lr.B, J.KuyperAdviesbureau Bongaerts en Kuyper's-GravenhageOxydatiebeddenInleiding en voorgeschiedenisHet zuiveren van afvalwater is een stukjeproces-industrie, in feite een micro-biologi-sche proces-industrie. Het oxydatiebed ishlerbij ieen belangrijk onderdeel. Over hettechnologische proces, de bedrijfsvoering ende bedrUfsresultaten zou zeer veel zijn tevertellen, maar duidelijk is dat hierop het ac-cent van het verhaal niet moet liggen. Lezersvan Cement interesseren zich in de eersteplaats voor de constructie van het fabrieks-gebouw zelf en wat is dat bij een oxydatie-bed ? Een vloer, een wand, het dak ontbreektmeestal.Aan de andere kant zijn er niet zo heel veelproces-industrie?n, waarvan het prototypevan circa een eeuw geleden dateert.en waar-van het proces in de loop van een eeuw weliets werd gewijzigd en verbeterd, doch inprincipe niet zo heel veel veranderde.In de tachtiger jaren van de vorige eeuw wasreeds bekend dat afvalwater onschadelijkkon worden gemaakt door het in de bo-dem te infiltreren. Bekend was dat deze zui-vering minder een gevolg was van de filter-werking in de grond, maar meer het resul-taat Van zich in de bodem afspelende micro-biologische processen.Deze methode van bevloeiing was tot OP datmoment het enig bekende systeem van afval-waterbehandeling. Toen, vooral in de omge-ving van de industriecentra in Engeland enin Noord-Amerika, de voor bevloeiing be-schikbare en geschikte gronden gingen ont-breken, zocht men naar kunstmatige wegenom het afvalwater te kunnen behandelen enhet lag voor de hand dat men daarbij voort-bouwde op ervaringen die waren opgedaanbij de bodeminfiltratie.Zo werden tussen ca. 1870 en 1900 door on-derzoekers als Frankland (Eng.), Dibden(Eng.), Corbett (Eng.) en Dunbar (U.8A/Duitsland) proeven gedaan met filtratie-sys-temen die te beschouwen zijn als voorlopersvan de oxydatiebedden van thans.Het was Corbett die in 1893 de eerste zeerbruikbare filters bouwde; de wetenschappe-lijke grondslagen waarop de oxydatiebed-den berusten, zijn evenwel voor een belang-rijk deel te danken aan het werk van Dun-bar. Enkele uit de litteratuur bekende afbeel-dingen van de verschillende systemen zijnhier ter illustratie overgenomen (fig. la t/m f).Werking van hetoxydatiebedHet oxydatiebed (continufilter, trickling-fil-ter, Tropfk?rper, Iits bact?riens) is in feiteeen laag filtermateriaal, waarover van bs-zinkbare stoffen ontdaan afvalwater zo gelijk-matig mogelijk wordt verspreid.Na de inbedrijfstelling vormt zich op hetfiltermateriaal een vaak van een bijzondergecompliceerde samenstelling zijnde, slijme-rige bacteri?nlaag.Het afvalwater bevat naast de bezinkbarestoffen, die om de kans op dichtslibben vanhet oxydatiebed te voorkomen, zoveel moge-lijk reeds in een 'voorbezinking' zijn verwij-derd, o.m. organische stoffen in opgeloste encollo?dale toestand.laFUtr.tlonIrrigatlonlbo 0UnderdralnsBedle ld.1Aan Jmhoff en Fair ontleende illustraties vanverschillende systemena oppervlakte-bevloe?nqb bodeminfiltratiee contactbedden intermitterend vullen en legend filters met vaste sproeiers endoseerapparatuure oxydatiebed met rijdende waterverdelerf oxydatiebed met draaibare sproeiarmenCement XXII (1970) nr. 12le5351f...... ,.,.Deze stoffen worden nu langs biologischeweg in meer of in mindere mate geminerali-seerd door adsorptie van deze stoffen op decontactvlakken tussen water en bacteri?n-huid en vervolgens door biologische oxyda-tie van de geadsorbeerde stoffen. Het oxy-datiepreces vraagt veel zuurstof, hetgeendoor de bacteri?n aan