Van effluent tot bruikbaar oppervlaktewater

NVA-symposium "Biologisch gereinigd effluent; grondstof of eindproduct, 16 oktober 1997

R. Kampf en M. Schreijer

Hoogheemraadschap van Uitwaterende Sluizen in Hollands Noorderkwartier

S. Toet en J.T.A. Verhoeven

Universiteit Utrecht, Vakgroep Botanische Oecologie en Evolutiebiologie


1. Inleiding

In deze voordracht voor het NVA-symposium "Biologisch gereinigd effluent; grondstof of eindproduct", 16 oktober 1997 in Apeldoorn wordt beschreven wat er gebeurt met effluent van een rioolwaterzuivering in een helofytenfilter zonder het gebruik van fossiele energie. Er wordt ingegaan op de vraag hoe belangrijk zuurstofritmiek is bij het omvormen van effluent naar oppervlaktewater en op procesoptimalisatie in oppervlaktewater.

Aan de hand van de resultaten van het onderzoek op praktijkschaal aan het helofytenfilter voor de nazuivering van het gehele effluent van de rwzi Everstekoog op Texel wordt aangetoond dat het mogelijk is om voor weinig geld effluent vergaand te desinfecteren. Dit onderzoek wordt door het Hoogheemraadschap Uitwaterende Sluizen in samenwerking met de Universiteit van Utrecht uitgevoerd.

 

2. Waarom is effluent geen oppervlaktewater?

Effluent versus oppervlaktewater

Er is bij Uitwaterende Sluizen in het verleden gekozen voor regionale rwzi┤s met inzameling van afvalwater met lange persleidingen. Dit heeft tot resultaat dat het afvalwater en het regenwater van een groot gebied na behandeling op ÚÚn plaats geloosd wordt. Ondanks de goede werking van de meeste rwzi┤s heeft dit bij het lozingspunt grote gevolgen. Dit geldt bijna voor alle rwzi┤s van Uitwaterende Sluizen: Katwoude, Oosthuizen, Niedorpen, Ursem, Everstekoog, De Cocksdorp, Wervershoof, etc.


De afvalwaterzuivering heeft deze eeuw een grote ontwikkeling doorgemaakt. In het begin werd vooral de zuurstofvraag van het water weggenomen om stankproblemen en overlast te voorkomen. Daarna werden rwzi┤s zodanig gemaakt dat de stikstofverbindingen vergaand verwijderd worden. Gecombineerd met fosfaatverwijdering wordt de algenbloei in het oppervlaktewater zoveel mogelijk tegen gegaan. Toch blijft, ondanks alle inspanningen, gezuiverd afvalwater biologisch gezien "dood" water. Van oorsprong is het een mengsel van allerlei soorten water (huishoudelijk, industrieel afvalwater en regenwater met afspoelsel van daken en wegen). In een actief-slibinstallatie wordt het water biologisch gezuiverd, maar dit is een zeer eenzijdig biologisch systeem waar processen zich afspelen zoals in sterk verontreinigd water.
Daarbij komt ook dat een actief-slibinstallatie altijd een deel van het werkmateriaal (het actief-slib) verliest in de vorm van losse bacteriŰn en (restanten van) slibvlokken. Ook worden niet alle bacteriŰn en virussen van menselijke en dierlijke oorsprong in het slib ingevangen of gedood in het proces. Het gezuiverde water bevat altijd geringe hoeveelheden zwevend materiaal, bij calamiteiten vaak grotere hoeveelheden. Dit slib heeft een grote invloed op de waterkwaliteit bij het lozingspunt.
Een maat voor de grote aantallen bacteriŰn en virussen is het aantal EColi bacteriŰn, afkomstig uit het menselijk darmstelsel. Per inwoner komen ongeveer 1010 - 1011 EColi-bacteriŰn per dag in het afvalwater terecht [1, 2]. Het gehalte wordt in het normale zuiveringsproces terug gebracht van ca 10.000 tot 1000 per ml. Op twee van de rwzi┤s van Uitwaterende Sluizen, Wervershoof en Wieringen, werd in de zomer van 1997 nog gedesinfecteerd met chloorbleekloog omdat deze nabij zwemwater lozen. En passant wordt het effluent hierdoor dood water met veel restanten van het desinfectiemiddel.
Al met al, gezien vanuit het waterkwaliteitsbeheer, zijn we niet echt tevreden met de geconcentreerde lozingen van het gezuiverde afvalwater. De situatie is al veel beter dan in het verleden, maar nog niet goed genoeg. Dit geldt in het bijzonder voor Texel. Op het vaste land kan in droge tijden altijd water, afkomstig van de grote rivieren worden aangevoerd. Het IJsselmeer en het Markermeer zijn voor het Hollands Noorderkwartier zekere bronnen van zoet water. Op Texel is echter maar weinig oppervlaktewater, het eiland is omringd met zout water. Het drinkwater dat vanaf de vaste wal wordt aangevoerd is de enige externe aanvoer van zoet water. En juist dit drinkwater wordt tijdens het gebruik omgevormd tot afvalwater. Samen met het gebrek aan oppervlaktewater zorg dit er voor dat in droge tijden in de wijde omgeving van de lozingspunten van de rwzi┤s op Texel, en met name Everstekoog, een aanzienlijk deel van het oppervlaktewater van oorsprong afvalwater is.

