Extensieve technieken voor afvalwaterbehandeling

Voorziening

Bij extensieve afvalwaterbehandelingstechnieken worden natuurgebaseerde processen toegepast door het herconstrueren van vereenvoudigde kunstmatige ecosystemen (vb. Aanleggen van lagunes en wetlands of moerassen). Hierbij wordt de kracht van planten en micro-organismen toegepast om de verontreinigende stoffen in het afvalwater om te zetten en te assimileren. Deze technieken worden "extensief" genoemd omdat ze een grotere oppervlakte en tijdsduur vereisen, maar weinig tot geen bijkomende energie nodig hebben. Er bestaan bovendien ook zogenaamde compacte extensieve systemen die evenveel oppervlakte beslaan als intensief systemen, maar meer onderhoud vragen. Behalve in uitzonderlijke gevallen waarbij een bijzondere activiteit bijkomende bestrijding van verontreinigende stoffen vereist, mag een behandeling d.m.v. extensieve technieken, net als elke andere individuele behandeling, alleen worden overwogen als de gebouwen niet (of technisch en economisch niet) op de riolering kunnen worden aangesloten en deze gebouwen onderworpen zijn aan een milieuvergunning.

Wat zijn de voordelen van extensieve technieken?

Extensieve technieken bieden heel wat voordelen:

geen of laag energieverbruik;
zeer eenvoudig beheer/onderhoud;
uitstekende landschapsintegratie in de tuin of groene ruimte vanwege de natuurlijke en esthetische uitstraling;
ondersteuning van de biodiversiteit;
mogelijke terugwinning van behandeld water (besproeiing, vijver, enz.).

Wat is de algemene werking van een extensief zuiveringssysteem?

Een extensief zuiveringssysteem bestaat uit de volgende elementen:

Voorbehandeling (primaire behandeling): De voorbehandeling verwijdert de grofste vaste verontreinigende stoffen (bekend als gesuspendeerde vaste stoffen, Total Suspended Solids, of TSS) uit het afvalwater door bezinking en flotatie, en door een eerste anaërobe vergisting van het afvalwater. Dit gebeurt doorgaans in een watertank of een vergelijkbare voorziening (bijvoorbeeld verticale beplante filters). Deze behandeling is onvoldoende en vereist een secundaire behandeling (zie hieronder) aangezien het afvalwater slechts gedeeltelijk wordt gezuiverd. In sommige gevallen (restaurants en collectieve keukens) vereist de voorbehandeling een ontvetter vóór de watertank.

Meer informatie in: Inrichting | Voorbehandeling van afvalwater
Behandeling zelf (secundaire behandeling): De behandeling is gebaseerd op natuurlijke processen en wordt uitgevoerd in open water of beplante bassins die de bezinking, absorptie en mineralisatie van organisch materiaal door micro-organismen mogelijk maken. Zuurstof wordt op natuurlijke wijze aangevoerd door uitwisseling met het wateroppervlak en de vegetatie. De bodem van de bassins wordt altijd waterdicht gemaakt om te voorkomen dat de verontreinigende stoffen in het te behandelen water in de bodem terechtkomen. Ook dienen de verschillende aansluitingen waterdicht te zijn.

De waterdichtheid van de verschillende bekkens kan worden verzekerd door middel van een niet-biologisch afbreekbaar membraan, bestand tegen UV en temperatuurschommelingen, of in bepaalde gevallen worden uitgevoerd in waterdicht beton (eventueel geprefabriceerd). Het is verboden een kleibassin te ontwerpen vanwege het risico dat de bodem van het bassin niet voldoende waterdicht is, wat de werking van de constructie in gevaar kan brengen en tot bodemverontreiniging kan leiden.

Wat zijn de meest gebruikte extensieve technieken en wat houden ze in?

Voor de secundaire behandeling kunnen verschillende extensieve systemen worden gehanteerd:

lagunering;
beplante filterbedden met horizontale of verticale stroming (grind of zand);
zuiveringsleidingen (of zuiveringsvelden).

De parameters van extensieve zuiveringstechnieken zijn:

de plantensoorten (indien van toepassing);
het gebruikte substraat (korrelgrootte, samenstelling);
de diepte en hoeveelheid van de bassins.

Lagunering

Lagunering is een extensief zuiveringsproces gebaseerd op het natuurlijke zelfzuiveringsproces van rivieren. Het voorbehandelde water stroomt in opeenvolgende waterdichte bassins (de "lagunes") waar het in beluchte toestand stagneert. Er kunnen meerdere lagunes in serie worden geïnstalleerd en op meerdere verdiepingen. De techniek van lagunering wordt voornamelijk gebruikt voor gemeenschappen van 200 tot 2000 IE.

