Het Waterschap Groot Salland en de gemeente Deventer onderzoeken sinds 2011 binnen het EU-project Inners de haalbaarheid van gescheiden inzameling van zwart en grijs water op huis- en wijkniveau. Het waterschap heeft een voortrekkersrol in het internationale energieproject Inners (Innovative energy recovery strategies in the urban watercycle). Het project heeft als doel de waterketen te verduurzamen op het gebied van energie en richt zich specifi ek op het terugwinnen en hergebruiken van energie uit afvalwater [1].
Al eerder, tussen 2009 en 2011, hebben het waterschap en de gemeente een onderzoek uitgevoerd waarbij het uitgangspunt was dat zwart water in de gisting van de rioolwaterzuiveringsinrichting (rwZI) in Deventer wordt verwerkt. De resultaten van dat onderzoek zijn vastgelegd in het Stowa-rapport 2011-27, ‘Duurzame energie uit geconcentreerde stromen Deventer – Deugd I’.
In dat rapport is voorgesteld geconcentreerd zwart water (feces en urine) vanuit vacuümclosets en een vacuümsysteem naar de rwZI te transporteren. Via datzelfde systeem moet ook groente- en fruitafval via een voedselrestenvermaler worden ingezameld. Verder moet een aparte behandeling plaatsvinden van geconcentreerd zwart water op de rwZI door directe vergisting samen met groenten- en fruitafval, en samen met overig slib in de bestaande vergister op die rwZI. Ten slotte is voorgesteld het grijze water in te zamelen met een conventioneel rioleringssysteem.
De resultaten van Deugd I tonen weliswaar de potentie van gescheiden inzameling van afvalwater- stromen en de verwerking op de rwZI van zwart en grijs water, maar werpen tegelijkertijd vragen op over de fi nanciële haalbaarheid en doelmatigheid.
VERKENNEND ONDERZOEK VAN GRIJSWATERSYSTEMEN BIJ GESCHEIDEN SANITATIE
duurzaamheid
DE SAMENSTELLING VAN GRIJS WATER VERTOONT VRIJ GROTE VARIATIES
De afgelopen tien jaar is op de zuiveringsinrichtingen veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van het terugwinnen van grondstoffen en energie uit afvalwater. Aan de andere uiteinden van de keten, de lozer, is veel on- derzoek gedaan naar de mogelijkheden van lokale bronscheiding, reductie van het (drink)waterverbruik, en de mogelijkheden van lokale terugwinning van thermische energie uit afvalwater. Een aspect dat in deze onderzoeken onderbelicht bleef, is de inzameling en het transport van grijs water en hemelwater in gescheiden of gecombineerde rioleringssystemen. Ofwel, de verbinding tussen de woning en zuivering.
Tekst: Will Scheffer/CAMmediaservice.
Fotografi e: Industrie
Grijs water
Het vervolgonderzoek (Deugd II), dat als onderdeel van het EU-project Inners is uitgevoerd, richtte zich daarom ook op het ontwikkelen van een vernieuwend concept voor het grijswaterdeel van de riolering. In dat kader heeft het water- schap aan drie ingenieursbureaus gevraagd gezamenlijk innovatieve ideeën en ontwerprichtlijnen te generen voor een separaat grijswaterinzamel- en grijswatertransport- systeem [2].
Grijs water is het afvalwater dat afkomstig is van bad, douche, wastafels, wasmachines, vaatwassers en keuken, maar altijd exclusief het water uit het closet en het eventuele aanwezige urinoir. In een aantal gevallen wordt het keuken- water apart beschouwd en verwerkt met zwart water.
In de publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift wt-Afval- water [2], rekenen de onderzoekers met de volgende grijswa- terhoeveelheden per persoon per dag voor een gemiddeld huishouden: 12 liter voor de keuken, 23 liter voor de wasma- chine en 47 liter voor het bad en/of de douche. Daarbij tekenen ze aan dat er grote verschillen in lozingspatronen zijn. De keuken levert over de dag verdeeld heel vaak een kleine lozing, terwijl een wasmachine lang niet elke dag wordt gebruikt en per wasbeurt een aantal keren korte lozingen met een vrij groot volume (circa 8 – 10 liter) in een kort tijdsbestek loost.
De samenstelling van grijs water vertoont ook vrij grote variaties. De onderzoekers noemen naast de ‘klassieke’
parameters, zoals BZv (biologisch zuurstofverbruik), CZv (chemisch zuurstofverbruik), P (fosfaat) en N-Kj (concen- tratie aan ammoniumstikstof en organisch gebonden stikstof), ook microverontreinigingen dat het grijze water kan bevatten. Dan gaat het bijvoorbeeld om medicijnresten en producten die in cosmetica voorkomen.