Al in de vijftiger jaren werd op Texel onderkend dat zuivering van afvalwater op het eiland belangrijk is, de gemeente Texel liet al waterzuiveringen (rwzi┤s) bouwen in een tijd dat dit nog niet zo vanzelfsprekend was. Deze oxydatiesloten hebben, als ze niet overbelast worden in de zomermaanden, een uitstekend rendement. Zie hiervoor [3]. De kwaliteit van effluent kan aanzienlijk verbeterd worden door zwevend stof te verwijderen door bijvoorbeeld zandfiltratie (STOWA - verwijdering van zwevend stof uit effluent [4]). Onlangs is in H2O een overzicht gegeven van wat er voor nodig is om effluent van een oxydatiesloot te laten voldoen aan de Algemene Milieukwaliteit [5]. Dat is nog al wat. Technisch is het mogelijk om AMK-kwaliteit te realiseren. Het is wel duur. Ruim f 100,- per i.e. per jaar, dit zou leiden tot een verdubbeling van de heffing.
Omdat deze processen voor nabehandeling van effluent zo duur zijn en ook veel energie vragen ligt het voor de hand om na te gaan of zo een "harde scheiding " tussen waterzuivering en oppervlaktewater logisch is. T.H.L. Claassen van het Waterschap Friesland gaf met zijn inzending voor de prijsvraag bij het 25-jarig jubileum van de Stowa hiervoor een goed denkraam. Hij won met zijn inzending over het 3 D-schakelsysteem (hoofdstuk 8 in: [6]) de tweede prijs. Het 3 D-schakelsysteem geeft aan dat er tussen het emissiespoor en het waterkwaliteitsspoor in plaats van een harde scheiding of niemandsland een verbinding mogelijk is. Claassen noemt dit een verbinding door het restreinigingsspoor : het schakelsysteem als harmonicamodel. Zie figuur 1.

waterharmonica.jpg (23319 bytes)

figuur 1. De overgang van emissie naar waterkwaliteit, uit [6]
a. Het emissiespoor en het kwaliteitsspoor als twee losstaande kubussen.
b. Beide voorgaande sporen verbonden door het rest-reinigingsspoor:
het schakelsyteem als harmonicamodel

De harmonika zou tussen de waterzuiveringsinstallatie en het oppervlaktewater als een "effectief maatwerk restlozingen reduceren en/of elimineren, met kennis van technologie en ecologie. Hiervoor wordt de fysieke ruimte benut, waardoor noch de (strenge) emissie-eisen, noch de (strenge) waterkwaliteitsnormen gelden, en waar de ruimte wordt geboden aan ecotechnologische inzet en oplossingen voor de sanering van overgebleven lozingen, voordat die het verdere oppervlaktewater bereiken". Of anders gesteld: als de rwzi of het oppervlaktewater de taak van de nazuivering van het afvalwater niet aan kan, maak dan een oppervlaktewater tussen het lozingspunt van het effluent van de rwzi en het overige oppervlaktewater. Zo een "oppervlaktewater" kan dan zo ingericht worden dat het zijn taak zo goed mogelijk aan kan. Het ingerichte systeem kan door procesoptimalisatie op een beperkt oppervlakte efficiŰnt beheerd worden: "beheerde natuur".

Moerassystemen

Een moerassysteem ("constructed wetland") is een door de mens ingericht ecosysteem, dat in principe op dezelfde manier functioneert als alle andere ecosystemen: de zon is de energiebron. De groene planten leggen de energie vast in biologische energie, die in het voedselweb door de planten, dieren en micro-organismen wordt verbruikt. Ook oppervlaktewater is een ecosysteem en bestaat dus niet alleen uit water, maar ook uit een netwerk van organismen, die via energiestromen en kringlopen met elkaar in contact staan.

Moerassen zijn bijzondere ecosystemen omdat zij een bodem hebben waar de lucht maar moeilijk in door kan dringen. Meestal is alleen het bovenste bodemlaagje aŰroob, en is het daaronder zuurstofloos. Ook is er vaak sprake van een wisselende waterstand, waardoor de bodem afwisslelend aŰroob en anaŰroob kan zijn. Dit leidt tot een hele reeks van anaŰrobe afbraakprocessen (b.v. denitrificatie, sulfaatreductie en methanogenese). De parallel met actief-slibsystemen ligt voor de hand; hierin worden immers de afwisselend aŰrobe, anoxische en anaŰrobe afbraakprocessen, die zich in vervuild oppervlaktewater afspelen gestuurd en geoptimaliseerd. Pas de laatste jaren worden de processen in actief-slibsystemen begrepen, dit leerproces is bij moerassystemen in volle gang.

