Door water verbonden 57' Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening en

Door water verbonden
57' Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening
en
24' Vakantiecursus i n Riolering & Afvalwaterbehandeling
14 januari 2005
Samenstelling en eindredactie:
prof.ir. J.C. van Dijk
ir. J.Q.J.C. Verberk
Technische Universiteit Delft
Faculteit Civiele Techniek en
Geowetenschappen
Sectie Gezondheidstechniek
Stevinweg 1, 2628 CN Delft
www.watermanagement.tudelft.nl
“Door water verbonden”
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening
&
e
24 Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
vrijdag 14 januari 2005
te Delft
Samenstelling en eindredactie:
prof.ir. J.C. van Dijk
ir. J.Q.J.C. Verberk
Layout:
E. Ooms
i
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Colofon
De voordrachtenbundel ‘Door water verbonden’ van de 57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening en de
24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling is een uitgave van de Sectie Gezondheidstechniek
van de Faculteit der Civiele Techniek en Geowetenschappen van de TU Delft.
Meer informatie over deze en andere uitgaven kunt u verkrijgen bij:
Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen
Sectie Gezondheidstechniek
Postbus 5048
2600 GA Delft
tel. 015-27 83347
e-mail: [email protected]
ISBN 90-407-2573-X
Reeds in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen voordrachten van de volgende cursussen in Drinkwatervoorziening:
1. Filtratie; 2. Vervaardiging van buizen voor transport- en distributieleidingen; 3. Winning van grondwater; 4. Waterzuivering; 5. Hygiënische aspecten van de drinkwatervoorziening; 6. Het transport en de distributie van leidingwater;
7. Keuze, aantasting en bescherming van materialen voor koud- en warmwaterleidingen; 8. 9. en 10. Enige wetenschappelijke grondslagen der waterleidingtechniek I, II, en III; 11. Radio-activiteit; 12. Grondwater; 13. De Rijn; 14.
Nieuwe ontwikkelingen in de waterleidingtechniek op physisch, chemisch en biologisch gebied; 15. De watervoorziening
en de industrie; 16. Gebruik van moderne statistische methoden; 17. Kunstmatige infiltratie; 18. De biologie en de
watervoorziening; 19. Snelfiltratie; 20. Physische technologie en de waterzuivering; 21. Van goed naar beter water;
22. Het ontwerpen van waterzuiveringsinstallaties; 23. Kwaliteitsbeheersing bij de openbare drinkwatervoorziening;
24. De Maas; 25. De openbare watervoorziening in de maatschappij van morgen; 26. Watertransport door leidingen;
27. Regel-en stuurtechniek in het waterleidingbedrijf; 28. De winning en aanvulling van grondwater en beïnvloeding
van de omgeving; 29. Nieuwe zuiveringstechnieken; 30. Distributienetten en binnenleidingen; 31. Drinkwater in breder verband; 32. De drinkwatervoorziening in ontwikkelingslanden; 33. Toxicologische aspecten van drinkwater; 34.
Microbiologie bij de waterbereiding; 35. Europees milieubeleid en de gevolgen voor de waterleidingbedrijven; 36.
Systeembenadering en modellering in de waterhuishouding; 37. Bedrijfsmatige aspecten van winning en zuivering;
38. Bedrijfsmatige aspecten van transport en distributie; 39. Informatica, automatisering en computertoepassingen;
40. Radio-activiteit en de drinkwatervoorziening; 41. Effecten van milieuverontreinigingen op de waterkringloop;
42. Recente relevante ontwikkelingen met betrekking tot de drinkwatervoorziening; 43. Technische maatregelen
voor kwaliteitszorg voor grondstof en eindprodukt; 44. Beschouwingen met betrekking tot het VEWIN-Milieuplan; 45.
Grondwater of oppervlaktewater?; 46. Een glasheldere toekomst?; 47. Bouwen voor de 21e eeuw; 48. Drinkwater in
Nederland: natuurlijk het beste?; 49. Niet alleen drinkwater?!; 50. Uitdagingen voor de drinkwatersector; 51. Strategische ontwikkelingen; 52. Kosten of kwaliteit?