Richtlijnen of wettelijke eisen over toelaatbare gehalten van laatstgenoemde stoffen in te lozen effl uent zijn er nog niet.
Omdat deze op termijn wel worden verwacht vinden de onderzoekers het raadzaam daar al rekening mee te houden bij het maken van keuzen rondom het te realiseren grijswa- tersysteem. Daarnaast bevat grijs water haar, vet en zeep, wat de behandelbaarheid sterk beïnvloedt.
In Deugd II is voor de samenstelling van grijs water uit- gegaan van een aantal getalswaarden (tabel 1). De variatie in samenstelling hangt ook af van het al dan niet terug- winnen van thermische energie in de woning en de mate waarin aan waterbesparing wordt gedaan (tabel 2). Afhan- kelijk van de locatie worden eisen gesteld aan de geleverde of geloosde waterkwaliteit (tabel 3), waarbij de onder- zoekers voor het hergebruik zijn uitgegaan van eisen die worden gesteld aan waswater.
P-totaal mg/l 5,2 4,5
N-Kj mg/l 13 10,5
totaal coliformen 1/100 ml 105 – 109 104 – 105
fecale coliformen 1/100 ml 104 – 108 102 – 103
Tabel 1. Samenstelling grijs water: invloed keuze verwerking keukenwater (Bron: Langeveld, 1997).
Tabel 2. Samenstelling grijs water zonder afvoer uit keuken: effect waterbesparing (Bron: Langeveld et al).
Tabel 3. Lozingseisen c.q. waterkwaliteitseisen.
exclusief waterbesparing inclusief waterbesparing
parameter concentratie [mg/l] vracht [g/p] concentratie [mg/l] vracht [g/p]
BZv 200 13,4 248 13,4
CZv 430 28,8 534 28,8
zwevende stof 150 10,1 186 10,1
P-totaal 4,5 0,3 5,6 0,3
N-Kj 10,5 0,7 13 0,7
criterium lozing op
oppervlaktewater lozing in de bodem hergebruik RWZI
BZv - artikel 2.2, besluit
algemene regels voor inrichtingen milieubeheer van toepassing
+ provinciale milieuverordening
< 5 mg/l geen zuiveringproces- verstorende stoffen.
CZv 30 mg/l
N 10 mg/l geen
P 1 mg/l geen
SS (zwevende stoffen) 30 mg/l < 0,1mg/l
E.Coli < 1
visueel: bruto vaste stoffen, kleur, troebelheid
‘goed uitzien’
duurzaamheid
Tabel 5. Vergelijking verschillende aspecten van de ontwerpen voor de geplande nieuwe woonwijk.
Tabel 4. Uitwerkingen van de grijswaterconcepten in ontwerpen voor de casestudie van een nieuwe geplande woonwijk.
Ontwerp
verhouding investeringskosten verhouding investeringskosten inclusief wadi’s inspanning beheer (kosten) duurzaam robuustheid benodigde organisatie keukenwater / hemelwater
1. robuust grijswatersysteem + wadi 44 92 0 ++ + ++ ++ nee/ja
2. minimaal grijswatersysteem + wadi 36 85 ++ 0 - -- -- nee/nee
3. verbeterd gescheiden grijswatersysteem
met uitlaten op beek 100 100 -- -- + ++ 0 ja/ja
4. verbeterd gescheiden grijswatersysteem
met uitlaten op watergang 84 84 0 0 - ++ ++ nee/ja
5. geoptimaliseerd verbeterd gescheiden grijswatersysteem met uitlaten op watergang
45 97 ++ + + + + ja/nee
Toelichting: investeringskosten kolommen 2 en 3 zijn voor ontwerp 3 gelijk. 0 is een neutrale score, -- is een negatieve waardering, ++ is een positieve waardering
concept ontwerp uitwerking
1. geen hemelwater, wel keukenwater (figuur 1)
robuust grijswatersysteem
Gebaseerd op gangbare ontwerpcriteria. De toegepaste middellijn voor een straatriool is hierin 250 mm. Deze middellijn komt voort uit praktische overwegingen rondom inspectie en onderhoud. Een van de redenen is dat keukenwater relatief veel vuil en vet bevat. De capaciteit van het rioolstelsel is ruim voldoende om het aanbod aan grijswater te kunnen verwerken. Hemelwater wordt in dit ontwerp verwerkt in wadi’s.
