Orienterend onderzoek naar de optimalisering van puntbeluchtersystemen. Deel 2 Werkrapport

Oriënterend onderzoek naar de optimalisering van puntbeluchtersystemen

ll. Werkrapport

~p ~

statenplein l , den haag, telefoon: 070-557000

-

stichting toegepast onderzoek reiniging afvalwater

ORIENTEREND ONDERZOEK naar de OPTIMALISERING VAN PUNTBELUCHTERSYSTEMEN

I I . Werkrapport

I. TEN GELEIDE 1 1 - I V

11. LITERATUURONDERZOEK 1- 27

1. Inhoud 1

2. Inleiding 2- 3

3. Bespreking van de literatuur per bron 4- 10 4. Samenvatting en conclusies 11- 12

5. Literatuurlijst 13- 27

111. PROBLEMEN UIT CE PRAKTIJK (ENQUETE) 28- 43 1. Inhoud

2. Inleiding

3. Enquéte-resultaten 4. Conclusies

IV. DYNAMISCH ONDERZOEK 44- 7 7

l. Inhoud

2. Dynamisch onderzoek te Almelo 3. Snelheidsmetingen te Almelo 4. Snelheidsmetingen te Stolwijk

V. MODELONDERZOEK 78-123

1. Inhoud

2. Inleiding en probleemstelling 3. Onderzoek

4. Samenvatting 5. Bijlagen

VI. OMSCHRIJVING VAN GEBRUIKTE BEGRIPPEN 124

I. 'TEN GELEIDE

I n opdracht van de Stichting 'Toegepast Onderzoek Reini- ging Afx~alwatc!r ICTORA) werd onderzoek verricht naar d e mogelijkheid tot optimalisering van puntbeluchtersyste- men.

D e aanleiding voor dit onderzoek was d a t aan dcryelijke systerrieri - die bestaan ult een beluchtingstank plus puntbeluchter - in d e praktijk allerlei problemen zijn waargenomen. Deze kunnen variëren van relatief geringe bezwaren, zoals spatten, tot storingen van dusdanig ern- stige aard dat zuiveringsinrichtingen tijdelijk moeten worden stilgelegd of vertraagd in bedrijf worden ge-

steld. Ook is waargenomen dat puntheluchters spontaan kunnen overschakelen van een bedrijfstoestand met een stabiel en laag energieverbruik naar e e n toestand met een instabiel en hoog verbruik.

T o t n u toe IS voor minstens vijftig miljoen gulden in

puntheluchters en beluchtingstanks gestoken; in de ko- mende jaren zal nog circa vierhonderd miljoen in het bcluchtingsgedeelte van d e afvalT~~aterzuivering moeten worden geïnvesteerd. Omtrent d e oorzaken van bovenge- noemde - meest hydraulische - storingen en d e middelen t o t voorkoming of opheffing ervan, is echter onvoldoen- d e bekend.

Ilet onderzoek clercl uitgevoerd door een combinatie be- staande uit het adviesbureau Bongaerts, Ruyper en Huiswaard, het inyenieursbureau D,dars, Heederik e n

V e r h c y en het instituut voor Milieuhygiëne en Gezond-

hriidstectiniick TIJC.

Run deze researchcombinatie werd een opdracht verstrekt die i n vier onderdelen uiteenviel:

: > C :~ :A ;,k. L.C., C., . l L rlq b i n r ! ~ : r ~ rjc? resí:<;r c : t i f : ~ m L i r ; ú . I L .,;,>s 2 l s

>1,.lc:' : h-t 1 i . k e r a t u i l r o n ~ i e r ~ i i c : k ; i r : r í l - 1 e r r j ~ ~ : h t <:?nr ?.ct

. . . . . i . , ,^, - ^{-.,t,-,:. !.!I} 1 i p ; ! k , ~ c ~ : i ~ k > r , c c::: L ~ ~ a n ~ t , ~ ~ ~ : ; + ~ : c : : . ~ ~ ~ ~ ~ ~ k

':::o,

c..

. , , , ) , . ;i,1,,:yt <,:.,<<.:y-;<:.q ,.i<,,,F z,:,r.,.:::;:~r+~:j, ;J,.;:,,.:- S . , . -,. l : : , ; . ,

, , L , , , ,.' , h.-.! ~ ; , < , , ) r - . l c , : , < e r ; < < . , , , ~ : : ~ s ~ ~ ' - , r IJ-,:?^:;, i ; c c 2 r i 2 r i k c : , . ',Ter-

k,! ! ] , ~ - . : l # , - . , .

.

.,,:-!~;

. , ~ , . .

P .1

.

t , , 1 ,,,, ' , ; ' , , , . , . . . . , .

.

I : r : r , , : : : _{. .}

.

.... ^{. !} , ⁱ z . ^, ' . , z . :<::.l ,,!,,jii:! j z l , ; c l cn i n k,un c;c-hce:

I t c ? : ^{- r . :} . '

;A ; :; k . r , o f , ; : . .,,:, 6 1:) c ì t . , ~ ? r k r a p ~ x r t o:>-

. . _, ^{, ,} _..~.. . , ^,

De e n i g e v e r a n d e r i n g e n - d i e d o o r l i e t S T O K f - ~ e c r e t a r i - a a i w e r d e n a a n g e b r a c h t - b e t r e f f e n d e r u b r i c e r i n g v a n d e d e e l r a p p o r t e n . D i t n i e t hct d o e l , e e n meer i n t e g r a l e p r e s e n t a t i e v a n d e z e r a p p o r t e n t e b e w e r k s t e l l i g e n . Aan d i t r a p p o r t o n t b r e k e n d e g e b r u i k e l i j k e sarnenvat:tirig e n c o n c l u s i e s ; g e z i e n h u n omvarig, z i j n z i j d o o r d e S ' W K A a l s a f z o n d e r l i j k r a p p o r t u i t g e b r a c h t , o n d e r d e t i t e l :

"Oriënterend o n d e r z o e k n a a r d e o p t i n ~ a l i s e r i n g v a n p u n t - h e l u c h t e r s y s t e m e n . I . S a m e n v a t t ~ r i y "

.

f e n d e h o o f d s t u k k e n t e r a a d p l e ( j e n .

