De toepassing van kunststofvulmaterialen in hoogbelaste oxydatiebedden

Transcriptie

1 De toepassng van kunststofvulmateralen n hoogbelaste oxydatebedden 505. Inledng In het ontwerp van de roolwaterzuverngsnrchtng Terwolde, gemeente Voorst, s gekozen voor een twee'traps bologsch zuv erng ssysteem. Als eerste trap s een oxydatebed gepland; als tweede trap een aktefslbnstallate. Als vulmateraal voor het hoogbelaste oxydatebed kan naast de bjna tradtonele lavasteen, ook kunststofmateraal worden overwogen. Door het grote specfeke oppervlak van deze materalen en het grote volume aan y>,;.,.,;,;. : ". IR. J. H. J. M. VAN DER GRAAF Wtteveen + Bos, raadgevend ngeneursbureau, Deventer IR. P. P. C. M. LAURIJSSENS Wtteveen + Bos, raadgevend ngeneursbureau, Deventer IR. K. VISSCHER Zuverngsschap Veluwe, Apeldoorn holle rumte kunnen aanzenljk hogere bologsche belastngen worden toegepast dan bj oxydatebedden de gevuld zjn met lavastenen. De relatef hoge prjs per volume-eenhed kan worden gekompenseerd door het klener benodgde volume en de eenvoudge omhullngskonstrukte. Snds ca. 20 jaar zjn vooral n de Verengde RWZI Terwolde. De dre proefnstallates. Staten en Engeland kunststofmateralen voor oxydatebedden omwkkeld' en met succes toegepast, vooral voor dee'lzuverng van gekoncentreerd ndustreel en hushoudeljk afvalwater. Fundamentele onderzoekngen naar de prestates van oxydatebedden met kunststofvullng en ter vergeljkng van verschllende vulmateralen zjn utgevoerd n Engeland [] en West-Dutsland [2]. Informate over bedrjfsresultaten komt veelal van butenlandse nstallates welke bovenden vaak zeer specfek ndustreel afvalwater behandelen. In Nederland s de toepassng n de praktjk vooralsnog van beperkte omvang (o.a. bj ICI Rozenburg). Gezen de gernge Nederlandse praktjkervarng met deze kunststofmateralen s het, zeker n het geval van de toepassng voor een specfek afvalwater, nuttg om, naast een bestuderng van de relevante lteratuur, door praktjkproeven aanvullende gegevens te verkrjgen aangaande de toepassngsmogeljkheden. In dt geval s gedurende zes maanden een praktjkproef utgevoerd met een dretal proefnstallates, elk gevuld met een ander type kunststofmateraal. De doelstellng en de opzet van de proef was net zozeer het doen van een fundamenteel vergeljkend onderzoek tussen de verschllende materalen als wel het verkrjgen van een beter nzcht n het zuverngsrendement bj zeer hoge belastngen en onder de specfeke bedrjfskondtes. De konkluses gelden dan ook slechts voor het onderzochte afvalwater, dat dudeljk afwjkt van normaal hushoudeljk afvalwater. In dt artkel wordt een algemene beschouwng gegeven over kunststofvulmateraal met verwjzngen naar de relevante lteratuur. Vervolgens wordt een beschrjvng gegeven van de praktjkproef daarna volgen de belangrjkste resultaten en konkluses. 2. Algemene beschouwng 2.. Oxydatebedden Bj een konventoneel oxydatebed wordt het te behandelen afvalwater versproed over een f lterbed dat bestaat ut een vulmateraal op een geperforeerde vloer. Als vulmateraal denen meestal steenbrokken of lavaslakken. Op het vulmateraal zet zch een bologsche hud af, waarn zch o.a. aërobe bakterën en protozoën bevnden. Deze organsmen zorgen voor de opname en de afbraak van

2 506 de organsche bestanddelen n het afvalwater. Afhankeljk van de hoeveelhed organsch materaal dat per volume-eenhed op het bed wordt toegelaten, wordt gesproken van bologsch laag- of hoogbelaste bedden. De bologsche belastng B wordt utgedrukt als kg BZV/m 3.d. Als maat voor de hydraulsche belastng wordt n Nederland veelal de oppervlaktebelastng Q 0 gehanteerd; dt s het debet per m 2 geprojekteerd oppervlak (m 3 /m 2. h). Een te lage hydraulsche belastng kan verstoppngen veroorzaken; bj een te hoge hydraulsche belastng kan de bologsche hud van het vulmateraal af worden gespoeld. Ook wordt wel n plaats van hydraulsche belastng de term spoelwerkng gehanteerd. De hydraulsche belastng kan worden verhoogd door recrkulate van effluent. In tabel I zjn de voornaamste kenmerken vermeld voor konventonele oxydatebedden [3]. De brokken n Nederland wordt veelal lavasteen gebrukt hebben afmetngen van 4-8 cm. Het specfek oppervlak S bedraagt bj deze afmetngen ca. 80 m 2 per m 3. Deze groothed s belangrjk omdat het een maat s voor het beschkbare reakteoppervlak van de bologsche hud. Worden klenere brokken toegepast, bjv. met afmetngen van 2,5 tot 4 cm, dan loopt het specfeke oppervlak S op tot ca. 200 m 2 /m 3 ; dt heeft een gunstg effekt op het zuverngsrendement. Het volume aan holle rumte s bj deze afmetngen echter zo klen, dat het oxydatebed snel kan verstoppen met losgelaten huddeeltjes, ook wel humusslb genoemd. Dt verstoppngsgevaar s er oorzaak van dat n de praktjk voor normaal hushoudeljk afvalwater brokken van 4 tot 8 cm worden toegepast. Bj de toepassng van de neuwe kunststofvulmateralen s het bovengenoemde effekt net aanwezg. De kunststofvulmateralen beztten nameljk naast het grote specfeke oppervlak ook een groot volume aan holle rumte, zodat mnder gevaar voor verstoppngen bestaat. Door het grotere specfeke oppervlak van kunststofvulmateralen dan dat van de tradtonele lavastenen worden hogere bologsche belastngen mogeljk ( - 6 kg BZV/m 3. d) Kunststofvulmateralen Chpperfeld [4] geeft een aantal esen waaraan een deaal kunststofvulmateraal moet voldoen:. het materaal moet bologsch nert en chemsch stabel zjn; 2. de voedng moet geljkmatg over het oppervlak kunnen worden verdeeld; 3. het materaal moet voldoende sterk zjn om het