwikkeling en detoepassing van de beluchtingssystemen, waarbij vooral aandacht is besteed aan diversesystemen met oppervlaktebeluchting.Ten slotte zijn enkele constructieve aspecten besproken van de bouw van de beluchtings-tanks voor enkele grote zuiveringsinrichtingen te Breda, Hengelo, Almelo en Dordrecht,waarbij de schrijver betrokken is.Litteratuur1. Prof.Dr.W. v. d. Emde: Bel?ftungssysteme und Beckenformen, Band 5 M?nchner Beitr?ge zurAbwasser-, Fischerei- und Flussbiologie (1968).2. Erich Knop und Karl-Heinz Kalbskopf: Energetische und hydraulische Untersuchungen anmechanischen Bel?ftungssysteme - Das Gas- und Wasserfach (1969).3. Dr.J.Muskat: Erfahrungen mit dem Mammutrotor in Versuch und Praxis, Band 5 M?nchnerBeitr?ge zur Abwasser-, Fischerei- und Flussbloloqte (1968).534