Het o n d e r z o e k , d a t - e x c l u s i e f r a p p o r t a v e - i n C o t a a l r u i m rieqen m a a n d e n h e e f t g e v e r g d , w e r d n a m e n s d e SrPO1iA t ~ e g e l e i d d o o r een commissie b e s t a a n d e u i t :

i r . J . S . J . D r ~ g t atersc er schap d e A a )

i r . H . K a r p e r ( R i j k s i n s t i t u u t v o o r Z u i v e r i n g v a n A f v a l w d t e r )

i r . E . L . C . K o s t e r ( A d v i e s - er, Irigeri i e u r s L u r e a u wit ie vet:;^ x, B o s )

i r . A . P . Ver riinimen, M.Sc. ( z u l v c ~ r i r i ( j s s c h a p Lirentihe)

.

A l s w r i o r d v o e r d e r var1 d e q e z a r r i e r i l i f i e i.,,r8!r~i:;.;ii: I Ï l r i q e c r i c : d r s . J.". N o o r t h o o r r i v a n d e r K r u i j f f , dil-ei:t.eur v a n d c STORA. H e t s e c r e t a r i a a t v a n d e conimiss i e w e r d cloor » w a r s , I l e r , d i . r i k en V e r h e y v e r z t j r y d .

11. LITERATUURONDERZOEK

l. Inhoud _--

2. Inleidinq

a. De probleemstelling

b. Uitvoering van het literatuur- onderzoek

3. Bespreking van de literatuur per bron

a. Emschergenossenschaft, Essen h. Instituut voor Milieuhygiëne

en Gezondheidstechniek TNO, S. Sweeris

c. Fabrikanten van heluchters U. Universiteiten en Hogescholen 4. Samenvatting en conlusies

5. Literatuurlijst

In het rapport verwerkte literatuur Geraadpleegd doch niet opgenomen in rapport

2 . Inleiding

De Onderzoek-Adviescommissie ( O A C ) van de STOiW heeft in een toelichting de problematiek van puntbeluchtingssyste- men, als bedoeld onder project no. 15, als volgt beschre- ven:

"...Aan puntbeluchtingssystemen (i.e. de configuratie tank + beluchter) zijn in de praktijk echter ook problemen waargenomen, variërend van relatief geringe inconveniënten

(spatten) tot storingen van dusdanige (meestal hydrau- lische) aard dat de installatie tijdelijk m o e s ~ worden stilgelegd of de inbedrijfstelling ervan werd vertraagd.

Daarnaast is uit economische overwegingen de waarneming interessant dat in sommige gevallen puntbeluchters

spontaan kunnen overschakelen van een bedrijfstoestand met een laag stabiel energieverbruik naar een toestand met een hoog onstabiel verbruik

...

Op basis van deze problematiek-omschrijving werd de volgende opdracht geformuleerd:

"...Literatuuronderzoek naar de problemen als in de toelichting vermeld. Het onderzoek wordt beperkt tot literatuur waarvan de juistheid der waarnemingen vast staat

...

b. Litvoering van tiet lltcratuuronderzoek

De Afdeling Water en Bodem van het Instituut voor Milieu- hygiene en Gezondheidstechniek TNO (IG-TNO) houdt zich

"van oudsher" bezig met onderzoekingen aan beluchtings- systemen (Baars, Pasveer, Sweeris).

Aangezien het bijhouden van de literatuur een normaal onderdeel is van het speurwerk van de afdeling, bood de afdelingsbibliotheek de belangrijkste informatie voor dit onderzoek. Veel gemak werd ondervonden van het iitera- tuuronderzoek "Vloeistofbeweging door puntbeluchters in beluchtingsbassins" door J.J.D. Hildehrand ( 1 9 7 3 ) , vooral door de veie verwijzingen.

Daar het onderzoek beperkt diende te worden tot "litera- tuur waarvan de juistheid der waarnemingen vaststaat"

vormde de kritische schifting naar de betrouwbaarheid van de bronnen een belangrijk aspekt van dit onderzoek.

De rapportage is gebaseerd op een chronologische rang- schikking van de literatuur per bron.

De "bijzondere" toepassing van puntbeluchters in Carrou- sel-inrichtingen alsmede de onderlinge wisselwerking van meerdere puntbeluchters in één bak zijn niet in het onder-

zoek betrokken geweest.

3. . Bii_sr>reking -. v a n d e literatuur per bron a. E r n s c h e r q c n o s s e r i i ; c h U f t , Essen

D e Emschergenossenschaft heeft een serie publikaties (A 1 t/m 7) gewijd aan de eigenschappen van puntbeluchtings- systemen op technische schaal. De Emschergenossenschaft is hiermee een van de vroegste en wellicht bekendste bronnen op dit gebied.

De eerste publikaties hadden vooral betrekking op Simplex- en BSK beluchters.

Naast de bepaling van het zuurstoftoevoervermogen en het zuurstofinbrengrendement werd vooral aandacht besteed aan dc ncting van de vloeistofsnelheid bij de bodem van de Hierbij werd in eerste instantie de konklusie getrokken dat niet alleen het aan de beluchter toegevoerde vermogen bepalend is voor de stroomsnelheid langs de tanktodem, doch evenzeer de geometrie van de beluchtingstank.

Hiervoor werd, naar analogie van de definitie van de hydraulische diameter, de parameter Rr ingevoerd:

tankinhoud Fr =

nat oppervlak

Een grote waarde van Rr resulteert in een grote stroom- snelheid bij hetzelfde specifiek vermogen (W/m3).

Uitzonderingen op deze regel kunnen optreden indien de tankdiameter minder dan 1,5 maal de "worp" van de

beluchter bedraagt (de uitgeworpen vloeistof botst tegen de wand) en bij een zeer hoog specifiek vermogen (voor BSK: boven ca. 50 W/m3), waarbij bellen de impulsover- dracht wellicht "dempen".

