2021-121 Bijlage 3 Achtergrondinformatie Afvalwater en Sanitatie.pdf
Tekst van het document
Het uit het afvalwater geproduceerde biogas wordt daar omgezet LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
15
in elektriciteit, dat vervolgens weer wordt gebruikt om het afvalwater te zuiveren. Mede hierdoor is deze RWZI energieneutraal35.
4.4
Kosten en baten
In Tabel 4‐1 zijn de geraamde kosten weergegeven voor het conventionele afvalwaterscenario in City West. Voor een overzicht van de gevolgde aanpak en gebruikte kentallen verwijzen we naar Hoofdstukken 2 en 3. Tabel 4‐1. Kostenraming afvalwaterscenario Conventioneel. Bedragen exclusief btw. Investering in €, jaarlijkse kosten in €/jaar. Gebruikte uitgangspunten en kentallen staan vermeld in Tabel 3‐1. Voor toelichting zie tekst. Investering (€) Kosten sanitair en riolering inpandig Toeslagen Totaal kosten woningen Riolering uitpandig Toeslagen
Jaarlijkse kosten (€/j) Totaal
Afschrijving
Exploitatie
1.430.000
0
0
0
950.000
21.000
19.000
2.000
1.010.000 420.000
390.000
9.000
8.000
1.000
1.340.000
30.000
27.000
3.000
Zuivering
0
34.000
0
34.000
Toeslagen*
0
0
0
0
Totaal zuivering
0
34.000
0
34.000
Totaal exclusief toeslagen
1.960.000
55.000
19.000
36.000
Totaal inclusief toeslagen
2.770.000
64.000
27.000
37.000
Totaal riolering uitpandig
* Zuiveringskosten zijn gebaseerd op de zuiveringsheffing, toeslagen zijn hier dus niet van toepassing.
De kosten voor het sanitair en riolering inpandig bevatten investeringen voor een conventioneel spoeltoilet, en een inpandig vrijvervalrioolstelsel. Ook zijn de kosten voor erfaansluitingen hier opgenomen omdat de gemeente deze doorbelast aan de projectontwikkelaar, die ze vervolgens verdisconteert met de toekomstige eigenaren. Riolering uitpanding omvat een DWA‐stelsel en HWA‐ stelsel. Zuiveringskosten zijn de meerkosten die voortkomen uit het zuiveren van het afvalwater van de extra 2.250 ie op RWZI Nieuwegein. De investeringskosten voor het DWA en HWA‐stelsel zijn ingeschat op basis van kentallen uit de Leidraad Riolering D1100 voor het vervangen van een 315mm PVC en 400mm PVC riolering. In deze kosten zit geen gemaal en geen externe overstort maar wel de putten en kolken. Ook zijn erfaansluitingen voor het DWA‐riool opgenomen. De jaarlijkse kosten bestaan uit afschrijving en exploitatiekosten. 35 Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden, Rioolwaterzuivering Nieuwegein energieneutraal.
Bezocht op 24‐11‐2020. LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
16
De exploitatiekosten van het rioolstelsel zijn gebaseerd op de opgaaf van Gemeente Nieuwegein (€2/woning voor een DWA‐ en HWA‐stelsel). De jaarlijkse kosten voor de zuivering zijn vrij laag omdat RWZI Nieuwegein momenteel het afvalwater van City West zou kunnen zuiveren zonder extra investeringen. Hier is dus alleen een toename in de exploitatiekosten voorzien.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
17
5.
Afvalwaterscenario 2: Phytoparking
5.1
Algemeen
In het afvalwaterscenario Phytoparking wordt het afvalwater als twee aparte stromen ingezameld en met twee vrijvervalrioolstelsels getransporteerd: grijswater en zwartwater. Het grijswater wordt lokaal behandeld met een Phytoparking, en het zwartwater stroomt naar RWZI Nieuwegein (Figuur 5‐1). Ook wordt er warmte uit het douchewater herwonnen.
Water (lokaal)
Grijswater (vrijvervalriool)
Phytoparking Slib
Biogas uit slibgisting
Slib (naar verwerker)
RWZI Nieuwegein Zwartwater (vrijvervalriool)
Water (in Lek)
Figuur 5‐1. Schematisch overzicht van afvalwaterscenario Phytoparking (ambitieniveau beter).
Door terugwinning van warmte uit het douchewater wordt de energievraag van City West verlaagd. Het gezuiverde grijswater wordt lokaal geïnfiltreerd en draagt zo bij aan de groen‐blauwe infrastructuur die onderdeel is van de klimaat‐adaptieve maatregelen. Het zwartwater, met daarin de nutriënten en chemische energie, wordt op de RWZI behandeld. Hier worden dus geen grondstoffen lokaal uit teruggewonnen en hergebruikt. Het gezuiverde zwartwater wordt op de Lek geloosd, en het geproduceerde biogas op de RWZI zelf ingezet. Het scheiden van afvalwaterstromen aan de bron is niet conventioneel. Wel is het vrijvervalrioolstelsel conventioneel en wordt de Phytoparking op verschillende locaties in Nederland getest. Een deel van de grondstoffen wordt teruggewonnen, maar nog niet allemaal. Dit afvalwaterscenario heeft het ambitieniveau ‘Beter’.
5.2
Technologische uitwerking
5.2.1
Sanitair en inpandig rioolstelsel
Het afvalwater in dit afvalwaterscenario wordt met conventioneel sanitair ingezameld, en inpandig onder vrijverval getransporteerd. Hierbij wordt het grijswater gescheiden van het zwartwater. Inpandig zijn er dus twee vrijvervalrioolstelsels nodig.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
18
Een belangrijk aandachtspunt hierbij is dat tijdens ontwerp en aanleg wordt voorkomen dat de twee rioolstelsels met elkaar worden verbonden, of dat er andere, verkeerde, aansluitingen gemaakt worden. Een eerder toegepaste oplossing hiervoor is het gebruik van verschillende diameters riolering binnen de appartementen, bv. 110mm voor toiletten (zwartwater), en 50mm voor grijswater. Laatstgenoemde diameter zal ook sterk afhangen van het ontwerp van het appartement. Ook kunnen verschillende kleuren of typen rioolbuis gebruikt worden. Na de erfaansluiting stromen grijswater en zwartwater verder in twee aparte DWA‐stelsels; grijswaterriool en zwartwaterriool. Op basis van de kentallen is berekend dat de grijswaterstroom circa 181m3/dag is, en de zwartwaterstroom 81m3/d. 5.2.2
Douche‐WTW
Warm douchewater kan gebruikt worden om het leidingwater waar mee gedoucht wordt voor te verwarmen, zodat er minder energie nodig is om het water op temperatuur te brengen. Dit gebeurt met douche warmteterugwinning (douche‐WTW). Het grote voordeel is dat een douche‐ WTW zal resulteren in de noodzaak voor kleinere boilers (want er is minder warm water nodig voor douchen), of een grotere warmwaterbeschikbaarheid. Er kan circa 40% tot 60% bespaard worden op de energievraag voor warm douchewater. Het precieze rendement hangt af van het type douche‐WTW, de wijze van aansluiten en duur van douchen. Bij het aansluiten is de afstand tussen de douche en de douche‐WTW van belang, en of de douche‐WTW ook de koude leidingwaterstromen naar de ketel voorverwarmt. Een douche‐WTW is het meest comfortabel in combinatie met een thermostatische mengkraan, zodat de hoeveelheid warm water vanzelf gereguleerd wordt tijdens het douchen. Er zijn drie uitvoeringsvormen: een verticale douche‐WTW die verticaal onder de douche, in de verdieping eronder, geplaatst wordt, een douchebak‐WTW en een douchegoot‐WTW. Alle douche‐WTW’s worden zodanig gebouwd en aangelegd dat er geen risico is op contact van afvalwater met leidingwater. Voor de appartementen in City West is een douchebak‐WTW of douchegoot‐WTW voorzien.
