Samenvatting Watermanagement 1 1. Gezondheidstechniek De riolering wordt in Nederland verzorgd door de gemeente De waterschappen in Nederland zijn primair verantwoordelijk voor het peil van het oppervlaktewater (‘polderpeil’) en de kwaliteit hiervan. belangrijkste kennisgebieden van de gezondheidstechniek zijn dan ook: - waterkwaliteit zuiveringsprocessen – hydraulica; Specifieke aandachtsgebieden zijn waterwinning, waterzuivering en watertransport met ondersteunende disciplines als waterchemie en watermicrobiologie. In Nederland gebruiken we dagelijks gemiddeld 135 liter drinkwater per persoon. bronnen van drinkwater: - regenwater; - putwater; - oppervlaktewater. Rioolwaterzuiveringsinstallaties: gericht op het verwijderen van bezinkbare en zuurstofbindende stoffen + reductie van de nutriënten stikstof en fosfaat. wezenlijke verbeteringen op het gebied van duurzaamheid alleen dan bereikt kunnen worden als op huisniveau anders met water wordt omgegaan aanpassingen in watercyclus: * 2e waterleidingnet voor huishoudwater (50% van het drinkwater wordt gebruikt voor doeleinden waartoe ook water van geringere kwaliteit benut zou kunnen worden) * Lokaal gebruik regenwater * Gescheiden inzamelen van urine(80 % van de stikstofvracht en 50 % van de fosfaatvracht) * Waterbesparing * afkoppelen verhard oppervlak * 2. Drinkwatervoorziening De openbare drinkwatervoorziening en kwaliteit drinkwater is gereguleerd via nationale en internationale (World Health Organisation) wetgeving. In Nederland is hiervoor de Waterleidingwet (VROM) van toepassing, waarbij de specifieke kwaliteitsnormen verder zijn omschreven in het Waterleidingbesluit (drinkwaterwet/ drinkwaterbesluit). Deze regelen rechten (o.a. monopolie) en plichten (o.a. leveringsplicht) van waterleidingbedrijven minimale druk van 20 m winning -> zuivering -> opslag -> transport -> opslag -> distributienet Grondwater -> vereisten: omvangrijke poreuze ondergrond aanwezig + toestroming vanaf het oppervlak mogelijk is, maar ook afgesloten is van de bovengrond (tegen verontreiniging) + in waterwingebied, waar strenge regels gelden qua olie, bestrijdingsmiddelen, .. + minimale verblijftijd in de ondergrond van 50 jaar. + onttrekkingsvergunningen tegen beinvloeding grondwaterstand -> samenstelling: water is microbiologisch betrouwbaar en vrijwel constant van kwaliteit. * grote verschillen in chemische samenstelling (zuurstofgehalte van het water (aëroob / anaëroob)(ligt aan soort bodem en verblijftijd in bodem-> bepaalt mate waarin ongewenste stoffen uit de bodem worden opgenomen (ijzer, mangaan, ammonium, methaan, waterstofsulfi de (H2 S))) * zuurgraad groot invloed (in industrieel gebied zure regen) * kans op Verontreinigingen bij bodemgebruik Oevergrondwater Zowel opmenging met grondwater, de afvlakking door verblijftijdsspreiding, als de filterende werking van het grondwaterpakket heeft een kwaliteitsverbetering tov oppervlaktewater tot gevolg gehad. Verschil oevergrondwater : zelfde eigenschappen grondwater, 1km van rivier en verblijftijd > 1 jaar En oeverfiltratie: rivierwater vooral, verblijftijd in grond = 1 maand Nadelen: kans verontreiniging rivier + Oevergrondwaterputten kunnen verstopt raken door menging aeroob en anaeroob water (-> vorming ijzer vlokken). Oppervlaktewater met directe zuivering -> omvangrijke zuivering (zwevend stof, bacterien, schadelijke stoffen) in bekkens + uitvoerige nazuivering (‘directe zuivering’) : stofdeeltjes zinken naar de bodem, maar colloidale deeltjes niet omdat ze negatief geladen zijn en elkaar afstoten. Daarom zouten toevoegen (coagulatie) om ze positief te maken en ze dan vlokken vormen