Twee belangrijke soorten lagunes worden toegepast:

Openwaterlagunes (zogenaamde "microfytenlagunes"): Het organisch materiaal bezinkt op de bodem van de lagunes en wordt afgebroken door de microflora die van nature in de vijvers aanwezig zijn (micro-organismen, fytoplankton, microalgen). Microfyten hebben nood aan licht dat diep in de bekkens doordringt.
Beplante lagunes (zogenaamde "macrofytenlagunes"): Deze lagunes worden gevormd door een laag zand waarin waterplanten (vaak riet) kunnen wortelen, en een laag te behandelen water. De aanwezigheid van deze macrofyten beperkt de ontwikkeling van microalgen.

Het is interessant te weten dat er verschillende varianten bestaan van beide types lagunes:

de planten kunnen ondergedompeld zijn of boven het water uitsteken (drijvende weides);
de lagunering kan vaste planten (rhizofyten) bevatten;
het zuurstof kan kunstmatig worden ingeblazen (beluchte lagunering), waarbij de zuiveringsprestaties licht verhoogd worden;
de twee soorten lagunes kunnen in serie worden geïnstalleerd. In het algemeen zijn de eerste twee bassins openwaterlagunes en het laatste bassin een beplante lagune.

Werkingsprincipe van de lagunering in serie

Het ontwerp van de lagunes moet fotosynthese en afbraak van organisch materiaal mogelijk maken door het voorzien van voldoende volume (verblijftijd) in de bassins, en een permanente stroming tussen de bassins (hydrodynamica). Om dit te bereiken, dienen de lagunes aan de volgende kenmerken te voldoen:

oppervlakte: 10 tot 20 m²/IE;
diepte: 0,6-1,7m;
verblijftijd: >50 dagen (volume van de bassins overeenstemming gedimensioneerd).

Deze techniek vereist relatief grote oppervlakten en lange verblijftijden en wordt niet aanbevolen voor projecten onder 200 IE.

Filterbedden

Behandelingssystemen met filterbedden fungeren als filters voor de verwijdering van organische stoffen, zwevende stoffen en ziekteverwekkers. Filterbedden worden vaak ingezaaid met semi-aquatische planten en gevoed door verticale of horizontale stromingseenheden onder het oppervlak.

Door deze processen circuleert het te behandelen afvalwater in een omgeving die bevorderlijk is voor de vorming van een kunstmatig aquatisch ecosysteem. De micro-organismen en bacteriën in de rhizosfeer hebben een zuiverende rol, terwijl de planten de structuur en de stabiliteit van de bodem helpen handhaven doordat hun wortels een fysieke steun vormen voor bacteriën. Verder voorkomen de planten verstoppingen door het stimuleren van de ontwikkeling van aërobe bacteriën via zuurstofvoorziening. Een teveel aan anaërobe bacteriën kan er namelijk voor zorgen dat het systeem verstopt raakt.

In de filterbedden worden meestal twee stromingswijzen toegepast (soms gecombineerd):

de stroming door percolatie: verticaal filtersysteem;
de stroming door translatie: horizontaal filtersysteem.

Er zijn vele varianten op het filterbedproces, afhankelijk van de korrelgrootte van het substraat dat als filter wordt gebruikt, de gebruikte vegetatie (indien aanwezig) en het gekozen stromingspatroon. Bovendien kunnen verschillende processen worden gecombineerd. De belangrijkste processen zijn:

het beplante filterbed met grind als substraat en horizontale stroming;
het beplante filterbed met zand als substraat en verticale stroming;
het filterbed met kokossnippers.

Filterbed met beplant grind en horizontale stroming

Doordat het bassin over de gehele doorsnede continu met voorbehandeld water wordt gevoed, is het verzadigd met water en bevordert het vooral de ontwikkeling van anaërobe bacteriën en genereert het dus meer denitrificatie. De in- en uitlaten bestaan uit schanskorven. Het waterniveau is regelbaar en wordt vaak op 5 cm onder het oppervlak gehouden. Dit is een van de meest voorkomende processen voor biologische afvalwaterbehandeling (70% van de gevallen).

De kenmerken van de beplante filterbedden met horizontale stroming zijn de volgende:

vereiste oppervlakte: 5-6 m²/IE;
schanskorven: geplaatst ter hoogte van de toevoer- en afvoeropeningen, bestaande uit rolstenen van 40/100 mm;
substraat: één uniform bed van ongeveer 60 cm dik grof zand of fijn grind (7/14 en 20/40 mm);
waterdicht gemaakte bodem van het bekken om te voorkomen dat de verontreiniging zich naar de bodem verspreidt voordat deze wordt behandeld;
vegetatie: keuze uit een tiental soorten (riet, grote lisdodde, gele lis, grote egelskop, enz.).