Nadat circa 50% van de warmte uit het douche‐afvalwater is onttrokken stroomt dit verder in het inpandig grijswaterriool. 5.2.3
Transport van grijs‐ en zwartwater (DWA‐stelsels)
Het huishoudelijk afvalwater uit de gebouwen stroomt door twee DWA‐stelsels naar de zuiveringen. De grijs‐ en zwartwater rioolstelsels bestaan uit 315mm PVC rioolleidingen. Omdat de hydraulische belasting van het zwartwaterrioolstelsel circa 70% lager is dan conventioneel (81m3/dag t.o.v. 262m3/dag), zou het zwartwaterstelsel ook kleiner kunnen. Hiermee zou een betere doorstroming kunnen ontstaan, met mogelijk minder verstoppingen. Echter is een kleinere diameter niet wenselijk in verband met onderhouds‐ en inspectiewerkzaamheden. Welke LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
19
diameter optimaal is voor het zwartwaterriool zal in opvolgende ontwerpfasen verder uitgezocht moeten worden. De totale lengte van beide DWA‐stelsels in City‐West is circa 1 km. Het afvalwater wordt naar het noordnoordoosten van de wijk afgevoerd (Figuur 4‐2). Het zwartwater zal vanaf hier naar de RWZI afgevoerd worden. Het grijswater zal lokaal met een Phytoparking worden gezuiverd. Gezien het verloop van het voorziene grijswaterrioolstelsel is de meest voor de hand liggende plek ook het noordnoordoosten van City West. 5.2.4
Hemelwaterafvoer (HWA‐stelsel)
Het HWA‐stelsel in dit afvalwaterscenario is gelijk aan het HWA‐stelsel in afvalwaterscenario Conventioneel. Dit is beschreven in Hoofdstuk 4.2.3. 5.2.5
Phytoparking
Het grijswater (181m3/dag) stroomt via een voorbezinker (90m3) in een bufferende pompput (181m3). Vanuit de pompput wordt het water op de Phytoparking gepompt, waar de zuivering plaatsvindt. Het grijswaterriool zal ten noordnoordoosten van City West circa 2,8m onder maaiveld liggen. Afhankelijk van de lokale situatie en het ontwerp zal een gemaal nodig zijn om het grijswater naar de voorbezinker te pompen, of kunnen de voorbezinker en pompput dieper geplaatst worden. Tijdens aanleg van de Phytoparking zal er ook zeer waarschijnlijk bronbemaling nodig zijn. Omdat bronbemaling, het combineren met ander werk en de diepte van de voorbezinkers nu nog niet bekend is, zijn deze aspecten niet meegenomen in de kosteninschatting. De voorbezinker en bufferende pompput zullen uit meerdere betonnen tanks (20m3 per stuk) bestaan die in serie geschakeld zijn. Periodiek zal er slib uit de voorbezinkers moeten worden afgevoerd (17,4kgDS/dag, 6,4tonDS/jaar). Dit kan in de slibgistingsinstallatie van RWZI Nieuwegein verwerkt worden. De Phytoparking is een systeem dat ontwikkeld is door Rietland Bvba, een leverancier van natuurlijke waterzuiveringssystemen in België en Nederland. Een recente ontwikkeling is de uitrusting van helofytenfilters met Forced Bed Aeration (FBA) technologie.
Beknopt gezegd houdt dit in dat de helofytenfilters actief belucht worden, waardoor de zuiveringsprocessen sneller verlopen en het benodigde oppervlak van het helofytenfilter met circa 75% afneemt terwijl de zuiveringsrendementen gelijk blijven. Op de Phytoparking groeit geen riet maar gras. Dit gras is geplant in kunststof tegels waardoor de Phytoparking als parkeerplaats kan dienen, en er een stapeling van functies is (Figuur 5‐2).
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
20
Het benodigde totale oppervlak van de Phytoparking zelf is circa 1.100m2.36 De totale hoogte van het systeem is 1,5m waarbij de bovenkant gelijk is aan het maaiveld. Het waterniveau in het systeem is circa 1m vanaf de onderkant bekeken, oftewel 0,5m onder maaiveld.
Figuur 5‐2. Phytoparking aangelegd in Heesch (bron: Rietland)
De Phytoparking is vanaf de onderkant bezien opgebouwd uit een 1,25m laag Argex geëxpandeerde kleikorrels (8‐16 rond), een 0,15m funderingslaag en een 0,1m legbed met grastegels. Een fosfaatbindend medium wordt aan de Argex‐laag toegevoegd. De toplaag van een Phytoparking is dus versterkt waardoor deze als parkeerplaats kan worden gebruikt (verkeersbelasting B125), dit zorgt voor efficiënt gebruik van de openbare ruimte. Het gras op de Phytoparking geeft het een groen en natuurlijk imago, wat goed past binnen de groene stad die City West voor ogen heeft. De Phytoparking kan ook modulair, verspreid in City West, aangelegd worden. In dat geval zal het totaal benodigde oppervlak nog steeds 1.100m2 zijn, maar zijn de individuele velden kleiner. Als de Phytoparking niet wordt aangelegd als parkeerplaats, met gras, kan er ook riet of andere waterplanten op groeien. Het ontwerp wordt dan anders, het oppervlak blijft gelijk. In dit geval heet het systeem Phytoair. 5.2.6
RWZI Nieuwegein
Het zwartwater zal onder vrijverval naar RWZI Nieuwegein getransporteerd worden. Hier kan het gezuiverd worden, net zoals het gemengd huishoudelijk afvalwater van Afvalwaterscenario Conventioneel (Hoofdstuk 4.2.4). De inwoners van City West zullen hier wel een zuiveringsheffing voor moeten betalen. Deze zuiveringsheffing kan verlaagd worden omdat er een lagere vuillast door de RWZI wordt gezuiverd dan in het conventionele afvalwaterscenario.
5.3
Circulariteit
5.3.1
Water
In dit afvalwaterscenario zal er circa 181m3/dag aan gezuiverd water in de wijk beschikbaar komen. Dit is bijna 70% van het afvalwater.
36 Ter vergelijking, het oppervlak van een conventioneel verticaal doorstroomd helofytenfilter is
circa 4.000‐4.500m2. LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
21
De Phytoparking wordt nu op verschillende plekken in Nederland getest. Op basis van resultaten van eerdere testen en opgaaf leverancier wordt verwacht dat aan de grenswaarden voor lozing voldaan kan worden (Tabel 5‐1). Hierbij wordt opgemerkt dat de grootste uitdaging de verwijdering van stikstof zal zijn. Tabel 5‐1. Effluentconcentraties van twee Phytoair systemen van Rietland. Deze zijn vergelijkbaar in opbouw als een Phytoparking, maar zonder funderingslaag en parkeerplaats. Opgaaf van Rietland. Opgemerkt wordt dat beide systemen huishoudelijk afvalwater zuiveren (met meer stikstof en fosfaat), en niet grijswater. den Scherpenberg
van Aert
BZV
mg/liter
<1
1
CZV
mg/liter
14,0
19
Zwevend stof
mg/liter
<4
6,7
Totaal stikstof
mg N/liter
10,0
17,0
Totaal fosfaat
mg P/liter
1,4
1,7
Het zwartwater gezuiverd door de RWZI (81m3/dag) wordt geloosd op de Lek. 5.3.2
Nutriënten
In het Afvalwaterscenario Phytoparking worden geen nutriënten herwonnen. HDSR overweegt wel om RWZI Nieuwegein in de toekomst om te bouwen naar een Energie‐ en Grondstoffen Fabriek (E&GF). In dat geval is het mogelijk dat er in de toekomst naast biogas ook andere grondstoffen worden herwonnen, zoals nutriënten (struviet) en cellulose. 5.3.3
Energie
In het afvalwaterscenario Phytoparking wordt circa 50% van de energie uit het douchewater herwonnen. Dit komt neer op een jaarlijkse besparing van circa €100 tot €150 per huishouden. Dit is wel sterk afhankelijk van het leidingontwerp, grootte van het huishouden en hoelang er wordt gedoucht. Het overige grijswater in het gemeentelijk rioolstelsel bevat ook warmte. Dit kan met behulp van een warmtewisselaar worden teruggewonnen (riothermie). De totale theoretische energiepotentie van het grijswater, na warmteterugwinning door de douche‐WTW’s en op de perceelgrenzen van de gebouwen in afvalwaterscenario Phytoparking, is circa 9,3GJ/d. Dit is 41% van de energievraag van City West. Hierbij is ervanuit gegaan dat het grijswater tot 12°C afgekoeld kan worden. De exacte hoeveelheid energie die teruggewonnen kan worden zal ook afhangen van de afstand tot en het rendement van de warmtewisselaar. Als wordt uitgegaan van afkoeling van het afvalwater in het riool tot 21°C, zal de warmtepotentie 6,8GJ/d zijn. Dit is 31% van de warmtevraag van City West.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
22
Op het moment van schrijven is er een slibgistingsinstallatie aanwezig op RWZI Nieuwegein. Van het slib dat geproduceerd wordt tijdens de zuivering van het zwartwater, en grijswaterslib van de voorbezinker, wordt biogas geproduceerd en vervolgens omgezet in elektriciteit en warmte. Deze groene stroom wordt gebruikt om het afvalwater op de RWZI te zuiveren.