2. geen hemelwater, geen keukenwater (figuur 2)
robuust grijswatersysteem
Gebaseerd op gangbare ontwerpcriteria. De toegepaste middellijn voor een straatriool is hierin 250 mm. Deze middellijn komt voort uit praktische overwegingen rondom inspectie en onderhoud. Een van de redenen is dat keukenwater relatief veel vuil en vet bevat. De capaciteit van het rioolstelsel is ruim voldoende om het aanbod aan grijswater te kunnen verwerken. Hemelwater wordt in dit ontwerp verwerkt in wadi’s.
3. wel hemelwater, wel keukenwater (figuur 3)
verbeterd gescheiden grijswatersysteem met uitlaten op beek
Het grijswater wordt afgevoerd via een hwa-stelsel met uitlaten op een beek. In het ontwerp zijn de transportafstanden naar de uitlaten groot. De kenmerken van het gebied en de maaiveldopbouw, met een laag punt in het plangebied en uitlaten aan de rand, leiden tot relatief zeer grote middellijnen om ook bij regenval de goede werking van het systeem te kunnen waarborgen. Globaal is 13 mm berging aanwezig op grond van het hydraulische ontwerp. Normaal is, met berging in het systeem, 7 tot 8 mm voldoende vanuit hydraulisch perspectief. Dit ontwerp komt overeen met een standaard gemengd stelsel.
4. wel
hemelwater, geen keukenwater (figuur 4)
verbeterd gescheiden grijswatersysteem met uitlaten op watergang
Als alternatief voor ontwerp 3 is gezocht naar een mogelijkheid om de middellijnen te beperken. Gekozen is voor de aanleg van een watergang met lozingspunten in het midden van het gebied (laagste punt) waarmee transportafstanden zijn verkleind en de gebiedskenmerken optimaal worden benut. De middellijnen nemen daarmee fors af. De berging is bijna 4 mm, hetgeen overeenkomstig is met de berging voor een verbeterd gescheiden stelsel.
5. geen hemelwater, wel keukenwater (figuur 5)
geoptimaliseerd verbeterd gescheiden grijswatersysteem met uitlaten op watergang
Keukenwater bevat relatief veel vuil en vet. Dit is een van de redenen waarom in ontwerp 1 is gewerkt met gangbare middellijnen (250 mm). Zonder keukenwater is het mogelijk op basis van hydraulica te dimensioneren (ontwerp 2). Door in de buitenriolering, binnen het perceel, een te ontwikkelen ‘gebruiksvriendelijke handzame’ vetvangbak met doorspuitvoorziening te installeren, kan de middellijn van het grijswaterriool worden beperkt rond 125 mm en kan keukenwater op het grijswatersysteem afvoeren. De inspectie is bij kleinere middellijnen niet eenvoudig en vraagt om een nieuwe benaderingswijze. Hemelwater wordt in dit ontwerp verwerkt in wadi’s.
Systeemeisen
Voor lozing op lokaal oppervlaktewater geldt dat de verwer- kingstechniek van grijs water zich vooral moet richten op het verregaand verwijderen van de organische zuurstofbin- dende stoffen (BZv/CZv). Deze stoffen kunnen volgens de onderzoekers worden verwijderd met biologische tech- nieken. De voorbeelden die ze noemen zijn onder andere oxydatiebed/biorotor, actief slib en MBr (membraan-bio- reactor), waarbij deze stoffen aeroob worden omgezet en de chemische energie niet wordt teruggewonnen, en ook andere technieken waarbij deze stoffen worden ingevangen in actief slib en waarna energie kan worden teruggewonnen via gisting. Daarbij wijzen de onderzoekers erop dat afhan-
kelijk van de toepassingsschaal de technieken moeten worden beschermd tegen te grote variaties in het aanbod in debiet en samenstelling. Dit is mogelijk met buffers of voor- geschakelde fysisch-chemische technieken als bezinking/
fl otatie, fi jnroosters en microzeven. De verschillende tech- nieken zelf stellen geen specifi eke eisen aan het ontwerp van het inzamel- en transportsysteem van het grijswater- systeem, behalve wanneer het grijswater wordt gemengd met hemelwater.