Meer informatie over de keuze van planten is terug te vinden in de technische oplossing | Keuzeprincipes voor de vegetatie.

Filterbed met horizontale stroming

Bron: Morel & Diener © Leefmilieu Brussel

Filterbed met beplant zand en verticale stroming

Het water stroomt verticaal door het filterbed en wordt gezuiverd via verschillende filters, d.w.z. verschillende lagen substraten boven elkaar met verschillende korrelgrootte. Het bed wordt gewoonlijk gevoed met voorbehandeld water over het gehele oppervlak van het bassin door middel van geperforeerde leidingen (omzetting van een continue stroom naar een onderbroken stroom). De zwevende stoffen worden aan de oppervlakte gefilterd, de micro-organismen breken het organische materiaal af en beginnen met nitrificatie. Het gezuiverde water wordt via de bodem van het bekken afgevoerd.

Er bestaan verschillende systemen van filterbedden met beplant zand en verticale stroming. Dit zijn de systemen die in België het meest worden toegepast:

Bassin met grind en zand:

Schematische dwarsdoorsnede van een filterbed met verticale stroming met grind en zand
© Leefmilieu Brussel
Bassin met grind, gescheiden in de stroomrichting in 2 afwisselend gevoede cellen:
© Leefmilieu Brussel

Deze systemen hebben de volgende kenmerken:

vereiste oppervlakte: 2-3 m²/IE;
substraat: voornamelijk grind en rivierzand (zoals aangetoond in bovenstaande diagrammen);
waterdicht gemaaktebodem van het bassin: gemetselde of geprefabriceerde betonnen tanks;
vegetatie: keuze uit 2 tot 3 soorten (voornamelijk riet).

Meer informatie over de keuze van planten is te raadplegen in de voorziening | Keuzeprincipes voor de vegetatie

Er zijn andere soorten verticaal stromende filtermedia die niet mogen worden uitgesloten. In principe is er, zolang de systemen goede prestaties laten zien (bijvoorbeeld door accreditatie), geen reden waarom de aanvrager ze niet zou kunnen installeren.

Percolatierietveld gevestigd te Huizingen

Gecombineerd filterbed

Bovengenoemde filterbedden met horizontale en verticale stromingen kunnen worden gecombineerd. Het verticale filterbed stroomopwaarts nitrificeert ammoniak tot nitraat (aërobe bacteriën), dat vervolgens stroomafwaarts in het horizontale grindpakket wordt gedenitrificeerd (anaërobe bacteriën) en als stikstofgas wordt afgevoerd.

Gecombineerd filterbed (verticaal en horizontaal)

Filterbed met kokossnippers

Dit systeem zuivert afvalwater door fysieke filtratie en biologische zuivering met behulp van bacteriën die zich op de kokossnippers hebben ontwikkeld. Deze methode is gemakkelijk te onderhouden en heeft een levensduur van 10 jaar. Het afvalwater gaat eerst door een bezinkbak, waarna het voorbehandelde water vervolgens gravitationair stroomt naar een tweede tank die kokossnippers bevat en waar de zuivering zich plaatsvindt. Dit systeem is compact wegens het gebruik van ondergrondse tanks, en is daarom geschikt voor projecten met beperkte ruimte.

Filterbed met kokossnippers

Bron: Absolunovatis © Leefmilieu Brussel

Zuiveringsleidingen

De zuiveringsleidingen (of het zuiveringsveld) zorgen voor het zuiveren van het water via cilindrische HDPE-buizen. Het afvalwater stroomt eerst door een bezinktank, waar polypropyleenvezels de buis bedekken om de toevoer van zuurstof te vergemakkelijke. Deze vezels fungeren ook als support voor de groei van microbiële biomassa. Een bio-accelerator, geplaatst tussen de vezels en de buis, vergemakkelijkt de circulatie van het effluent. Over het vezelmembraan wordt een geotextiel geplaatst om te voorkomen dat bodemdeeltjes in de buis terechtkomen.

Een verdeelkast verdeelt het effluent gelijkmatig over de rijen leidingen. Stroomafwaarts van de buizen worden eindkappen geplaatst voor een continue natuurlijke ventilatie voor oxidatie van verontreinigende stoffen, aërobe vergisting en gasverwijdering.

De zuiveringsleidingen hebben de volgende kenmerken:

vereiste oppervlakte: 3-4 m²/IE;
substraat: rivierzand (korrelgrootte 0/2 - 0/5).

Zuiveringsleidingen

Zuiveringsleidingen vóór het afdekken