Afvalwaterproductie

Huishoudens

Voor het ontwerpen in bestaande situaties kan de ontwerper de beschikbare gegevens van vuilwaterlozingen door huishoudens (en bedrijven) gebruiken. In nieuwbouwsituaties of bij ingrijpende wijkrenovaties zijn deze gegevens uiteraard nog niet beschikbaar, maar meestal is al wel duidelijk hoeveel bestaande woningen gehandhaafd zullen worden, en hoeveel nieuwe woningen er gerealiseerd zullen worden. Daarmee is de vuilwaterproductie redelijk nauwkeurig in te schatten.

In Nederland wordt gemiddeld 120 liter drinkwater per persoon verbruikt en geloosd gedurende een periode van 10 uur op de dag. De piekafvoer is daarmee gemiddeld 120/10 = 12 liter per inwoner per uur. De gemiddelde vuilwaterafvoer is 120/24 = 5 liter per inwoner per uur. Ook de gemiddelde woningbezetting is van belang. In 2018 was de gemiddelde woningbezetting in Nederland 2,2 inwoners, maar er kunnen lokale verschillen zijn. Een gemiddelde van 2,5 inwoners per huishouden is een goed uitgangspunt. In het kennisbankonderdeel Modelleren Hydraulisch Functioneren vindt u meer over de dwa-productie.

Bedrijfsafvalwater

De gemeente is niet verplicht om bedrijfsafvalwater – kort gezegd afvalwater afkomstig van bedrijven dat niet vergelijkbaar is met huishoudelijk afvalwater – in te zamelen. Als de gemeente dit wél doet of wil gaan doen, moeten hiervoor voorzieningen worden aangelegd. De aard van het bedrijf is sterk bepalend voor de hoeveelheid droogweerafvoer (dwa). In de praktijk worden hiervoor waarden als 0,5 tot 5 m³/h/ha gehanteerd.

Voor nieuwbouwsituaties of ingrijpende wijkrenovaties zijn in de voorlopige ontwerpfase vaak nog geen exacte gegevens beschikbaar van afvalwater afkomstig van bedrijven en van bijzondere bebouwing. Onder bijzondere bebouwing vallen onder meer kantoren, restaurants, hotels, ziekenhuizen, scholen en recreatieterreinen. Het meeste afvalwater is van ‘huishoudelijke aard’; het bestaat onder andere uit keuken-, was- en toiletwater. De zogenoemde normhoeveelheden (zie tabel A) vormen meestal de basis voor de maatgevende hoeveelheid afvalwater. Voor de industrie zijn niet makkelijk richtlijnen voor de hoeveelheid afvalwater te geven; de hoeveelheid is sterk afhankelijk van de aard van de industrie.

Tabel A Bijzondere bebouwing/bedrijven en maatgevende belasting
Type bijzondere bebouwing/bedrijven	Belastingsgrondslag	Maatgevende belasting (l/h; indicatief)
Hotels	Bed	10 - 40
Restaurants	Werknemer	50
Cafés	Werknemer	25
Laboratoria	Werknemer	25
Ziekenhuizen	Patiënt	30
Bejaardencentrum	Bewoner	15
Kazernes en gevangenissen	Bewoner	15
Scholen	Leerling	2 - 3
‘Droge’ bedrijven en industrieën	Werknemer	6
Recreatieparken en vakantiebungalows	Gasten	10
Campings, jachthavens, etc.	Gasten	5
Melk-/(rundvee)houderij	Bedrijf	70 - 100
Landbouwbedrijven	Bedrijf gelimiteerd op	3.000 - 5.000
Glastuinbouwbedrijven	Hectare	200 - 1.200

Bergingscapaciteit

De bergingscapaciteit van een ondergrondse niet-doorlatende leiding wordt berekend aan de hand van de bergingsruimte onder het niveau van de uitlaat of andere leegloopvoorziening. Dit betekent dat de totale inhoud veel groter kan zijn dan de effectieve inhoud.