die verwijderbaar zijn (door bezinking of met luchtbelletjes naar boven laten drijven (flotatie)). + daarna kleine vlokken en pathogene microorganismen verwijderen met snelfitratie Door lozing van ammonium kan oppervlaktewater zuurstofloos worden -> nadelen: sterk fluctuerend debiet als een variabele kwaliteit van het ruwe water + zeer gevoelig voor calamiteiten + ver verwijderd van het distributiegebied Oppervlaktewater met infiltratie voorzuivering, infiltratie in de bodem, terugwinning en beperkte nazuivering (‘duininfiltratie’) meertjes zijn vaak infiltratiepanden, die gevoed worden door regenwater. voorgezuiverd oppervlaktewater (ínfiltratiewater afkomstig uit groterivieren en ijsselmeer) infiltreren in de duinen met het doel het zoute water terug te dringen om zo een zoetwaterbel te onderhouden. Na terugwinning wordt het duinwater nagezuiverd omdat het water tijdens bodempassage anaëroob is geworden en er ijzer, mangaan en ammonium in opgelost is. Vervolgens getransporteerd naar reservoir van distributiegebied. Oppervlakte water: coagulatie of actieve kool Anaeroob water: Droogfiltratie Aeroob grondwater: Marmerfiltratie Anaeroob/anoxisch water: Beluchting Transport De druk in een transportsysteem wordt alleen bepaald door de hoogteligging van de waterstand in het opslagreservoir en de hydraulische weerstand in de leidingen Opslag In reservoirs of ‘reinwaterkelders’ verzorgen de afvlakking van de dagelijkse fluctuatie van het verbruik van de afnemers, zodat productie en transport op een min of meer constante capaciteit kunnen worden bedreven benodigde inhoud = 25% van het dagverbruik Watertorens zorgen vooral voor een afvlakking van de druk bij sterk schommelend verbruik. Distributienet met ‘hogedrukpompen’ in het distributienet gepompt. afleverdruk van 20 m boven maaiveld (200 kPa) omgeving met hoogteverschillen van meer dan 30 meter,wordt het distributienet verdeeld in meerdere drukzones. Hierdoor voorkomt men hoge distributiedruk in laaggelegen gebieden en wordt pompenergie gespaard Watertorens zijn nu vervangen door Toerengeregelde pompen Vanaf de straat huisaansluiting of dienstleiding naar de watermeter in je huis Voor kleine leidingen vroeger giet ijzer gebuikt, nu kunststof (PVC en PE). Capaciteit huisaansluiting is gedimensioneerd op het maximale momentane verbruik van een woning. Dit is minder dan de som van de capaciteiten van de verschillende tappunten, omdat nooit gelijktijding alle tappunten in gebruik zijn jaarcapaciteit (piekfactor = 1,08) -> ontwerpdebiet maximale dag (daggemiddelde jaarverbruik * piekfactor (=1,4)) -> ontwerpdebiet maximale uurverbruik (uurgemiddelde dagverbruik * piekfactor (=1,8) => uurgemiddelde dagverbruik * 2,7 Organisatie Nederlandse waterleidingbedrijven zijn verenigd in de VEWIN (+ publieke toezicht op de bedrijfsvoering) keuring en certificering van artikelen die met drinkwater in contact komen wordt uitgevoerd door Kiwa (+hoofduitvoerder van het gezamenlijke bedrijfstakonderzoek, het BTO) deze instellingen zijn voortgekomen uit KVWN (Koninklijke Vereniging voor Waterleidingbelangen in Nederland 3. Afvalwaterbehandeling Afvalwaterzuivering door WWTP wanneer ongezuiverd huishoudelijk en industrieel afvalwater op oppervlaktewater wordt geloosd. -> verstoring van de natuurlijke functies optreedt, wat bijvoorbeeld tot zuurstoftekort in het oppervlakte en daarmee tot vissterfte kan leiden Droogweerafvoer : afvalwater bestaat uit huishoudelijk afvalwater, industrieel afvalwater en lekwater (wnr leiding onder grondwaterspiegel) hoeveelheid van de afgevoerde neerslag is afhankelijk van de duur en de intensiteit van de