TUD/STW – Domestic Slurry Sludge Transport

De TU Delft onderzoekt het transport van huishoudelijke slurry voor nieuwe sanitatie concepten gebaseerd op bronscheiding.

Bestaande sanitatie, gebaseerd op vrijvervalriolering, is betrouwbaar, robuust en comfortabel voor de gebruiker. Maar voor de inzameling en het transport is relatief veel water nodig: circa 100 liter per persoon per dag. Nieuwe sanitatie concepten kunnen de waterconsumptie reduceren. Vrijvervalrioolstelsels in ontwikkelingslanden ondervinden regelmatig problemen, omdat de hoeveelheid spoelwater beperkt is. Ook in Nederland zijn er overigens meldingen van ophoping van vast materiaal in de riolering door de introductie van waterbesparende toiletten.
Al een paar decennia wordt internationaal geëxperimenteerd met nieuwe sanitatie concepten die uit vier deelelementen bestaan:

  • scheiding aan de bron;
  • inzameling;
  • transport;
  • en zuivering.

De literatuur is gericht op scheidingsconcepten, (terug)winning van energie en grondstoffen, en de algemene haalbaarheid van kleinschalige zuiveringsconcepten. Inmiddels zijn de meeste technologische hindernissen overwonnen en bestaan er diverse goed functionerende technieken voor scheiding en terugwinning van energie en grondstoffen. Ook is geconcludeerd dat de zuiveringsconcepten een bepaald minimumschaalniveau nodig hebben om ze ook economisch aantrekkelijk te maken (“economy of scales”). Vraagstukken rondom de inzameling en het transport van de huishoudelijke afvalslurry zijn tot nu toe ontsnapt aan de aandacht van de onderzoekswereld, ondanks het feit dat een integrale benadering van sanitatieconcepten alle vier de deelelementen zou moeten bevatten.

Figuur 1 Schematisatie van een nieuw sanitatieconcept

Vele onderzoekers hebben al onderkend en aangetoond dat een zo klein mogelijke verdunning van het afvalwater gunstig is voor het rendement van de afvalwaterbehandeling in de nieuwe sanitatiesystemen. Maar de minimaal vereiste verdunning en andere eigenschappen van huishoudelijke slurry (toiletspoeling en keukenslurry) zijn nog onbekend. Deze moeten nog onderzocht worden om de haalbaarheid van verschillende typen transportsystemen te toetsen. Een eerste inventarisatie van transportconcepten voor de nieuwe sanitatie laat zien dat een vorm van drukriolering en een tweefasenstroming de meest veelbelovende concepten zijn (Harder et al, 2012). STOWA heeft aanbevolen om nader onderzoek te doen naar nieuwe transport concepten voor zwart water (Palsma en Swart, 2010).

De huishoudelijke slurry is een complex mengsel van cohesieve vaste stoffen (fecaliën), vezels (zoals toiletpapier en haar), niet-cohesieve vaste stoffen (keukenafval uit een vermaler) en vloeistoffen (water en urine). Een aantal transportgerelateerde uitdagingen is nog niet onderzocht. Deze hebben vooral betrekking op de minimaal benodigde verdunning. Het gaat om:

  1. Vloei-eigenschap van huishoudelijke slurry;
  2. Transporteerbaarheid van huishoudelijke slurry;
  3. Haalbaarheid van verschillende transportconcepten in relatie tot de schaalgrootte van het transportsysteem, en de verdunning en samenstelling van huishoudelijke slurry.

Waaruit bestaat het onderzoek?

De hoofdonderdelen van het onderzoek zijn:

  1. Vloei-eigenschapkarakterisering van huishoudelijke slurry, inclusief cohesieve eigenschappen, in functie van vastestofgehalte, deeltjesverdeling en andere parameters;
  2. Experimenten met keukenslurry en kunstmatig zwart water in het laboratorium van Deltares in de zogenaamde ALPHA-loop. Dit is een proefopstelling die bestaat uit een te testen leiding, waarbij verschillende diameters en hellingen mogelijk zijn, en voorzieningen om deze leiding te kunnen belasten met een mengsel van water, deeltjes en lucht. Onderzoek vindt plaats naar verschillende lay-outs (horizontaal en licht hellend) en met verschillende stromingstoestanden;
  3. Studie van dynamisch gedrag (waterslag) in het lab en het veld (slurrysluglengte, snelheid, drukverschil over de leiding en een individuele slug en eventueel reologische eigenschappen in de praktijk);
  4. Het meten van het transport van huishoudelijke slurry in het veld. Deze data zijn te gebruiken voor de validatie van een nog te ontwikkelen stromingsmodel.

Maatschappelijke relevantie

Een onbetrouwbaar inzamelings- of transportsysteem is een showstopper voor nieuwe sanitatieconcepten. In de negentiger jaren van de vorige eeuw is door onvoldoende kennis van het transport van water- en luchtmengsels de introductie van een potentieel zeer effectief systeem mislukt (het zogeheten luchtpersrioolsysteem). Momenteel is bij veel potentiële gebruikers, mede ingegeven door de genoemde ervaring met het luchtpersriool, sprake van terughoudendheid bij het toepassen van nieuwe sanitatiesystemen. Dit onderzoek probeert drie aspecten te verbeteren:

    • Aangezien de transporteerbaarheid de ontbrekende schakel is voor nieuwe sanitatie, draagt dit onderzoek bij aan het voorkomen van falende systemen voor nieuwe sanitatie.
    • Het onderzoek zal basisinformatie opleveren voor een technische haalbaarheidsstudie van grootschalige nieuwe sanitatiesystemen met alle bekende voordelen van nieuwe sanitatieconcepten: terugwinning van fosfor, een verbeterde verwijdering van microverontreiniging en een efficiënter biogasproductie. Naar verwachting zal de aankomende vervangingsgolf van bestaande rioolstelsels tot een versnelde introductie van nieuwe concepten kunnen leiden.
    • Het verbeterde begrip van het gedrag van geconcentreerde huishoudelijke slurry zal ook bijdragen aan verbetering van het ontwerp van vrijvervalrioolstelsels met een beperkte aanvoer van water, zoals in veel ontwikkelingslanden het geval is

.

Het onderzoeksthema ‘Hydraulica transport huishoudelijke slurry’ vindt plaats binnen het kennisprogramma Urban Drainage van de TU Delft. Meer informatie over het onderzoek en het programma vindt u op: Kennisprogramma Urban Drainage.

Dit onderzoek is gefinancierd door de Stichting Toegepast Wetenschappelijk Onderzoek (STW), die onderdeel is van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

Referenties
• Harder, R., Langeveld, J.G., Clemens, F.H.L.R. and van Lier, J.B. (2012). Source separation in the urban water infrastructure, STOWA, Amersfoort.
• Palsma, B. and Swart, B., 2010. Koepelgroep ONSS, Stand van Zaken tot 2010, Ontwikkelingen 2011, STOWA, Amersfoort.