De bergingscapaciteit van bijvoorbeeld bergingsleidingen wordt bewust gebruikt door het plaatsen van een overstortmuur of een andere interne stuwconstructie. De bergingscapaciteit is de inhoud van de leiding die beschikbaar is voor berging, het deel tussen het niveau dat de leiding leeg raakt als er geen neerslag is, tot het niveau van de overstortdrempel.

Afvoercapaciteit

Voor de ontwerpcapaciteit wordt uitgegaan van een vullingsgraad van 30 tot 50%. Dat betekent dat de werkelijke capaciteit het dubbele is. Door met een beperkte vullingsgraad te rekenen, wordt voorkomen dat afvalwater in een anaerobe toestand (zuurstofloosheid) raakt. Dit moet voorkomen worden omdat anaeroob afvalwater cementgebonden leidingen kan beschadigen.

Voor de afvoercapaciteit van een volledig gevulde leiding zijn de diameter, het gemiddelde en de wandruwheid van het materiaal bepalende factoren. De afvoercapaciteit kan worden berekend met behulp van de formule van Chézy (zie Figuur A).

Figuur A Formule voor de berekening van hydraulisch drukverhang voor een geheel gevulde leiding

Stroomsnelheid

Vooral in gemengde en vuilwaterriolen bestaat het risico op bezinking van in het afvalwater aanwezige stoffen. Dit risico is bij betonnen leidingen groter dan in kunststof leidingen. Bezinking treedt op bij lage stroomsnelheden. Het zelfreinigend vermogen van vuilwaterleidingen treedt op bij een gemiddelde snelheid van 0,60 m/s. De maximale stroomsnelheid is afhankelijk van erosiegevoeligheid van de leiding. Gres is nauwelijks erosiegevoelig. Maar voor beton worden maximale stroomsnelheden geadviseerd van minder dan 12 m/s voor zuiver water en 2 à 3 m/s bij water met vaste deeltjes. De erosiegevoeligheid is daarnaast zeer afhankelijk van de duur van de belasting. Bij vuilwater wordt uitgegaan van maximaal 4 m/s omdat de belasting door vuilwater continu is. In hemelwaterleidingen is de tolerantie hoger aangezien het water schoner is en de pieken slechts tijdelijk zijn.

Tabel B Benodigde buisdiameters en optredende stroomsnelheden onder dwa-condities, uitgaande van een bodemschuifspanning van 1 N/m ², een vullingsgraad van 50% en een verhang van 1 ‰
Debiet		Buisdiameter
Debiet		ø 250 mm	ø 400 mm	ø 600 mm	ø 1.000 mm
i.e.	m³/h	v (m/s)	v (m/s)	v (m/s)	v (m/s)
3.500	35	0,5
10.000	100		0,5
30.000	300			0,7
130.000	1.300				0,9

Diameters

Buizen kunnen verschillende vormen hebben. In het verleden werden voor gemengde riolen vaak ei-profielen gebruikt: leidingen met een brede bovenkant en een smalle onderkant voor een grotere stroomsnelheid bij weinig aanbod. Daarnaast bestaan er ronde leidingen. Voor ronde leidingen is relatief het minste materiaal nodig. Bovendien kunnen ronde leidingen in alle oriëntaties gelegd worden, het maakt niet uit wat onder is. In nieuwe stelsels worden daarom tegenwoordig vrijwel uitsluitend ronde leidingen toegepast.

De buisdiameter wordt gedimensioneerd op de hydraulische afvoercapaciteit. Daarnaast spelen ook praktische zaken een rol:

de toegankelijkheid voor onderhoud;
of berging gewenst is;
het verhang aan het maaiveld en het afschot in de leiding;
de gevoeligheid voor slibafzetting.

Leidingen met een te kleine diameter zijn niet goed toegankelijk voor reinigen met een doorspuitlans. Bovendien leiden bij kleine diameters afzettingen in de leiding die ontstaan door de meegevoerde verontreinigingen in het afvalwater, zeker bij een te klein verhang, eerder tot problemen. De gebruikelijke minimale diameter voor gemengde riolen is 250 mm. Voor hemelwater is een minimale diameter van 300 mm gangbaar.