5.4
Kosten en baten
Tabel 5‐2 toont de geraamde kosten voor het Afvalwaterscenario Phytoparking. Voor een overzicht van de gevolgde aanpak en gebruikte kentallen verwijzen we naar Hoofdstukken 2 en 3. Tabel 5‐2. Kostenraming afvalwaterscenario Phytoparking. Bedragen exclusief btw. Investering in €, jaarlijkse kosten in €/jaar. Gebruikte uitgangspunten en kentallen staan vermeld in Tabel 3‐1. Voor toelichting zie tekst. Investering (€) Kosten sanitair en riolering inpandig
2.440.000
Toeslagen
1.020.000
Totaal kosten woningen
3.460.000
Jaarlijkse kosten (€/j) Totaal
Afschrijving
Exploitatie
0
0
0
‐188.000
0
‐188.000
1.050.000
24.000
21.000
3.000
440.000
10.000
9.000
1.000
1.490.000
34.000
30.000
4.000
Zuivering
250.000
49.000
12.000
37.000
Toeslagen*
100.000
11.000
6.000
5.000
Totaal zuivering
350.000
60.000
18.000
42.000
Baten Riolering uitpandig Toeslagen Totaal riolering uitpandig
Totaal exclusief toeslagen
3.740.000
73.000
33.000
40.000
Totaal inclusief toeslagen
5.300.000
94.000
48.000
46.000
‐94.000
48.000
‐142.000
Totaal inclusief baten
* Toeslagen zijn alleen berekend over de jaarlijkse kosten van de Phytoparking, niet over de exploitatiekosten van het zuiveren van het zwartwater op de RWZI. Dit is namelijk gebaseerd op de zuiveringsheffing.
De kosten voor sanitair en riolering inpandig bevatten investeringen voor een conventioneel spoeltoilet, douche‐WTW, twee inpandige vrijvervalrioolstelsels en erfaansluitingen voor de drie rioolstelsels. Riolering uitpanding omvat twee DWA‐stelsels (grijswater en zwartwater) en één HWA‐stelsel. Zuiveringskosten zijn de meerkosten die voortkomen uit het zuiveren van het zwartwater van 2.250 ie op RWZI Nieuwegein, en de kosten voor de Phytoparking. De exploitatiekosten van het rioolstelsel, voor onderhoud en inspectie, zijn gebaseerd op de opgaaf van Gemeente Nieuwegein (€2/woning voor een DWA‐ en HWA‐stelsel). Voor dit scenario zijn die rioolstelsels voorzien. De exploitatiekosten voor het gemeentelijke rioolstelsel komen in dit scenario uit op €3/woning. LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
23
De jaarlijkse kosten voor de zuivering omvatten het zuiveren van zwartwater op RWZI Nieuwegein (enkel exploitatiekosten omdat er hiervoor geen extra investeringen nodig zijn). Hier is dus alleen een toename in de exploitatiekosten voorzien. De jaarlijkse kosten voor de Phytoparking bevatting kosten voor afschrijving, onderhoud, elektriciteit en slibafvoer en ‐verwerking (€10.000). De opgenomen baten komen ten goede aan de bewoners. Dit is een besparing op kosten voor het verwarmen van douchewater. De douche‐WTW levert de bewoners een besparing aan energiekosten op van ongeveer €100‐150 per jaar. De kosten voor aanleg van de douche‐WTW zijn, via de projectontwikkelaar, toe te schrijven aan de toekomstige eigenaren van de appartementen. De terugverdientijd van de investering, zonder btw, is 6 tot 9 jaar. Hierbij is 20% onvoorzien en 41,7% toeslagen bij de investeringskosten opgeteld. Als de Phytoparking ook wordt gebruikt als parkeerplaats, zal dit een besparing van circa €30/m2 opleveren (totaal €33.000) op de investeringen die anders nodig zouden zijn voor aanleg van de parkeerplaats.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
24
6.
Afvalwaterscenario 3: Hydraloop
6.1
Algemeen
In het afvalwaterscenario Hydraloop wordt het afvalwater in de appartementen gescheiden ingezameld in drie stromen: douchewater, overig grijswater en zwartwater. Het douchewater wordt, na een zuiveringsstap, gebruikt voor toiletspoeling. Het overige grijswater wordt met een vrijvervalriool ingezameld en getransporteerd naar een Phytoparking. Hier wordt het lokaal gezuiverd, waarna het met het hemelwater geïnfiltreerd wordt. Het zwartwater wordt via een apart vrijverval rioolstelsel naar RWZI Nieuwegein getransporteerd voor verwerking (Figuur 6‐1).
Water voor toiletspoeling
Grijswater van douche (vrijvervalriool)
Hydraloop (in gebouw)
Effluent
Water (lokaal)
Grijswater van keuken, wasmachine, wasbakken (vrijvervalriool)
Phytoparking Slib
Biogas uit slibgisting
Slib (naar verwerker)
RWZI Nieuwegein Zwartwater (vrijvervalriool)
Water (in Lek)
Figuur 6‐1. Schematisch overzicht van afvalwaterscenario Hydraloop (ambitieniveau beter).
Door terugwinning van warmte uit het douchewater en gebruik van het douchewater voor toiletspoeling, worden de water‐ en energievragen van City West verlaagd. Het gezuiverde grijswater wordt lokaal geloosd en draagt zo bij aan de groen‐blauwe infrastructuur die onderdeel is van de klimaat‐adaptieve maatregelen. Het zwartwater, met daarin de nutriënten en chemische energie, wordt op de RWZI behandeld. Het gezuiverde zwartwater wordt op de Lek geloosd, en het geproduceerde biogas op de RWZI zelf gebruikt. Dit scheiden van afvalwaterstromen aan de bron is niet conventioneel. Wel worden er technologieën ingezet die conventioneel zijn, die op verschillende locaties in Nederland worden getest, of op verschillende locaties worden toegepast. Een deel van de grondstoffen wordt teruggewonnen, maar nog niet allemaal. Een aantal van de maatregelen is in dit scenario ook op woning‐ of gebouwniveau, wat nog niet vaak voorkómt. Dit afvalwaterscenario heeft het ambitieniveau ‘Beter’.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
25
6.2
Technologische uitwerking
6.2.1
Sanitair en inpandig rioolstelsel
Het afvalwater in dit afvalwaterscenario wordt met conventioneel sanitair ingezameld en inpandig onder vrijverval getransporteerd. Hierbij worden douchewater, het overige grijswater en het zwartwater gescheiden gehouden. Net als bij afvalwaterscenario Phytoparking, is hier een belangrijk aandachtspunt dat tijdens ontwerp en aanleg wordt voorkomen dat de drie rioolstelsels met elkaar worden verbonden, of dat er andere verkeerde aansluitingen gemaakt worden. Een eerder toegepaste oplossing hiervoor is het gebruik van verschillende diameters riolering binnen de appartementen, bv. 110mm voor toiletten (zwartwater), en 50mm voor grijswater. Laatstgenoemde diameter zal ook sterk afhangen van het ontwerp van het appartement. Ook kunnen verschillende kleuren of typen rioolbuis gebruikt worden. Het douchewater wordt per gebouw met een Hydraloop Cascade gezuiverd, waarna dit gebruikt wordt voor toiletspoeling. Het overige grijswater, met effluent van de Hydraloop Cascade, en het zwartwater worden in twee aparte DWA‐stelsels (grijswaterriool en zwartwaterriool) naar de zuiveringen getransporteerd. Op basis van de kentallen is berekend dat de grijswaterstroom circa 105m3/dag is, en de zwartwaterstroom 81m3/d. 6.2.2
Douche‐WTW
Net als in afvalwaterscenario Phytoparking, zijn in dit scenario douche‐WTW’s voorzien om de warmte uit het douchewater terug te winnen. Voor een verdere beschrijving wordt verwezen naar Hoofdstuk 5.2.2. Nadat circa 50% van de warmte uit het douchewater is onttrokken stroomt dit verder in het inpandig douchewaterriool naar de Hydraloop Cascade. 6.2.3
Hydraloop
Om het gebruik van drinkwater te verminderen wordt het douchewater gezuiverd met een Hydraloop, waarna het gebruikt wordt voor toiletspoeling. De Hydraloop is een recent ontwikkelde technologie. Het is een compacte zuiveringsinstallatie, die op woning‐ of gebouwniveau geïnstalleerd kan worden. Aangezien er in City West veel appartementen zijn voorzien, met beperkte leefruimte, is er in de huidige QuickScan voor gekozen om de Hydraloop op gebouwniveau te installeren. Dit houdt in dat het douchewater op 1 plek in het gebouw, door meerdere aaneengeschakelde Hydraloops (de Hydraloop Cascade) gezuiverd wordt (Figuur 6‐2). Hierna zal het effluent via een verdeelleiding naar de toiletten gepompt worden. LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
26
Het douchewater wordt in een Hydraloop batchgewijs gezuiverd in verschillende stadia. Na bezinking en flotatie (Dissolved Air Flotation, DAF) wordt het douchewater verder gezuiverd in een aerobe slib op drager reactor (Moving Bed Bioreactor, MBBR). Het effluent wordt met UV gedesinfecteerd, waarna het in een opslagtank wordt bewaard voor gebruik. Het water in deze Figuur 6‐2. Voorbeeld van een Hydraloop Cascade in tank wordt elke 4 uur weer langs een gebouw (bron: Hydraloop). de UV‐lamp gepompt voor desinfectie. De Hydraloop heeft een ingebouwde schoonmaakfunctie en daardoor zijn de onderhoudsbeurten beperkt. Ook is het mogelijk om de werking op afstand uit te lezen, en Hydraloop is bezig om een app te ontwikkelen waarin de watervraag en waterbeschikbaarheid optimaal op elkaar afgestemd worden. Tijdens schoonmaakcycli, die automatisch plaatsvinden, wordt het systeem gespoeld met leidingwater (ongeveer 5l/unit/week). Dit leidingwater wordt, samen met het bezonken materiaal, afgevangen drijflaag en schuim, losgeslagen biofilm van de MBBR en overtollig douchewater, op het grijswaterriool geloosd. Op basis van de douchewaterhoeveelheid in City West is berekend dat er 59 units nodig zijn. Dit zal een oppervlakte van 16m2 innemen. Hydraloop units zijn 1,87m hoog, en er is dus geen aanpassing nodig van de hoogte van de ruimte zelf.