egen gewcht en het gewcht van de bovenlggende lagen te dragen, tezamen met het gewcht van de bomassa; 4. de vloestof moet n een zo dun mogeljke flm over de bomassa, de zch op het oppervlak ontwkkelt, kunnen vloeen om een goede zuurstof o verdracht mogeljk te maken; 5. er moet steeds voldoende holle rumte aanwezg zjn om een goede luchttoevoer naar de vloestofflm mogeljk te maken; 6. de behandelde vloestof met losgelaten bologsche huddeeltjes moet ongehnderd naar beneden kunnen worden afgevoerd; 7. de toepassng moet n ekonomsch opzcht konkurrerend zjn met een oxydatebed dat gevuld s met een tradtoneel materaal. Ten aanzen van enkele punten kunnen nog de volgende opmerkngen worden gemaakt: ad. Polypropyleen en Polyvnylchlorde ljken vooralsnog het meest n aanmerkng te komen. Polystyreen s, ondanks de gernge kosten en het lage gewcht, mnder geschkt vanwege de gernge sterkte en de beperkte chemsche weerstand. ad 2. Het egen gewcht van de kunststof vulmateralen bedraagt 25 à 50 kg/m 3 tegen.500 kg/m 3 voor de lavaslakken. Het egen gewcht tjdens bedrjf, dus nclusef bologsche massa en vloestofflm bedraagt 250 à 400 kg/m :! voor de kunststofvulmateralen en ca kg/m 3 voor de lavaslakken. Het gernge egen gewcht van de kunststofvulmateralen maakt een eenvoudge ondersteunngskonstrukte mogeljk. ad 5. Het grote voordeel van de kunststof vulmateralen ten opzchte van de tradtonele steenbrokken of lavaslakken s dat een groot specfek oppervlak (tot 230 m 2 /m 3 ) gepaard gaat met een zeer groot volume aan holle rumte (90-98 ). ad 6. Veel kunststofvulmateralen hebben een plaat- of busstruktuur n vertkale rchtng; herdoor worden de losgelaten huddeeltjes slechts n zeer gernge mate tegengehouden. ad 7. De prjs van kunststofvulmateralen per m 3 s aanzenljk hoger (ca. ƒ 200, /m 3 ) dan van tradtonele materalen (bjv. lavasteen ca. ƒ 70, /m 3 ). De hogere prjs per volume-eenhed moet worden afgeschat tegen de besparngen door het klenere bouwvolume en de lchtere wand- en ondersteunngskonstruktes. Ten aanzen van de verschjnngsvorm kunnen de kunststofvulmateralen als volgt worden ngedeeld: A. Losgestorte rngen van of polypropyleen o.a. Bopac (afb. ). B. Pakketten van samengestelde of gegolfde platen o.a. Flocor, Surfpac, Plasdek (afb. 2). C. Vullngen bestaande ut vertkale buzen of doorgaande vertkale reaktevlakken, o.a. Closonyle, Boprofel, Honngraatstruktuur (afb. 3 en 4). D. Tussenvormen zoals pakketten met vertkale reaktevlakken, o.a. Hydropak (afb. 5). In tabel II zjn de voornaamste kenmerken van enkele kunststofvulmateralen samengevat. Afb. - Losgestorte rngen, Bopac. Afb. 2 - Pakket Flocor E. TABEL I - Gegevens van oxydatebedden onder verschllende belastng. Belastng Laag Matg Normaal Hoog B Qo v kg BZV/m«m 3 /m 2. h < 0,20 < 0,20 > 85 0,20-0,45 0,40-0,80 > 80 0,45-0,75 0,60-,20 > 75 0,75 -,0 0,70-,50 > 70

3 - : HoO(lO) 977, nr b,, = BZV-koncentrate van de voedng n mg/l; k = groekonstante, afhankeljk van de temperatuur; S = specfek oppervlak van het vulmateraal n m 2 /m : ; A = rumteljke belastng n m 3 /m 3. d. Het zuverngsrendement utgedrukt n percentages s nu: Afb. 3 - Closonyle (doorgaande vertkale reaklevlakken). TABEL II - Kenmerken van enkele kunststofvulmateralen. Handelsnaam Bopac Flocor E Hydropak Plasdek Closonyle Boprofel Surfpac Materaal polypropyleen polystyreen Specfek oppervlak m-/m : In het Lehr- und Handbuch der Abwassertechnk [5] wordt ten aanzen van het voorkomen van verstoppngen achtereenvolgen") de voorkeur gegeven aan:. doorgaande vertkale reaktevlakken; 2. pakketten met een klen specfek oppervlak; 3. pakketten met een groot specfek oppervlak (> 20 m'-'/m : ) en klenere doorgangsopenngen; 4. losgestorte holle rngen van kunststof; 5. mnerale brokken Zuverngsrendement Het zuverngsrendement van een aktefslbnstallate s afhankeljk van de slbbelastng, dat wl zeggen van de verhoudng tussen dageljks aangevoerde voedngsstoffen en de slbmassa. Bj oxydatebedden, waar de slbmassa zch als een bologsche hud heeft afgezet op het vulmateraal, s het totaal aan oppervlak van de hud bepalend voor de werk- Holle rumte > Afb. 4 - Doorgaande reaktevlakken met honngraatstruktuur. Egen gcw kg/m : ca Omschrjvng vorm holle rngen met krusstruktuur 0 50 mm en 0 90 mm pakketten 20 x 60 x 60 cm opgerolde platen 0 50 cm, hoog 35 cm pakketten 20 x 60 x 60 cm buzen met wafelverdelng lang 0 m 0 8 cm geprofleerde platen lang 0 m, breed 50 cm pakketten 20 x 60 x 60 cm Bovenaanzcht pakketten Hydropak. zaamhed van de hoeveelhed bomassa. De dkte van de hud s n mndere mate bepalend voor de zuverende werkng. In formule utgedrukt laat het zuverngsproces zch volgens Bruce [] als volgt beschrjven: b e = b 0 e-k-s/a () waarn: b e = BZV-koncentrate van het effluent nmg/; b -b R 77= xloo (2) b<> Drekt s ut de formule () af te lezen dat het zuverngsrendement evenredg s met het specfeke oppervlak, maar net lnear. Ook volgt ut de formule dat bj een groter specfek oppervlak S de rumteljke belastng A kan worden vergroot zonder dat het zuverngsrendement77 afneemt. Bj een vulmateraal van brokken kan het specfeke oppervlak worden vergroot door toepassng van klenere afmetngen; herdoor zou dus ook een hogere rumteljke belastng kunnen worden toegepast, ware het net dat bj klenere brokken snel verstoppngen optreden. Bj de kunststofmateralen daarentegen kunnen vanwege het grote specfeke oppervlak en het grote volume aan holle rumte hoge belastngen worden toegepast zonder dat verstoppngen optreden. Hern lgt het grote voordeel van