Reeds in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen voordrachten van de volgende cursussen in Riolering en
Afvalwaterbehandeling:
1. De afvoer van afvalwater naar zee; 2. Slibverwerking; 3. De technologie van het beluchtingsproces; 4. Recreatie
en waterverontreiniging; 5. Afvalwater thans en in de toekomst; 6. De oxydatiesloot; 7. Rioleringen – bijzondere
onderwerpen; 8. Centralisatie van behandeling van afvalwater en slib; 9. Vooruitgang in de zuiveringstechniek; 10.
Doelstellingen en optimalisatie; 11. Beluchting; 12. Milieu en economie in het spanningsveld van onze maatschappij;
13. De belasting van het milieu door fosfaten en verspreide lezingen; 14. De Rijn; 15. Milieueffectrapportage; 16.
Slib opnieuw bekeken; 17. Wat de industrie doet; 18. Voordrachtenbundel 18e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling; 19. Nieuw ontwikkelingen in de afvalwaterketen.
Reeds in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen voordrachten van de volgende gecombineerde cursussen in
Drinkwatervoorziening, Riolering en Afvalwaterbehandeling:
53/20. Internationale ontwikkelingen in de waterketen; 54/21. Gezondheid en (water)kwaliteit; 55/22. (Net)werken;
56/23. Water zonder grenzen.
ii
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening
en
24e Vakantiecursus in Riolering & Afvalwaterbehandeling
“DOOR WATER VERBONDEN”
Vrijdag 14 januari 2005
Plaats: collegezalen A en B van het gebouw voor Civiele Techniek,
Stevinweg 1, 2628 CN Delft.
Onder auspiciën van de Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen van de Technische Universiteit
Delft en met medewerking van VEWIN, KVWN, RIVM, Kiwa, NVA, RIONED, RIZA en STOWA wordt op vrijdag
14 januari 2005 de gecombineerde 57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening en de 24e Vakantiecursus
in Riolering & Afvalwaterbehandeling gegeven, waarvoor de Commissies van Voorbereiding als thema “Door
water verbonden” hebben gekozen.
De voordrachten van deze Vakantiecursus zijn in deze uitgave gebundeld.
Drinkwater
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Algemene inleiding
Toepassing van UV/H2O2 behandeling op productiebedrijf Andijk
Geneesmiddelen: wiens probleem is het ?
Systeem in het grondwater
Aandachtspunten bij de Rijn
Technologie kan ons helpen
Schoon water voor Evides
prof.ir. J.C. van Dijk (TU Delft)
dr. J.C. Kruithof (PWN)
drs. A.J. Palsma (STOWA)
prof.dr.ir. Th. Olsthoorn (TU Delft/WLBA)
dr. P.G. Stoks (RIWA-Rijn)
ir. A.W.C. van der Helm (TU Delft/DHV)
ir. G. Vogelesang (Evides)
Riolering en Afvalwaterbehandeling
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Algemene inleiding
Isotopen voor kwantificering van rioolvreemd water
SUR voor vergaande zuivering
Loopt de pomp nog ?
Interacties binnen het afvalwatersysteem
Aquarec - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
prof.ir. J.H.J.M. van der Graaf (TU Delft)
ir. R.P.S. Schilperoort (TU Delft)
dr.ir. J.H. Roorda (Grontmij)
dr.ir. J.L. Korving (Witteveen+Bos)
dr.ir. J.G. Langeveld (Royal Haskoning)
dr.ir. J. de Koning (TU Delft
Gezamenlijke slotsessie
7. Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
ir. L.J.W. Hendriks (Hydron Flevoland)
iii
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
iv
Inhoudsopgave
Inhoudsopgave
Voordrachten Drinkwater
Algemene inleiding
prof.ir. J.C. van Dijk (TU Delft)
Toepassing van UV/H2O2 behandeling op productiebedrijf Andijk
dr. J.C. Kruithof (PWN)
Geneesmiddelen: wiens probleem is het ?