Daarnaast is er nog ruimte nodig voor leidingen en om toegang te houden tot de hydraloops. In totaal wordt ingeschat dat er ongeveer 25m2 nodig is. 6.2.4
Transport van grijs‐ en zwartwater (DWA‐stelsels)
Het huishoudelijk afvalwater uit de gebouwen stroomt door twee DWA‐stelsels naar de zuiveringen, een grijswater‐ en zwartwaterriool. Voor dit afvalwaterscenario zijn deze identiek aan de DWA‐stelsels in afvalwaterscenario Phytoparking. Elk stelsel heeft een lengte van circa 1 km. Voor verdere uitleg verwijzen we naar Hoofdstuk 5.2.3. Het grijswater zal lokaal met een Phytoparking worden gezuiverd. Gezien het verloop van het voorziene grijswaterrioolstelsel is de meest voor de hand liggende plek ook het noordnoordoosten van City West, maar meerdere kleinere Phytoparkings op verschillende locaties zijn ook mogelijk. Het zwartwater wordt afgevoerd naar RWZI Nieuwegein.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
27
6.2.5
Hemelwaterafvoer (HWA‐stelsel)
Het HWA‐stelsel in dit afvalwaterscenario is gelijk aan het HWA‐stelsel in afvalwaterscenario’s Conventioneel en Phytoparking. Dit is beschreven in Hoofdstuk 4.2.3. 6.2.6
Phytoparking
Het grijswater (105m3/dag) stroomt via een voorbezinker (50m3) in een bufferende pompput (105m3). Vanuit de pompput wordt het water op de Phytoparking gepompt, waar de zuivering plaatsvindt. Hoewel er minder grijswater gezuiverd hoeft te worden, is door het bijmengen van het effluent van de Hydraloop Cascade de vuillast niet significant minder. De Phytoparking zal dus hetzelfde oppervlak van circa 1.100m2 behoeven37. Het ontwerp van de voorbezinker, pompput en Phytoparking is verder gelijk aan de beschrijving in Hoofdstuk 5.2.5. Ook de hoeveelheid geproduceerd slib in de voorbezinkers zal in dezelfde orde van grootte liggen (17,4kgDS/dag, 6,4tonDS/jaar). 6.2.7
RWZI Nieuwegein
Het zwartwater zal net als het gemengd huishoudelijk afvalwater van afvalwaterscenario Phytoparking onder vrijverval naar RWZI Nieuwegein getransporteerd worden (Hoofdstuk 5.2.6). De inwoners van City West zullen hier wel een zuiveringsheffing voor moeten betalen. Deze zuiveringsheffing kan verlaagd worden omdat er, net als bij het afvalwaterscenario Phytoparking, in een lagere vuillast door de RWZI wordt gezuiverd dan in het conventionele afvalwaterscenario.
6.3
Circulariteit
6.3.1
Water
Door het effluent van de Hydraloop Cascade te gebruiken voor toiletspoeling wordt er circa 76m3/dag aan drinkwater bespaard (30%). Dit is terug te zien in een kleinere grijswaterstroom (105m3/dag). De hoeveelheid zwartwater geproduceerd in City West neemt niet af (81m3/d), omdat de watervraag van de toiletten zelf niet wordt verkleind. Hier wordt enkel een andere bron voor gebruikt. In dit afvalwaterscenario zal er circa 105m3/dag aan gezuiverd water in de wijk beschikbaar komen. Dit is ruim 56% van het afvalwater in dit scenario, en 40% van de totale afvalwaterstroom in de conventionele situatie.
37 Ter vergelijking, het oppervlak van een conventioneel verticaal doorstroomd helofytenfilter is
circa 4.000‐4.500m2. LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
28
Op basis van resultaten van eerdere testen met de Phytoparking en opgaaf leverancier wordt verwacht dat aan de grenswaarden voor lozing voldaan kan worden (Tabel 5‐1). Het zwartwater gezuiverd door de RWZI (81m3/dag) wordt geloosd op de Lek. 6.3.2
Nutriënten
In het afvalwaterscenario Hydraloop worden geen nutriënten herwonnen. HDSR overweegt wel om RWZI Nieuwegein in de toekomst om te bouwen naar een Energie‐ en Grondstoffen Fabriek (E&GF). In dat geval is het mogelijk dat er in de toekomst naast biogas ook andere grondstoffen worden herwonnen, zoals nutriënten (struviet) en cellulose. 6.3.3
Energie
In het afvalwaterscenario Hydraloop wordt circa 50% van de energie in het douchewater herwonnen. Dit komt neer op een jaarlijkse besparing van circa €100 tot €150 per huishouden. Dit is wel sterk afhankelijk van het leidingontwerp, grootte van het huishouden en hoelang er wordt gedoucht. De Hydraloop cascade heeft een verwachtte elektriciteitsvraag van 11.800kWh/jaar voor City West. De kosten hiervoor zullen via de servicekosten van het gebouw aan de bewoners worden doorbelast. Het grijswater in het gemeentelijk rioolstelsel bevat ook warmte. Dit kan met behulp van een warmtewisselaar worden teruggewonnen (riothermie). De totale theoretische energiepotentie van het grijswater, op de perceelgrenzen van de gebouwen in afvalwaterscenario Hydraloop, is circa 6,3GJ/d. Dit is 29% van de energievraag van City West. Hierbij is ervanuit gegaan dat het afvalwater tot 12°C afgekoeld kan worden. De exacte hoeveelheid energie die teruggewonnen kan worden zal ook afhangen van de afstand tot en het rendement van de warmtewisselaar. Als wordt uitgegaan van afkoeling van het afvalwater in het riool tot 21°C, zal de warmtepotentie 4,0GJ/d zijn. Dit is 18% van het warmtetekort van City West. Op het moment van schrijven is er een slibgistingsinstallatie aanwezig op RWZI Nieuwegein.
Uit het zwartwater, en grijswaterslib van de voorbezinker, wordt biogas geproduceerd en vervolgens omgezet in elektriciteit. Deze groene stroom wordt gebruikt om het afvalwater op de RWZI te zuiveren.
6.4
Kosten en baten
De geraamde kosten voor afvalwaterscenario Hydraloop zijn weergegeven in Tabel 6‐1. Voor een overzicht van de gevolgde aanpak en gebruikte kentallen verwijzen we naar Hoofdstukken 2 en 3.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
29
Tabel 6‐1. Kostenraming afvalwaterscenario Hydraloop. Bedragen exclusief btw, behalve baten voor bewoners. Investering in €, jaarlijkse kosten in €/jaar. Gebruikte uitgangspunten en kentallen staan vermeld in Tabel 3‐1. Voor toelichting zie tekst.
Kosten sanitair en riolering inpandig
Jaarlijkse kosten (€/j)
Investering (€)
Totaal
3.690.000
3.000
Afschrijving
Exploitatie 3.000
Toeslagen
1.540.000
1.000
Totaal kosten woningen
5.230.000
4.000
0
4.000
Baten bewoners
‐235.000
0
‐235.000
Totaal kosten en baten bewoners
‐231.000
0
‐231.000
1.050.000
24.000
21.000
3.000
440.000
10.000
9.000
1.000
1.490.000
34.000
30.000
4.000
Zuivering
250.000
49.000
12.000
37.000
Toeslagen*
100.000
11.000
6.000
5.000
Totaal zuivering
350.000
60.000
18.000
42.000
Riolering uitpandig Toeslagen Totaal riolering uitpandig
1.000
Totaal exclusief toeslagen
4.990.000
76.000
33.000
43.000
Totaal inclusief toeslagen
7.070.000
98.000
48.000
50.000
‐137.000
48.000
‐185.000
Totaal inclusief baten
* Toeslagen zijn alleen berekend over de jaarlijkse kosten van de Phytoparking, niet over de exploitatiekosten van het zuiveren van het zwartwater op de RWZI. Dit is namelijk gebaseerd op de zuiveringsheffing.