kunststofvulmateralen ten opzchte van tradtonele vulmateralen. Een vergeljkend onderzoek te Stevenage [] bevestgt n grote ljnen bovenstaande; zes vulmateralen, 2 mnerale brokken- en 4 kunststofvulmateralen werden beproefd bj verschllende bologsche en hydraulsche belastngen. Afb. 6 geeft een beeld van de resultaten. Ut de resultaten bljkt ook dat tenmnste één fltermateraal, Closonyle, net aan de algemene formule voldeed. Een oorzaak zou kunnen zjn dat dt materaal alleen vertkale reaktevlakken bezt. Bj de andere materalen ljkt de geometrsche vorm weng nvloed te hebben en speelt alleen de groothed S/A een belangrjke rol. Afb. 6 - Verband tussen het BZV-zuverngsrendement r) en de groothed SjA; S s het speceke oppervlak en A de rumteljke belastng; oorsprong: proefnemngen te Stevenage []. - obasalt! asurlpac I + Flocor j Closonyl ^f^~ 0 ^ ^ ose ^ta*." * - -=-T ;,^-""" ^J^~~ - f- f ^ '

4 508 Afb. 7 - Werkzaam oppervlak bj verschllende geometrsche vormen van reaktevlakken [6]. Een andere verklarng voor de afwjkng van Closonyle zou kunnen zjn, dat na een nwerkperode net meer het volledge specfeke oppervlak ter beschkkng staat van het langsstromende afvalwater; anders gezegd na een nwerkperode s het werkzame specfeke oppervlak klener dan het theoretsche, berekende oppervlak. Born [5] heeft dt utgewerkt voor een aantal mogeljke geometrsche vormen. Hj stelt, dat scherpe hoeken tussen de reaktevlakken moeten worden vermeden; een honngraatstruktuur zou deaal zjn. In afb. 7 s weergegeven hoe bj verschllende geometrsche vormen het reakteoppervlak na verloop van tjd mnder kan worden. Wordt bovenstaande theore toegepast op de gevonden waarden voor Closonyle (n afb. 6) dan s bj het gemeten zuverngsresultaat slechts 60 tot 80 van het theoretsche specfeke oppervlak werkzaam. Dt zou ongeveer overeenkomen met de stuate n afb. 7d. Voor een praktsche toepassng van formule () en (2) zou dus een korrekte op het specfeke oppervlak moeten worden ngevoerd. In de praktjk zal zeer moeljk te bepalen zjn wat deze korrektefaktor voor eder vulmateraal moet zjn. Temeer daar deze faktor ook afhangt van de huddkte en dus ook van dverse bedrjfsomstandgheden. Voor de praktjk ljkt het meer brukbaar om het zuverngsrendement te relateren aan de bologsche belastng B, n plaats van aan de groothed S/A. De bologsche belastng geeft weer de hoeveelhed dageljks aangevoerde voedngsstoffen per volume-eenhed van het oxydatebed. Doordat n deze groothed geen rekenng s gehouden met verschllen n het specfeke oppervlak kunnen bj dezelfde bologsche belastng nog verschllende zuverngsresultaten worden berekt. Deze benaderng ljkt echter brukbaar voor een globale beschouwng van de werkng van kunststofvulmateralen (ze afb. 8). De resultaten zjn verkregen ut een vergeljkend onderzoek bj het Ruhrverband [2]. De zuverngsresultaten bj een bepaalde bologsche belastng zjn her aanzenljk beter dan bj het onderzoek te Stevenage. Een verklarng hervoor moet wellcht! B n kg BZV/m-*d. Afb. 8 - Verband tussen het BZV-zuverngsrendement 7 en de BZV-belastng B bj kunststofvulmateralen; oorsprong: proeven van het Ruhrverband [2]. Verklarng: B geeft het gemddelde verband aan, de spredng n de waarnemngen wordt aangegeven door A en C. 00 t 80 n C ^, x^ ^ ^c A ~ B 3 4 ' 5 6 Afb. 9 - Praktjkervarngen met Flocor [7]. Verklarng: A, B en C = dverse soorten afvalwater; krusjes = resultaten met ndustreel afvalwater. worden gezocht n verschllen n bedrjfsomstandgheden (o.a. temperatuur) en de aard van het afvalwater. In het algemeen kan bj een bologsche belastng van 3 à 4 kg BZV/m 3. d een zuverngsrendement van 60 à 70 worden verwacht. Een en ander s sterk afhankeljk van de aard en herkomst van het afvalwater, de temperatuur van het oxydatebed en het specfeke oppervlak van het vulmateraal. Hoezeer de praktjkresultaten van oxydatebedden met een kunststofvulmateraal uteen kunnen lggen llustreren de ervarngen met Flocor [7] zoals deze afgebeeld zjn n afb. 9. Bovenstaande ervarngen geven tevens de beperkngen voor de toepassng van zeer hoogbelaste oxydatebedden Hydraulsche belastng De hydraulsche belastng van een oxydatebed wordt vaak utgedrukt als de oppervlaktebelastng Qo, dt s het debet per m 2 geprojekteerd oppervlak; bj hoogbelaste bedden vareert deze groothed tussen 0,7 en l,5m3/m 2.h. De ondergrens wordt bepaald door de net meer geljkmatge verdelng van de vloestofflm over de bologsche hud en het optreden van verstoppngen. De bovengrens wordt bepaald door een te hoge vloestofsnelhed over de bologsche hud, waardoor de bologsche hud geheel of gedeelteljk van het vulmateraal wordt weggespoeld, hetgeen resulteert n een lager zuverngsrendement. Recrkulate van het effluent wordt bj hoogbelaste nstallates ondermeer toegepast om ook bj lage aanvoeren een optmale hydraulsche belastng en spoelwerkng te garanderen. Hoewel het zuverngsrendement per doorgang herdoor lager kan zjn, wordt het totale zuverngsrendement net mnder. Bj kunststofvulmateralen wordt door het toelaten van een zeer hoge bologsche belastng (3 à 4 kg BZV/m 3. d) veelal automatsch voldaan aan de mnmum-es voor een goede spoelwerkng. Deze spoelwerkng s sterk afhankeljk van de koncentrate van het afvalwater en de hoogte van het oxydatebed. Praktjkervarngen met Flocor [7] geven een mnmale spoelwerkng van,5 m 3 /m 2. h. Hogere spoelsnelheden verhogen n het algemeen de effcency net. Recrkulate s net drekt noodzakeljk, behoudens n enkele specfeke gevallen. Deze ervarngen worden door onderzoekngen bj het Ruhrverband [2] bevestgd. Bj een geljkbljvende bologsche belastng heeft varate van de hydraulsche belastng nauweljks of geen nvloed op het zuverngsresultaat. Er werd slechts een zeer klene verbeterng waargenomen bj bepaalde spoelsnelheden (ze afb. 0). Recrkulate s ook her net drekt noodzakeljk. Wordt bj tradtonele vulmateralen de hydraulsche belastng utgedrukt n