drs. A.J. Palsma (STOWA)
Systeem in het grondwater
prof.dr.ir. Th. Olsthoorn (TU Delft/WLBA)
Aandachtspunten bij de Rijn
dr. P.G. Stoks (RIWA-Rijn)
Technologie kan ons helpen
ir. A.W.C. van der Helm (TU Delft/DHV)
Schoon water voor Evides
ir. G. Vogelesang (Evides)
Voordrachten Riolering en Afvalwaterbehandeling
Algemene inleiding
prof.ir. J.H.J.M. van der Graaf (TU Delft)
Isotopen voor kwantificering van rioolvreemd water
ir. R.P.S. Schilperoort (TU Delft)
SUR voor vergaande zuivering
dr.ir. J.H. Roorda (Grontmij)
Loopt de pomp nog ?
dr.ir. J.L. Korving (Witteveen+Bos)
Interacties binnen het afvalwatersysteem
dr.ir. J.G. Langeveld (Royal Haskoning)
Aquarec - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
dr.ir. J. de Koning (TU Delft
Gezamenlijke slotsessie
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
ir. L. Hendriks (Hydron Flevoland)
Samenvattingen voordrachten
1
1
13
23
29
45
51
57
67
67
75
87
99
105
115
127
127
139
v
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
vi
Algemene inleiding
Algemene inleiding
prof.ir. J.C. van Dijk
1. Terugblik op de 56e Vakantiecursus:
‘Water zonder grenzen’
“Was die Holländer vom Wasser nicht wissen, weiß keiner”
was ooit een gevleugelde uitspraak van prof. Huisman. Dat
we desalniettemin nog heel wat kunnen leren van ervaringen in andere landen, bleek op vrijdag 9 januari 2004
tijdens de 56e Vakantiecursus. Het thema “Water zonder
grenzen” werd ingevuld door een keur aan internationale
sprekers, die een overzicht gaven van spraakmakende ontwikkelingen in de mondiale waterwereld onder het motto
“een reis rond de wereld zonder jetlag”. Wederom was een
recordaantal deelnemers (420) naar de TU Delft gekomen
voor de traditionele jaaropening van de watersector.
In mijn jaaroverzicht constateerde ik dat de Vakantiecursus inmiddels zo’n “must” voor de directeuren van de
waterleidingbedrijven is geworden dat één van hen in december bezorgd informeerde waarom hij nog geen factuur
ontvangen had en of de aanmelding nu wel in orde was…
Tevens memoreerde ik dat de lezing over de waterketen
Roelof Kruize kennelijk de titel “Overheidsmanager van het
jaar 2003” had opgeleverd, zodat verwacht mag worden
dat zijn co-auteur Carolien van de Wiel die titel in 2004
in de wacht zal slepen… Voorts stond ik stil bij het einde
van het zelfstandig bestaan van de WRK en de WBB, de
fusie van Vitens en de geplande fusie tussen WBE en Delta.
Je vraagt je bijna af wie er nog over bleven na al deze
fusies, maar het aantal deelnemers aan de Vakantiecursus
bleek er niet onder geleden te hebben. Er bleek zelfs een
groeimarkt te zijn, namelijk die van de gepensioneerden…
2003 was natuurlijk ook het jaar waarin definitief een
streep gezet werd door het fenomeen huishoudwater. De
sector mag Chris Bruggink dankbaar moet zijn dat hij als
“kop van Jut” heeft willen fungeren, waardoor nu ook in
de praktijk gebleken is dat de risico’s van huishoudwater
niet verwaarloosbaar zijn…
Prof.ir. J.C. van Dijk
TUDelft / Kiwa
door water verbonden
De affaire ‘zero-water’ leerde ons dat de rechter in
Nederland kennelijk de vrijheid van meningsuiting zo belangrijk vindt dat deze zelfs misbruikt mag worden voor
ongefundeerde verdachtmakingen over gezondheidsrisico’s
1
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Zoals altijd weer een volle zaal……
van drinkwater. De reclame voor zero-water en
flessenwater speelt immers in op onwetendheid
en angst onder burgers. De Gijs Oskam prijs werd
voor de 3e keer uitgereikt, dit keer aan Sawan
Raktoe voor zijn onderzoek naar een nieuw vervuilingsmechanisme bij ultrafiltratie
Wat komt er vanuit Brussel op ons af?