Moerasssystemen worden al over de hele wereld voor veel verschillende toepassingen gebruikt. Van een zo goedkoop mogelijke behandeling van ruw afvalwater bij enkele huizen tot nabehandeling van effluent. De schaal is van klein tot groot, er zijn zelfs moerassystemen, waarin het afvalwater van honderdduizenden inwonerequivqlenten behandeld wordt. Het grootste moerassysteem, dat voor dergelijke doeleinden gebruikt wordt is het Kis-Balaton project in Hongarije, 1800 ha, in gebruik sinds 1985. Kadlec en Knight [7] geven een goede samenvatting van de kennis over moerassystemen. Op een symposium in Wenen in 1996 [8] werd een overzicht van de stand van zaken gegeven.
De moerassystemen worden vaak toegepast in droge gebieden om water te kunnen hergebruiken of als aanvulling van grondwater. Het afvalwater van Muscat, de hoofdstad van Oman, loopt na passage van een rwzi en een stelsel van vijvers de grond in voor aanvulling van het grondwater. Het afvalwater van een deel van Kaapstad wordt nabehandeld in een stelsel van vijvers. In Kommetjie, ten zuiden van Kaapstad, wordt het afvalwater behandeld in een vrij slecht functionerende oxydatiesloot van het type carrousel, gevolgd door vier vijvers. In de eerste vijver lag veel slib op het water, in de laatste vijver waren veel waterplanten. Vervolgens stroomt het water door een meer langs een woonwijk. Het meer, met veel drijvende en ondergedoken waterplanten, zag er schitterend uit. Helder water, veel vogels.
De toepassingen in Amerika zijn legio. Het afvalwater van Flamingo in de Everglades wordt na vergaande zuivering in een vijver opgevangen zonder afvoer. In de droge tijd verdampt het water, in de natte tijd wordt de vijver gevuld.
Veel van de moerassystemen zijn vermaard om hun watervogels. In Wenen [7] gaf Knight een voordracht "Wildlife habitat and public use benefits of treatment wetlands". Hierin werd aangegeven hoe de functies van afvalwaterzuivering en natuur op een eenvoudige en logische wijze gecombineerd kunnen worden. Hij geeft voorbeelden van constructed wetlands, die een nevengebruik als recreatieterrein hebben en voorzien van allerlei schuilhutten en uitzichtstorens voor waarnemingen van het diereleven in het moeras.
Al deze voorbeelden hebben gemeen dat met toepassing van "ecological engineering" een brug geslagen wordt tussen het actieve veld van de techniek en het volgende van de biologie.

 

3. Het helofytenfilter Everstekoog

Na een vooronderzoek op kleine schaal [9,10] is met ondersteuning van een REGIWA-subsidie in 1994 een moerassysteem aangelegd waarin het gehele effluent (3000-4000 m│/dag) van de rwzi Everstekoog behandeld wordt. Een voorwaarde voor de subsidietoekenning was, dat de werking van het systeem goed gevolgd zou worden. Met ondersteuning van STOWA, NOVEM en RIZA was het mogelijk om in samenwerking met de Universiteit Utrecht een degelijk onderzoek op te zetten [10].
Het helofytenfilter bestaat uit een voorbezinkbassin, negen parallelle sloten en een afvoersloot. De eerste helft van de sloten is 20 cm diep en ingeplant met riet of lisdodde, het achterste deel is 50 cm diep met waterplanten. EÚn sloot is ingericht als blanco zonder begroeiing. De wateroppervlakte bedraagt 1,3 ha. De HRT (hydraulic retention time = verblijftijd van het water) bij droogweeraanvoer is met iets meer dan twee dagen vrij kort.

Het systeem is eenvoudig en past goed bij een oxydatiesloot. De processen "lopen, zoals in oppervlaktewater, op zonne-energie". Er zijn geen extra pompen nodig, de oorspronkelijke effluentpompen voldoen. Zie voor een beschrijving van het systeem en een samenvatting van het onderzoek de beschrijving van het onderzoek in H2O [10]. De resultaten van 1996 zijn gepresenteerd in Wenen [11].

Tot en met 1996 zijn de negen sloten met eenzelfde debiet belast, na de winter 96/97 is het water zodanig over de sloten verdeeld dat de verblijftijd in de sloten varieert tussen 0,3 dag tot 10 dagen.

Wetland

In het helofytenfilter zit veel meer diereleven dan in de agrarische omgeving. Als voorbeeld wordt in tabel 1 een overzicht gegeven van de broedvogels in 1997 in het helofytenfilter. Veel vogels, waaronder ook lepelaars gebruiken het helofytenfilter als voedsel- of rustgebied.