5 H 2 O(0) 977, nr oxydatebed onderzocht; zowel bj een konstante bologsche als hydraulsche belastng. Het zuverngsrendement bleek nauweljks of net te stjgen bj bedhoogten boven de dre meter (ze afb. ). Bedhoogten van 6 tot 0 m zjn evenwel met sukses toegepast bj bepaalde ndustrële zuverngsnstallates [9]. Afb. 0 - Invloed van de hydraulsche belastng op het zuverngsrendement; op de vertkale as staat utgezet de BZV-afbraak per m 2 (= rj. BjS); op de horzontale as de groothed QQIS; a, b, c zjn afgeled door bj verschllende bedrjfskondtes alleen de hydraulsche belastng (QQIS) te varëren [2]. m 3 /m 2. h, voor een juste waarderng van de spoelwerkng bj kunststofvulmateralen zou theoretsch een korrekte moeten worden aangebracht om met de grote verschllen n specfek oppervlak rekenng te houden. Het beschkbare reakteoppervlak per doorsnede van het bed s hervoor bepalend. Bj vergeljkng van verschllende vulmateralen dent de spoelwerkng nu te worden utgedrukt als Qo/S met de dmense van m 3 /m. h. Gezen het fet dat bj een grote varate van de spoelsnelhed het zuverngsrendement weng verandert, bljkt deze korrekte op de hydraulsche belastng nauweljks noodzakeljk te zjn, en behoeft hj alleen bj fundamentele vergeljkende studes te worden ngevoerd. De hoogte van het bed heeft een drekte nvloed op de hydraulsche belastng Q 0. Het gernge egen gewcht plus de hogere toelaatbare hydraulsche belastng maken de toepassng van hogere bedden mogeljk. Herdoor s mnder grondoppervlak nodg. De hogere pompkosten kunnen wegvallen tegen het ontbreken van de noodzaak tot recrkulate. Bj onderzoekngen n Frankrjk [8] s zeer explcet de nvloed van de hoogte van het Afb. - Invloed van de hoogte van het oxydatebed (Closonyle) op het zuverngsrendement; ljn I voor hoogte 2 m; ljn II voor hoogte 4 en 6 m [8], 00 l c A ~~^ 6 m hoog ^~^ S ^ - >n -- x a - : "--. n "~--ï B n kg BZV/m 3.d.» Slbprodukte Wat betreft de slbprodukte n oxydatebedden met kunststof vullng lopen de gegevens ut de dverse onderzoekngen sterk uteen. Dt wordt voor een groot gedeelte veroorzaakt door de verschllen n de samenstellng van het afvalwater, vooral n het geval van ndustrële herkomst. Ook kan van nvloed zjn of de verontrengngen n opgeloste vorm dan wel n zwevende of colloïdale vorm aanwezg zjn. De slbprodukte g wordt meestal utgedrukt als specfeke slbprodukte, nameljk n kg ds/kg BZV-verwjderd. Bj laag en matg belaste oxydatebedden s bj de zuverng van normaal hushoudeljk afvalwater de specfeke slbprodukte 0,3-0,5 kg ds/kg BZV-verwjderd [, 5]. In de slbprodukte kunnen gedurende het jaar nog grote verschllen optreden. Bruce [] vond bj een laagbelast oxydatebed een gemddelde waarde van 0,22 kg ds/kg BZV-verwjderd met als hoogste waarde 0,5 n het voorjaar en de laagste 0,08 n de zomer. Bj hoogbelaste oxydatebedden worden over het algemeen hogere waarden opgegeven, te weten 0,7 kg ds/kg BZV-verwjderd n Dutsland [5] en 0,63 -,00 kg ds/kg BZV-verwjderd bj de proefnemngen n Stevenage []. Bj de laatste proefnemngen kwamen de hoogste waarden voor bj de hoogste slbbelastng; het organsche gedeelte van het geproduceerde slb s hoog (ca. 80 ). Op grond van de dageljkse slbprodukte en de slbnhoud n de oxydatebedden kan een 'slbleeftjd' worden berekend de voor hoogbelaste oxydatebedden ca. à 3 dagen bedraagt Temperatuur De werkng van oxydatebedden s sterk afhankeljk van de temperatuur van het oxydatebed. Over het algemeen s de temperatuurnvloed groter dan bj het aktefslbproces. Ter beschrjvng van de nvloed van de temperatuur [2] wordt gebruk gemaakt van de volgende relate voor de reaktesnelhedskonstante k ut formule (): k T = k 20. «(T-20) (3) waarn: k T = de reaktesnelhedskonstante bj temperatuur T; Afb. 2 - Invloed van de temperatuur op het BZV -zuverngsrendement van oxydatebedden met kunststofvulmateralen; oorsprong: proefnemngen te Stevenage []. k 20 = de reaktesnelhedskonstante bj 20 C; a = de temperatuurkoëffcënt. In het algemeen wordt als waarde van a. voor oxydatebedden.035 aangenomen, volgens onderzoek van Howland [2]. Herut volgt voor een hoogbelast oxydatebed met zuverngsrendement van 70 bj 20 C dat het zuverngsrendement bj 0 C terugloopt tot 58. Dutse ervarngen [5] bevestgen deze aannamen. Dudeljk afwjkend zjn de bevndngen bj de proefnemngen n Stevenage [], ze afb. 2. Bj deze metngen komen resultaten voor van 80 BZV-afbraak n de zomer tot 40 n de wnter. Als waarde voor de temperatuurkoëffcënt a s een gemddelde van,2 berekend, hetgeen dudeljk hoger s dan de bovenvermelde waarde. Bj oxydatebedden wordt de temperatuur van de nhoud voor het belangrjkste deel bepaald door de temperatuur van het aankomende afvalwater [2]. Slechts bj laagbelaste oxydatebedden en bj extreem lage omgevngstemperaturen kan de temperatuur meer dan enge graden Celcus veranderen. Bj hoogbelaste oxydatebedden s de temperatuurveranderng over het algemeen mnder dan C. Bj kunststof vulmateralen s n vergeljkng met lavabrokken een ets grotere gevoelghed te verwachten vanwege het grote utwsselngsoppervlak en het hoge percentage holle rumte; praktjkproeven ndceren echter bj kunststof vulmateralen net meer dan C veranderng (meestal dalng) van temperatuur [].

