a - ontleend aan Veerbeek, M. (1993) Afvalwaterzuivering met een Helofytenfilter, scriptie Wetenschapswinkel Biologie Universiteit Utrecht;
<sup>b - opgave volgens IHE (Delft), afgeleid van de norm gesteld door de Verenigde Naties;
c - som van BZV en CZV; d doorzicht minimaal 0.4 m;
* Geen wettelijke waarde.</sup>

^{In tabel 2 wordt een overzicht gegeven van de dagelijkse inbreng van verontreinigingen per persoon (dat is voor de data onder stedelijk afvalwater in het totaal van zwart en grijs water). In gemengd afvalwater komen eiwitten als de belangrijkste organische verontreiniging voor als 40 tot 60% van het drooggewicht, koolhydraten variëren tussen 25 en 50%, vetten en oliën dragen zo’n 10% bij. Organisch gebonden stikstof komt ook veel uit ureum (maar dat draagt niet veel bij aan het drooggewicht). Het grootste deel van de organische verbindingen is heel gemakkelijk biologisch afbreekbaar door oxydatie. Overigens is vergelijking van vuillast in water alleen in grammen per tijdseenheid eerlijk, want uitdrukking in grammen per liter per tijdseenheid (concentratie) kan vertekenend werken. Indien een vergelijkbare vuillast in de helft minder water wordt aangeboden dan zijn de getallen hoog. De gemiddelde bijdrage tot de vuillast per inwonerequivalent (Tabel 2) in alle omstandigheden vergelijkbaar is.}
 

^{Tabel 2. Dagelijkse inbreng van door het lichaam geproduceerde afvallast per dag en per persoon.}
 

1.5 Het zuiveringssysteem bij ‘Het Groene Dak’

Het zuiveringssysteem zoals dat bij ‘Het Groene Dak’ wordt gebruikt staat schematisch weergegeven in Figuur 1 (zie de volgende blz.). In een tweetal huizenblokken zijn in een kelderruimte verzamelpunten ingericht voor grijswater (dat is het afvalwater dat afkomstig is van de gootsteen, de douche, en de wasmachine) en voor zwartwater (toilet). De beide systemen zijn aangesloten op een lucht ventilatiekanaal ter beperking van overlast door geurtjes. Het grijswater passeert een grof vuil zeef en komt vandaar in een grote verzamelbak met een effectieve inhoud van 1840 l. In dit vat vindt een belangrijk deel van de zuivering reeds plaats, namelijk de afbraak van de organische verontreinigingen door oxydatie. Dit betreft eiwitten, koolhydraten, vetzuren etc. met gebonden C, N en P. Voor deze afbraak (‘biologische verbranding’) is zuurstof nodig, dat wordt uit de lucht toegevoerd door het water op gezette tijden met lucht in kontakt te brengen. Daarbij wordt het biologisch zuurstofverbruik van het afvalwater sterk verminderd. De eindprodukten zijn koolzuur en stikstofgas (CO₂ en N₂ die ontsnappen naar de atmosfeer), anorganische stikstof verbindingen (nitriet en nitraat) en fosfaat. De organisch gebonden stikstof wordt in de grijswater verzameltank eerst omgezet in ammonium en daarna in nitriet en vervolgens in nitraat (fig. 2). Uit dat laatste ontstaat tenslotte het gewenste eindprodukt stikstof gas (N₂), mits in de reaktoren naast aerobe zones ook anaerobe zones aanwezig zijn. Dit zogenaamde denitrificatieproces komt niet zomaar tot stand, het wordt in de tank en in de bodems door in de opeenvolgende zuiveringsstappen aanwezige (‘natuurlijke’) bacteriën tot stand gebracht.

Figuur 1. Schematische weergave van het kleinschalige afvalwater zuiveringssysteem zoals dat in gebruik is bij "Het Groene Dak’. Links zijn de twee grijswater reservoirs getekend waarin het gootsteen, douche en waswater worden opgevangen. Deze bassins zijn gelijk voor beide huizenblokken als eerste zuiveringsstap. Door aerobe zuivering afbraak van organische moleculen onder vrijmaking van koolzuurgas, water, en de omzetting van de gebonden stikstof in nitraat plaatsvindt, tevens ontstaat hier anorganisch fosfaat. De tweede zuiveringsstap is verschillend voor de beide huizenblokken, een helofytenfilter (5) of een vloeikas (6). Waterberging is weer gezamenlijk in de vijver (7). De cijfers 1 t/m 7 geven de punten aan waarop de monsters voor dit Meetprogramma maandelijks zijn genomen. De monsterpunten 1, 3 en 5 behoren toe aan de zuivering met het plantenfilter (helofytenbed); de monsterpunten 2, 4, en 6 zijn van het cluster waarin een vloeikas in het zuiveringssysteem is opgenomen.

Klik hier voor figuur 1.