Tabel 1: Broedvogels in het helofytenfilter in 1997

Vogelsoort

aantal

Vogelsoort

aantal

Kuifeend

4

Tureluur

1

Slobeend

3

Meerkoet

3

Wilde eend

9

Waterhoen

2

Krakeend

2

Gele Kwikstaart

1

Stormmeeuw

1

Kleine Karekiet

12

Scholekster

2

   

 

Ander water

Het karakter van het water verandert. Het effluent van de rwzi is wat troebel, bevat kleine slibdeeltjes, is gelig door humuszuren en geurt altijd. Gedurende het verblijf van het water in het helofytenfilter gaat het water in elk geval meer op voedselrijk oppervlaktewater lijken. Er komen veel waterdieren in voor, vaak is het water rood van de watervlooien. Het water lijkt helderder en de geur verdwijnt. Veel van deze processen zijn helaas slecht te kwantificeren. Het zwevend stof is in het effluent van het helofytenfilter vaak hoger dan in effluent van de rwzi, het is wel een heel ander soort zwevend stof: het zijn geen restanten van actief-slibvlokken maar waterorganismen en restanten van waterplanten. Het helofytenfilter heeft ook een belangrijke functie bij de opvang van slib bij slibverlies uit de nabezinktank bij grote aanvoer na regen. Behalve dat dit de belasting van het oppervlaktewater met actief-slib vermindert, zal dit ook kunnen leiden tot besparingen in de rwzi┤s: minder of andere nabezinktanks bouwen.

Zuurstofritmiek

Een eerste teken dat er wat verandert in de waterkwaliteit is de toename van de zuurstofritmiek. Zie figuur 2. Het zuurstofgehalte in het effluent van de oxydatiesloot is vrij constant en laag. In het voorbezinkbasin is al een lichte variatie van het zuurstofgehalte zichtbaar. Overdag stijgt het zuurstofgehalte aan het eind van een sloot tot ruim boven de verzadigingswaarde (dit betekent dat de biologische zuurstofproductie hoger is dan er via het wateroppervlakte aan zuurstof verdwijnt door de oververzadiging). Overdag zal de toplaag van de waterbodem tot relatief grote diepte van zuurstof worden voorzien. ┤s Nachts daalt het zuurstofgehalte sterk, doordat de zuurstofproductie wegvalt. Figuur 2 uit eind juni 1996, toont ook duidelijk de invloed van de zon aan. Het moerassysteem heeft de zon als enige energiebron. De lichtintensiteit varieert sterk. De dagen 176 en 177 waren vrij bewolkt. Dit gaf dagmaxima van ongeveer 12 mg O2/l. De dagmaxima van meer dan 16 mg O2/l op de zonnige dagen 178 en 180 waren op de dagen er na weer lager. Dit proces is ook over langere tijd stabiel, zie figuur 3.

f 2 O2 en licht ritmiek.jpg (30610 bytes)

Figuur 2: Invloed van het zonlicht op de zuurstofritmiek

f 3 O2 langere tijd.jpg (31648 bytes)

Figuur 3: Toename van de zuurstofritmiek over een langere periode

In de zomer van 1997 bleek dat de ondergedoken waterplanten tegen een stootje kunnen. In de loop van juli raakte de meeste sloten geheel bedekt met kroos en flap. De zuurstofproductie kwam vrijwel geheel tot stilstand. Zie figuur 4. Nadat op 25 augustus (dag 237) de bedekking van het wateroppervlak weer verwijderd was kwam de zuurstofproductie weer direct op gang.

f 4 Invloed kroos op O2 ritmiek.jpg (20377 bytes)

Figuur 4: Invloed van bedekking op de zuurstofritmiek, op dag 237 is kroos en flap verwijderd

P en N verwijdering

Bij de vrij hoge belasting van ca 0,25 m│/m▓.dag in 1996 (=verblijftijd iets meer dan twee dagen, elke dag wordt een waterschijf van 25 cm ververst) blijft de stikstof- en fosforverwijdering in het helofytenfilter beperkt. Bovendien varieert deze over het jaar. De gehaltes aan N en P in het effluent van de oxydatiesloot zijn meestal al laag. In juli 1996 werd bijvoorbeeld een reductie aan NH4 van 20%, aan NO3 en PO4 van 50% gemeten. In andere periodes werd het fosfaatgehalte juist hoger door fosfaatnalevering. Bij hoge NH4 gehaltes in de winter van 1995-1996 werden hogere verwijderingsrendementen gemeten (NH4 van 30 mg/l terug naar 10 mg/l).
In het algemeen verbetert de processtabiliteit, dat wil zeggen dat uitschieters in concentraties afgevlakt worden, de spreiding van de gehaltes wordt in de loop van het systeem minder.
Uit het onderzoek in 1997 blijkt dat bij langere verblijftijden de stikstofverwijdering sterk toeneemt. In figuur 5 zijn eerste resultaten van de zomer van 1997 opgenomen. Bij een verblijftijd van tien dagen in de sloten (HRT-totaal ruim 11 dagen) was het verwijderingsrendement voor ammonium en nitraat meer dan 70 %. De concentraties aan NH4 en NO3 in het effluent van de rwzi waren in deze periode respectievelijk ca 0,5 en 2,5 mg/l.