6 50 De H ydropak-proef nstallates met o.a. oxydatebed (rechts) en beznkngstank (lnksonder). Soms worden de ventlate-openngen onder n de wand van het oxydatebed geheel of gedeelteljk gesloten om de afkoelng door te grote ventlate te voorkomen. 3. Praktjkproef Als de mogeljke toepassng van een oxydatebed met kunststofvulmateraal voor een bepaald geval wordt overwogen, s het uterst znvol de algemene kenns aan te vullen met gegevens en resultaten verkregen door mddel van een praktjkproef. Bj het ontwerp van de roolwaterzuverngsnrchtng te Terwolde s gebleken dat de toepassng van een oxydatebed met kunststof vullng als eerste trap van een tweetraps bologsch zuverngssysteem, waarbj als tweede trap een aktef-slbnstallate s gepland, zowel ekonomsch als procestechnsch een verantwoorde oplossng ljkt. Ter ondersteunng van deze keuze s een praktjkproef utgevoerd n de perode half aprl - half oktober 976. Daartoe werden op de hudge mechansche roolwaterzuverngsnrchtng Terwolde dre proefnstallates opgesteld, gevuld met verschllende vulmateralen. Het doel van de praktjkproef was vooral ut te zoeken of een hoogbelast oxydatebed met kunststofvullng geschkt s voor een gedeelteljke zuverng van het aankomende afvalwater; kenmerkend voor dt afvalwater s het grote aandeel van het afvalwater, afkomstg van vleesverwerkende ndustreën, waarvan de produkte en dus ook de lozng De Flocor-proefnstallate met o.a. oxydatebed (rechts) en beznkngstank (lnks). van afvalwater vooral overdag gedurende 8 tot 0 uur plaatsvnden. Verwacht werd, dat door mddel van een hoogbelast oxydatebed met kunststofvullng een groot gedeelte van de organsche verontrengngen van dt gekoncentreerde afvalwater op een energetsch aantrekkeljke wjze kan worden verwjderd. Bj de proefnemngen zjn verschllende aspekten met name onderzocht: de werkng van de nstallates op ontwerpkondtes, vooral met betrekkng tot het rendement en de slbprodukte; het effekt van een gereduceerde bologsche belastng; de nvloed van een dskontnue bologsche belastng. 4. Omschrjvng proefopstellng 4.. Algemeen Het onderzoek s utgevoerd met behulp van een dretal proefnstallates, t.w.:. Hydropak, fabrkant Hoechst; 2. Flocor, fabrkant ICI; 3. Bopac, fabrkant Norton. De Bopac-proejnstallate met o.a. oxdatebed (bovengedeelte) en beznkngstank (ondergedeelte). Als nfluent s het voorbezonken afvalwater van de hudge roolwaterzuverngnrchtng Terwolde gebrukt. Door mddel van een dompelpomp wordt het afvalwater ut de voorbeznktank n een centrale toevoerledng naar de dre proefnstallates gepompt, waar het va een dretal regelbare afsluters over de dre nstallates wordt verdeeld, ledere nstallate bestaat ut een oxydatebed, een nabeznkngstank en een opvoeren recrkulatesysteem. De effluenten van de nstallates worden verzameld n een buffertank en vandaarut naar de effluentgoot van de grote nstallate gepompt. In het kort zal edere proefnstallate worden beschreven Hydropak-nstallate De vullng van het oxydatebed (nhoud 7,2 m :ï, hoogte 4,05 m) bestaat ut 3 rollen Hydropak (ze afb. 5). Bj een dergeljke rol wordt utgegaan van twee stroken plastc, Polyvnylchlorde, waarvan de ene strook zg-zagsgewjs op de andere strook geklonken s. De aldus verkregen plaat wordt dan opgerold tot rollen van,35 m hoog en varabele dameter (n dt geval,5 m). Het specfeke oppervlak bedraagt ca. 200 m a /m 3. De dameter van de porën s ca. 20 mm. De verdelng van het afvalwater over het oxydatebed vndt plaats door een draasproeer, de aangedreven wordt door een elektromotor Flocor-nstallate De vullng van het oxydatebed (nhoud 7,0 m 3, hoogte 4,80 m) bestaat ut 6 pakketten Flocor E. Ieder pakket (materaal Polyvnylchlorde) s 200 mm lang, 600 mm breed en 600 mm hoog (ze afb. 2). Een pakket weegt ca. 7 kg. Het specfeke oppervlak van de vullng bedraagt ca. 85 m 2 /m 3. De verdelng van het afvalwater over het oxydatebed, door mddel van een sproe-nrchtng s bj de

7 H 2 O(0) 977, nr aanvang van de proeven gewjzgd n een verdelng door mddel van een schoteltje, waarop het water al spattend verdeeld wordt Bopac-nstallate De vullng van het oxydatebed (nhoud 3,0 m 3, hoogte 3,0 m) bestaat ut losgestorte elementen. De elementen zjn rngvormg met een dameter van 50 mm en een hoogte van 50 mm (ze afb. ). De elementen zjn van polypropyleen. Het specfeke oppervlak van de vullng bedraagt 26 m 2 /m 3. De verdelng van het afvalwater over het oxydatebed vndt plaats door mddel van een metalen spatplaatje. 