In Nederland laten wij ons de EU maar aanleunen
en dat is onterecht. Dit concludeerde drs. Piet
Jonker, directeur van DZH. Hij vroeg hoeveel mensen in de zaal zouden stemmen voor de Europese
Grondwet. Hierna vroeg hij de voor-stemmers of
drs. Piet Jonker (DZH)
2
zij wel wisten wat er in die Grondwet staat. Dit
bleek maar voor weinigen het geval te zijn. Voor
de Nederlandse drinkwatervoorziening kan een
dergelijke houding funest zijn. In de EU wordt er
flink gelobbyd voor privatisering van de drinkwatervoorziening. Om dit te voorkomen ligt er een
taak voor Eureau. Dit is niet eenvoudig. Aan de
ene kant is Eureau opgebouwd uit bedrijven met
verschillende belangen. Aan de andere kant zal
de technische expertise van Eureau niet meer
volstaan om de EU te overtuigen. Eureau zal zich
pro-actief moeten gaan opstellen, zelf ook moeten gaan lobby-en en als serieuze partner in de
politieke arena moeten optreden. De oproep van
Piet Jonker was duidelijk: blijf op de hoogte, lees
de EU dossiers en ga ermee aan de slag.
Dr. Helmut Blöch, bij de EU verantwoordelijk voor
het Europese waterbeleid, kent deze dossiers
en gaf een samenvatting aan de deelnemers. De
hoofddoelstellingen van het beleid zijn het bevorderen van de concurrentiepositie van Europa,
de bescherming van alle wateren, een coherent
management van stroomgebieden in Europa, het
betrekken van de bevolking bij het waterbeheer
en het inzetten van economische instrumenten.
Vooral de kwaliteit van de Europese rivieren zal
in de toekomst niet achteruit mogen gaan. Voor
de drinkwatervoorziening betekent het beleid
dat Europese landen niet meer het drinkwater
Algemene inleiding
dr. Helmut Blöch (EU)
dr. Stan Beernaert (VMW)
mogen subsidiëren en dat een liberalisering van
de watermarkt in studie is.
België
Dat de organisatie van de waterleidingsector
de gemoederen bezighoudt illustreerde dr. Stan
Beernaerts, sinds 1988 directeur van de VMW.
Dr. Beernaerts is verder bekend door zijn opmerkelijke inititatief om de winst van de mogelijke
verkoop van aandelen van de VMW te investeren in
de riolering. Sinds de Staatshervorming van 1980 is
Vlaanderen autonoom bevoegd de EU-richtlijnen
om te zetten naar lokaal beleid. In Vlaanderen
is men de uitdaging aangegaan de verschillende
aspecten van de waterketen bij elkaar te brengen. Zo zullen de Vlaamse drinkwaterbedrijven
zich omvormen tot een integraal waterbedrijf.
Daarbij wordt gedacht aan kwaliteitsuitbreiding
van zowel drinkwater (hardheid en Legionella) als
afvalwater. Verder zullen de bedrijven zich moeten
voorbereiden op een verhoging van de efficiëntie,
zullen schaalvergrotingen bestudeerd worden en
zal ingespeeld moeten worden op eventuele liberaliseringswensen vanuit de EU.
Duitsland
Prof. Wolfgang Kühn, dé drinkwaterautoriteit van
Duitsland, liet zien dat in Duitsland de laatste
jaren de kwaliteit van de rivieren aanzienlijk was
verbeterd en dat oeverfiltratie vele voordelen
biedt. Niet alleen bij het verwijderen van pathogenen, maar ook voor geneesmiddelen en bij
piekbelastingen. Voor de directe behandeling van
rivierwater legde hij de nadruk op het sturen op
de verwijdering van deeltjes. Indien dit op een
goede manier gebeurt kunnen aanzienlijke reducties gehaald worden. Hij stelde zelfs dat een goed
bedreven conventionele zuivering even efficient
kan zijn als membraanfiltratie. Om zijn brede
belangstelling te illustreren betrad prof. Kühn ook
het pad van de organisatie van de waterleidingsector. In Duitsland zijn zowel private bedrijven
als overheidsbedrijven actief. Vanuit zijn ervaring
kon hij geen voorkeur uitspreken voor één van de
organisatievormen. Er zijn positieve en negatieve
voorbeelden van beide vormen. Wel sprak hij zijn
zorg uit voor de verminderde interesse van het
management van waterbedrijven voor techniek
en waterkwaliteit. Economische optimalisatie is
uiteraard belangrijk, maar de core-business van
een waterbedrijf is toch het leveren van een produkt van onberispelijke kwaliteit.