f 5 N rendement zomer 1997.jpg (16359 bytes)

Figuur 5: Stikstofverwijdering in de zomer van 1997, rendement in % gerelateerd aan de verblijftijd in het helofytenfilter

De verwijdering van nutriŰnten door maaien en afvoeren van biomassa zal onder Nederlandse omstandigheden beperkt blijven. In de bovengrondse biomassa, inbegrepen de strooisellaag wordt jaarlijks ca. 125 kg N en ca 15 kg P per ha vastgelegd [12], uitersten N: 63-220 en P 3-19 kg/jaar. In het helofytenfilter Everstekoog werd in 1996 met het influent 6800 kg N (waarvan in de winter 4600 kg) en 800 kg P aangevoerd. Om de afvoer van N en P met de oogst van riet of lisdoddes te laten plaats vinden is veel meer oppervlakte nodig, met de 0,8 ha helofyten van Everstekoog kan met oogsten van riet en lisdodde ca. 100 kg N en ca 12 kg P afgevoerd worden.

Desinfectie

Uit het vooronderzoek was al gebleken dat de proefsloot effectief EColi-bacteriŰn verwijderde [9,13]. In figuur 6 wordt de invloed van de verblijftijd in het systeem weergegeven. Alhoewel de resultaten uit verschillende jaren stammen is het verband (10Log EColi = 0,65*tijd + constante) illustratief. De afstervingsconstante van 0,65 valt in binnen de in [1] vermelde literatuurwaarden voor afsterving van EColi in oppervlaktewater van 0,3 tot 1,8.
f6_ecoli_proefsloot.jpg (23584 bytes)

Figuur 6: EColi-verwijdering in de proefsloot tijdens het vooronderzoek (uit [9]). De cijfers hebben betrekking op jaargemiddelden.

In figuur 7 zijn de resultaten opgenomen van de EColi metingen in het helofytenfilter Everstekoog. Bij de verblijftijd van twee dagen is bij droogweeraanvoer (dwa) het gehalte aan EColi in het effluent van het helofytenfilter meestal ruim onder de 10 per ml. er zijn periodes met minder dan 1 EColi/ml. Alleen bij regenweeraanvoer (rwa) en bij lage temperaturen worden hogere gehalten dan 10 EColi/ml gevonden. De verwijdering bij hoge aanvoer is te verbeteren door water in het moerassysteem te bufferen door tijdelijk hogere waterspiegels toe te staan.

f7_coli_1995-1996.jpg (32825 bytes)

Figuur 7: EColi in het effluent van de rwzi, het voorbezinkbasin en het effluent van het helofytenfilter in 1995 en 1996 (verblijftijd ruim twee dagen)

De grote verschillen in hydraulische verblijftijden in de sloten in 1997 geven een goede gelegenheid om de invloed van de verblijftijd op de desinfectie aan te tonen. In figuur h is de invloed van de hydraulische verblijftijd op de EColi-reductie weergegeven, ingetekend zijn de gemiddelden over de periode april-augustus 1997. De regressielijn is door de met cirkels aangegeven punten berekend. De afstervingsconstante van 0,69 komt goed overeen met de bevindingen in de proefsloot, zie figuur 8.

f8_invloed_thydr_zomer 1997.jpg (18092 bytes)

Figuur 8: Invloed van de hydraulische verblijftijd op de EColi-reductie, ingetekend zijn de gemiddelden over de periode april-augustus 1997. De regressielijn is door de met cirkels aangegeven punten berekend.

 

4. Chemische versus biologische desinfectie

In tabel 2 worden de desinfectie prestaties vergeleken van de "biologische" desinfectie in het helofytenfilter Everstekoog en de "chemische" desinfectie op de rwzi Wervershoof. Reeds bij de vrij korte verblijftijd in 1996 van ca twee dagen is de verwijdering van EColi in het helofytenfilter Everstekoog beter dan de chemische chlorering op de rwzi Wervershoof. Uit figuur 8 kan worden afgeleid dat verlenging van de hydraulische verblijftijd tot nog lagere EColi-gehalten zal leiden. Als er voldoende buffering voor regenwater in het helofytenfilter is, lijkt een verblijftijd van twee dagen voldoende om EColi minder dan 10 per ml te bereiken. Bij beide vormen van desinfectie is er een groot verschil tussen gemiddelde en de mediaan. Bij het helofytenfilter wordt dit verorzaakt door hogere EColi-waarden bij regenweeraanvoer, deze "pieken" zijn door buffering van water in het moerassysteem te verminderen.