5. Utvoerng De volledge proef duur kan afhankeljk van de nstellng van de bedrj f skondtes de BZV-belastng n kg BZV/m 3. d en de hydraulsche belastng Qo n m 3 /m 2. h worden onderverdeeld n 4 peroden, waarbj de nwerk duur (ca dagen) buten beschouwng wordt gelaten:. B = 2,2 kg BZV/m 3. d en Q 0 = 2 m 3 / m 2. h (20 me - 5 jun). Deze bedrjfsomstandgheden komen redeljk overeen met de ontwerpbelastng van de toekomstge nstallate (de BZVbelastng wjkt engszns af van de gewenste waarde, 3 kg BZV/m 3. d, hetgeen veroorzaakt wordt door fluktuates n de samenstellng van het nfluent). Ut de afname van het zuverngsrendement en ut de lage slbprodukte kon spoedg worden afgeled dat de oxydatebedden verstopt raakten. Door nstellng van een volledge recrkulate met een hydraulsche belastng van 4 m 3 /m 2. h bleek het mogeljk de Hydropak-nstallate en de Flocor-nstallate schoon te spoelen. Omdat de Bopac-nstallate zelfs met een hydraulsche belastng van 8 m 3 /m 2. h net schoon was te spoelen, werd deze nstallate buten bedrjf gesteld. 2. B = 3 kg BZV/m 3. d en Q 0 = 4 m 3 / m 2. h (9 jul - 4 augustus). De hydraulsche belastng s verhoogd ter voorkomng van verstoppngsproblemen. 3. B = kg BZV/m 3. d (dskontnu) en Qo =,5 m 3 /m 2. h (6 augustus - 5 september). Deze perode s bedoeld om de werkng van de nstallates te testen bj lagere belastng en tevens bj dskontnue voedng. De BZV-belastng werd gerealseerd door een dskontnue voedng zonder recrkulate gedurende 6 uur. Gedurende de resterende 8 uur werd slechts gerecrkuleerd. Deze bedrjfsvoerng s gekozen, omdat aldus afstellngsmoeljkheden n de verdelng werden vermeden. Door de dskontnue voedng wordt n fete de praktjkstuate meer benaderd dan bj voedng, geljkmatg over 24 uur. Bemonsterd werd er alleen over de perode dat voedng werd toegedend. 4. B = 3 kg BZV/m 3. d (dskontnu) en Qo = 3,2 m 3 /m 2. h (27 september - 22 oktober). Deze perode s bedoeld om een bedrjfsvoerng te testen de de te verwachten praktjkstuate benadert; nameljk een BZV-belastng van 3 kg BZV/m 3. d, waarbj de aanvoer alleen tjdens de daguren plaatsvndt en gedurende de rest van de dag alleen recrkulate wordt toegepast. Gedurende deze perode s de Bopacnstallate, nu gevuld met elementen van 90 mm dameter en 90 mm hoogte het specfeke oppervlak s dan 90 m 2 /m 3, weer n gebruk genomen. 6. Resultaten In de kwaltet van het nfluent bljken aanzenljke varates voor te komen. Als gevolg hervan kan de utendeljke bologsche belastng van de oxydatebedden engszns afwjken van de nagestreefde waarde. Als gemddelde waarden worden gevonden: 450 mg BZV/,.030 mg CZV/ en 80 mg Kjeldahl-N/; de temperatuur was vrjwel konstant (20 C). Het vetgehalte n het nfluent was hoog (ca. 00 mg/l, met peken van 70 en 380 mg/l). Het effluent van de proefnstallates bevatte weng vet (ca. 20 mg/l), zodat herut volgt dat het grootste gedeelte van het vet n de oxydatebedden wordt teruggehouden en n het slb terecht komt. In afb. 3a t/m 3d s het verloop van het BZV-zuverngsrendement van de dre proefnstallates over de ver proefperoden weergegeven. Over de peroden 2 en 3 zjn alleen de resultaten van de Hydropak- en Flocornstallate beschkbaar omdat de Bopacnstallate vanwege de verstoppngsproblemen (opgetreden n perode ) buten bedrjf was gesteld. Het CZV-zuverngsrendement geeft een verloop, vergeljkbaar met dat van het BZV-zuverngsrendement. Afb. 3a tjm I3d - BZV-zuverngsrendement van de proefnstallates over de peroden t\m 4. Perode : B = 2,2 kg BZVIm!. d en Q 0 2 m^jm 2. h, kontnu. \ -Gro se r ode 3 H ydropak Flocor A ^\\ 7 Perode 3: B = kg BZVfmS. d en Q 0,5 m 3 lm 2. h, dskontnu. ~^-*o-- J \ V tjd». Perode 2: B = 3 kg BZV\m3. d en Q 0 4 m a jm 2. h, kontnu. - TV \ * \ "V s 'XT ^J o- /V- V V' perode e-r^-k 4 k-~<! A Perode 4: B = 3 kg BZVImS. d en Q 0 3,2 m s lm 2. h, dskontnu. Hydropak Flocor Bopac \v \

8 52 TABEL III - Resultaten betreffende het zuverngsrendement van de dre proefnstallates. Perode Hydropak Flocor Bopac 4 Qo m3/ m 2. h 2,0 4,0,5 3,2 2,0 4,0,5 3,2 2,0 3, B kg BZV/rr.3. d 2,2 3,0.0(d) 3,0 (d) 2,2 2,9,0 (d) 3,0 (d) 2,2 3,0 (d) Het Kjeldahl-N-zuverngsrendement s laag (ca. 20 ) hetgeen dudt op het volledg ontbreken van ntrfkate (dts ook te verwachten bj een hoogbelast systeem). De resultaten betreffende de zuverngsrendementen staan samengevat n tabel III. Ut het verloop van het zuverngsrendement gedurende een perode bljkt dat het zuverngsrendement van de dre nstallates met de tjd sterk vareert. Verder lgt het rendement van de Hydropak - nstallate gemddeld engszns hoger dan dat van de Flocor-nstallate, terwjl van de Bopac-nstallate te weng resultaten beschkbaar zjn om een goede vergeljkng mogeljk te maken. In tabel III zjn tevens weergegeven de resultaten van de berekenngen betreffende de specfeke slbprodukte. Ut deze resultaten bljkt, dat tussen de proefperoden en tussen de proefnstallates onderlng aanzenljke varates optreden. Opvallend s wel de lage slbprodukte n perode, hetgeen te verklaren s doordat de oxydatebedden verstopt raken. 