Ongelijk verdeelde slibbelasting – CFD-simulatie achterhaalt oorzaken
Twee identieke nabezinktanks en een verdeelconstructie die volgens de berekeningen foutloos werkt, en toch ontvangt één van de tanks al jaren ongeveer 20% meer slib dan het andere. Een tijdsafhankelijke 3D-CFD-simulatie bracht de oorzaak aan het licht.
Duitse zuiveringsinstallaties staan voor een moderniseringsgolf. De herziene EU-richtlijn inzake gemeentelijk afvalwater (KARL), die sinds januari 2025 van kracht is, verscherpt de eisen stapsgewijs tot 2045 en heeft in Duitsland betrekking op ongeveer 4.700 installaties. De benodigde investeringen worden geschat op 20 tot 25 miljard euro in de komende twee decennia. Wie nu renoveert, heeft een solide planningsbasis nodig.
Dat was precies de uitgangssituatie bij de zuiveringsinstallatie Brandenburg-Briest van de exploitant BRAWAG GmbH. Al jaren werd in een van de twee nabezinktanks ongeveer 20 % meer slib aangevoerd dan in het andere, met de bekende gevolgen: slibafvoer bij regenweer en overschrijdingen van de grenswaarden. Een herberekening volgens DWA-A 131 bevestigde het probleem, maar kon het niet verklaren. Het verdeelwerk functioneerde rekenkundig gezien feilloos: de waterstroom werd vrijwel exact in tweeën verdeeld. Waarom dan deze ongelijkheid in de slibverdeling?
Een digitale blik in het binnenste van de bassins
Om dit op te helderen, maakte THINK Fluid Dynamix® een gedetailleerde digitale weergave van het verdeelwerk en een nabezinktank, op basis van de originele tekeningen van de installatie. De tijdsafhankelijke meerfasensimulatie toonde aan hoe water en slib zich tijdens normaal bedrijf en bij hevige regenval daadwerkelijk gedroegen, in de tijd uitgesplitst en onder reële bedrijfsomstandigheden.
Het resultaat: het verdeelwerk verdeelde de waterstroom weliswaar vrijwel exact in tweeën, maar zorgde daarbij niet voor homogenisering. Als het slib uit de biologische fase al ongelijkmatig verdeeld binnenkwam – wat in de praktijk regelmatig voorkomt – bleef dit verschil bestaan. Een gerichte testsimulatie met precies dit scenario reproduceerde het tijdens de exploitatie gemeten verschil van ongeveer 20 % in goede overeenstemming met de bedrijfsgegevens. Daarmee was de oorzaak geïdentificeerd: niet het bouwwerk was doorslaggevend, maar de ongelijke toevoerverdeling ervoor.
Het tweede resultaat: een duidelijke capaciteitsgrens
Een tweede simulatie bracht nog een zwak punt aan het licht. Bij normaal bedrijf functioneerde de nabezinktank feilloos; het slibgehalte in het afvoerwater bedroeg 0,8 mg/l. In het gesimuleerde scenario met hevige regenval raakte het bassin echter uit balans: het slibpeil steeg tot vlak onder het wateroppervlak en de berekende afvoerwaarde bereikte 2.500 mg/l. De simulatie toonde daarmee aan dat het bassin te klein was gedimensioneerd voor regenbelasting.
Normale bedrijfsomstandigheden: helder water boven, slib veilig op de bodem. Zware regenval: het slib vult bijna het gehele bassin.
Betekenis voor de praktijk
De fundamentele conclusie reikt verder dan Brandenburg-Briest: de verdeling van water en slib zijn twee verschillende taken. Een verdeelwerk kan hydraulisch perfect functioneren en toch een ongelijkmatige slibelast doorlaten. Een herberekening volgens de regelgeving legt dit effect niet noodzakelijkerwijs vast. Installaties met een vergelijkbare configuratie dragen dit risico vaak onopgemerkt met zich mee.
Voor BRAWAG en het ontwerpend ingenieursbureau leverde de simulatie een betrouwbar ontwerpfundament op. Investeringen in een verbouwing van het verdeelwerk zouden geen effect hebben gehad. De verdere planning richt zich nu op de werkelijke oorzaak, namelijk de verdeling van de toevoer vóór het bouwwerk, en op de capaciteit van de nabehandeling bij regenweer. Verkeerde investeringen werden voorkomen voordat er werd gebouwd.
Image 1: Google + Copyright Airbus GeoBasis-DE/BKG (©2009)