Tabel 2: Vergelijking van EColi (aantal/ml) in het effluent van het helofytenfilter Everstekoog ("biologische" desinfectie) en Wervershoof (chemische desinfectie met chloorbleekloog), zomerseizoen 1996

 

Everstekoog

Wervershoof

aantal waarnemingen

12

22

gemiddelde

27

111

mediaan

2,2

8

standaardafwijking

74

262

5. Voorlopige conclusies

Na de eerste drie jaar onderzoek worden de volgende, voorlopige conclusies getrokken:

  • Bij een hydraulische verblijftijd van ca twee dagen worden goede resultaten geboekt met desinfectie en verbetering van de zuurstofhuishouding; verlenging van de verblijftijd geeft een verbeterde processtabilitiet en meer verwijdering van voedingsstoffen. Het lopende onderzoek zal hierover nog meer gegevens opleveren.
  • Het systeem is een goede buffer bij sliboverstort uit de rwzi (calamiteiten en regenwaterafvoer);
  • Het water wordt ook in andere opzichten beter:
  1. doorzicht wordt groter
  2. geur verdwijnt
  3. het aantal soorten waterorganismen in het filter groeit gestaag
  4. plotselinge concentratieveranderingen in het effluent van de rwzi worden afgevlakt
  5. het lozingspunt wordt minder opvallend: het effluent van het helofytenfilter schuimt niet.
  6. omdat het water in het helofytenfilter in de winter afkoelt zal er bij het lozingspunt geen wak open blijven.
  • Het systeem is landschappelijk goed inpasbaar en heeft een duidelijke natuurwaarde die zich nog steeds ontwikkelt (broedvogels, planten);
 

6. Perspectief op verdere toepassing

De resultaten van de monitoring geven aan dat deze vorm van "ecological engineering" perspectief biedt voor toepassing op andere rwzi’s in het beheersgebied.

Ook bij relatief korte verblijftijd van het effluent in dit soort systemen (dus bij een relatief klein ruimtebeslag) wordt al een grote verbetering bereikt t.a.v. desinfectie en verbetering van de zuurstofhuishouding.

 EÚn van de doelstellingen van het onderzoek is nagaan of helofytenfilters bij andere rwzi┤s zouden kunnen worden toegepast. In bijlage 1 is een lijst opgenomen met de rwzi┤s van Uitwaterende Sluizen, waarin is aangegeven hoeveel ruimte er beschikbaar zou kunnen zijn voor een helofytenfilter zonder grond aan te kopen. Op de meeste rwzi┤s is, doordat de slibdroogvelden en lagunes niet meer in gebruik zijn ruimte over.

Voor Wervershoof is een vijversysteem een goed alternatief voor de chemische desinfectie van het effluent. Hierbij speelt ook mee dat het effluent via de vrij kleine Laagwatersloot op het IJsselmeer geloosd wordt, vlakbij het recreatieterrein De Vooroever en niet ver van het innamepunt van drinkwater voor Andijk.

Het effluent van De Cocksdorp wordt op een kleine sloot onder aan de Waddendijk geloosd. In het zomerseizoen is de rwzi de laatste jaren overbelast, zodat aanpassing op korte termijn in beeld komt. Aanleg van een helofytenfilter lijkt hier een oplossing in combinatie met natuurontwikkeling, die in het provinciaal waterhuishoudingsplan al is aangekondigd. De rwzi De Cocksdorp loost bij de, in 1996 mede door Uitwaterende Sluizen gefinancierde, stekelbaarspassage. Door watervlooien op te kweken in het effluent als voedsel voor de met de vishevel binnengebrachte stekelbaarsjes kan een extra stimulans aan de leefbaarheid voor Lepelaars in dit gebied worden gegeven.

Ook voor Oosterend en ‘t Horntje zijn helofytenfiters waarschijnlijk interessante oplossingen om de effluentkwaliteit beter te laten aansluiten op de kwaliteiten van het kleine ontvangend oppervlaktewater.

De rwzi’s op het vasteland zijn meestal groter en lozen vaak op grote goed doorspoelbare wateren. Het gebruik van helofytenfilters is echter om andere reden dan op Texel interessant. Alle grote oppervlaktewateren hebben de functie viswater. Deze functie vraagt bijzondere aandacht, omdat hij de gevoeligste functie van met name de grote boezemwateren is, waarop veel effluenten worden geloosd. Eisen aan ammoniak-, zuurstof-, zwevend stof- en zware metalenconcentraties in het effluent zullen waarschijnlijk worden aangescherpt (of ontwikkeld), om deze functie mogelijk te maken.

 

7. Kosten van het systeem

Het type helofytenfilter, zoals Everstekoog, is een eenvoudig en goedkoop systeem. Vooral in Nederland waar we gewend zijn aan beheer en onderhoud van sloten. Bij een redelijk ondoorlatende grond en/of een hoge grondwaterstand, zoals in het westen van Nederland, zijn ook geen onderafdichtingen nodig.

De investeringskosten van het helofytenfilter Everstekoog bedroegen in 1994 ongeveer f 550.000,-, incl. de uitgebreide instrumentatie voor het onderzoek. Een definitieve uitvoering zou daarom ongeveer f 100.000,- goedkoper aangelegd kunnen worden. De kapitaalskosten worden geraamd op f.50.000,- per jaar. Dit is exclusief grondaankoop en eventuele verwijdering van verontreinigd slib, omdat ervan uitgegaan wordt dat slibverlies bij de huidige technische stand van zaken en bedrijfsvoering vrijwel niet voorkomt. Verwijdering van slib zal dus alleen na een calamiteit nodig zijn.