Op de "Praagse Conferentie" verschijnt tijdens de daar gevoerde discussie de Wet van Froude als toepasbare model- wet en wordt de nadruk gelegd op het afremmen van de

vloeistofsnelheid met keerschotten teneinde een hogere OC te verkrijgen (As).

In A6 wordt het roteren van de vloeistof met als effekt een hoog "aanloopvermogen" en een laaq bedrijfsvermogen vermeld.

In A7 is duidelijk de overgang te zien van de tangentiale naar de radiale vloeistofbeweging afhankelijk van de

tankgeometrie (platter = meer rotatie).

Bij een diepe tank en vloeistof met een hoog detergent- gehalte werd de menging verbeterd door een roerder te bevestigen aan de beluchter.

Het onderzoek aan de Simplexbeluchter óHL in een tank van 10 x 10 x 3,85 m (zie B l ) toonde naast een sterk fluctu- erend energieverbruik (soms tot 30%) het verschijnsel van een afwisselend hoog en laaq energieverbruik bij eenzelfde toerental en indompeling van de beluchter. Gezien het hoge aanloopvermogen en de resultaten van de stroomsnel-

heidsmetingen hebben we hierbij vrijwel zeker te doen met een instabiele overgang van het vloeistofcirculatiepatroon in de beluchtingstank van radiaal naar tangentiaal. De vortex in het midden van de tank heeft een geringere

indompeling van de vast gemonteerde beluchter tot gevolg, daarnaast is het verschil tussen de vloeistofsnelheid en de omtreksnelheid van de beluchter geringer met als gevolg een lager energieverbruik van de beluchter.

Het rotatieverschijnsel komt sterker naar voren bij de metingen aan vier verschillende puntbeluchters (B2) in een

tank van 10 x 1 0 x 2,5 m (deze tank is platter dan de bovenvermelde).

De leverancier van de Simcarbeluchter adviseerde voor diepten kleiner dan 2,9 m remschotten op de bodem van de tank te plaatsen. De BSK vertegenwoordiger adviseerde

j e r ^{P - t ,} r ^{c :} , - l i ~ i ~ - . . . .

- .

en t o e k o r t ~ ~ c r r ~ ï ~ ! p i e . ? r . ':. ,~!c : . ! - . e r q i c ? ~ r . z ~ r : , : , - > ~ r c:c:s:?z d e r e m s c h o t t e n d i e h e t roterer v a n de v l o e i s ' o f 7 , r o r h i - - d e r e r , .

D i t verschìj:.:~,f-.. .,:,..rc>t ?..;:,;c,:- j,r:c~:trc~.:er; j r . y,-: ^,j 2 e : j ~ ] ~ , ! ,>:~:

f3:.,Y-t,<;111ck.'5~r ,;:c.?-:. , L : . , : - - : L L ! : . , ~ ; r ? ?(:r. t.a2k, x.?>r. ; C , > 1.: , t , , ?

x 4 m mct reil.srt~r~+.tc.r.. E j j s t r t c ? n . ! Z r a z i c r r ' -

t o e r e r i t a l t , l i ] k t r 2 h e d r i j f s t c t - s t a n c l e r ~ ^.!eer :E ? C % E ~ . : ? , j +

de i n t i s he?. III~CJ?~C~CC:T: y . ~ c r r ~ , ( : ' . z r , n c t ; i r . t , ! ? j :?r: -: r r i , c - r , q . fl:,-'.:-,' ' 5

,.

bi j g r c , t e r c i r ; d r , r ~ p t l ; r . q ^{i i é t} n : c t i t e .~~ork,d;i::', i ^5; i-i t

q e r i rilelde .~err~r.gfr r,rqr-l:cer cic factor I , ⁴ y r - + c . y ^A -..- ?<,,r. ? 7.

.

.

he+ r + e r s t e ,j~-..;aL. Zc,r.dcr ;iar-,::lir.ire reCe?. , , c r - , n e t r t e r toe de t k d r i ] f s i ~ r , i c . t a r , ! .

E r i s vGQr 2 i t ..,Cr: c k . i j r . s e i qet.2 . ~ c r k l a r i : r : r j . : . . , i ~ d i : . ^t?

k e t i s ie 1e7jcra:cLcr r . i e ' g6 l i ? ? t r,r, t . c t o p ? i - . c f f r r 2 .

c. l'abrikanten van beluchters

De Simcar beluchter, W.S. Robertson

De evaluatie van de Simcar beluchter (Cl) leverde ic 1964 al een groot aantal waardevolle gegevens op:

1. Het tangentiale en radiale vloeistofcirculatiepatroon wordt beschreven.

2. De fluctuaties in het energieverbruik bedragen ca. 15% van maximum naar minimum over 2 à 3 min. Deze variaties worden

toegeschreven aan het gedrag van de vortex onder de beluchter. Daarnaast worden snelle vermogensvariaties

vermeld (binnen enkele seconden), die worden verklaard als een gevolg van cavitatieverschijnselen onder de beluchter waarbij de bellen regelmatig worden "weggewerkt".

3. Instabiliteit door golfbewegingen; indien de beluchter buiten zijn gespecificeerde werkgebied wordt gebruikt

treedt een golfbeweging op tussen de hoeken van de tank en het middelpunt. In het ergste geval is de beluchter

beurtelings uit het water en volledig ondergedompeld, het- geen een periodieke schokbelasting voor de motor en reduc- tiekast betekent die tot beschadiging van deze onderdelen kan leiden.

4. Experimenten met andere aantallen schoepen of een andere vorm, bijvoorbeeld zeer diepe schoepen, leverden aanzien-

lijke vermogensfluctuaties en soms instabiliteiten door golven op.

In C2 = C3 worden de beschreven vloeistof-circulatiepa- tronen weergegeven in enkele tekeningen.

Een geringe rotatie kan gunstig zijn in verband met het meenemen van het slib om afzettingen op de bodem te voor- komen. Het hogere aanloopvermogen bij roterend bedrijf en

het gebruik van keerschotten om rotatie te voorkomen wor- den eveneens vermeld.

Naar analogie van de theorie van vloeistofmengers worden schaalregels gegeven met onder andere een "baffle-factor".