De kosten voor sanitair en riolering inpandig bevatten investeringen voor een conventioneel spoeltoilet, douche‐WTW, de Hydraloop Cascade, drie inpandige vrijvervalrioolstelsels (leidingwerk voor de Hydraloop, toiletspoelwater en het overige grijswater) en erfaansluitingen voor drie rioolstelsels. Riolering uitpanding omvat twee DWA‐stelsels (grijswater en zwartwater) en één HWA‐ stelsel. Zuiveringskosten zijn de meerkosten die voortkomen uit het zuiveren van het zwartwater van 2.250 ie op RWZI Nieuwegein, en de kosten voor de Phytoparking. De exploitatiekosten van het rioolstelsel zijn gebaseerd op de opgaaf van Gemeente Nieuwegein (€2/woning voor een DWA‐ en HWA‐stelsel). Voor dit scenario zijn die rioolstelsels voorzien. De exploitatiekosten voor het gemeentelijke rioolstelsel komen in dit scenario uit op €3/woning. De jaarlijkse kosten voor de zuivering omvatten het zuiveren van zwartwater op RWZI Nieuwegein (enkel exploitatiekosten omdat er hiervoor geen extra investeringen nodig zijn). Hier is dus alleen een toename in de exploitatiekosten voorzien. De jaarlijkse kosten voor de Phytoparking bestaan uit kosten voor afschrijving, onderhoud, elektriciteit en slibafvoer en verwerking (€10.000). De opgenomen baten komen ten goede aan de bewoners.
Dit is een besparing op kosten voor het verwarmen van douchewater (terugverdientijd van de LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
30
douche‐WTW is 6 tot 9 jaar, zie ook hoofdstuk 5.4) en vermindering van waterverbruik voor toiletspoeling door de Hydraloop Cascade. De Hydraloop levert de bewoners een besparing aan waterkosten op van ongeveer €38 per jaar. De kosten voor aanleg van de Hydraloop zijn aan de toekomstige eigenaren van de appartementen toe te rekenen. De terugverdientijd van de investering van alleen de Hydraloop, zonder btw, is ongeveer 19 jaar. Hierbij is 20% onvoorzien en 41,7% toeslagen bij de investeringskosten opgeteld, en zijn de kosten voor water‐ en stroomverbruik meegenomen. Echter is er voor de Hydraloop ook een extra rioolstelsel nodig in het gebouw, en een extra leidingnetwerk om het gezuiverde water naar de toiletten te transporteren. Als de kosten hiervoor worden meegerekend komt de terugverdientijd op bijna 60 jaar. Het is belangrijk om hierbij op te merken dat de kosten voor de extra riolering en het leidingwerk voor de Hydraloop is berekend op basis van kentallen en aannames. Mogelijk dat deze kosten lager uitvallen als de ontwerpen bekend zijn. De terugverdientijd zal dan ook lager worden. Als de Phytoparking ook wordt gebruikt als parkeerplaats, zal dit een besparing van circa €30/m2 opleveren (totaal €33.000) op de investeringen die anders nodig zouden zijn voor aanleg van de parkeerplaats.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
31
7.
Afvalwaterscenario Lokaal Circulair
7.1
Algemeen
In het afvalwaterscenario Lokaal Circulair wordt het afvalwater in twee aparte stromen ingezameld en getransporteerd: zwart‐ en grijswater. Ook wordt het keukenafval (groente, fruit en etensresten‐ GFe‐afval) in hetzelfde systeem ingezameld. Het grijswaterrioolstelsel is vrijverval, het zwartwater en GFe‐afval worden met een vacuümriool getransporteerd. Alle reststromen worden lokaal behandeld, met het doel om grondstoffen zo efficiënt mogelijk terug te winnen (Figuur 7‐1).
Biogas
GFe (vacuümriool)
Slib (naar RWZI)
Zwartwater (vacuümriool)
Struviet
UASB‐ST
Oland
Struviet‐ reactor
Effluent struvietreactor Concentraat Slib
B‐systeem
Nanofiltratie
Grijswater (vrijvervalriool)
Warmte‐ terugwinning
Water (Lokaal)
Warmte
Figuur 7‐1 Schematisch overzicht van afvalwaterscenario Lokaal Circulair (ambitieniveau best).
In dit scenario worden de meeste grondstoffen herwonnen. Warmte uit douchewater wordt gebruikt om het douchewater zelf weer op te warmen, en water, organische stof en nutriënten uit het afvalwater en GFe‐afval worden lokaal herwonnen in de vorm van schoon water, biogas (wordt gebruikt voor de zuivering van het afvalwater) en struviet (een meststof). Daarnaast wordt de watervraag verlaagd door gebruik van vacuümtoiletten, en wordt de restwarmte van het gezuiverde afvalwater herwonnen. Het gezuiverde afvalwater wordt lokaal geloosd en draagt zo bij aan de groen‐blauwe infrastructuur die onderdeel is van de klimaat‐adaptieve maatregelen. Het gescheiden inzamelen van deze afvalwaterstromen, met het GFe‐afval, is niet conventioneel. Ook het lokaal behandelen van deze reststromen, de terugwinning van grondstoffen hieruit, en het lokaal lozen en/of hergebruiken van water is ambitieus. Dit scenario gaat uit van het hergebruik van water en grondstoffen op lokaal niveau en heeft het hoogste ambitieniveau ‘Best’.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
32
7.2
Technologische uitwerking
7.2.1
Sanitair en inpandig rioolstelsel
Het grijswater wordt met conventioneel sanitair ingezameld, en stroomt via een inpandig grijswatervrijvervalrioolstelsel naar het gemeentelijk grijswaterriool. Het toiletwater wordt in dit scenario met vacuümtoiletten ingezameld, en in een vacuümriool getransporteerd. Ook het ingezamelde GFe wordt met het vacuümriool afgevoerd naar de zuivering. Op basis van de kentallen is berekend dat de zwartwaterstroom circa 18,5m3/dag is, en de GFe stroom 2,5m3/dag. De grijswaterstroom is circa 181m3/dag. 7.2.2
Douche‐WTW
Net als in afvalwaterscenario’s Phytoparking en Hydraloop zijn in dit scenario douche‐WTW’s voorzien om de warmte uit het douchewater terug te winnen. Voor een verdere beschrijving verwijzen we naar Hoofdstuk 5.2.2. Nadat een circa 50% van de warmte uit het douchewater is onttrokken stroomt dit verder in het inpandig grijswaterriool naar het gemeentelijk grijswaterrioolstelsel. 7.2.3
Vacuümtoiletten
Bij een vacuümsysteem wordt lucht in plaats van water gebruikt als transportmedium. In het leidingstelsel wordt 0,5‐0,6 bar onderdruk in stand gehouden (feitelijk geen vacuüm) door een vacuümpomp die, in het geval van City West, aan het eind van het vacuümrioolstelsel is geïnstalleerd. Door het openen van een klep in het vacuümtoilet tijdens de spoeling wordt het toilet leeggezogen. Hierbij wordt een geringe hoeveelheid spoelwater verbruikt, circa 1 liter. Daarnaast wordt lucht ingezogen. Er is geen elektrische aansluiting nodig. Figuur 7‐2. Vacuümtoilet Er zijn verschillende typen vacuümtoiletten op de (foto: LeAF). markt. Sommige modellen lijken qua uiterlijk precies op een conventioneel toilet, met een rand waaronder het spoelwater vandaan komt. Anderen maken gebruik van een sproeier, waardoor er geen rand meer in het toilet aanwezig is (rimless). Het assortiment is minder uitgebreid dan bij conventionele toiletten. Door het inzuigen van lucht maken vacuümtoiletten tijdens de spoeling wat meer en een ander geluid dan conventionele toiletten. Echter is het volume hiervan in de nieuwste generatie vacuümtoiletten niet vergelijkbaar met dat van een vacuümtoilet in het vliegtuig, wat vaak een referentiepunt is voor veel mensen. Een aantal van de nieuwe vacuümtoiletten produceren nauwelijks
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
33
meer geluid dan een conventioneel spoeltoilet, maar dit is wel sterk afhankelijk van het type toilet en of er met de deksel dicht wordt doorgespoeld38. 7.2.4
Voedselrestenvermalers
Voedselrestenvermalers kunnen worden toegepast in combinatie met een vacuümsysteem voor zwartwater, dit wordt al toegepast in de praktijk. Een groot deel van het groente en fruitafval en overige voedselresten uit de keuken (GFe) kunnen in de voedselrestenvermaler worden verwerkt. In de keuken worden een grote en een kleine spoelbak (anderhalve spoelbak) geplaatst. De vermaler bevindt zich onder de kleine spoelbak. De aansluiting op de vacuümleiding gebeurt, net als bij het vacuümtoilet, met een pneumatische klep. De voedselrestenvermaler zelf heeft wel stroom nodig om te werken (circa 13 kWh/huishouden/jaar). In het aanrechtblad of de achterwand komt een drukknop waarmee de voedselrestenvermaler wordt geactiveerd. De klep wordt vervolgens geopend en het vermalen GFe‐afval de leiding in gezogen. De kraan zal ook een bepaalde hoeveelheid water afgeven om de spoelbak en vermaler mee te spoelen. Doordat het vermalen GFe‐afval actief wordt weggezogen en niet onder vrij verval door de leiding stroomt, en dit in kleine deeltjes is vermalen, is verstopping door het in de leiding achterblijven van deeltjes niet aan de orde. Het waterverbruik voor een voedselrestenvermaler aangesloten op een vacuümsysteem, voor het aantal bewoners en appartementen van City West, bedraagt circa 0,5 tot 1 liter per persoon per dag. De voedselrestenvermaler en klep worden door een PLC aangestuurd.