de door het filterbedcirculerende lucht wordt onttrokken.Het gezuiverde water vloeit via de bodemvan hetoxydattsbed af. Het overtollige hu-mus en de afgestorven bacteri?n worden, ln-dien het oxydartebedqoed wordt bedreven,met de waterstroom mee afgevoerd.Om de humusstoffen tegen te houden, wordthet water door een 'nabezlnklnq' geleidvoordat het op open water wordt geloosd.Mits in goede conditie houdt het bed zichzelfvrij van stoffen die een verstopplnq van hetfilter zouden kunnen veroorzaken.Onderdelen van het oxydatiebedIn het volgende wordt alleen dieper ingegaanop het .ronde oxydatiebed met draaibare'sproeiarm, de uitvoeringsvorm die in de laat-ste decennia, zeker in ons land, vrijwel uit-sluitend is toegepast. Bedden met een recht-hoekige plattegrond zijn wel gebouwd; dewaterverdeling vindt dan plaats vanuit vastesproeiers, of met behulp van heen- en weer-gaande sproeiwagens. De gunstigste water-verdeling wordt echter verkregen met dedraalsproeler, waarbij logischerwijze eenbed met cirkelvormige plattegrond behoort.Een oxydatiebed (fig. 2) bestaat derhalve uiteen laag bestendig vul- of filtermateriaal (c),waaraan levende organismen zich kunnenhechten.Het afvalwater wordt hierover gedistribueerddoor de draaisproeier (d).Het filtermateriaal wordt gestapeld op eenvan dralnaqe-openlngen voorziene vloer (a)en omsloten door een wand (b). Een afdek?king wordt vrijwel nimmer toegepast.De hoogte van het filterbed is, afhankelijkvan de dimensioneringsgrondslagenin deorde van 2 tot 4 m. De diameter zal in hetalgemeen niet veel groter zijn dan ca. 30 tot40 m, hoewel bedden met diameters van ca.60 m zijn gebouwd.De vloerDe constructie van de vloer wordt bepaalddoor de haar toebedeelde taken, te weten:? dragen van het ftltermaterlaal:? afvoer van het doorstromende water;? toevoer (afhankelijk van de weersomstan-digheden ook wel: afvoer) van de benodig-delucht in het bed.De vloerconstructie is opgebouwd uit eengesloten onderplaat. tevens funderingsvloeren een hierboven liggende geperforeerdevloer waarop het filtermateriaal rust.Afhankelijk van de ondergrond zal een keuzemoeten worden gemaakt tussen een op pa-len of een op staal gefundeerde vloer. Bijeen onderheide vloer zijn de belastingen ende momenten vrij eenvoudig te berekenen,bijv. met behulp van gegevens, te ontlenenaan 'Fl?chentragwerke' van Kar! Girkmannen 'Reservoirs en Silo's van gewapend envoorgespannen beton', van F.J.Noz, ing.2Doorsnede over een rond oxydatiebeda vloerb wandc filtermateriaalddtaaisproeieralum.schuif3Gedeelte van een bestekstekening;doorsnede en bovenaanzicht van eenoxydatiebedIn de onderste figuur in het linker bovenkwadrantstaat het woordsproeileiding; dit moet zUn:spoelleidingruis utsinCement XXII (1970) nr. 12 536Wordt de vloer op staal gefundeerd - omdatoxydatiebedden veelal op of boven het maai-veld worden gebouwd, past men veelal ookeen grondverbetering toe - dan zullen de .momenten in de gebruikstoestand gering zijn.Het verdient aanbeveling rekening te houdenmet het optreden van plaatselijke belastin-gen tijdens de bouw.Deze kunnen bestaan uit de opslag van degeprefabriceerde elementen waaruit de hier-na te noemen geperforeerde vloer wordt sa-mengesteld alsook uit de eventueel ongelijk-matige vulling met filtermateriaal.De onderliggende funderingsvloer wordt, inverband met de waterafvoer naar een cen-trale middengoot of naar een goot aan deomtrek, gesloten uitgevoerd en onder eenhelling gelegd (fig. 3).Boven deze vloer ligt een van perforatiesvoorziene vloer waarop het vulmateriaal isgestapeld en waardoor water- en luchttrans-port kan plaatshebben.Voor deze geperforeerde vloer zijn in deloop der tijden vele systemen ontwikkeld. Inbijna alle gevallen wordt de geperforeerdevloer samengesteld uit geprefabriceerde ele-5Een vloer met zgn. 