Deze factor B is 1 , O voor het volledig radiale stromings- patroon en kleiner voor roterende vloeistof. Volgens

Robertson wordt het effect van het Froude-getal "geëlimi- neerd" door uit te gaan van een radiaal stromingspatroon.

De BSK beluchter, J.R. Kealin en K. Tofaute

C 4 beschrijft het onderzoek aan 2 typen BSK beluchters met

een diameter van 3 meter in een "tank" van 21 x 21 x 5 m.

Interessant is vooral de grafiek waarbij het vermogen

tegen de tijd is uitgezet. Er werd helaas geen schrijvende vermogensmeter toegepast. Het beluchtertype " 6 6 / 6 7 "

vertoont na de start inslingerverschijnselen V~aarbij het vermogen met +8 en -8 procent varieert.

Bij de "Favorit" is dit verschijnsel volgens de opgave c2 en - 4 procent.

De "slingertijd" bedraagt ca. 5 tot 20 minuten. Na een uur wordt het vermogen stabiel. In de begeleidende tekst wordt in dit verband de nadruk gelegd op het konstant worden van de vermogensopname respektievelijk pompwerking en het

belang hiervan voor de levensduur van de motor en de reductiekast.

In de ondiepe tank 20 x 20 x gemiddeld 3 m van de Emscher- genossenschaft werden rotatieproblemen ondervonden. Deze werden opgelost met twee keerschotten in de nabijheid van de tankwand en met een "qeleidekruis" onder de beluchter op de tankbodem.

d. Universiteiten en Hogescholen

Een algemeen overzicht met technische gegevens en eigen- schappen van diverse beluchtingssystemen inclusief punt- beluchtingssystemen wordt gegeven door W. v.d. Emde (Dl) en H.J. Pöpel ( D 2 ) . Vooral Pöpel geeft veel constructie- tekeningen van verschillende typen beluchters en verdere van de fabrikanten afkomstige technische dokumentatie. In de nieuwste uitgave (1974) zijn enkele schoolregels in summiere vorm opgenomen en wordt ook de toepassing van keerschotten vermeld.

De economie van de oppervlaktebeluchting wordt op diverse punten onderzocht door C . H . Burchard (D3). Minimaal

behoeft de roerenergie slechts ca. 1,5 W/m3 te bedragen.

Theoretisch zou een zuurstofinbrengrendement van ca. 20 kg 02/kWh tot de mogelijkheden behoren.

Vooral het rendement van de energieoverdracht naar water is van belang. Oppervlaktebeluchters zouden hier in het voordeel zijn ten opzichte van bellenbeluchters. Daar golven energie met geringe verliezen kunnen transporteren maakt hij een oppervlaktebeluchter als een soort stamper waarmee instabiele golven worden opgewekt die zowel een goede 02-overdracht aan het vloeistofoppervlak als

voldoende stroming bewerkstelligen.

Vermoedelijk ten gevolge van cavitatie bedraagt het rendement niet meer dan 0,99 kg 02/kWh.

Het gedrag van een enkele beluchter in zeer grote bassins, waarbij de wanden vermoedelijk geen invloed hebben, wordt beschreven door J.J. McKeown en D.B. Buckley (D4).

Metingen aan 39 beluchters leverde de volgende vermogens-

-a

s

functie op: as pK = 1,45.10 (N D ) waarbij N het toerental per minuut en D de beluchterdiameter in ft.

voorstelt. Verder wordt het stromingsprofiel van de

diverse beluchters gekarakteriseerd. Vooral de invloed- sfeer van de beluchters in het horizontale en verticale vlak werd onderzocht. Getracht werd de pompcapaciteit van de beluchters te berekenen uit de stroomsnelheidsmetingen.

Tevens werden zuurstofmetingen verricht waarbij uit de gevonden resultaten een zuurstofinbrengrendement van 3 , O

lb 02/hphr werd berekend ( = 1,9 kg 02/kWh).

Schaalvergrotingsregels staan reeds lang in de belang- stelling van 1.Horváth (D5). In een overzichtsartikel met veel literatuurverwijzingen wijst hij op de problemen die ontstaan omdat bij schaalvergroting tegelijkertijd voldaan moet worden aan verschillende tegestrijdige voorwaarden opdat bijvoorbeeld eenzelfde Reynolds en Froude getal gehandhaafd kunnen worden.

Het getal van Froude blijkt voor Kessener-, Inka- en puntbeluchting veelal redelijk bruikbaar te zijn.

Op dit gebied is nog veel onderzoek noodzakelijk.

4. Samenvatting en conclusies

Het literatuuronderzoek leverde weinig publikaties op over de problemen die zich voordoen bij puntbeluchtings-

systemen. Er zijn slechts een gering aantal "betrouwbare"

bronnen gevonden. De hoge kosten die gedegen onderzoek aan beluchtingssystemen op technische schaal met zich

meebrengt zullen hiervoor vermoedelijk een belangrijke belemmering vormen. In de literatuur werden problemen

zelden gesignaleerd; hierbij kunnen enerzijds commerciële overwegingen van fabrikanten een rol spelen (negatieve reclame), anderzijds is het mogelijk dat onvoldoende of onnauwkeurige waarnemingen zijn verricht (b.v. zonder registrerende vermogensmeter).

In eerste instantie werden onderzocht het zuurstoftoevoer- vermogen ( O C ) , het zuurstof-inbrengrendement en het

verkrijgen van voldoende stroomsnelheid langs de bodem om slibafzettingen te voorkomen (Emcchergemssenschaft).

Het roteren van de vloeistof gepaard gaande met fluc- tuaties in de uitworp van water door de beluchter en fluctuaties in het vermogen, of een abnormaal verlaagd energieverbruik worden nu veelal herkend; er worden meestal passende maatregelen tegen genomen (b.v. het plaatsen van remschotten). De fabrikanten die zelf veel ontwikkelingswerk hebben verricht kunnen deze oplossing van tevoren adviseren (b.v. Simcar en later BSK).