Dit geheel (vermaler, besturingskast en vacuüm afvoerkast) zal in het keukenkastje onder de spoelbak geïnstalleerd worden. 7.2.5
Inpandig vacuümriool (zwartwater en GFe)
Vacuümleidingen hoeven in tegenstelling tot vrijverval leidingen niet met een bepaald afschot aangelegd te worden. De leidingdiameter inpandig bedraagt in het appartement 50mm. Afhankelijk van het aantal aangesloten toiletten zal het vacuümriool in de leidingschacht een diameter van 50mm, 63mm of 75mm hebben. Vanwege de flexibiliteit en de relatief kleine leidingdiameters is het niet meer noodzakelijk om het toilet dichtbij een hoofdleiding te situeren, zoals bij conventionele riolering normaal wel het wenselijk is. Bij het ontwerp van het inpandig leidingwerk moet er wel rekening worden gehouden met geluidsisolatie. Hoewel het geluid van vacuümtoiletten zelf vergelijkbaar is met spoeltoiletten, produceren vacuümtoiletten meer contact‐ of constructiegeluid. Door het contactgeluid verplaatst het geluid zich beter naar naastgelegen ruimtes, waardoor het doorspoelen met een vacuümtoilet, ook met de klep dicht, hoorbaarder is dan een conventioneel toilet. Dit is vooral in hoogbouw een aandachtspunt. 38 Akoestisch onderzoek vacuümtoiletten. STOWA 2020‐11.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
34
Contactgeluid kan o.a. verminderd worden door hier rekening mee te houden bij het beugelen van de vacuümrioolleidingen, geluidsisolatie in de leidingschacht aan te brengen, en de toiletruimte zo te situeren dat deze niet grenst aan het naastgelegen appartement. Op dit moment wordt er in Amsterdam praktijkervaring opgedaan met de akoestiek van vacuümtoiletten in hoogbouw. 7.2.6
Transport van grijs‐ en zwartwater (DWA‐stelsels)
Het grijswater uit de gebouwen stroomt door twee aparte en verschillende rioolstelsels naar de zuivering; een grijswater‐ en zwartwaterriool. Het grijswaterriool is vrijverval, het zwartwaterriool is een vacuümstelsel. De ligging van deze stelsels is gelijk aan de andere scenario’s, aangezien het grijswaterrioolstelsel vrijverval is (Figuur 4‐2). Het laagste punt in dit stelsel zal het noordnoordoosten van de wijk zijn, en dit is, vanuit dit oogpunt bezien, de meest logische plaats voor de zuivering. Elk stelsel heeft een lengte van circa 1 km. 7.2.6.1 Grijswaterrioolstelsel (vrijverval) Voor verdere uitleg over het grijswaterrioolstelsel verwijzen we naar Hoofdstuk 5.2.3. Net als in de andere afvalwaterscenario’s wordt hier een 315mm PVC rioolbuis voorzien, zonder gemaal. Het grijswater zal lokaal met een technologisch systeem (actief slib) worden gezuiverd. 7.2.6.2 Zwartwaterrioolstelsel (vacuüm) Vacuümriolering voor transport van afvalwater wordt wereldwijd al meerdere decennia toegepast. De leidingwand is dikker dan bij conventioneel riool in verband met de onderdruk. Het materiaal is PVC of HDPE. Er zitten verschillende afsluiters in het systeem; in het stelsel per groep van 15 woningen en op de plek van de erfaansluiting, per gebouw. Deze afsluiters, met inspectiepunten, zijn handmatig of pneumatisch te bedienen.
Door het sluiten van de afsluiters zijn eventuele lekkages op te sporen en kunnen delen (woning, straat of streng) van het stelsel worden afgesloten tijdens reparaties. Ook kan een deel van de leiding tijdelijk gebypassed worden mocht het nodig zijn. Tevens kan een kolkzuiger op een deel van het systeem worden aangesloten om zo de onderdruk in het systeem te garanderen. Dit kan het geval zijn als er een storing op treedt, in geval van onderhoud, of bij renovatiewerkzaamheden. De leidingdiameter van vacuümriolering uitpandig is doorgaans 90‐125 mm. Er is een redelijke vrijheid in leidingverloop, aangezien de leidingen over de gehele lengte niet onder afschot hoeven te lopen. Beperkt transport omhoog is zelfs mogelijk.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
35
Het vacuümstation houdt het systeem op de gewenste onderdruk. Voor afvalwaterscenario Lokaal Circulair in City West bestaat dit station uit één vacuümpompunit en één vacuümtank (~5m3) die hiermee op onderdruk wordt gehouden. In de vacuümtoiletten wordt lucht en water gezogen. Dit wordt naar de vacuümtank getransporteerd. Vanaf hier wordt het water weggepompt en verlaat de lucht via de vacuümpomp het systeem. Om stankoverlast voor omwonenden te voorkomen wordt deze lucht met een carbonfilter behandeld. Bij uitval van elektrische voeding blijft de onderdruk in het systeem bestaan. Deze zal wel, door het spoelen van toiletten, naarmate de uitval langer duurt steeds verder afnemen. Kortdurende stroomonderbrekingen hebben dus geen negatief effect op het functioneren van het systeem. De vacuümpompunit wordt met een dubbel pompsysteem (duty/standby) uitgerust (totaal 3‐4 vacuümpompen), zodat bij uitval van de ene vacuümpomp de andere het werk kan overnemen. Ook de perspompunit die het ingezamelde afvalwater wegpompt naar de vergister wordt op deze manier uitgevoerd. Totaal zijn er dus 4‐5 pompen aanwezig. Om bij lange stroomstoringen de afvoer van zwartwater te garanderen is een noodaggregaat te voorzien, en/of een aansluiting voor een kolkzuiger. Het ingezamelde zwartwater en GFe‐afval wordt met de perspompen naar de zwartwaterzuivering gepompt. 7.2.7
Hemelwaterafvoer (HWA‐stelsel)
Het HWA‐stelsel in dit afvalwaterscenario is gelijk aan het HWA‐stelsels in de andere 3 afvalwaterscenario’s. Dit is beschreven in Hoofdstuk 4.2.3. 7.2.8
Vergister: UASB
De toegepaste vergister voor afvalwaterscenario Lokaal Circulair is van het type UASB. De vergister zet organisch materiaal in het zwartwater en GFe‐afval voor het grootste deel om in biogas. Vast materiaal wordt ingevangen in het slibbed en deels afgebroken. Slechter afbreekbaar vast materiaal blijft achter als slib, en ook blijft er een restfractie CZV over in het effluent. De reactor wordt op een temperatuur van 35°C bedreven, en zal een totaalvolume van 77m3 hebben, verdeeld over 2 of 3 reactoren (afhankelijk van ontwerp, beschikbare ruimte en fasering van bouw). De hoogte van de reactor is 4 meter. Er is een additionele 2 meter werkruimte boven de reactor nodig voor leidingen en toegang tot het systeem (totaal benodigde hoogte >6m). Op basis van de zwartwater‐ en GFe‐afvalproductie wordt dagelijks circa 60m3 biogas geproduceerd, met een methaangehalte van circa 75%. Dit zal worden gebruikt om het zwartwater te verwarmen. Het ingaande zwartwater zal een gemiddelde temperatuur van 12°C hebben, terwijl de reactor op 35°C wordt bedreven. Hiervoor is circa 2,5GJ/d aan energie nodig, inclusief de warmteverliezen van de UASB zelf. Het biogas is voldoende om het zwartwater 10°C op te warmen. Er kan circa 8‐10°C teruggewonnen worden uit het effluent van de OLAND met een warmtewisselaar. Dit zal afhangen van de mate van LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
36
isolatie van de UASB en OLAND. De resterende warmtevraag kan worden aangevuld met een warmtepomp, warmte uit het WKO‐systeem, of warmte teruggewonnen uit het effluent van de grijswaterzuivering. Een vervolgstudie, met detailontwerp van de verschillende zuiveringstechnologieën, zal uitsluitsel over moeten geven over de kansen voor optimalisaties. 7.2.9
Stikstofverwijdering: OLAND
De in het zwartwater aanwezige stikstof wordt in de UASB vrijwel volledig omgezet naar ammonium. Het afvalwater zal niet voldoen aan de lozingseisen, en het is nog niet rendabel om stikstof zelf terug te winnen uit afvalwater. Om deze reden wordt de stikstof verwijderd. Dit zal met een OLAND‐reactor (Oxygen Limited Autotrophic Nitrification Denitrification) gedaan worden. Dit is een biologisch proces voor de verwijdering van ammonium uit afvalwater. Beknopt gezegd is een OLAND‐reactor een verzameling van schoepen die door een waterbad roteren. Op de schoepen groeien bacteriën die door het ronddraaien kort in het water worden ondergedompeld. Door gebruik van onder andere anammox bacteriën wordt de ammonium omgezet naar inert stikstofgas dat naar de lucht gaat. Lucht bestaat voor 80% uit stikstofgas. Het totaalvolume van de OLAND zal ongeveer 61m3 zijn. De hoogte kan worden aangepast zodat deze in een gebouw of kelder past. 7.2.10 Struvietreactor De meest gebruikte methode voor terugwinning van nutriënten uit zwartwater is precipitatie van de fosfor en een klein deel van de stikstof met magnesium (bijvoorbeeld magnesiumoxide of magnesiumchloride, wij gaan uit van laatstgenoemd). Daarnaast wordt natronloog gedoseerd om de pH te verhogen. Hierdoor vormt een kristal, struviet genaamd.