'Passavantboogjes'6Een in het verleden gebouwd oxydatiebedzotuier wand4Aan de litteratuur ontleende afbeeldingenvan toegepaste systemen voor degeperforeerde vloermenten, die worden gesteld op ribben op deonder afschot lopende funderingsvloer. Zo-doende ontstaan kanalen waardoor het wa-ter, na door de perforaties en spleten in en/oftussen de losse elementen te zijn gesijpeld,in horizontale richting naar de goot aan deomtrek of naar de centrale middengoot kanworden afgevoerd.Toegepast zijn geprefabriceerde elementenvan gebakken steen, gr?s, beton in de vormvan platen of bogen. Voorbeelden wordengegeven in figuur 4.De laatste tijd wordt overwegend gebruikgemaakt van geperforeerde platen en vaneen systeem met betonnen boogjes (foto 5).De bogen rusten direct op de gesloten on-dervloer. Nokken zorgen ervoor dat de bo-gen niet stijf tegen elkaar staan waardoor debenodigde spleten ontstaan.De wandEen wand om het filtermateriaal is in feiteniet strikt noodzakelijk. In het verleden zijnook oxydatiebedden gebouwd zonder om-hullende wand; het filtermateriaal was ondernatuurlijk talud gestort of gestapeld (foto 6).Vooral grote vulhoogte zou leiden tot on-doelmatig gebruik van het terrein en het kost-bare vulmateriaal. Om aan oppervlakte tebesparen,alsmede de kans op bevriezing teverkleinen, de luchtcirculatie te bevorderenen het probleem van de filtervliegjes zo goedmogelijk te kunnen bestrijden, wordt een ge-sloten wand om het filter toegepast.Voorheen zijn wanden geconstrueerd vangebakken steen, blokken natuursteen, as-bestcement-platen, staal en vormstenen vanbeton. Tegenwoordig worden in de meestegevallen de wanden echter uit gewapendbeton opgetrokken. Aan de onderkant moe-ten openingen in de wand worden gespaardvoor de luchtaanvoer en de controle ofschoonmaak van de drainagekanalen.Aangezien in Nederland als filtermateriaallavagesteente wordt toegepast dat een groteinwendige wrijvingshoek bezit, zal een wand-dikte, aangepast aan de uitvoering meteenpraktische wapening doorgaans voldoen.Ter verfraaiing worden dikwijls met behulpvan latten in de bekisting op de buitenkantcannelures aangebracht ofwel het geheelvoorzien van een ommetseling of bekleding.Twee opmerkingen zijn ten aanzien van de inhet werk gestorte betonnen wanden nog temaken:Om te voorkomen dat door temperatuurver-schillen te grote spanningen optreden, wordtde wand losgehouden van de vloer. Om dewerking zo min mogelijk te belemmeren,worden in de raakvlakken tussen vloer enwand dikwijls roestvrij stalen plaatjes ge-legd. Om te voorkomen dat de wand 'weg-loopt' wordt deze op twee diametraal gele-gen plaatsen aan de vloer bevestigd.(vervolg op blz. 544)Cement XXII (1970) nr. 12 537vervolg van blz. 5377Detail van een voeg in de wand8Oxydatiebed in aanbouw; de wand wordt insegmenten gestortDe ontwikkelde lengte van een wand is algauw in de orde van 100 m. Daarom zijnmaatregelen nodig om krimpscheuren tevoorkomen. Gedacht kan worden aan hetstorten van de wand in segmenten, waarbijde horizontale wapening door de voeg door-loopt en de voeg wordt gedicht met een dila-tatiestrip (foto 7 en 8).Ook worden de wanden wel gemaakt vangeprefabriceerde betonplanken. De verticaalgestelde planken steunen op de vloer en te-gen een opgestorte betonrand. Aan de bo-venzljde wordt een gewapende ringbalkaan-gebracht. De voegen maakt men waterdichtmet een kit. Aan dit laatste punt zal uit es-thetische overwegingen goede zorg moetenworden besteed.9Inbrengen van de lavasteen; zee?