Andere problemen zoals het ontstaan van staande golven en een onregelmatige werking die gepaard gaan met een sterk fluctuerend energieverbruik en/of een plotselinge veran- dering van de bedrijfstoestand zijn nog onvoldoende on- derzocht (Sweeris)

.

Schaalvergrotingsregels zijn op d e komplexe materie van de puntbeluchtingssystemen nog maar beperkt toepasbaar

(Horváth)

.

5 . Literatuurlijst

In het rapport verwerkte literatuur (chronologisch gerangschikt per bron

Emschergenossenschaft, Essen

Knop, E., W. Bischofsberger und V. Stalman.

Versuche mit verschiedenen Belüftungssystemen im tech- nischen Massstab.

Teil 1; Untersuchungen an Oberflächenbelüftern und kombinierten Systemen in Reinwasser.

Essen, Vulkan Verlag 1 9 6 4 .

Kalbskopf, K.H.

Strömungsverhältnisse und Sauerstoffeintrag bei Einsatz von Oberflächenbelüftern.

In: Jahrbuch vom Wasser. Band 33, blz. 1 5 4

-

Weinheim, Verlag Chemie, 1 9 6 6 .

Knop, E.

Die biologische Grossanlage an der Einmündung der Emscher in den Rhein.

Berichte der Abwassertechnischen Vereinigung e.v. ( 1 9 6 7 )

no. 1 9 . blz. 4 9

-

Knop, E., K.H. Kalbskopf.

Enerqy and Hydraulic Tests on mechanica1 Aerator Systems.

Conference of the International Association on Water Pollution Research, Prague 1 9 6 9 .

In: Advances in Water Pollution Research; Proceedings of the 4th International Conference, Prague, 1 9 6 9 , Edited by S.H. Jenkins.

Knop, E. und K.H. Kalbskopf.

Energetische und hydraulische Untersuchunqen an mecha- nischen Belüftungssystemen. Teil I und 11.

Gas und Wasserfach. Wasser-Abwasser 110(1969)No.8, blz. 197-201 110(1969)No.10, blz.226-269 Kalbskopf, K.H.

Systeme und Wirkunqsweise der Kreiselbelüfter.

H O 2(1969)No. 25, blz. 660

-

2

-

Kalbskopf, K.H.

Flow velocities in aeration tanks with mechanica1 aerators.

Water Research - 6(1972)blz. 413 - 416.

B. IG-TNO (S. Sweeris)

1. Sweeris, S.

Simplexbeluchter 6 HL.

Zuurstoftoevoervermogen en benodigd arbeidsvermogen.

Metingen verricht in de zuiveringsinstallatie van Someren en Asten.

Werkrapport A 54, januari 1970.

IG-TNO.

2. Sweeris, S.

OC-metingen.

Uitgevoerd aan 5 beluchtingsopstellingen, te weten: BSK Favorit

0

Flygt persluchtdiffusor 4701 in een tank van 10 x 10 x 2,5 m.

Werkrapport A 64, maart 1972.

IG-TNO.

3. Sweeris, S.

BSK-beluchter favorit

0

Zuurstoftoevoervermogen en arbeidsvermogen.

Metingen verricht in de zuiveringsinrichting Enschede- Zuid.

Werkrapport A 67, november 1972.

IG-TNO.

C. Fabrikanten van beluchters

De Simcar beluchter

1. Robertson, W.S.

Evaluation of the Simcar Aerator for Trade Effluent Treatment.

Journal of the Institute of Sewage Purification 1964, blz. 585 - 596.

2. Robertson, W.S.

Aeration in the activated sludqe process.

Lezing gehouden tijdens Symposium "Aspects of Biochemica1 Engineering" at the University of Manchester, December 1969.

3. Robertson, W.S.

Use of mechanica1 aerators in the activated sludge process

The Chemica1 Engineer (1971) no. 5, blz

4. Kaelin, J.R. und K. Tofaute.

~eistunqsfähiqkeit von BSK-Turbinen in grossen Belebunqsbecken.

Wasser, Luft und Betrieh 12(1968) No. 1 2 , blz. 768

-

13(1969) No. 1

,

-

D. Universiteiten en Hogescholen

1. Emde, W. v.d.

Belüftungssysteme und Beckenformen

In: Tropfkörper und Belebungsbecken; red.

H. Liebmann. 2e druk.

Münchner Beiträge zur Abwasser-, Fischerei- und Flussbiologie, Band 5, blz. 223

-

München, Oldenbourg, 1968.

2. Pöpel, H.J.

Aeration and gas transfer. Delft, university of technology, 1972 Division of sanitary engineering.

3. Burchard, C.H.

Beitrag zur Frage der Oberflächenbelüftung in Abwasserreinigungsanlagen.

Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft NO. 35

München, Oldenbourg 1968.

4. McKeown, J.J. and D.B. Buckley.

Mixing characteristics of aerated stabilization basins.

Tappi

o

5. Horváth, I.

Anwendung der Ahnlichkeit und Modellierung in der Abwasser-Technologie.

Gas und Wasserfach

-

-

Geraadpleegd, doch niet opgenomen in rapport

Illmer, M.

Simplex Belebungsstufen fÜr die Abwasserreinigung;

Bemessung, Bau, Ausrüstung und Kosten.

Koppers Mitteilunyen (1969).

Gyrox-Belüfter, zur Reinigung kommunaler und industrieller Abwässer.

Lurgi Wasser und Abwasser Informationen 1968

Koot, A.C.J.

Behandeling van afvalwater 11.

Beknopte tekst en tabellen.

Delft, Technische Hogeschool, 1972.

Collegedictaat.

Böhnke, B und IIolste, D.

Die biologische Abwasserbehandlung in kleineren Gemeinden mittels Kreiselbelüftung.

In: Technisch-wissenschaftliche Mitteilungen der

Emschergenossenschaft und des Lippe Verbandes !1964), Heft 6 , blz. 65 - 70.

Christ, W en Illiner, :.l.

Afvalwaterzuivering met Simplexwaaiers Polytechn. Tijdschr. Procestechn.

(1969) No. 4 , blz. 119 - 125.

(1969) No. 5, blz. 155 - 161.