Zuidelijk Afrika
Van een hele andere orde was de voordracht van ir.
Luuk Rietveld, universitair docent aan de TU Delft.
Hij belichtte een drietal drinkwaterprojecten in
Zuidelijk Afrika. Deze projecten spreken technisch
aan: enorme dammen en tunnels in Lesotho om
de watervoorziening van Johannesburg veilig te
stellen; een uitgebreide zuivering om afvalwater
tot drinkwater om te toveren in Windhoek (Na3
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
mibië) en het managen van het verbruik om de
drinkwatervoorziening voor Hermanus (zuiden van
Zuid-Afrika) ook in de toekomst veilig te stellen.
Opvallend waren vooral de sociale en maatschappelijke aspecten die bij deze projecten een grote
rol spelen. In Nederland is goed en voldoende
drinkwater een vanzelfsprekendheid geworden en
zijn we deze aspecten min of meer vergeten.
Water in Australië
Uitsmijter van de dag was een doorkijk van prof.
Don Bursill naar de toekomst van de watervoorziening in Australië. De Nederlandse deelnemers aan
het IWA-congres in Melbourne kenden hem reeds
van zijn onnavolgbare humoristische schets van
Australië tijdens het Kiwa-diner vorig jaar. Ook
tijdens de Vakantiecursus boeide hij het publiek
met een unieke combinatie van cabaret en inhoud.
Don Bursill, dé drinkwaterautoriteit van Australië,
schetste hoe in de jaren 90 de watervoorziening
in Australië werd geprivatiseerd onder druk van
de politiek. Vervolgens brak er paniek uit toen in
1998 in Sydney een besmetting van het drinkwater
met Cryptosporidium werd geconstateerd. Mede
vanweg de komende Olympische Spelen werd dit
een zaak waarmee de premier van Australië zich
persoonlijk bemoeide. Hierbij bleek dat het waterbedrijf geen kennis meer in huis had en volledig af-
hankelijk was geworden van externe consultants.
Dit leidde tot een ommekeer in het denken over
privatisering (die weer teruggedraaid is) en het
belang van waterkwaliteit. In de afgelopen jaren
heeft prof. Bursill met genoegen waargenomen
dat het management van de bedrijven zich weer
is gaan interesseren voor de kwaliteit van hun
produkt. Onderzoek voor verdere verbeteringen op
de lange termijn is hierbij onmisbaar. Het CRC, het
Australische Kiwa, werkt dan ook volop samen met
andere research-organisaties uit de watersector
in de GWRC (Global Water Research Coalition).
Door deze internationale samenwerking worden
meer en betere resultaten bereikt en dubbelingen
voorkomen.
2. Gastcollege Prins Willem-Alexander
Op 2 maart 2004 was het een bijzondere dag voor
de 3e jaars studenten van het vak ct3420 Civiele
Gezondheidstechniek. In plaats van de reguliere
hoogleraren stond die dag kroonprins WillemAlexander voor de klas. De kroonprins wil op deze
wijze zijn kennis en ervaringen met watermanagement overdragen aan de studenten en daarmee
tevens aandacht vragen voor de wereldwijde
problemen op het gebied van water.
Op verzoek van de Prins was gekozen voor een
informeel en interactief programma. De kroonprins heeft een gastcollege verzorgd over de
internationale ontwikkelingen op het gebied van
waterbeheer en watervoorziening. Aansluitend
zijn er een aantal cases behandeld over waterprojecten in Indonesië, Oost Europa en Zuid-Afrika.
Deze cases zijn door de studenten uitgewerkt als
eindwerk voor de 1e fase van de studie Civiele
techniek (het BSc-eindwerk).