-, spoel-en opvoerinstallatie10Detail van een nog niet geheel gevuld bedfoto's: Gemeentewerken RotterdamHet filtermateriaalDe bedden worden gevuld met een materiaalwaarop zich de biologische slijmlaag kanhechten. In feite is het vulmateriaal het be-lanqrijkste onderdeel van het oxydatiebed.De eerste eis die aan dit materiaal dient teworden gesteld is die van duurzaamheid. Hetmoet volledig bestendig zijn tegen de even-tuele agressieve werking van afvalwater, vanhet milieu van de biologische vlok en van deatmosfeer.Verder is er de eis van vorstbestendigheiden voldoende sterkte om de bovenliggendebelasting zonder vergruizing te kunnen weer-staan. Het vulmateriaal bestaat meestal uitsteenslag, grind of slakken. In ons land wor-den thans uitsluitend lavaslakken gebruikt.Over de meest gunstige korrelgrootte vanhet materiaal bestaat verschil van mening,vooral internationaal gezien. Kleine korrelsgeven een zo groot rnoqelijk effectief opper-vlak, waarbij echter de kans op verstoppingtoeneemt. Aan grover materiaal met een dia-meter tussen ca. 4 en 8cm wordt steedsmeer de voorkeur gegeven.Van groot belang is dat het materiaal stof-en qrulsvrl] in het bed wordt gebracht. Alsdit niet gebeurt, is de kans op verstoppingvan het filter groot en kunnen moellijkhedenontstaan in de leidingsystemen buiten hetoxydatiebed. Het stof- en gruisvrU makengeschiedt, vlak v??r het inbrengen van delavas lak, met behulp van schudzeven en wa-terstralen (foto 9-10), terwUI het gevulde bedvoor het ingebruiknemen volgens vastgestel-de eisen krachtig wordt doorgespoeld.Het materiaal dient v??r het inbrengen zeernauwgezet te worden gekeurd op chemischebestendigheid, sterkte en afmetingen.De laatste tijd zijn op bescheiden schaal vul-lingen van geprofileerde kunststofplaten toe-gepast. Dit soort vullingen heeft een geringgewicht en levert een zeer groot porl?nvolu-me, waardoor een goede ventilatie mogelijkis en het gevaar van verstopping belanqrljkwordt verminderd.Een nadeel vormt de nog hoge prijs. Ter illu-stratie enkele cijfers,Lavaslak Kunststofvul-materiaalGewicht (kg/m3) 1000 100Pori?nvolume 40-50% 94%Effectief oppervlak ('02/'03) 95 92Prijs (f/m3) 60 300De gevallen waarin plastic vulmateriaal werdgebruikt, betroffen hoge filters (5 tot 10 '0)en in hoofdzaak bij de behandeling van sterkgeconcentreerd industrieel afvalwater.De draaisproeierDe verdeling van het water over het opper-vlak van het cirkelvormige oxydatiebed ge-schiedt door draaiende sproeiers.Bij het merendeel van de in bedrllf zijndeoxydatiebedden wordt de beweging van dedraaisproeiers veroorzaakt door overdrukvan het water volgens het principe van hetCement XXII (1970) nr. 12 54411Aangedreven draaisproeier anno 1910waterrad vanSegner. Elektromotorisch aan-gedreven draaisproeiers, waarbij het aantalomwentelingen per tijdseenheid kan wordengeregeld, vinden thans meer en meer toe-passing.Het rioolwater dat via een leiding onder ofboven de vloer van het oxydatiebed wordtaangevoerd, komt in het roteerbaar opge-stelde verdeelhuis. Op dit verdeelhuis zijntwee of meer (over het algemeen vier) sproei-armen aangesloten. Deze sproeiarmen bezit-ten gaten waardoor het rioolwater kan uit-treden. De plaats van de gaten in de sproei-armen is zodanig, dat het geheel wordt aan-gedreven en een gelijkmatige verdeling vanhet water over