Ottenqraf, S.P.P.

De menging in enige typen aëratiebassins;

de invloed op de conversiegraau.

De Ingenieur 83 (1971) no. 20, blz. Ch 39

-

RÜb, F.

oberflächenbelüfter für die biologische Abwasseraufbereitung.

Wasser, Luft und Betrieb - 15 (1971) No. 11, blz. 379

-

Christ, W.

Neue Erkenntnisse beim Einsatz von Simplex-Kreiseln zur biologischen Abwasserreinigung nach dem

Belebtsschlammverfahren.

In: Dechema- Monographie (1968) Bd. 59, blz. 95

-

Landberg, G.G.

Methods and procedures for testing surface aerators.

In: Strearn Pollution and Abatement;

ASME-Joint conference on stream pollution and abatement New Brunswick, 1969 No. 60 - PID - 1.

Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik

Schriftleitung: O. Pallasch und W. Triebel. Band 11.

Berlin, W. Ernst & Sohn, 1969.

Simon-Hartley.

Simcar aeration.

Stoke-on-Trent, 1969.

Price, K.S.

Surface aerator Interaction.

Journal of the Environmental Engineering Division 99 (1973) EE3, blz. 283

-

-

Koot, A.C.J. en J. Zeper.

Carrousel, A new type of Aeration system with low organic load.

Water Research

-

-

K a l i r ~ s k e , A . A .

l < v a l u a t i o n o f O x y g c - a t i o n C a p a c i t y o f L o c a l i z e d A e r a t o r s . J o u r n a l o f t h c Water P o l l u t i c ~ n C o n t r o l F c d e r a t i o n

3 7 ( 1 9 6 5 ) blz. l 5 2 1 C . V .

--

i k k e n f e l d e r , W . W . arIr1 D . L . l ' f r d .

E n g i n e e r i n g a s p e c t s <J£ s u r f a c e a e r a t i o n d e s i r ; r , . s r t h e 2 2 n d l r , i l u s t r i a l 11ast.e c o n f e r e r l c c ; P u l - < ! u r U r i ~ v r ! i r s i C y ( 1 9 6 7 ) t21 z . 2 7 3 - 2 9 1 .

L a n d b e r g , (;.G. , B . P . G r a u l i c t , a n d W . l l . K i p p l e . 1 : x p c i r i m e r i t ~ l p r i i t 1 i r : i i associdtcc2 s i i t t i t h e t c s t i n q o f s u r f a c e a e r a t ~ i f ~ l i t q u i p r r ~ c r ~ t

.

Water R e s c a r c k ~ - 3 ( 1 9 6 3 ) blz. 445 - 455.

L 4 < : W h i r t . h é r r J . K .

1 ~ ' u n d a n i e r i t ~ d l hs;,(.ct c o: : ; u r f a c c / % e r a t o r P c r f o r r - i a n c c . , I n : P r o c e e d i n y s o f 1 h e ' P ~ i e n t l e t h I n d u s t r i a l

Wasie C o r i f e r e n c e , i,lii;. 4 , 5 r ^{f ,} 1 9 6 5 , hlz. 7 5 - ⁹²

P u r d u e I j r ~ i v c r s i 1-7.

M a i s e , G .

Sr:;ilinq r r i e t h o d s f o r s u r f a c e a e r a t o r s .

J r ~ u r n a l ~f t h i S a n i t a r y l : r i r j i n < : í : r i n g D i v i s i o r i 9 6 ( 1 9 7 0 ) S A S , hlz. 1 0 7 9 - 1 0 8 3 .

Kumke, G.W., J.F. flall and R.W. Oeben:

Conversion to activated sludqe at Union Carbide's Institute plant.

Journal of the Water Pollution Control Federation 40 (1968) no. 8, blz. 1408 1422.

-

Machinefabriek Hubert, Sneek 1969.

Documentatiebrochure.

Eckenfelder, W.W.

~elüftungssysteme in den Vereinigten Staaten von Nordamerika.

In P.TV Heft 13, blz. 116 - 122 (1961)

Eckenfelder, W.W en D.L. Ford.

Wdter Pollution Control; experimental procedures for process design.

Austin, Pembeton Press, 1970.

t:iride, W. von der,

Btlüftung, Arten und Systeme - Sauerstoffzufuhr

In: Eerlctite der Abwasserttchnischen Vereinlqunq (l961), Htft 1 3 , b l ~ . 75 - 9'1.

t'u:,, ï.. l

. .

fffccts of a x i o i \iisprsiori ori the optimal design

,>f' tr.e activbtcd sludye process.

Wdter Research - 4 (1970), blz. 271

-

Gloppen, R.C. aad J.C.. P o e b e r

Raticg and ap::i icätion of surface aerators.

Tappi -- 48 (2965) No. 12, blz. 103A - 105A.

Hinde, N.

Reservoir mixing and aeration system Water end Waste Engineering (1970) blz. 50

-

Imhoff, K.

Taschenbuch der ~tadtentwässerung; 22 Aufl.

München, Oldenhourg, 1969.

Knop, E.

Design studies for the Emscher Mout treatment plant.

Journal of the Water Pollution Control Federation 38 (1966) no. 7 , blz. 1194

-

-

Murphy, K.L. and P.L. Timpany.

Design and analysis of mixing for an üeration tar~k

-

-

Naito, M., T. Takamatsu and L.S. Fan

Optimization of the activated sludge process optimum volume ratio of aeration and sedimentation vessels.

Water Research 3 (1969) Llz. 433 - 443.

Pfeffer, J.T., F.C. Hart and L . A . Schmid.

Field Evaluation of Aerators in Activated Sludge systems Water & Sewage Works (1968) blz. 519

-

Reynolds, T.D. and J.T. Young

Model of the completely mixed activated sludge process.

In: Proceedings of the 21st Industrial Waste Conference 1966, Part 2, blz. 696 - 713.

Lafayette, Purdue University

Tuvcek, F. and J. Chudobah.

Purification efficiency in a e ~ a t i o n tanks with complete mixing and piston flow.