Het dagprogramma zag er op 2 maart als volgt uit:
10.30 uur
Ontvangst van de kroonprins door de
decaan prof. ir. L. de Quelerij en de
dagvoorzitter prof. ir. J. C. van Dijk
10.45-11.05 Gastcollege prins Willem-Alexander
11.05-11.20 Waterbeheer Indonesië
(prof. ir. E. van Beek)
prof. Don Bursill (CRC)
4
Algemene inleiding
11.20-11.30 Discussie onder leiding van de
dagvoorzitter
11.30-11.45 Koffiepauze
11.45-12.00 Kaderrichtlijn Oost Europa
(drs. J. Fiselier)
12.00-12.15 Drinkwatervoorziening Zuid-Afrika
(ir. L. Rietveld)
12.15-12.30 Discussie onder leiding van de
dagvoorzitter
12.30-13.30 Napraten bij een broodje,
vertrek kroonprins
De Prins zou dus om kwart voor elf met het college
beginnen. Zijn komst was zo lang mogelijk geheim
gehouden om te voorkomen dat de zaal vol zat
met bobo’s en buitenstaanders. Toch stonden om
half tien de eerste studenten al te dringen voor de
deur van collegezaal D. Om half elf werd de Prins
in de collegezaal ontvangen met een kopje koffie
en werd hij voorbereid op de 250 Delftse studenten
die buiten de zaal stonden te trappelen. De Prins
vroeg zich af of de studenten net als water naar
beneden zouden stromen of dat iedereen bovenin
in de collegezaal zou blijven hangen. Gelukkig gedroegen de studenten zich dit keer wel als water,
bij de normale colleges blijven ze soms bovenin
de krant lezen….
Een Leidenaar in Delft …
de zeespiegelstijging aan de Prins had voorgesteld
om het water te ontzouten en dan naar de Sahara
te laten stromen. Die jongen had goed nagedacht
over het watermanagement, constateerde de
Prins.
Het gastcollege ging vervolgens in vogelvlucht
langs de lange weg van de internationale waterconferenties. Eenduidige oplossingen voor de
grote problemen zijn er niet, maar aan de hand
van korte sheets en enkele plaatjes gaf de Prins
inzicht in de complexe
materie en de keuzes die er gemaakt
moeten worden. Zo
benadrukte hij het
belang van duurzame
ontwikkeling, dat bij
diverse internationale
conferenties (Dublin,
Johannesburg, Kyoto)
is onderschreven. De
waterproblematiek
staat daarmee stevig
op de politieke agenda. De uitdaging is om
De studenten staan te trappelen voor de deur van collegezaal D
De Prins begon zijn college met de opmerking dat
hij als Leidenaar wel een beetje opzag tegen een
confrontatie met Delftse techneuten… Vervolgens
noemde hij een anekdote van een brief van een
jongen van de basisschool die als oplossing voor
5
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
dit vast te houden. Wat kan door afspraken om te
zetten in concrete resultaten.
Werkelijkheid of Utopie?
De Prins maakte duidelijk dat niet alle doelstellingen haalbaar zullen blijken. Tot 2015 zullen
dagelijks 250.000 mensen toegang moeten krijgen
tot schoon drinkwater. Momenteel ligt het tempo
veel lager. Met grote projecten kunnen steden wel
snel van water worden voorzien, maar is het aanvaardbaar om andere delen van de wereld ‘op te
geven’? Prins Willem-Alexander riep de studenten
op om over deze vragen na te denken.
Tot slot formuleerde de Prins een aantal conclusies:
• Het heeft lang geduurd om water op de politieke agenda te krijgen
• De wereldbevolking groeit, met name in derde
wereld landen
• De landbouwinfrastructuur behoeft dringend
verbetering
• De watervoorziening voor de landbouw behoeft
verbetering
• De bouw van dammen kan helpen om te voorzien in de waterbehoefte
• Het klimaat is aan het veranderen en natuurrampen lijken toe te nemen
• De bouw van ontziltingsinstallaties kan een
goede bijdrage leveren aan de drinkwatervoorziening in stedelijke agglomeraties
Na het eerste deel en aan het eind van het college was er ruimte voor discussie, waar door de
studenten volop gebruik van werd gemaakt. In de
pauze kregen de studenten voor deze ene keer
koffie in de collegezaal aangeboden. De Prins
kon zijn kopje koffie nauwelijks opdrinken. De
studenten bestormden hem met vele vragen die
de Prins deskundig en ontspannen beantwoordde.