Struviet is een meststof die wettelijk gebruikt mag worden in de landbouw en wordt onder andere gebruikt als grondstof voor kunstmest. Struvietprecipitatie is een chemisch proces dat snel plaats kan vinden. De reactor in het afvalwaterscenario Lokaal Circulair is met een totaal volume van 0,3m3 dus een relatief klein onderdeel van het gehele systeem. Bovenop de reactor bevindt zich een doseerpomp waarmee de magnesiumoxide (3 kg/d) wordt gedoseerd. Ervan uitgaande dat het effluent alleen fosfor in fosfaatvorm bevat en dat circa 95% van de fosfaat geprecipiteerd kan worden als struviet betekent dit dat er per dag zo’n 12kg pure struviet (73kg slurry) gevormd zal worden. Hierin zal 1,5kg fosfaat en 0,7kg stikstof zitten. 7.2.11 B‐trap Na de struvietreactor zal het zwartwater worden bijgemengd met het grijswater, waarna het gezamenlijk naar een actief slib reactor (de B‐trap van
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
37
een AB‐reactor) wordt gepompt. In deze reactor worden de concentraties organische stof en nutriënten verder verlaagd. De B‐trap is een actief slibproces waarbij resterend organisch materiaal wordt omgezet en ammonium wordt genitrificeerd. Het slib uit het proces wordt aan de UASB toegevoegd. Fosfaat kan door toediening van ijzerchloride worden vastgelegd in het slib als dit nodig blijkt. Het totaal volume van de B‐trap zal circa 38m3 zijn. De hoogte kan worden aangepast zodat deze in een gebouw of kelder past. 7.2.12 Nanofiltratie Als laatste vindt nog een laatste zuivering plaats zodat de lozingseisen behaald zullen worden. Hiervoor wordt het effluent van de B‐trap door een membraan geleidt dat pathogenen, virussen en microverontreinigingen tegenhoudt. Deze worden, met een deel van het water (het concentraat), teruggeleid naar de UASB voor zuivering. Het water dat door de membranen (dNF40 is voorzien) heen is geperst (het permeaat), zal aan de lozingsnormen voldoen, en kan lokaal geloosd worden, of gebruikt worden voor irrigatie. De membranen zullen periodiek (1x per 2 weken) chemisch gereinigd worden door een backwash met Chloor en loog. Het water dat hierbij vrijkomt zal de concentraatbuffer instromen, waarna het in de UASB gereinigd zal worden.
DeSaH heeft afgelopen jaar ervaring opgedaan met het behandelen van het effluent van de B‐trap met dNF80 membranen, en start binnenkort met het testen van dNF40 membranen.
7.3
Circulariteit
7.3.1
Water
Vacuümtoiletten gebruiken minder water voor de toiletspoeling, en hierdoor wordt er circa 62m3/d drinkwater bespaard (25% t.o.v. het conventionele scenario). In vergelijking met het conventionele scenario wordt er ruim 75% minder water verbruikt voor toiletspoeling. Echter gebruikt de voedselrestenvermaler water, waardoor de totale besparing uitkomt op circa 60m3/dag (23%). In dit afvalwaterscenario zal er circa 202m3/dag aan gezuiverd water in de wijk beschikbaar komen. Dit is al het afvalwater in dit scenario, en ruim 77% van het volume dat in de conventionele situatie naar de RWZI afgevoerd zou worden. Op basis van resultaten van eerdere testen die DeSaH het afgelopen jaar heeft uitgevoerd wordt verwacht dat ruimschoots aan de grenswaarden voor lozing voldaan kan worden (Tabel 7‐1). Het water in dit scenario wordt verregaand LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
38
gezuiverd. Met de nanofiltratie is hier een vierde stap, voor verwijdering van microverontreinigingen, ingebouwd. Dit is op RWZI Nieuwegein nog niet aanwezig. Tabel 7‐1. Effluentconcentraties na nanofiltratie (met dNF80) zoals opgegeven door DeSaH. Steekmonster BZV
mg/liter
nb
CZV
mg/liter
<10
Zwevend stof
mg/liter
nb
Totaal stikstof
mg N/liter
3,6
Totaal fosfaat
mg P/liter
0,47
7.3.2
Nutriënten
In het afvalwaterscenario Lokaal Circulair worden fosfaat en een klein deel van de stikstof herwonnen uit het zwartwater en GFe‐afval. Struviet is een meststof die lokaal gebruikt mag worden. Er wordt circa 12kg/d pure struviet geproduceerd (op jaarbasis 4,4 ton), met daarin 1,5kg fosfaat en 0,7kg stikstof. Dit is 57% van de fosfaat uit het zwartwater en GFe‐afval (52% van de fosfaat in de gehele afvalwaterstroom), en ruim 3% van de stikstof uit het zwartwater en GFe‐afval (~3% van de stikstof in al het huishoudelijk afvalwater). 7.3.3
Energie
In afvalwaterscenario Lokaal Circulair wordt circa 50% van de energie in het douchewater herwonnen. Dit komt neer op een jaarlijkse besparing van circa €100 tot €150 per huishouden. Dit is wel sterk afhankelijk van het leidingontwerp, grootte van het huishouden en hoelang er wordt gedoucht. Via de UASB‐reactor wordt energie geproduceerd. De verwachte biogasproductie bedraagt 60m3/d. Het biogas uitgedrukt in aardgaskwaliteit (82% methaan) komt overeen met circa 50m3 aardgas per dag. Het biogas is volledig nodig om het influent en de reactor op temperatuur te brengen en te houden. Daarnaast wordt de warmte van het effluent van de OLAND ook ingezet om het inkomende zwartwater op te warmen, en zal er extra energie nodig zijn voor het opwarmen van het zwartwater (circa 500MJ/dag, en 1,6GJ/dag als er na de OLAND geen warmtewisselaar wordt geplaatst). Het effluent van de zuiveringsinstallatie zal, na de nanofiltratie nog circa 20°C zijn. Door dit af te koelen naar 12°C is de warmtepotentie 6,8GJ/d (31% van de warmtevraag van City West). Met een rendement van 80% voor de warmtewisselaar is dit 5,4GJ/d (25% van de warmtevraag van City West). Dit kan ook worden ingezet om het zwartwater te verwarmen, waardoor het geproduceerde biogas gebruikt kan worden om elektriciteit te produceren (133kWh/d). LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
39
7.3.4
GF‐afval
Het GFe‐afval van de huishoudens wordt met behulp van een voedselrestenvermaler in de keuken ingezameld. Dit GFe‐afval komt dus niet in het restafval terecht. Per huishouden is berekend dat er jaarlijks 69kg GFe‐afval geproduceerd wordt39. Er is aangenomen dat 70% hiervan (49kg) met de voedselrestenvermaler gescheiden wordt afgevoerd40. Deze stroom wordt samen met het zwartwater verwerkt om het water te zuiveren en grondstoffen terug te winnen. Er wordt ten dele biogas van gemaakt en er worden nutriënten teruggewonnen.