Water Research - 3 ( 1 9 6 9 ) blz. 5 5 9

-

Determination of Aerator Efficiency under Process Conditions.

In: Proceedings of the Ei9hteent.h Industrial

Waste Conference, April 30, May 1 and 2 , 1 9 6 3 , blz. 6 7 4 e.v.

Purdue University Emde, W. von der

Probleme des Umweltschutzes am Beispiel von grosser Abwasserreinigungsanlagen.

Wechselwirkung zwischen Entwurf und Betrieb.

TH-Wien, Springer Verlag.

(Symposium 1 9 7 1 ) Eckenfelder, W.W.

Aeration effenciency & design.

Sewage & Industrial Wastes 1 9 5 2 , blz. 1 2 2 1

Knop, E, Bischoffsberger, W. und V. Stalmann.

Versuche mit verschiedenen ~elüftungssystemen im technischen Massstab, Part I.

Vulkan Verlag 1 9 6 4 . Christ, W.

Die S i m p l e x - B e l ü f t u n g s t e c h n i k bei der biologischen Abw~sserreinigung

In: Koppers Mitteilungen ( 1 9 6 2 ) no. 6 , blz. 2 1 5

-

Kalbskopf, K . 1 1 . und D. Londonq.

Entwicklungstcndenzen bei KLdranlajcn nach den í3elehungsverfahren für kleine G m c i n d e n .

Gas- und Wasserfach Wasser/ht~.dasser

111

(1970) no. 3 , blz. 455 - ⁴⁵⁹ McNicholas, J .

~elüftunysvcrsuche in Manchester.

In: ATV Heft 13, (1961), blz. 104 - 1 1 5 . Kalinske, A.A.

Turbulcnce in deration basins.

Incl. Water Eng. 8 (1971) :l(,. 3 , blz. 33 - 38.

Christ, W.

Der Simplex-Hochleistungskreisel fÜr die biologische

Reinigung häuslicher, industricllcr und qewerblicher Ab.dasser nach dern Belebunqsverfahren.

Industriedt>.ddsser (1966) No. l , t . 22 - ^27.

Ctirist, W.

Neue Erkentnisse heim Einsatz von Simplex-Kreiseln zur bioloqischcn hbwasscrrcinigung nach dem

Belebtschlammverfahren.

In: Dechema-Nonographie (1968) Ba. 59, blz. 9 5 - ¹¹⁰ Christ, W.

Die s i m p l e x - B e l Ü f t u n g s t e c t 1 n i l . . bei der biologischen Abwasserreiniguny.

In: Koppers-l4ittcilungen (1562) I<«. 6 , blz. 215 - ^226.

Stalmann, V.

D i e USK-Turbine-ein neues Ilochleistungs-

~ e l ü f t u n g s s ~ s t e m der Abwassertechnik.

Das Gas- u n d Wasserfach, Wasser/Ab~,~asscr 106 (1965) Y«. 22, blz. 613 - 617.

-

sweeris, S. en R. Trietsch

Bepaling van het zuurstoftoevoervernoyen

( O C ) in carrousels

H 2 0 7 (1974) 5 , h l z . I 0 - 9 4 7 (1974) 6 , b l z . 106- 110 -

I G - ? ' X 0 puhlll-at ie r ~ c . 494.

Kayser, R.

Ervittli!i?cj d n r Sauerstofizii lul,r von

~ L w a s s e r b e i ü f t:t:rr: unter i:<.! i ~ebshedingungen.

Uraunschweig, T . H., 196'7 Uissertatiori.

Kogaj, K.J.

Sel.ectiiiy wiist.~ w,!!:i- zeration ecjuipent.

Chemica1 r ; : r . q ~ r ! e e r i r ~ y - 79 (1972) rio. 8, blz. 95

-

Stack, '/.'I'. and D.:l. Ui bJ;o, Specification and selection o f mcchanical aeration e q u i m e n t .

In: Stream Poiliitjon arid Ahatement;

ASME-Joint c o n f r : r ~ ~ r c e on stream pollution

ar-!d ühatencr~t, :;<:.,J B r u ~ ! r , w j c l . , 1963, No. 69 - ^PIU

Felczykowski, S.

Essener-Becken.

In: Berichte der Abwasser - technischen Vereinigung

(1966), Heft 21, blz. 33 - 38.

Steiger,

Vortair-Accelator.

In: Berichte der Abwasser- technischen Vereinigung.

(1966), Heft 21, blz. 73 - ⁷⁸

Forschungs- und Entwicklunqsarbeiten am Vortair-Beltfter.

Wasser und Abwasser Informationen Lurqi Gesellschaft für Chemotechnik.

Frankfort, 1964.

Norm AMC.

Buochs, nov. 1966 Mitteilung.

Christ, W.

Die Einführung des Simplex-Hochleistunqskr~1sels in die deutsche Abwassertechnik.

In: Koppers-Mitteilungen (1964) Ko. 9 , blz. 355 - 374.

Aeration in waste water treatment - MOP 5 . Journal of the Water Pollution Control

Federation 41 (1969) No. _- 1 2 , blz. 2026

-

Benedek, P. Dipl.Ing.

~elüftungsversuche in Ungarn.,

In ATV Heft 13 (1961) blz. 123 - ¹³¹

BSK-Information: BSK-Turhinen, Leistungsfähigkeit,

~nwendungsbereich, Bemessung.

Luzern, Norm AMC, 1968.

Christ, W.

Simplex-Aochleistunqskreisel für die chemische und

biologische Reiniqung von Raffinerie- und Chemieabwässern.

Erdöl und Kohle. Erdyas. Petrochemie

-

No. 7, blz. 548 - 553.

2. Inleiding

In dit rapport wordt een overzicht gegeven van de gegevens zoals die zijn verzameld bij bezoeken in de tweede helft van mei 1974 aan 21 rioolwaterzuiveringsinstallaties met bio-

logische reiniging middels puntbeluchters in vierkante of rechthoekige bassins.

De bedoeling hiervan is het verkrijgen van een overzicht van de problemen die zich bij dit type installatie voordoen en van de omstandigheden waaronder deze moeilijkheden optreden. Dit als voorbereiding op later te verrichten modelonderzoek.

