Zoeken Query verzenden
Home»Producten»Kennisontwikkeling
Promotieonderzoek naar sturing in het afvalwatersysteem
Petra van Daal onderzoekt aan de TU Delft hoe het functioneren van het afvalwatersysteem als geheel te verbeteren is. Zij kijkt specifiek naar de mogelijkheid om zowel de hoeveelheid als de kwaliteit van water te sturen. In dit artikel vertelt zij over haar onderzoek en de (tussen)resultaten.
Waarom dit onderzoek?
Een afvalwatersysteem bestaat uit verschillende onderdelen: de riolering, een zuivering en het oppervlaktewater. Verbeteringen in het functioneren van een afvalwatersysteem worden nog vaak gezocht in de losse onderdelen, zoals minder overstortingen uit de riolering of schoner water lozen uit de zuivering. Organisatorisch gezien is dit logisch, omdat gemeenten en waterschappen elk verantwoordelijk zijn voor hun eigen onderdeel. Maar vanuit het systeem bekeken is het vreemd. Maatregelen aan de riolering hebben immers invloed op het functioneren van de zuivering, en andersom. Ook hebben riolering en zuivering allebei invloed op het oppervlaktewater, dat we zo schoon mogelijk willen houden. Juist in de dynamiek van en de interacties tussen de onderdelen is winst te halen.
Om de interacties tussen de onderdelen te kunnen uitbuiten en daarmee het functioneren van het afvalwatersysteem als geheel te verbeteren, is sturing in te zetten. Op basis van realtime metingen wordt met sturing gekozen hoe pompen, regelbare stuwen of beluchting op dat moment het best zijn in te zetten. Sturing in de riolering en op het grensvlak tussen riolering en zuivering vindt nu vooral plaats op basis van hoeveelheden water. Dit is vanzelfsprekend, omdat beheerders uiteindelijk proberen te regelen hoeveel water waar naartoe gaat. Maar het doet geen recht aan het feit dat het lozen van vervuild water uiteindelijk het probleem is.
De vervuiling van water is steeds beter te meten. Dit maakt sturing op basis van kwaliteitsmetingen mogelijk. Omdat kwaliteitsmetingen pas sinds kort op grotere schaal toepasbaar zijn, is er nog weinig kennis over het gebruik van deze metingen voor sturing in het afvalwatersysteem. Daarom is onderzoek naar de zin (en onzin) hiervan nodig.
Wat hebt u eraan?
Als professional in de afvalwatersector bent u verantwoordelijk voor het inzamelen, transporteren en/of zuiveren van afvalwater. Een gevolg van uw werk is een gezonde(re) toestand van het oppervlaktewater. Een mogelijke volgende stap in het verbeteren hiervan is uw aandacht van waterhoeveelheden naar waterkwaliteit uit te breiden. In het onderzoek kijk ik naar de mogelijkheden die waterkwaliteitsmetingen bieden om deze stap te zetten.
Daarnaast vraagt het huidige klimaat van bezuinigingen om een nóg doelmatiger inzet van uw tijd en geld, en om vergaande samenwerking. Dit onderzoek vindt plaats over de randen van de onderdelen van een afvalwatersysteem (en betreffende verantwoordelijke organisaties) heen en geeft daarmee inzicht in de mogelijkheden van een gezamenlijke aanpak.
Hoe en wat wordt onderzocht?
Sturing in het afvalwatersysteem is op verschillende manieren toe te passen. Zo kan een strategie zijn om te kijken naar hoeveelheden geloosd water, de kwaliteit van het geloosde water of de impact ervan op het oppervlaktewater. Ook zijn er verschillende uitwerkingen van sturing. Dit kan op heel kleine schaal in een pompstation met in- en uitslagpeil, op zeer grote schaal waarbij informatie uit andere delen van het afvalwatersysteem wordt gebruikt, en alles tussen deze twee uitersten in. De inspanning in tijd en geld die voor een bepaalde sturing nodig is, verschilt uiteraard per gebruikte combinatie. Uiteindelijk is het de vraag welke strategie en welke uitwerking in een bepaald afvalwatersysteem het best zijn te gebruiken. Om die vraag te
beantwoorden, ga ik modelberekeningen uitvoeren met verschillende combinaties van strategieën en uitwerkingen, en de resultaten met elkaar vergelijken. Dit doe ik met een rekenmodel waarin zowel de waterhoeveelheden als de waterkwaliteit van het afvalwatersysteem rondom Eindhoven zijn opgenomen. Daarnaast is het de bedoeling om de sturing die vanuit de modelberekeningen wordt gekozen (in delen) ook in de praktijk toe te passen. Hiermee worden de theoretische berekeningen aan de praktijk gekoppeld en is te bekijken of de sturing ook echt het gewenste effect heeft. Voor de koppeling tussen theorie en praktijk werk ik nauw samen met waterschap De Dommel.
Tussenresultaten
Voordat het rekenmodel is te gebruiken om de verschillende sturingen te vergelijken, moeten betrouwbare metingen beschikbaar zijn. De sturing is daar immers op gebaseerd. Daarnaast wil ik weten hoe betrouwbaar het rekenmodel eigenlijk is en of alle belangrijke elementen er goed in zijn opgenomen. Hieronder beschrijf ik twee elementen waarnaar ik tot nu toe heb gekeken en die nauw met elkaar samenhangen.
Kwaliteitsmetingen
Sturing op basis van kwaliteitsmetingen heeft alleen zin als binnen een afvalwatersysteem verschillen in de waterkwaliteit bestaan. Dit is onderzocht aan de hand van geleidbaarheids- en troebelheidsmetingen. Geleidbaarheid geeft inzicht in de verhouding van onverdund afvalwater en regenwater,
troebelheid is een maat voor de hoeveelheid zwevende deeltjes in het water. De metingen zijn uitgevoerd bij zeven overstorten en bij de interne en externe drempel van een bergbezinkbassin in de gemengde riolering van Eindhoven. Aanvullend zijn niveaumetingen gedaan, zodat bekend is wanneer water is overgestort.
