Samenvatting literatuuronderzoek BZA in het afvalwatertransportsysteem

In Nederland bestaat ruim 60% van de vrijvervalriolering uit betonnen leidingen en van de persleidingen groter dan 300 mm bestaat 40% uit cementgebonden materialen beton en asbestcement. Voor deze leidingen is biogene zwavelzuuraantasting (BZA) een belangrijk faalmechanisme. Het leidt tot vervroegde vervanging en daarmee tot hoge maatschappelijke kosten.

STOWA en Stichting RIONED lieten een literatuurstudie naar biogene zwavelzuuraantasting (BZA) in het afvalwatertransportsysteem uitvoeren. In dit onderzoek is de beschikbare kennis bij elkaar gebracht over: wat is BZA en hoe ontstaat het, waar vindt BZA plaats, hoe brengen we de aantasting in beeld en welke maatregelen zijn er? Lees hieronder de samenvatting van dit literatuuronderzoek.

Wat is BZA en hoe ontstaat het?

Biogene zwavelzuuraantasting (BZA), ook wel aangeduid als H₂S aantasting, is een bekend probleem voor cementgebonden rioolbuizen (beton en asbestcement). Ook andere betonnen delen van de riolering, zoals putten en gemaalkelders, kunnen aangetast raken door BZA. De hotspots voor BZA zijn inprikpunten van persleidingen (inclusief drukriolering) op vrijverval riool. Deze zijn vaak al bekend vanwege de stank die H₂S gas veroorzaakt: de bekende ‘rotte eieren’ geur.

Het aantastingsmechanisme BZA bestaat uit vier hoofdfasen:

1. de vorming van waterstofsulfide door omzetting van sulfaat door bacteriën (Fase 1);
2. de overgang van waterstofsulfide van de waterfase naar de gasfase (Fase 2);
3. de omzetting van waterstofsulfiden naar zwavelzuur door bacteriën (Fase 3);
4. de reactie van zwavelzuur met cement waardoor de sterkte van de buis afneemt (Fase 4).

Fase 1 is een biologisch proces waarin bacteriën sulfaten omzetten in sulfiden. Deze sulfaat-reducerende bacteriën zijn actief wanneer er geen zuurstof meer aanwezig is, dus in anaërobe omstandigheden. Die omstandigheden treffen we vooral aan in persleidingen. Maar het komt ook voor in de sliblaag van vrijverval riolen, zie figuur 1. De activiteit van de bacteriën neemt toe met onder andere de temperatuur en de concentratie makkelijk afbreekbaar organisch materiaal.

Fase 2 is een fysisch-chemisch proces waarin het waterstofsulfide, H₂S, overgaat van de waterfase naar de gasfase. De overgang gaat sneller wanneer er meer uitwisseling mogelijk is met de lucht, bijvoorbeeld door meer turbulentie en/of bij toenemende valhoogte.

Fase 3 is opnieuw een biochemisch proces. Nu produceren zwavel-oxiderende bacteriën het agressieve zwavelzuur. Deze bacteriën gebruiken H₂S en het in de rioolatmosfeer aanwezige zuurstof.

Fase 4 is tenslotte een chemisch proces. Het gevormde zwavelzuur zet cement om in gips en ettringiet. Gips en ettringiet nemen meer volume in waardoor er microscheuren in het beton ontstaan. Door die microscheuren ontstaat weer nieuw contactoppervlak, waardoor het proces door kan gaan. Bovendien spoelt langsstromend water het gips en ettringiet weg.
Doordat het cement verdwijnt, worden de kiezels zichtbaar en vallen na verloop van tijd gewoon uit het beton. Uiteindelijk blijft er niets meer van de buis over.

Waar vindt BZA plaats?

Aantasting vindt op vijf kenmerkende locaties plaats. Drie daarvan bevinden zich in vrijvervalstelsels.

1. Lokale aantasting vindt meestal plaats in de ontvangstput van een inprikkende persleiding. Deze vorm van aantasting treedt op als in de ontvangende put veel turbulentie is én het vrijkomende H₂S gas niet snel wordt afgevoerd. Dit kan ook voorkomen bij valputten.
2. Uitgestrekte aantasting benedenstrooms van de ontvangstput van een inprikkende persleiding. Deze aantasting kan tot wel enkele honderden meters benedenstrooms voorkomen. Deze vorm van aantasting treedt op wanneer het H₂S gas over een grotere lengte vrijkomt of meegevoerd wordt naar benedenstroomse leidingen. Dit gebeurt als er weinig turbulentie in de ontvangende put is, of als het vrijgekomen H₂S gas niet uit de ontvangstput naar buiten kan ontsnappen.
3. Wijdverbreide aantasting in vrijvervalriolering zonder inprikkende persleiding of drukriolering. Deze vorm van aantasting treedt vooral op wanneer het afvalwater langere tijd stil staat en ‘aanrot’. Dit komt bijvoorbeeld voor bij verloren berging.
   
   Verder zijn er twee kenmerkende locaties in persleidingen:
4. Lokale aantasting in een luchtophoping. Dit treedt bijvoorbeeld op in een dalend been van een persleiding als deze moeizaam luchtbellen meevoert.
5. Langgerekte, uitgebreide aantasting bij de pijpkruin door meegevoerde luchtbellen. Deze vorm kan benedenstrooms van een ontluchter die als onbedoeld als beluchter werkt, of na een inprikpunt, over een lengte van tientallen meters optreden.

Hoe brengen we de aantasting in beeld?

Met inline inspectie, rioolradar en georadar is de aantasting in persleidingen in beeld te brengen. De aantasting in vrijvervalleidingen blijkt uit de visuele inspectie.
Het monitoren van de snelheid waarmee de aantasting optreedt is een grotere uitdaging. De factoren die invloed hebben kunnen we wél meten, namelijk het sulfidegehalte, de pH, opgelost zuurstof en CZV. Met die informatie is met behulp van een model een voorspelling mogelijk.
Hier liggen nog genoeg uitdagingen in de verdere ontwikkeling.

Welke maatregelen zijn er?

Er zijn verschillende maatregelen om gericht BZA aan te pakken. De maatregelen richten zich op een specifieke fase.
Sommige maatregelen voorkomen of beperken de vorming van H₂S. Dit kan bijvoorbeeld door toevoegen van bijvoorbeeld nitraat, metaalzouten of lucht.
Als H₂S eenmaal gevormd is, kan dit verwijderd worden door gecontroleerde ontgassing. Denk dan bijvoorbeeld aan een oplossing met geforceerde ventilatie of turbulentie op specifieke locaties gecombineerd met luchtbehandeling.
Tenslotte kan aantasting voorkomen worden door het aanwezige materiaal te beschermen door lining of coating. Of bij een rioolvervanging ander materiaal toe te passen.