Wanneer druk optreedt in vrijvervalstelsels die te klein zijn gedimensioneerd, gaat de leiding functioneren als een drukleiding. Het transport van lucht en de be- en ontluchting van de leiding heeft dan een grote invloed op het hydraulisch functioneren. De ontwerper en hydraulische toetsing moeten aantonen dat er voldoende be- en ontluchting is in het ontwerp.

In tabel C zijn gangbare leidingdiameters gegeven bij een vullingsgraad van 50%.

Tabel C Inschatting van leidingdiameters bij x hoeveelheid vuilwaterafvoer (afhankelijk van aantal woningen per hectare ∙ gemiddelde woningbezetting ∙ gemiddelde vuilwaterafvoer per inwoner)
Vuilwaterafvoer (l/s)	Leidingdiameter (mm)
10	200
20	240
30	300
65	400
120	500
190	600
290	700
400	800
550	900
720	1.000

In tabel D zijn gangbare leidingdiameters voor hemelwaterleidingen opgenomen. Voor hemelwater geldt dat de maatgevende neerslag en het aangesloten afvoerend oppervlak bepalend zijn voor de leidingdiameter.

Tabel D Hemelwaterafvoer en leidingdiameters, bij een wandruwheid van 3,0 mm en een verhang van 1 ‰
Hemelwaterafvoer (l/s)	Leidingdiameter (mm)
5	160
9	200
17	250
27	300
59	400
106	500
173	600
260	700
371	800
507	900
670	1.000

Wanneer een stelsel met de minimaal benodigde capaciteit wordt uitgerust, neemt de ontwerper leidingen met te kleine diameters als uitgangspunt. Hij rekent vervolgens uit waar de capaciteit onvoldoende is en vergroot diameters tot hij de gewenste afvoercapaciteit precies heeft bereikt. Het is aan te bevelen stelsels robuuster te ontwerpen dan de minimaal benodigde capaciteit aangezien het klimaat verandert en buien zwaarder worden.

Hemelwater; toetsing met hydraulische berekeningen

Om de leidingdiameters van hemelwaterleidingen te kunnen bepalen, is een inschatting nodig van de hemelwaterafvoer. In het functioneel ontwerp wordt het ontwerp en het functioneren getoetst door middel van een hydraulische berekening. Als de stroomrichting en het debiet in de leiding duidelijk zijn (in een vertakt stelsel), dan kan de ontwerper aan de slag met de volgende stappen:

Berekenen van het afvoerende verharde oppervlak van zowel de openbare ruimte als van de percelen die moeten worden aangesloten.
Bepalen van de maatgevende neerslagbelasting. In het verleden is vaak uitgegaan van een constante neerslaghoeveelheid van 60 l/(s.ha) in vlak gebied en van 90 l/(s.ha) in hellend gebied. Gezien de klimaatontwikkeling wordt tegenwoordig uitgegaan van 110 l/(s.ha) in vlak en hellend gebied. Deze neerslagbelasting geldt slechts als een eerste benadering van de werkelijkheid. In de praktijk is de neerslagbelasting zeer sterk afhankelijk van hoe het gebied en de omgeving reageren op extremere neerslag; welke risico’s bestaan er in extreme omstandigheden, hoe klimaatrobuust is de omgeving?

De afvoercapaciteit van de leiding die helemaal ligt bestaat uit het totaal van het afvoerende verharde oppervlak vermenigvuldigd met de maatgevende neerslagbelasting. In de praktijk optredende inloopverliezen worden berekend en getoetst in de hydraulische toetsing van het ontwerp. Drukverschillen en daarmee de plekken waar water op straat komt te staan, worden ook zichtbaar in de hydraulische toetsing.

Bij volledige vulling van het stelsel keert de stroomrichting om naar de overstort of uitlaat toe. Deze situatie is bepalend voor de gewenste toegepaste diameters van het stelsel.

Bergings- en afvoercapaciteit van een ondergrondse niet-doorlatende vrijvervalleiding