In de analyse van de metingen heb ik gekeken naar de gemiddelde vuilgraad van het water (sEMC), gedefinieerd als de gemiddelde concentratie van geleidbaarheid maal de gemiddelde concentratie van troebelheid tijdens een overstorting. Daarnaast heb ik gekeken naar de gemiddelde vuilvracht (sPL),
gedefinieerd als de gemiddelde vuilgraad maal het overgestorte volume.
Figuur 1 Overzicht gemiddelde vuilgraad (sEMC, links) en gemiddelde vuilvracht (sPL, rechts)
In figuur 1 is per locatie de vuilgraad (links) en de vuilvracht (rechts) uitgezet voor alle gemeten overstortingen. Het rondje met het stipje erin is de gemiddelde waarde voor een locatie, de balken onder en boven het rondje geven inzicht in de variatie die optreedt bij die locatie. Figuur 1 laat duidelijke verschillen zien in de vuilgraad en de vuilvracht van het afvalwater dat uit een gemengd stelsel overstort. Hieruit blijkt dat sturing op basis van kwaliteit in dit stelsel mogelijk is. Daarnaast is het opvallend dat de schoonste (groen gearceerd) en vieste (rood gearceerd) locaties voor de vuilgraad en de vuilvracht verschillen. Bij hetzelfde sturingsdoel moeten de sturingsregels dus anders zijn als deze worden gebaseerd op de vuilgraad of de vuilvracht.
Overstortdebieten
Het verschil tussen de vuilgraad en de vuilvracht is het overstortende volume. Dit is logischerwijs een erg bepalende factor in de te ontwerpen sturing. Het overstortende volume wordt bepaald uit het overstortende debiet, dat meestal wordt berekend met een gemeten waterhoogte boven de overstortdrempel. Maar de hiervoor gebruikte standaardvergelijking is alleen geldig onder voorwaarden, waaraan meestal niet wordt voldaan. De onzekerheid in het bepaalde debiet kan hierdoor oplopen tot wel 50%.
Ik onderzoek nu of het overstortende debiet voor een overstortlocatie nauwkeurig is te bepalen met 3D-stromingsberekeningen (ook wel bekend als CFD-berekeningen). Als casus voor dit onderzoek gebruik ik de interne drempel van het bergbezinkbassin in Eindhoven. Van de overstortput, de drempel en de aan- en afvoer is een schaalmodel gemaakt, waarmee ik gedetailleerde metingen kan doen. Daaruit kan ik de overstortende debieten bepalen en de CFD-berekeningen controleren. Uit de gecontroleerde CFD-CFD-berekeningen zijn ook de overstortende debieten vast te stellen. Tot slot bepaal ik de debieten ook aan de hand van bestaande metingen die in en om het bassin zijn gedaan. In figuur 2 ziet u een foto van een experiment met het schaalmodel en een afbeelding van het waterniveau in de bijbehorende CFD-berekening (beide bij een debiet van 26 l/s).
Figuur 2 Experiment met schaalmodel (links) en bijbehorende CFD-berekening (rechts)
Door al deze overstortdebieten met elkaar te vergelijken, is iets te zeggen over de nauwkeurigheid van de uit de CFD-berekeningen bepaalde debieten. De eerste resultaten wijzen erop dat CFD-berekeningen geschikt zijn om de overstortdebieten te bepalen en dat deze duidelijk afwijken van de debieten berekend met de standaardvergelijking.
Wanneer gebeurt wat?
Het promotieonderzoek duurt vier jaar, waarvan nu de helft voorbij is. In de afgelopen twee jaar is veel voorbereidend werk gedaan. Denk hierbij aan het verzamelen en analyseren van meetgegevens, het uitvoeren van de overstorttests en het verbeteren van onderdelen van het rekenmodel. In het komende jaar zal ik al deze afzonderlijke onderdelen afronden en samenvoegen. Het laatste jaar besteed ik aan het gebruiken van de opgedane kennis en het verbeterde rekenmodel om de sturing te ontwerpen, door te rekenen en te vergelijken.
Meer weten?
Meer informatie over het kennisprogramma Urban Drainage van de TU Delft en het onderzoeksthema systeemdynamiek vindt u op: www.gezondheidstechniek.tudelft.nl.
Petra van Daal is in 2007 als technisch natuurkundige afgestudeerd aan de Technische Universiteit Eindhoven. In 2008 ging zij bij Witteveen+Bos in de PMC Stedelijk Waterbeheer werken. Sinds eind 2012 is zij werkzaam in de PMC Kusten, rivieren en landaanwinning. Witteveen+Bos geeft Petra sinds januari 2012 de mogelijkheid haar werkzaamheden hoofdzakelijk in te vullen met haar promotieonderzoek naar op kwaliteit gebaseerde sturing in het afvalwatersysteem bij de TU Delft, binnen het kennisprogramma Urban Drainage.
Contact
Stichting RIONED Galvanistraat 1, 6716 AE Ede Postbus 133, 6710 BC Ede T 0318 631 111 F 0318 633 337 E info@rioned.orgAdministratieve gegevens
IBAN: NL85ABNA0553259288 BTW: NL 00.90.39.995.B.01 KVK: 41154304Volg ons
Service
Disclaimer | Privacy | Sitemap
Nu op Twitter
RT @TUDelft_CT: PhD Matthieu Spekkers onderzoekt de mechanismen die schade aan gebouwen en inboedel bij neerslag veroorzaken http://t.co/0s…