7. Interpretate 7.. Algemeen Bj de nterpretate van de resultaten, met name bj de vergeljkng van de dre proefnstallates, moet aandacht worden gegeven aan verschllen tussen de proefnstallates. De belangrjkste verschllen betreffen de wjze van recrkulate, de verdelng over het oxydatebed, de monstername en de afmetngen (hoogte) van het oxydatebed. Bj het utvoeren van het onderzoek zjn geen aanwjzngen gevonden dat vanwege bovenstaande verschllen, ngrjpende korrektes op de resultaten zouden moeten worden toegepast. Wat betreft de werkng van de nstallates n het algemeen kan worden gesteld dat het bedrjf met de dre proefnstallates redeljk succesvol s verlopen. Door de proeven s g kg ds/ kg BZVverwjderd 0,20 0,40 0,80 0,48 0,24 0,90 0,45 0,28 0,05 0,40 zuverngsrendement n BZV czv Kj-N meer nformate verkregen betreffende de aan te houden ontwerpgrondslagen, de zuverngsrendementen, de slbprodukte (n mndere mate), dverse aspekten bj de bedrjfsvoerng en de verschllen tussen de kunststof vulmateralen. Op de belangrjkste parameters zal n de volgende paragrafen nader worden ngegaan Verstoppngsgevoelghed In hoofdstuk 5 zjn de verstoppngsverschjnselen genoemd, de spoedg na het opstarten van de nstallates optraden. Als belangrjkste oorzaak voor de verstoppngsproblemen werd beschouwd het hoge vetgehalte van het afvalwater. Tevens bleek ut de proefnemngen een verschl n verstoppngsgevoelghed tussen de dre nstallates. Met name de nstallate gevuld met de losgestorte elementen (Bopac) bleek snel te verstoppen. Het bleek net mogeljk het oxydatebed te rengen, zelfs net bj een extreem hoge hydraulsche belastng. De nstallates met kanaalvormge openngen, Flocor en Hydropak, zjn door een verhogng van de spoelbelastng schoongespoeld. Het verschl n resultaat van de verhoogde spoelwerkng kan wellcht Afb. 4 - BZV -zuverngsrendement versus BZVbelastng; k en d = kontnue, dskontnue voedng. 00 t [ d {^~~- Hydropak Flocor : ~>,k d d ' " -x k B n kg BZV/m 3.d.». worden verklaard ut de hoedanghed van de vulmateralen. In een oxydatebed met losgestorte vulelementen gaat de energe van het water snel verloren; bj vullngen met kanaalvormge openngen kan plaatseljk n de kanalen een zeer hoge spoelkracht optreden, omdat het water dat n een kanaal terecht komt geen andere rchtng dan neerwaarts kan stromen. Bj de losgestorte materalen zjn de verstoppngsproblemen n het algemeen groter bj klene dameter van de elementen; daarom wordt bj hoogbelaste zuverngssystemen dkwjls gebruk gemaakt van grote elementen, bjv. Bopac-90 elementen (dameter 90 mm) n plaats van Bopac-50 (dameter 50 mm). De tjdsduur ter beproevng van de grote elementen was te kort om een afgerond oordeel ten aanzen van de verstoppngsgevoelghed van deze elementen te geven Invloed van dverse grootheden op het zuverngsrendement Bj de proefnemngen zjn bewust of onbewust een aantal grootheden gevareerd. Nader kan worden geanalyseerd wat de nvloed van de grootheden s op de werkng van de nstallates met name het zuverngsrendement. a. BZV-belastng Bj een tweetal waarden voor de BZVbelastng (nameljk ca. en 3 kg BZV/m 3.d) zjn proefnemngen utgevoerd; tevens zjn bj een BZV-belastng van ca. 5,5 kg BZV/ m 3. d waarnemngen gedaan zj het gedurende een korte perode. In afb. 4 staat de relate tussen de BZVbelastng en het zuverngsrendement weergegeven. Dudeljk bljkt de vermnderng van het rendement bj hogere belastng. De waarden zjn ook n redeljke overeenstemmng met de van andere onderzoekngen, met name de van het Ruhrverband [2] (ze afb. 8). b. Dskontnue voedng Ut de vergeljkng van de resultaten bj kontnue en dskontnue voedng bljkt dat slechts zeer gernge verschllen optreden tussen deze twee stuates. Bljkbaar kan het oxydatebed een tjdeljk hogere belastng goed verwerken mts voldoende tjd voor herstel aanwezg s (ze ook afb. 4). c. Kunststofvulmateralen Bj de vergeljkng van de resultaten van de proefnstallates kan een dudeljk verschl n zuverngsrendement tussen de Hydropak - en de Flocor-nstallate worden aangetoond ten gunste van de eerstgenoemde. Een vergeljkng met de Bopac-nstallate kan net worden utgevoerd n verband met

9 H 2 O(0) 977, nr het beperkt aantal metngen aan deze nstallate. Het verschl n zuverngsrendement kan kwaltatef worden verklaard ut het verschl n specfek oppervlak van het vulmateraal; het specfeke oppervlak van de Hydropak- en Flocorvullng bedraagt ca. 200 resp. 85 m-/m ;!. Door het grotere specfeke oppervlak kan ook het werkzame oppervlak aan bologsche hud groter zjn, hetgeen betekent dat een hogere zuverngswerkng wordt berekt. Een en ander s ook gevonden n het eerder genoemde onderzoek te Stevenage []. d. Temperatuur De temperatuur van het afvalwater bleek gedurende de proefperoden weng te varëren (gemddeld 20 C). Ut metngen aan het effluent van de nstallate bleek dat de effluenttemperatuur nauweljks afwjkt van de nfluenttemperatuur. Door de gernge temperatuurvarate was geen relate van de temperatuur met het zuverngsrendement af te leden Slbprodukte Ut de resultaten van de proefnemngen, weergegeven n tabel III, bljkt dat grote varates n de slbprodukte optreden. Zowel tussen de dverse proefperoden als tussen de proefnstallates onderlng treden verschllen op de net goed verklaarbaar zjn. De dageljkse fluktuates waren ook zeer groot. De gemddelde waarde voor de specfeke slbprodukte gedurende de peroden 2, 3 en 4 bedroeg 0,5 kg ds/kg BZV-verwjderd. Opmerkeljk s alleen de lage slbprodukte n perode tjdens welke perode dan ook de verstoppngsverschjnselen zjn opgetreden. 