De onderhouds- en maaikosten worden geschat op f 25.000,- per jaar. Voor begeleiding en toezicht wordt ook ongeveer f 25.000,- per jaar geraamd. Dit brengt de totale kosten op f 100.000,- . per jaar Bij een afvalwater-stroom van 1,2 miljoen m│/jaar, kost de nabehandeling van het effluent dus f 0,08 per m│ ( f 0,05 tot f 0,10 per m│). Eventuele grondkosten zullen dit bedrag met f 0,01 tot f 0,05 per m3 verhogen.

Effluentpolijsting via technische maatregelen kost al snel meer. Desinfectie met chloorbleekloog en UV kost ca. f 0,10 per m 3 resp. f 0,19 per m3. Verdergaande tertiaire zuivering varieert van f 0,60 per m3 voor eenvoudige zandfiltratie tot f 11,- per m3 voor hyperfiltratie [med. K. Meinema, DHV). Uiteraard worden in het laatste geval ook fosfor en stikstof sterk in concentratie verlaagd en kan de effluentkwaliteit in principe aan de basiskwaliteit voor oppervlaktewater gaan voldoen. Soms zijn echter hele andere kwaliteitseisen gewenst als het om bijzondere watertypen gaat.

De grootte van een moerassysteem voor nabehandeling van effluent hangt af van het doel van het systeem en de voorhanden ruimte. Een vijver met een diepte van 1,5 m heeft bij een verblijftijd van een tot twee dagen al de functie van opvang van slib en een beperkte EColi-verwijdering. Voor een moerassysteem met vergaande EColi verwijdering en zuurstofverbetering, zoals het helofytenfilter Everstekoog is een bruto-oppervlakte van 0,5 tot 1 m▓ per aangesloten inwoner minimaal vereist. Als een verdergaande verwijdering van stikstof en fosfor nodig is, zal meer dan 1,2 m▓/i.e. vereist zijn, maar een combinatie met chemische defosfatering in het filter biedt ook perspectieven.

 

8. Evaluatie

Vergeleken met technisch geavanceerde effluentpolijsting is nabehandeling van effluent in een helofytenfilter zeer goedkoop, zelfs wanneer extra grond aangeschaft zou moeten worden. De vraag is of effluentpolijsting in een helofytenfilter met de gekozen verblijftijden voldoende kwaliteit toevoegt om lozing op oppervlaktewater zonder extra technische nabehandeling te rechtvaardigen. Vergaande nitrificatie kan heel goed in een zeer laag belast actiefslibsysteem plaatsvinden. De bijdrage van de Universiteit Utrecht aan het onderzoek zal op korte termijn meer inzicht geven in nitrificatie en denitrificatie in het helofytenfilter. De (biologische) fosfaatverwijdering in de rwzi kan waarschijnlijk heel goed aangevuld worden met chemische defosfatering in het helofytenfilter, bijvoorbeeld met FeCl3-dosering en vlokretentie in het riet- of lisdoddedeel. In hoeverre de nutriŰntenverwijdering toeneemt met het ouder worden en volgroeien van het systeem is nog niet duidelijk. Een rijping van het helofytenfilter (5-8 jaar) verbetert waarschijnlijk het rendement.

Omdat op Texel maar weinig oppervlaktewater aanwezig is, is in het tweede provinciaal waterhuishoudingsplan van de provincie Noord-Holland ruimte overgelaten voor beleid, waarin het in het helofytenfilter nabehandelde effluent van de rwzi Everstekoog als grondstof voor oppervlaktewater gebruikt kan worden. Dit leidde tot een vervolg op dit project waarbij onderzocht wordt of het zin heeft om het nagezuiverde effluent af te voeren naar de Gemeenschappelijke Polders, waar ‘s zomers een watertekort optreedt. Met het effluent kan het zomerpeil in de laagste panden worden gehandhaafd. Daardoor blijft het grondwater in de hoger gelegen panden op een hoger niveau. De zilte natuurwaarden in het oostelijk deel van het eiland worden dan niet meer negatief be´nvloed omdat het water niet meer via deze route wordt geloosd.

Op het vasteland van Noord-Holland lozen de rwzi’s op grote goed doorspoelde wateren. Dit zijn met name boezemwateren waar het hoogheemraadschap o.a. een gezond milieu voor vissen nastreeft en water dat geschikt is voor veedrenking. Inzet van een helofytenfilter is hier interessant voor desinfectie en zuurstofverbetering en als slibopvang bij calamiteiten.

Het onderzoek aan het helofytenfilter Everstekoog heeft al geleid tot vergevorderde plannen van het waterschap de Maaskant om bij de rwzi Het Land van Cuijk een helofytenfilter aan te leggen met een capaciteit van 35.000 m3/dag.