Figuur 2. Denitrificatie van afvalwater door bacteriën. Anders dan de organische verontreiniging die als CO2 aan de atmosfeer wordt gelaten en de stikstof verontreiniging die als onschadelijk stikstof gas op dezelfde manier verdwijnt, blijft fosfaat in het systeem. De verwijdering ervan uit het water is mogelijk door het fosfaat aan plantenwortels te adsorberen of het voor de groei van planten (kunstmest..) te laten dienen.

Klik hier voor figuur 2. (Grijswaterreaktor: Decarboxylatie en denitrificatie van de organische vuillast in afvalwater)
 

1.6 Over optimalisatie van de biologische processen in de waterzuivering bij ‘Het groene dak’

Voor nitraat produktie uit organische stikstofhoudende verbindingen, die via de tussenprodukten ammonium en nitriet tot stand komt, is zuurstof uit de lucht nodig. Dat wordt aan het grijswater toegevoegd door dat water te verpompen over een stroombed met stroomoppervlakte vergrotende plastic ringetjes dat voor goed kontakt met de lucht zorgt. Door dit geoptimaliseerde kontakt hoeft zomin mogelijk elektriciteit voor de pomp te worden gebruikt.

De omzetting van nitraat naar stikstofgas gebeurt juist zonder lucht (anaerobie). De actieve slib bacteriën op de bodem van de zuiveringstanks verbruiken zuurstof uit de lucht om het organische afval optimaal af te breken (‘verbranden, biologisch zuurstof verbruik’) en zorgen daarmee voor zuurstofarme condities in delen van de grijswater reaktor. Verdere afbraak van organische verontreinigingen kan ook zonder zuurstof plaatsvinden door vergisting. Als de zuurstof spanning echt mooi laag is, kan er methaangas worden gevormd, dat is ongewenst in het gebruikte systeem.

Het is daarom duidelijk dat het evenwicht tussen periodes met zuurstof en zonder zuurstof van groot belang is. Daarvoor is een goede afstelling van het systeem gewenst. Te weinig zuurstof zorgt voor onvolledige oxydatie van organisch vuil, kleine gistingsprodukten zoals melkzuur of ethanol geven een potentieel hoog biologisch zuurstofverbruik en er wordt zonder zuurstof uit de lucht onvolledige nitrificatie en aansluitende denitrificatie van de organische gebonden stikstof bereikt.

Nitraat dat ontstaat uit de oxydatie van de stikstofhoudende verontreinigingen (voornamelijk eiwitten) is het beginprodukt voor de gewenste volledige denitrificatie (dat is de vorming van stikstof gas), waarvoor juist weer zuurstofarme omstandigheden nodig zijn. Als bijprodukt kunnen ook nog gasvormige stikstof oxyden als lachgas worden gevormd (fig. 2). In de bodems van het helofyten filter en de vloeikas zou de gewenste zuurstofarme omgeving de laatste stap van de bacteriële denitrificatie moeten laten plaatsvinden.

Teveel zuurstof in het grijswater reservoir is dus eigenlijk geen probleem, maar dat is duur omdat elektrische energie nodig is voor een goede beluchting. Om energie zuinig te werken is het gewenst dat de elektrische pomp die voor het verpompen bij de beluchting nodig is zo weinig mogelijk aan is. Daardoor ontstaat tussen de periodes dat de pomp aan is zuurstof gebrek. Als dat niet teveel is, dus als het BZV goed genoeg is gedaald, en als het risico op methaan vorming niet bestaat, dan is dat een goede opstap is naar volledige denitrificatie. Bij de tweede zuiveringsstap is gekozen voor twee verschillende systemen. Systeem 1 is een veld aangeplant met riet, dat ook wel bekend is als een helofytenfilter (of meer algemeen plantenfilter), en dat functioneert op basis van de grote bindingscapaciteit van rietwortels voor vele verontreinigende componenten, waaronder ook fosfaat (zie M. Veerbeek (1993) Afvalwaterzuivering met een helofytenfilter, scriptie wetenschapswinkel Universiteit Utrecht). Systeem 2 is een serre-aanbouw (vloeikas) waarin planten fosfaat uit het aan de bodem toegevoerde afvalwater opnemen voor hun groei en eventueel eetbare produkten (zoals tomaten). Een voordeel van het helofytenfilter (5) is dat de bodem ervan zuurstofarm is en bijdraagt aan de denitrificatie (omzetting van nitraat in stikstof gas). Dat maakt de eisen aan de grijswater reaktor: goede afwisseling tussen aerobe en anaerobe zones minder van belang. De vloeikas (6) bodem daarentegen blijft aeroob. Daarin verloopt de denitrificatie niet goed. Hier zou de grijswaterreaktor al denitrificerend moeten werken. In die reaktor is een anaerobe zone gewenst. In de vijver (7) vinden verder geen tevoren voorziene zuiverende stappen plaats, afgezien van schijnzuivering verdunning door regenwater. De vijver is door ter zake ervaren studenten een rijk en gevarieerd biologisch systeem genoemd. Dat is een goede kwalitatieve indicatie voor de totale zuivering.

Terug naar de homepage van Het Groene Dak
Door naar hoofdstuk 2.
Terug naar inhoudsopgave.