8. konkluses Ut de resultaten van het praktjkonderzoek kunnen de volgende konkluses worden getrokken.. Het praktjkonderzoek heeft aan de doelstellng beantwoord. Door een beperkte opdracht te stellen bleek het mogeljk n een kort tjdsbestek de gewenste gegevens te verzamelen, de nodg waren voor een verantwoord ontwerp van de neuw te bouwen zuverngsnstallate. Het oorspronkeljke utgangspunt 70 BZV-verwjderng bj een BZV-belastng van 3 kg BZV/m :. d werd bevestgd. 2. Vanwege de aard van het afvalwater vooral het hoge vetgehalte moest veel aandacht worden besteed aan het voorkomen van verstoppngen van het oxydatebed. De ndruk bestaat dat n dt geval een oxydatebed met losgestorte elementen gevoelger s voor verstoppngen dan een oxydatebed met vullngen met kanaalvormge openngen; verhogng van de hydraulsche belastng bljkt voor de laatstgenoemde nstallates een goede mogeljkhed te zjn om verstoppngsproblemen te voorkomen. 3. De Hydropak-nstallate leverde over het algemeen een hoger zuverngsrendement dan de Flocor-nstallate; dt verschl kan kwaltatef worden verklaard door het grotere specfeke oppervlak van de Hydropak-vullng (ca. 200 m 2 /m 3 ) ten opzchte van de Flocor-vullng (ca. 85 m 2 /m 3 ). 4. Varates n het belastngpatroon van de nstallates zoals dskontnue voedng en dageljkse fluktuates n de koncentrate van het nfluent bleken weng nvloed te hebben op het zuverngsrendement. Stootbelastngen konden goed worden verwerkt. 5. De slbprodukte van de oxydatebedden leverde grote verschllen per perode en proefnstallate op, zodat geen dudeljke relates af te leden waren. De gemddelde slbprodukte bedroeg ca. 0,5 kg ds/kg BZV-verwjderd. 9. Verantwoordng Het praktjkonderzoek werd mogeljk gemaakt en begeled door: Zuverngsschap Veluwe; Wtteveen + Bos, raadgevend ngeneursbureau; Technsche Hogeschool Twente. De proefnstallates zjn op bass van huurkontrakten ter beschkkng gesteld door: Hoechst Holland Verkoop NV (Hydropak); Hubert Sneek (Flocor); Hydro nyl (Bopac). De dageljkse begeledng vond plaats door stagars van de TH Twente, te weten de heren K. Skkema en N. E. Hemkes. In eerste nstante vond door hen ook de verwerkng van de resultaten plaats [3,4]. Tevens heeft het personeel van de roolwaterzuverngsnrchtng Terwolde, de heren J. J. Wessels en E. J. H. Schutert ervoor gezorgd dat tal van praktsche problemen snel en effcënt werden verholpen. Tenslotte werd het grote aantal analyses met zorg verrcht op het Rayonlaboratorum van het Zuverngsschap Veluwe te Apeldoorn en het W +B-laboratorum te Deventer, waarvoor onze dank utgaat naar de dames D. Wouda en A. M. C. Edelhausen-Puls en de heren K. C. Kp en C. van Zanten. Voor gedetalleerde gegevens, vooral aangaande de praktjkproef, wordt verwezen naar de desbetreffende rapporten [5]. Lteratuur. Bruce, A. M., Boon, A. G. Aspects of hgh-rate bologcal treatment of domestc and ndustral waste waters. Wat. Pollut. Control, 70 (97), No. 5, bz Untersuchungen an Tropfkörpern mt Kunststoff-Füllelementen. Berchte zur Abwasser- und Abfalltechnk, 975, deel Koot, A. C. J. Behandelng van afvalwater. Delft, Utgeverj Waltman, Chpperfeld, P. N. J. Performance of plastc flter meda n ndustral and domestc waste treatment. Journal WPCF, 39 (967), No., blz Lehr und Handbuch der Abwassertechnk. Berljn, 975, Band, blz. 278 e.v. 6. Born, R. Telrengung organsch verschmutzter Abwässer durch Tropfkörperfüllmateral mt durchgehenden Reaktonsflächen. Wasser, Luft und Betreb, 5 (97), No., blz Askew, M. W. Hgh-rate bofltraton; past and future (East Anglan Branch). Wat. Pollut. Control, 69 (970), No. 4, blz Audon, L., Barabe, J. P., Brebon, G., Huret, B. The use of plastc materal as a medum for trcklng flters treatng domestc sewage. 5th Intern. Conf. Wat. Poll Research (970), -6, blz Neumann, H., De Kläranlage der Terkörperverwertungsanstalt n Icker en Bespel für de Möglchketen des Belebungsverfahrens und für de des Ensatzes von Tropfkörpern mt Kunststoff- Füllelementen. Städtehygene (972), No. 5, blz Bruce, A. M. Some factors affectng the effcency of hgh-rate bologcal flters. 5th Intern. Conf. Wat. Poll. Research (970), -4, blz Graaf, J. H. J. M. van der. Laten bologsche zuverngsprocessen zch naar temperatuur optmalseren? H 2 0, 9 (976), No. 5, blz Howland, W. E. Effect of temperature n sewage treatment processes. Sew. Ind. Wastes (963), blz Skkema, K. Praktjkonderzoek oxydatebedden met kunststofvullng op de rwz Terwolde. Deventer, W+B-rapport (stageverslag TH Twente), augustus Hemkes, N. E. Praktjkonderzoek oxydatebedden met kunststofvullng op de rwz Terwolde. Deventer, W +B-rapport (stageverslag TH Twente), november Graaf, J. H. J. M. van der, Laurjssens, P. P. C. M., Vsscher, K. De toepassng van kunststofvulmateralen n hoogbelaste oxydatebedden,. Algemene beschouwng en 2. Praktjkproef. Deventer, W+B-rapport, jun 977.