Sturing van een afvalwatersysteem

Om de vuilemissies uit een afvalwatersysteem te reduceren nemen het waterschap en de tien gemeenten die zijn aangesloten zijn op de rwzi verschillende maatregelen. Zij onderzoeken onder andere of ze de emissies kunnen terugdringen door sturing van het afvalwatersysteem.   In dit specifieke voorbeeld is de de hydraulische capaciteit van de zuivering groter dan de biologi­sche capaciteit. Als dus maximaal naar de zuivering wordt afgevoerd kan niet al het water worden gezuiverd. Het niet gezuiverde deel wordt dan eerst in een zogenaamde ‘regenwaterbezinktank (RBT)’ geborgen, maar wanneer die vol is wordt het water voorbezonken via een bypass geloosd op het oppervlaktewater (figuur A). Figuur A Lozingen vanuit een afvalwatersysteem in het ontvangende open waterVergroot afbeelding Het idee achter de sturingsmaatregel is om de lozing via de bypass zo veel mogelijk te beperken. Dat kan door het rioolwater uit de gemeentelijke stelsel minder vaak en minder lang met de maxi­male capaciteit af te voeren naar de zuivering. Hiervoor is een meet- en regelsysteem voor de riool­gemalen nodig, die de totale afvoer zoveel mogelijk beperkt, zonder dat het aantal overstortingen uit de riolering toeneemt. Hiervoor is het nodig om de vullingsgraad van de rioolstelsels te meten en de verwachting van de rioolinloop te bepalen, op basis van neerslagmetingen en neerslagvoorspel­ling. Vervolgens moet de centrale regelaar de rioolgemalen van de gemeenten aansturen. De regelaar streeft ernaar om de totale aan-/afvoer door de rioolgemalen kleiner of gelijk te houden aan de biologische capaciteit van de zuivering. Bij een dreigende overstorting wordt de afvoer van het rioolgemaal vergroot, maar bij voldoende bergingsruimte in de rioolstelsels wordt de afvoer geknepen. Op deze wijze wordt indirect de afvoer via de bypass geregeld. Doordat de neerslag variabel is in tijd en plaats, is vaak nog ergens berging­ruimte beschikbaar in de rioolstelsels.   De belangrijke (vervuilings)bronnen vanuit een afvalwatersysteem zijn het effluent van de zuivering, de bypass van voorbezonken afvalwater bij de rwzi en de overstortingen vanuit de gemeentelijke rioolstelsels. Haalbaarheidsonderzoek Om te beoordelen of sturing een goede maatregel is, is een financiële en organisatorische haal­baarheidsstudie uitgevoerd met een eenvoudig bakkenmodel. In de haalbaarheidstudie is een ruwe schat­ting gemaakt van het sturingsrendement. Daarbij is op basis van eenvoudige modellen bepaald dat: Bij droog weer een meer gelijkmatige aanvoer naar de zuivering mogelijk is, waarmee het rende­ment op de zuivering is te verhogen. Bij neerslag de vuilemissie uit een afvalwatersysteem kan worden teruggedrongen door minder vaak en minder lang op maximumcapaciteit naar de zuivering af te voeren, waardoor de bypass minder vaak en minder lang werkt. Figuur B Lozing via bypass voorkomen door niet altijd maximaal af te voeren naar de zuivering en waar mogelijk het rioolwater langer vast te houden in het rioolstelselVergroot afbeelding Gedetailleerde modelstudie Na de haalbaarheidsanalyse (met een eenvoudig model) is het sturingssysteem verder uitgewerkt op basis van een gedetailleerdere modelstudie. Voor het afvalwatersysteem is een volledig hydrodynamisch simulatiemodel gebruikt. Het sturingssysteem is in Matlab geprogrammeerd en gekoppeld aan het simulatiemodel van het afvalwatersysteem.   Via modelsimulaties met een meerjarige neerslagreeks is het rendement van sturing en de optimale instelling van de rege­laar bepaald. Dit heet het tunen van de regelaar. Door aan 'de instelknop' van de regeling te draaien van 0,3 naar 0,9, stroomt steeds minder water over via de bypass en neemt het overstortingsvolume nauwelijks toe (figuur D). Maar op een gegeven moment nemen hierdoor de overstortingen vanuit de gemeentelijke stelsels juist toe. Dit komt omdat de stelsels dan te lang te veel water vasthouden. De regeling moet dus zo worden ingesteld dat de afvoer alleen wordt geknepen als er nog bergingruimte beschikbaar is een rioolstelsel van een gemeente. Resultaten Bij droog weer kan sturing zorgen voor een meer gelijkmatige aanvoer naar de zuivering. Dwa-sturing leidt tot tijdelijk tot een gestuwde afvoer en daardoor lagere stroomsnelheden in een deel van de riolering (figuur C). Hierdoor is de kans op sedimentatie en aantasting van de riolering door extra waterstofsulfidevorming (H2S) groter. Figuur C Bij een gelijkmatiger afvoer naar de zuivering wordt tijdelijk meer water in het riool geborgen dan bij een directe afvoer naar de zuiveringVergroot afbeelding In neerslagsituaties is het rendement van sturing op jaarbasis is berekend met een neerslagreeks. Uit de studie bleek dat de lozingen via de bypass met 20% zijn te reduceren, zonder dat hierdoor de overstortingen uit de rioolstelsel toenemen (figuur D). Figuur D Lozingen via overstorten en via de bypass zijn afhankelijk van de instelling van de regelaar. De regelaar is zo getuned (instelling 0,5) dat het volume van de overstorten niet toeneemt, terwijl het bypassvolume wel afneemtVergroot afbeelding In de modelstudie is het effect van sturing voor verschillende alternatieven bepaald. Een van de alternatieven is de omvang van het gestuurde gebied. Hoe groter het gebied is dat wordt gestuurd, oftewel hoe meer gemeenten meedoen, hoe meer rendement gehaald kan worden. Het besturingssysteem kan dus stapsgewijs worden ingevoerd te beginnen met een aantal gemeenten en in de loop der tijd worden uitgebreid.   Ook is onderzocht wat het effect is van het meenemen van de neerslag metingen en neerslagvoorspelling. Aandachtspunt daarbij is dat de neerslagvoorspelling lang niet altijd klopt. In de simulatiestudie is met deze onzekerheid rekening gehouden, om te voorkomen dat men zich rijk rekent. Het meenemen van de neerslagmeting en de neerslagvoorspelling is niet perse noodzakelijk voor de sturing, maar geeft wel een hoger rendement, omdat de regelaar “strakker kan worden afgesteld”.   Verder blijkt uit de studie dat vooral de kleinere en frequentere overstortingen met sturing zijn te voorkomen. Het effect op de minder frequente grotere overstortingen is relatief klein.