regen, van de dichtheid van de bebouwing en van de geografische situatie (ca. 20% van de totale aanvoer op de RWZI toe te schrijven aan neerslag.) soorten verontreinigingen: Biologisch afbreekbare (zuurstofbindende) verbindingen: - koolstofverbindingen; ammonium-stikstofverbindingen; - andere verbindingen (bijvoorbeeld fosfaten en sulfiden). Niet of moeilijk biologisch afbreekbare verbindingen: - anorganische verbindingen (zouten, zuren, basen, mineraal slib); - organische verbindingen, te onderscheiden in natuurlijke stoffen, zoals humusverbindingen, en milieuvreemde stoffen, zoals gechloreerde koolwaterstoffen en andere persistente verbindingen. (vooral fosfaten) Anorganische voedingsstoffen: - fosforverbindingen; - stikstofverbindingen; - andere plantennutriënten, bijvoorbeeld kalium. Toxische stoffen: - anorganische toxische stoffen, zoals verbindingen van sommige metalen en metalloïden; - organische toxische stoffen, zoals bestrijdingsmiddelen en carcinogene verbindingen. - Radioactieve stoffen. - Pathogene organismen. - Hormonen en medicinale bestanddelen. Effluenteisen: De normstelling ten aanzien van het effluent van rioolwaterzuiveringsinrichtingen heeft zich in eerste instantie vooral gericht op de zuurstofbindende stoffen bij biologische zuivering: actief slib: als water belucht wordt vormen er zich vlokken die zinken, als je deze vlokken toegevoegd aan nieuw afvalwater (‘retourslib’), gebeurt dit proces sneller (primair slib > surplusslib) bij chemische behandeling: dmv neutralisatie, ontgifting, coagulatie/flocculatie, flotatie, ionenwisseling en adsorptie. Voor huishoudwater: vooral verwijdering van fosfaat dmv toevoeging van zouten Slibbehandeling = indikking -> slibstabilisatie -> slibontwatering -> verdere slibverwerking Wettelijk: Waterwet: waaronder : *Wet Verontreiniging Oppervlaktewater (WVO) met tot doel de kwaliteit van oppervlaktewateren beschermen Kernenergiewet, bestrijdingsmiddelenwet, Wet milieubeheer, .. Afvalstoffen die aan de heffing zijn onderworpen bij lozing op de riolering of op oppervlaktewater zijn: zuurstofbindende stoffen * zware metalen * bemestende stoffen (fosfaat&stikstof) BOD = Biochemical Oxygen Demand COD = Chemical Oxygeen Demand 4. Waterverbruik grote waterketen: wordt water gebruikt voor: * terugdringen zoutintrusie bij de monding van rivieren * wateraanvoer voor peilbeheersing van gronden oppervlaktewater (vanwege ‘verbruik’ zoals verdamping, irrigatie etc.) * doorspoelen van waterwegen (kanalen, sloten etc.) voor kwaliteitsbeheer. * centrale watervoorzieningen voor bevolking en industrie (waterleidingbedrijven) * individuele watervoorzieningen (eigen winning industrie, eigen winning land- en tuinbouw, koelwatervoorziening bij elektriciteitsbedrijven) industrie en elektriciteitscentrales verbruiken meeste water (vooral koelwater), maar halen dit zelf uitoppervlaktewater. Waterleidingbedrijven dekken kleine bedrijven en huishoudens vanaf 1970 -> toenemend waterverbruik door toenemend wooncomfort vanaf 1990 -> afnemend watergebruik door campagnes waterbesparing soorten water: leidingwater * koelwater * spoelwater * ketelvoeding * gietwater Bij de bepaling van de afvlakking bij de afname van een hoeveelheid water wordt er gebruik gemaakt van de foutenvoortplantingswet uit de statistiek. = maximale gelijktijdige capaciteit Voorspelling jaarverbruik: extrapolatie (veronderstelling dat er een vaste groeifactor is) van het totaal verbruik / extrapolatie en sommatie van de verbruiken per verbruikersgroep Bij de planning van de behoeftedekking is het van belang om vast te stellen wanneer een capaciteitsuitbreiding noodzakelijk is (wettelijke leveringsplecht van belang) 5. Pomp in leidingsysteem Pomp -> overwinnen van de leidingverliezen en voor het verhogen van de potentiële energie van de vloeistof Waaierpomp, verdringerpomp hydraulische eigenschappen gegeven in vier basis pompkarakteristieken(voor een vast toerental) a) De Q-H karakteristiek (=opvoerhoogtelijn) b) De Q-ƞ karakteristiek (=rendementskromme)(de verhouding van de door de vloeistof opgenomen hydraulische energie en de via de aandrijfas door de motor geleverde mechanische energie) c) De Q-P karakteristiek (=vermogenskromme) d) De NPSH-karakteristiek (=cavitatiekarakteristiek)( benodigde marge tussen het absolute energieniveau aan de zuigzijde van de pomp en het dampdrukniveau van de verpompte vloeistof, opdat een zekere mate van (ontoelaatbare) cavitatie in de pomp niet overschreden wordt.) (Cavitatie is het verschijnsel dat in een turbulent bewegende vloeistof de plaatselijke druk lager wordt dan de dampdruk van de vloeistof. Waar water bij atmosferische druk pas bij 100°C gasvormig wordt, treedt dit bij lagere druk, bij een lagere temperatuur op) Specifiek toerental ns -> een pomp met een laag specifiek toerental in het algemeen een relatief klein debiet zal leveren bij een relatief grote opvoerhoogte + geeft maximaal haalbare hydraulisch rendement weer + Vorm van de Q-H-karakteristiek en Q-P karakteristiek + Cavitatiegevoeligheid van de pomp = eenn hoger specifiek toerental, geeft een hogere NPSH en vereist dus een grotere zuigdruk Systeemkarakteristieken van pomp en pijpleiding statische opvoerhoogte is het verschil tussen het perspeil (drukhoogte perszijde pomp) en het zuigpeil (drukhoogte zuigzijde pomp) = hoogte waarbij water niet naar de ene of andere kant zal stromen dynamische opvoerhoogte als gevolg van wrijving = hoogte zodat water naar gewenste kant stroomt wanneer lucht in tank wordt samengedrukt, zal de statische opvoerhoogte vergroten, en Q bijgevolg verkleinen Pompen met een vlakke karakteristiek leveren bij relatief kleine veranderingen in de totale opvoerhoogte grote veranderingen in debiet op. Dit kan heel nuttig zijn wanneer voor een systeem een groot verschil in debiet opgelegd moet kunnen worden. Pompen met een steile karakteristiek zorgen voor een kleine verandering in debiet bij relatief grote variatie in opvoerhoogte. Dit kan nuttig zijn wanneer een grote variatie in debiet ongewenst is. Als er iets met het water gebeurt, zal de pompcurve hetzelfde blijven en het werkpunt verschuiven over de pompcurve. ‘’Bedenk dat met een vaste toerenpomp een nieuw werkpunt altijd op de pompcurve gevonden wordt, omdat de pomp alleen combinaties van druk en debiet kan leveren die op de pompcurve ligt. Dit is niet het geval met een variabele toerenpomp, hier past de pomp het aantal toeren aan waardoor het minder of meer druk kan leveren bij een bepaald debiet.” Waterkwaliteit Regenwater bestaat uit N2, O2, CO2 (opgeloste gassen, opgeloste vaste stoffen) Verontreiniging door zure regen + vermesting Aeroob grondwater: afbraak organisch materiaal + ammoniak met zuurstof; filtratie zwevend stof door bodem passage (onttrekking -> conditionering -> reinwaterkelder) Indamping: toename concentratie zouten Anoxisch grondwater: afbraak organisch materiaal met nitraat (beluchting -> nafiltratie -> reinwaterkelder) Anaeroob grondwater: afbraak organisch materiaal met vorming van methaan en H2S (winning -> beluchting -> droogfiltratie -> beluchting -> (ontharding) -> snelfiltratie -> reinwaterkelder) Algemeen: grondwaterwinning -> filtratie -> reinwaterkelder -> watertoren -> distributienet Duinwater: (ontrekking -> beluchting -> snelfiltratie -> reinwaterkelder) Oevergrondwater: (rivier -> oevergrondwater -> beluchting -> zandfiltratie -> actieve koolfiltratie -> UV-disinfectie) Hardness van water = mmol/L Saturation Index (SI) SI < 0 aggressive water SI > 0 scaling water IJzer komt vooral voor in zuurstofloos grondwater Ammonium + natrium komt vooral voor in anoxisch grondwater E-coli komt vooral voor in oppervlakte water Waterstof komt voor in regenwater Aeratie Met beluchting wordt vooral ijzer en mangaan (methaan) verwijderd (doordat deze vlokken vormen in het water. Paperclip 1 (fully adaptive forecasting model for short-term drinking water demand) •Wat is het doel van het model beschreven in het paper? De watervraag van de komende 48 uur met 15 minuten sprongen te voorspellen, zodat watertoevoer efficienter kan en er kosten en energie worden bespaard •Hoe complex is het model? Geen weervoorspellingen in model, want dat maakt het model te complex •Welke 4 verschillende typen dagen kunnen worden onderscheiden? Weekend, weekdagen, nationale feestdagen (net als zondag), dagen wanneer tuinen worden besproeid •Hoe wordt het gemiddelde debiet over dag geschat? -watervraag van afgelopen twee dagen keer elk een factor -3 fases: 1) gemiddelde watervraag voor 48 uur, normale watervraag over 15 min tijd 3) extra sproeiwater in 15 min stappen gewet •Wat is de invloed van de grootte van het gebied? De nauwkeurigheid van de MAPE test is groter •Kunnen lekken worden opgespoord? Lekken hebben geen invloed op de test *Nauwkeurigheid verbeterde niet na paar maanden, maar na sensitivity test kon geconcludeerd worden dat de factoren constant bleven * model is handig door de nauwkeurigheid van 15 min sprongen, door het aanpassingsvermogen, en door het vooruit weten wanneer tuinen worden besproeid Paperclip 2 (advanced control of a water supply system) *Wat is het doel van de studie beschreven in het paper? Kijken of de 48 uur forecasting model tot veranderingen heeft geleid in waterdistributie •Wat was het resultaat van de studie? Lagere druk zorgt voor minder lekken (energiebesparing); fluctuaties in productieniveau zijn verlaagd; energieconsumptie is lager doordat opslag beter gebruikt wordt en daardoor water snachts geleverd kan worden wnr kosten lager zijn; meer debiet bij lagere pomp druk, hierdoor ook 20% minder lekken •Wat was het neveneffect van de nieuwe aansturing? ‘the availability of reliable measurements was presumebly more important than the introduction of an advanced controller. Maar wel meer te weten gekomen over efficientie pomp Paperclip 3 (microbial risks associated with exposure to pathogens in contaminated urban flood water) *Wat wordt bedoeld met “urban flooding” Water op straat door intense regenval en niet voldoende capaciteit in rioolnetwerk, hierdoor komt er bacterien van de riool op straat •Hoe wordt het risico bepaald van “urban flooding”? Overstorten mag 1 keer per 1/2 jaar voorkomen Samples werden geanalyseerd op Ecoli(=bromaat : kankerverwekkende stof), crypto.., giardia en campylo… in 2 situaties: iemand die water op zich krijgt gesproeid door voorbij rijdende auto & kind die in het water speelt en toevallig water naar binnen krijgt Ook werd gemeten wat het jaarlijkse risico is van 1 exposure in 10 jaar tot 1 jaar •Wat is het risico van “urban flooding” in verhouding met het overstorten van gemengd afvalwater en regen water in een gemengd systeem? Hoge concentratie van Ecoli en intestinal enterococci werd in flood water gevonden, maar lager dan concentratie in gemengd rioolwater Maar toch conclusie dat risico om ziek te worden van urban flooding vs gemengd rioolwater even hoog is