7.4
Kosten en baten
De kosten voor afvalwaterscenario Lokaal Circulair zijn weergegeven in Tabel 7‐2. Voor een overzicht van de gevolgde aanpak en gebruikte kentallen verwijzen we naar Hoofdstukken 2 en 3. De kosten voor sanitair en riolering inpandig bevatten investeringen voor een vacuümtoilet, vacuüm voedselrestenvermaler, douche‐WTW, inpandig vacuümrioolstelsel (aangesloten op de toiletten en de voedselrestenvermalers), inpandig vrijvervalrioolstelsel voor grijswater en erfaansluitingen. Riolering uitpanding omvat een DWA‐stelsel voor grijswater, een vacuümrioolstelsel voor zwartwater en een HWA‐stelsel voor hemelwater. Zuiveringskosten zijn de kosten voor de zuiveringsinstallaties die het zwart‐ en grijswater lokaal zuiveren met bijbehorende biogasproductie en grondstofterugwinning. Erfaansluitingen zijn opgenomen voor het vacuümrioolstelsel, het grijswaterriool en het hemelwaterriool. De erfaansluitingen van het vacuümrioolstelsel bevatten elk een afsluiter in een straatpot. De kosten voor de erfaansluitingen zijn bij de bewoners opgenomen, omdat de gemeente deze doorbelast aan de projectontwikkelaar, die ze vervolgens verdisconteert met de toekomstige eigenaren. De investeringskosten voor het DWA en HWA‐stelsel zijn op basis van Leidraad Riolering D1100 voor vervanging van een 315mm PVC DWA‐ en 400mm PVC HWA‐stelsel.
In deze kosten zijn geen gemaal en externe overstort opgenomen, maar wel de putten en kolken. De exploitatiekosten van het rioolstelsel zijn gebaseerd op de opgaaf van Gemeente Nieuwegein (€2/woning voor een DWA‐ en HWA‐stelsel). Deze 39 Het percentage keukenafval in het restafval (33%) is gebaseerd op Utrecht met 40‐60% hoogbouw. City West is echter alleen hoogbouw. Mogelijk is City West meer vergelijkbaar met Amsterdam of Arnhem waar geen GFT apart wordt ingezameld. Deze percentage (respectievelijk 37% en 32,5%) zijn vergelijkbaar met die van Utrecht (CREM, 2019. Voedselverspilling in Fijn huishoudelijk restafval en GFT‐afval Nederland 2019). 40 Inschatting op basis van een eerder project is dat de scheiding maximaal 80% zal zijn. Literatuur laat zien dat maximaal 65% gemeten is. Een hoger percentage is haalbaar geacht, want het wonen in een duurzame wijk heeft ook een positief effect op het gedrag van mensen (bewuster scheiden, minder water verbruiken).
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
40
exploitatiekosten zijn ook gehanteerd voor het vacuümrioolstelsel. Met de exploitatiekosten voor de vacuümpomp (onderhoud, stroomverbruik), komen de exploitatiekosten voor de drie rioolstelsels (DWA, HWA en vacuüm) uit op €11/woning. Tabel 7‐2. Kostenraming afvalwaterscenario Lokaal Circulair. Bedragen exclusief btw, behalve baten voor bewoners. Investering in €, jaarlijkse kosten in €/jaar. Gebruikte uitgangspunten en kentallen staan vermeld in Tabel 3‐1. Voor toelichting zie tekst. Jaarlijkse kosten (€/j)
Investering (€)
Totaal
Kosten sanitair en riolering inpandig
5.370.000
4.000
4.000
Toeslagen
2.240.000
2.000
2.000
Totaal kosten woningen
7.610.000
Afschrijving
Exploitatie
6.000
0
6.000
Baten bewoners
‐186.000
0
‐186.000
Totaal kosten en baten
‐180.000
0
‐180.000
1.160.000
42.000
32.000
10.000
490.000
17.000
13.000
4.000
Riolering uitpandig Toeslagen
59.000
45.000
14.000
Baten GF‐afval verwerking
Totaal riolering uitpandig
‐15.000
0
‐15.000
Totaal kosten en baten riolering uitpandig
44.000
0
‐1.000
92.000
42.000
50.000
Zuivering Toeslagen Totaal zuivering
1.650.000
1.010.000 420.000
39.000
18.000
21.000
1.430.000
131.000
60.000
71.000
Baten struviet
‐500
‐500
Totaal exclusief toeslagen
7.550.000
138.000
74.000
64.000
Totaal inclusief toeslagen
10.690.000
196.000
105.000
91.000
‐6.000
105.000
‐112.000
Totaal inclusief baten
De jaarlijkse kosten voor de zuivering van het afvalwater bestaan uit kosten voor afschrijving, onderhoud, stroom, en slibafvoer en verwerking voor alle afzonderlijke installaties (UASB, OLAND, Struvietreactor, B‐systeem en nanofiltratie). De opgenomen baten van het sanitair komen ten goede aan de bewoners. Dit is een besparing op kosten voor het verwarmen van douchewater (terugverdientijd van de douche‐WTW is 6 tot 9 jaar, zie ook hoofdstuk 5.4) en vermindering van waterverbruik voor toiletspoeling door de vacuümriolering. De baten voor lokale GF‐afval verwerking (besparing op inzamel‐ en verwerkingskosten) komen toe aan de gemeente. De baten van de struvietproductie komen toe aan het waterschap.
LeAF 20‐378 | QuickScan NS City West | Definitief | 9‐12‐2020
41
8.
Vergelijking van afvalwaterscenario’s
8.1
Ruimtebeslag
Het ruimtebeslag is verschillend per afvalwaterscenario. De afvalwaterscenario’s met hogere ambitieniveaus maken gebruik van additionele technologieën en hebben daarvoor ruimte in het publiek gebied of in de gebouwen nodig (Tabel 8‐1). Tabel 8‐1. Ingeschatte benodigde oppervlaktes voor de afvalwaterzuiveringstechnologieën, per afvalwaterscenario, voor City West.
Ingeschat benodigd oppervlak
m2
Conventioneel
Phytoparking
Hydraloop
Lokaal Circulair
0
1.300
1.200
150
Het conventionele scenario heeft geen extra ruimte nodig boven de reservering voor het reguliere DWA‐ en HWA‐riool. In afvalwaterscenario Phytoparking is extra ruimte nodig voor de Phytoparking en de bijbehorende voorbezinker en pompput (respectievelijk netto 1.100m2 en 140m2, zie Hoofdstuk 5.2.5)41. De voorbezinker en pompput moeten ondergronds geplaatst kunnen worden, bijvoorbeeld onder het busstation of parkeerplaatsen, en de Phytoparking kan op verschillende manieren worden vormgegeven (rechthoekig, een natuurlijke vorm, meerdere kleinere eenheden). Afhankelijk van het ontwerp is het ook mogelijk dat er meerdere pompputten en vetafscheiders nodig zijn, dit zal in een detailontwerp duidelijk worden. Door de Phytoparking in te zetten als parkeerplaats vindt er een stapeling van functies plaats, en is de aanspraak op openbare ruimte te minimaliseren. In afvalwaterscenario Hydraloop is er in de gebouwen ruimte nodig voor de Hydraloop Cascade en de extra leidingen (totaal voor heel City West 16 m2 voor Hydraloop Cascade alleen, 25m2 met oppervlak voor loop‐ en werkruimte, en leidingwerk, zie ook Hoofdstuk 6.2.3). Per gebouw zal er 1 Hydraloop Cascade geplaatst worden, waarvan de totale grootte af zal hangen van het aantal inwoners.
Een Hydraloop is circa 30 cm diep en 80 cm breed, en de Hydraloop Cascade kan, bijvoorbeeld, langs de muur van een technische ruimte worden geplaats. In dit afvalwaterscenario is daarnaast ook ruimte in het openbare gebied nodig voor de Phytoparking en de bijbehorende voorbezinker en pompput (respectievelijk netto 1.100m2 en 80m2, zie Hoofdstuk 6.2.6)42. Net als bij het afvalwaterscenario Phytoparking kan hier ook op ruimte worden bespaard door functies te combineren.