het gehele bed wordt verkre-gen.Teneinde veelvuldige verstopping te voorko-men kiest men voor de gaten een diametervan ca.? 1 cm. Om de uittredende straal wa-ter te spreiden zijn in de gaten sproeimond-jes of onder de gaten spreidplaatjes aange-bracht. Aan het eind heeft men de sproei-armen voorzien van afneembare deksels, omperiodiek reinigen mogelijk te maken; in dewand van het oxydatiebed wordt hiervooreen gat gespaard.Bij vier- of meerarmige draaisproeiers diemet wisselende waterhoeveelheden wordenbelast, is in het verdeelhuis een overstortingebouwd. Bij een geringe aanvoer wordenalleen de twee diametraal tegenover elkaargelegen armen, die onder de overstort lig-gen, van water voorzien; bij grotere aanvoertreden ook de overige armen in werking.De armen zijn voorts voorzien van ontluch-tingspijpjes, nooduitlaten en leegloopope-ningen.Het verdeelhuis steunt op een in het middenvan het oxydatiebed aangebrachte betoncon-structie. De lagering kan aan de onderzijdedan wel in de top van het verdeelhuis zijnaangebracht.Bij de aangedreven draaisproeier steunt ??nder armen op een loopwagen, die zich, dooreen elektromotor aangedreven, voortbe-weegt op de bovenkant van de buitenwandrond het bed. Dat er niets nieuws onder dezon is toont foto 11. Een modern aandrijfme-chanisme is te zien in foto 12. Ook wordt hetaandrijfmechanisme wel geplaatst onder hetverdeelhuis op de betonnen middenconstruc-tie in het bed.In beide gevallen h?eft stroomafname plaatsvia een sleepring-contact in het midden vanhet bed.Momenteel komt weer de toepassing van deaangedreven open draaisproeiers in zwang.Hierbij bestaan de sproeiarmen niet uit ge-sloten buizen, doch uit open goten waarbijde overstort van het water aan ??n zijdeplaatsheeft.De toekomstIn het voorgaande is het oxydatiebed vanheden gesteld tegen een historie van bijnaeen eeuw. Een bescheiden blik in de toe-komst is daarom ook op zijn plaats. De thansbekende alternatieven voor het oxydatiebedzijn het traditionele actief-slibproc?d? en deoxydatiesloot. In het kader van dit artikelgaat het te ver op de voor-en nadelen van aldeze systemen dieper in te gaan. Slechts zijopgemerkt dat een installatie met oxydatie-bedden relatief duur is qua investering. Devariabele jaarlijkse kosten, waaronder destroomkosten, zijn daarentegen relatief laag.De hoge rentevoet van tegenwoordig ten-deert naar het toepassen van systemen rnetrelatief lage bouwkosten. Uit dien hoofde zalde balans meer dan in het verleden ten gun-ste van andere systemen doorslaan.Deze tendens wordt nog versterkt door hetfeit dat de kWh-prijs aanzienlijk minder snelis gestegen dan de bouwkosten.Een installatie met oxydatiebedden is vrijeenvoudig te bedienen door minder hoog ge-kwalificeerd personeel. Omdat in ons landde behandeling van het afvalwater steedsmeer door grotere publiekrechtelijke licha-men zal worden georganiseerd, zal dit voor-deel minder sterk gaan spreken.Het uit de oxydatiebedden afkomstige slib,de humus, is zonder veel complicaties ver-der te verwerken. Als de problemen rond depraktische en economische verwerking vanhet slib van de andere systemen doelrnatigzijn opgelost - vooruitgang op dit gebied iszeker te verwachten - zullen in de toekomstrelatief minder installaties met oxydatiebed-den worden gebouwd dan voorheen.Met alle respect voor Horatius, ten aanzienvan afvalwaterzuiveringsinstallaties had hijongelijk toen hij schreef 'indien het vat nietschoon is, verzuurt alles wat meneringief.12Aangedreven draaisproeier anno 1970Cement XXII (1970) nr. 12 545