9 Literatuur:

1. Ruiter, M.A. (1978): Het risico van zwemmen en baden in met faecaal verontreinigd afvalwater. IMG - TNO rapporrt A82, februari 1978, TNO, Delft. 161 blz+ bijlagen

2. Heide, B.A. (1984): Alternatieve methodes voor desinfectie van afvalwater. TNO-rapport A182. IMG-TNO, Delft. 96 blz

3. Kampf, R. (1994): De oxydatiesloten van Piet Bakker. De Klaarmeester (5), 22-29.

4. Visser, J.K. (1980): Verwijdering van zwevende stof uit effluent 1. Literatuuronderzoek. Stora, Rijswijk. 94 blz.

5. Meinema, K.; Kuij, R.J. van der; Houwelingen, G.A. (1994): Effluentpolijsting bij oxydatiesloten tot Algemene Milieu Kwaliteit. H2O, 27 4, 107-111.

6. Klapwijk, S.P. (Ed.) (1996): 25 jaar toegepast onderzoek waterbeheer, jubileumsymposium STOWA 123 september 1996. Stowa rapport 11 ed. Stowa, Utrecht. 212 blz..

7. Kadlec, R.H.; Knight, R.L. (1995): Treatment Wetlands. CRC Press Inc, Boca Raton, Florida. 893 blz.

8. Haberler, R.; Perfler, R.; Laber, J.; Cooper, P. (1997): 5th International Conference on Wetland Systems for Waterpollution Control, Vienna, september 1996. Water Science and Technology 35(5), 347

9. Schreijer, M.; Kampf, R. (1995): Nabehandeling van effluent tot bruikbaar oppervlakte-water in een moerassysteem; Vooronderzoek. H2O 28(11), 340-342, 347.

10. Kampf, R.; Schreijer, M.; Toet, S.; Verhoeven, J.T.A. (1996): Nabehandeling van effluent tot bruikbaar oppervlaktewater in een moerassysteem met helofyten en waterplanten, opzet van een vierjarig demonstratieproject op praktijkschaal op rwzi Everstekoog. H2O 29(14), 400-402.

11. Kampf, R.; Toet, S.; Schreijer, M.; Verhoeven, J.T.A.; Logtesteijn, R. van (1996): A constructed wetland sysytem to improve the effluent quality from an oxidation ditch. Poster in Proceedings 5th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control, Wenen, 1996. IAWQ

12. Toet, S. (1995): De invloed van Phragmites australis op de zuivering van (afval)water. Scriptie Landschapsoecologie ed. Universiteit Utrecht, Utrecht. 37 blz.

13. Schreijer, M.; Kampf, R.; Toet, S.; Verhoeven, J.T.A. (1996): The use of constructed wet-lands to upgrade treated effluents before discharge to natural surface waters in Texel island, The Netherlands - pilot study. 5th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Con-trol, IAWQ, Wenen.


Bijlage 1

Mogelijkheden voor helofytenfilters op rwzi┤s.

(in de kolom geschikt voor biologische zuivering wordt uitgegaan van de volgende benodigde specifieke bruto oppervlakten (>0,3 m▓/i.e. voor vijvers ; > 0,5 m▓/i.e. voor hydraulische verblijftijd (HRT ) van 2 tot 4 dagen en >1,2 m▓/i.e. voor grotere helofytenfilters)

rwzi Totaal oppervlakte

(m▓.ie-1)

Reserve uitbreiding

(m▓.ie-1)

Ruimte over
(m▓.ie-1)
Geschikt voor biologische
nazuivering?
Alkmaar 0,43 0,06 0,24 te klein
Beemster 0,49 0,04 0,27 te klein
Beverwijk e.o. 0,15 0 0,11 te klein
Beverwijk 0,38 0 0,04 te klein
De Cocksdorp 1,39 0,35 0,65 HRT= 2 - 4 d
Everstekoog 1,79 0,06 1,21 HRT >4 d
Geestmerambacht 1,05 0,7 0 na toekomstige uitbreiding niet
Heiloo 0,60 0,09 0,35 vijver
Den Helder 0,87 0,08 0,62 HRT= 2 - 4 d
┤t Horntje 9,75 0 9,12 HRT >4 d
Katwoude 1,07 0,04 0,64 HRT= 2 - 4 d
Niedorpen 2,03 0,63 0,77 HRT= 2 - 4 d
Oosterend 4,37 0 3,77 HRT >4 d
Oosthuizen 4,40 0 3,76 HRT >4 d
Oudeschild 1,05 0,03 0,43 vijver
Stolpen 1,06 0,15 0,71 HRT= 2 - 4 d
Ursem 1,21 0,00 0,94 HRT= 2 - 4 d
Wervershoof 0,83 0,13 0,48 vijver
Wieringen 2,15 0,07 1,45 HRT >4 d
Wieringermeer 2,02 0,12 1,63 HRT >4 d
Zaandam 0,52 0,12 0,21 te klein