Teneinde dit rapport niet te laten ontaarden in een kopie van 21 enquéteformulieren, moesten vele van de verzamelde gegevens globaal weergegeven worden en zijn minder belangrijke zaken niet vermeld. Volledige gegevens zijn bij elk der enqueteurs aanwezig.

In tabel I en I1 is een overzicht gegeven van

-

-

- vormgeving en groepering

- onderwerpen waarover per installatie nadere toelichting is gegeven.

Naar deze toelichting per installatie wordt in de tabel

verwezen via "x" indien aangaands het betreffende onderwerp een opmerking gemaakt wordt dan wel sprake is van een reeds

verholpen klacht en via " a " indien het betreffende probleem nog niet verholpen is.

Het onderscheid tussen deze categorieën is soms arbitrair.

Getracht is vervolgens correlaties te vinden tussen het op- treden van bepaalde verschijnselen en de geometrie van de bak, het type beluchters en het toerental.

Daartoe zijn in tabel I11 nogmaals naast elkaar gezet:

-

- het geïnstalleerd vermogen, totaal en per m 3 - type en toerental van de beluchter.

Daarbij zijn uitgerekend het dimensieloze toerental en enkele kenmerkende geometrische verhoudingen. Deze grootheden zijn in verband gebracht met het optreden van cadans, rotatie en

instabiele vermogensopname.

UIt dit overzicht met de bijbehorende toelichting en

evaluatie kunnen per onderwerp enkele voorzichtige conclusies worden getrokken.

Overzicht bezochte installaties ...

installatie beheerder ontwerp enque- teur

Enka-Emmen Barger-Es Zwartemeer Almelo Hengelo Enschede Varsseveld

Enka

Z.S. Drenthe Z.S. Drenthe Regge+Dinkel Regge+Dinkel Reqge+Dinkel Z.O.G.

RIZA-Enka Kuipers Kuipers

Witteveen+Bos Witteveen+Bos T.A.U.W.

B.K.H.

DHV DHV DHV DHV DHV DHV DHV Stolwi jk

Montf oort Bunnik Malden Epe

Barneveld Bunschoten

gem. Stolwijk gem. Montfoort gem. Bunnik

Z. S. Riv. land Z .S. Veluwe Z .S. Veluwe gem. Bunschoten

RI ZA Mabeg Mabeq Mabeg Mabeg Mabeg Mabeq

TNO TNO TNO TNO TNO TNO TNO Goor

Breda de Bilt Schi jndel Helmond

Someren-Asten Dordrecht

Regge+Dinkel gem. Breda gem. de Bilt Watersch. de Aa Watersch. de Aa Watersch. de Aa Gevudo

DHV

Witteveen+Bos DHV

BKH BKH BKH BKH BKH BKH BKH

".

o N 6

N s - - ^{5 x 5 &}

> ⁱ 2 ^{"nY1 15}

- E G E n o L

0

':&?y?

; O L 1 " N $ E:-;::z

- c = w = , - 0

.a

. .

_%?c:.-:.?

0 " " " o : ; , 7 - r N m I l j 7

Y - o":,., " . " q .

. m r , w . .,s

c o:gk:N o.::--:

-

o 0 m . m m - m

* _ ^{_ _ _ _ _ N}

n

. ~.

ffl " U r! - L 1

w L",/bl U, ",,'"dhqi(s R 7 - n L" " ? b . i r i a b ^

-n - " F i n r i o " " " * w . - u . N r " m " m n u i

.d - - -~

)-I ,'" ^{e , ,} --,'q"," rz, "";p,," m - " ? m r? m

5 b8,""U

-

ai Kor, cw/aoa b w N ? , - , r . n - L- m N * m

n ^diaMiiiIi " N " " " " N " N ? ? f - --.?..-""O

c o o o o o r o o o o o a a - - r 2 j - -

- - - -

Tabel I 1 - Beluchters en beluchteropstelling

15. Goot 15 8rrd.3 17. deBiIr 18 Schiiiidrl 19 HPiniond 2" %meren - Arren 21 h r d r r c h f

8 1 + 1 + 3 + l + 2 in brsir I lor V 4 1 p i i > r r r i n

2 t per i i . r i i >

4 + 2 2 ivr r r r a l r b r i i 1 b u i ~ i i i i r i a l r a f r h , ~ h

9 l ' t s . ~ ~ l oer b h , 7 ' ' ,!,+I> 2 ,p,, t>mL

7 1 ,'"i h.,.,iii

2 i ^,li', iiriiiii

1

2 ! Di., b.3rin 4 l ,w 1hW"

2 1 L W b a s n 4 1 "d, b a i < i 4 i Li?, h.,,>ii 4 l ,?e# t > a w r >

4 2 ,P.# brlr,"

t 8 G ipri baoin. 2 per brug 4 4 in 1 h r i n " e r k a n t

4 4 8 " l hJk ,n ",erkant

10 5 ,>er bak ,,'d,t<, e , & .,,,,

1 I r l bak i , r e i k ~ i t

8 1 i-rr twh n v e r l m t

Siiii~?Ie\ 2 J ?.4/1.5!3.0'3 0 11.50/0.25 Simica, o 2.29

S n i c i i ri 2.03

S i i i c i 2.95 i L i i i d i '

S#nipIe\ 2 3.0 '

1,);

\ ,

BSK F.,i.-it 2 0 0 0 0 2 O I 5G i?!, 1;IS . . \ \ Y X .

Laicii

.~

S i n i r i i ; 2 29

BSK G g r i i i

..

. .

BSK. 2

.

-

S # m N t , \ $2.81 , L:,? ,

3 ⁱ S#ir>i>ltv\ L? 3 . 0 5 I

.

::

. . \

G ~ i , l \ i? O6

S,">C.,! ;.> S5 G V O \ 0 2 5-1 s n i c r r o 2.29

Simiilr* n 1.8 29010.91 'O 15

S~.i.ini 2.9 hil,>il"i'K50 2 i BSK F . i i i i i t 2 0 0 0 0 2 . C