De eisen die aan het grijswaterrioolsysteem worden gesteld, moeten worden bepaald door de lozer en door de wijze van verwerking. De onderzoekers hebben die op een rijtje gezet, geredeneerd vanuit de lozers, de functionele en
GRIJS WATER WORDEN
GEWONNEN
duurzaamheid
operationele eisen en vanuit de behandelingstechniek. Voor dit laatste geldt:
• een goed gedefinieerd aanbod van het grijze water (continu dan wel discontinu, mede afhankelijk van de schaalgrootte);
• een voorspelbaar aanbod in zowel hoeveelheid als qua samenstelling;
• er mogen geen stoffen in het grijze water zitten die het behandelingsproces verstoren;
• afhankelijk van de techniek een bepaalde bandbreedte voor de temperatuur.
De temperatuur en samenstelling zijn daarmee relevante parameters voor de behandelingstechniek die sterk kunnen variëren, afhankelijk van energieterugwinning en welke lozingstoestellen op welk systeem worden aangesloten.
De energieterugwinning raakt zowel aan de terugwinning van thermische energie als aan de mogelijkheden om uit de productie van biogas energie te winnen. Thermische energie kan met name uit grijs water worden gewonnen, terwijl zwart water juist de grootste potentie heeft voor de productie van biogas. De keuze voor de omgang met keukenwater bepaalt in hoge mate de hoeveelheid en de samenstelling van zowel grijs als zwart water, stellen de onderzoekers.
Van concept naar ontwerp
De onderzoekers zijn in overleg met de opdrachtgevers uitgekomen op vier grijswaterconcepten. De vier concepten zijn vervolgens uitgewerkt in vier ontwerpen voor een case- studie voor een geplande nieuwe woonwijk. Deze studie moet inzicht geven in de doorwerking van keuzen op de kosten van een grijswatersysteem. Toegevoegd is een vijfde ontwerp dat een combinatie is van twee andere ontwerpen (tabel 4).
Van de vijf ontwerpen is een aantal aspecten bepaald, waar- onder kosten, inrichting en duurzaamheid (tabel 5). Voor de investeringskosten is van de ontwerpen 1, 2 en 5 alleen het grijswaterstelsel uitgewerkt. De verschillen in kosten tussen de verschillende ontwerpen noemen de onderzoekers niet spectaculair. Het alles op alles zetten in het minimaliseren van de afmetingen van een grijswatersysteem (ontwerp 2) leidt slechts tot een besparing van 7 procent op de totale kosten voor de verwerking van hemelwater en grijs water ten opzichte van ontwerp 1.
De beheerskosten zijn voor alle systemen ongeveer even hoog, maar moeten na detaillering nader worden bepaald.
Naast kosten en emissie is nog een aantal andere aspecten van belang, zoals de eenvoud waarmee een stelselontwerp kan worden ingepast in het stedenbouwkundige plan en de ondergrondse infrastructuur (inpassing), de inschatting van benodigde beheerinspanning (beheer), de gevoeligheid voor storingen (robuustheid), en de benodigde inzet om het systeem operationeel te houden (organisatie).
Het minimale grijswatersysteem (ontwerp 2) scoort negatief op robuustheid en organisatie. Deze score hangt samen
met de onbekendheid met een dergelijk systeem. In het bijzonder is de ontluchting een onderbelicht aspect in dit ontwerp.
Conclusies
Op basis van het verkennend onderzoek adviseren de onderzoekers hemelwater altijd separaat van grijs water af te voeren. Geconcludeerd wordt dat tegen beperkte meer- kosten (voor aanleg handbare vetafscheiders op perceel- niveau) een betaalbaar innovatief en duurzaam grijswa- tersysteem kan worden gerealiseerd door ontwerp 5 uit te voeren. Ontwerp 2 en 4 zijn financieel de meest aantrek- kelijke ontwerpvarianten voor de uitgewerkte casestudie, maar scoren op duurzaamheid en op inpasbaarheid en beheer onvoldoende. Ontwerp 1 leidt tot ongeveer dezelfde score als ontwerp 4.
De onderzoekers verwachten dat het beheer in ontwerp 4 meer aandacht zal vragen, aangezien het lozingsgedrag van de gebruiker mede bepalend zal zijn voor het functio- neren van het systeem en de kans op ongewenste emissies.
Ontwerp 2 scoort negatief op robuustheid en benodigde organisatie.
<<
Bronnen en verwijzingen
1. Waterschap Groot Salland, ‘Energie uit water (Inners)’, Zwolle, 2014.
2. Bijl K. (waterschap Groot Salland), Kate F. ten (gemeente Deventer), Nieuwenhuijzen A. van (Witteveen+Bos), Langeveld J.
(rhdhv), Ommens A. (Grontmij), ‘Verkenning van ontwerpricht- lijnen voor inzameling en afvoer van grijs water bij gescheiden sanitatiesystemen’, wt-Afvalwater, 2014.