Ook na afloop van het gastcollege werd er onder
het genot van een broodje nog lang nagepraat en
doorgediscussieerd.
Prof. ir. Hans van Dijk voelde zich wat bezwaard
dat de kroonprins Maxima alleen had moeten laten
om op Amalia te passen en bood daarom als ‘goedmakertje’ een speelgoedbeertje met TUD- shirtje
6
Een beertje voor Amalia
aan. Ellen Tromp bedankte de prins namens de
studenten en gaf de prins een paraplu (i.v.m. de
klimaatverandering) en een zakje schoolkrijtjes
(om ook bij andere gelegenheden college te kunnen geven). Het bleef zo interessant en gezellig
dat de Prins pas ruim na het afgesproken tijdstip
om half twee de Faculteit verliet.
Op de Faculteit bleef het die dag nog lang onrustig en werd er druk getelefoneerd naar ouders
en bekenden over het gastcollege. De algemene
conclusie was dat de studenten veel opgestoken
hadden van het gastcollege en dat er nog enorme
uitdagingen liggen in het waterbeheer om de internationale doelstellingen te realiseren.
3. Werknemers in de collegebanken of
het nut van de borreltafel
Vorig jaar is bij de TU Delft de MSc-BSc structuur
ingevoerd in het onderwijs. Dit houdt in dat de
studie als het ware is opgeknipt in een 3-jarige Nederlandstalige basisstudie (de Bachelor) die wordt
afgesloten met het Bachelor of Science diploma
en een 2 jarige Engelstalige kopstudie (de Master)
die wordt afgesloten met het Master of Science
Algemene inleiding
diploma (equivalent aan het oude ir. diploma).
Deze opzet is Europees “gestandaardiseerd” en
door de Ministers van Onderwijs vastgelegd in de
declaratie van Bologna. Het grote voordeel is dat
studenten de mogelijkheid krijgen om bijvoorbeeld een Bachelor in Aken te doen en vervolgens
over te stappen naar een Master in Delft (een
verstandige keuze in dit geval…). Ook voor HBO
studenten wordt het eenvoudiger om “in te stappen” in de Master opleidingen, hoewel hier nog
wel een “bijspijkerprogramma” vereist is dat via
een schakelklas wordt aangeboden.
De eerste ervaringen met de MSc-BSc structuur
zijn positief. Door de instroom van buitenlanders
en HBOers worden de colleges in de Master fase
duidelijk interactiever en dynamischer omdat
ingespeeld kan worden op de achtergrond en
praktijkervaring van deze studenten, waar ook de
“gewone” studenten weer van profiteren.
Tijdens de Vakantiecursus van 2003 bedacht 1 van
de directeuren bij de Nieuwjaarsborrel dat het
toch zonde was om het onderwijs van de TU Delft
alleen te gebruiken voor de reguliere studenten.
Was het niet mogelijk om ook werknemers van
waterbedrijven de gelegenheid te geven om in
deeltijd college te lopen en daarmee hun kennis
te verbreden en te verdiepen? Met name voor
werknemers met een HBO-achtergrond zou dit
interessant kunnen zijn, zeker als ze op deze wijze
het Master of Science-diploma bij elkaar konden
sprokkelen.
Twee jaar verder zijn we nu zover dat dit borreltafel-idee gerealiseerd gaat worden. Na vele
voorbereidende werkzaamheden en afstemming
met Stichting Wateropleidingen, hebben de decaan en het MT van de Faculteit Civiele Techniek
en Geowetenschappen een voorstel goedgekeurd
waardoor vanaf september 2004 jaarlijks 10
werknemers uit de watersector in deeltijd bij ons
het reguliere MSc-programma kunnen volgen. De
basisopzet van het programma wordt als volgt:
Instroomeisen
Relevant HBO-diploma
Minimaal 5 jaar ervaring in de beroepspraktijk
Tenminste 50 dagen per jaar beschikbaar voor de
studie
Curriculum
Dit bestaat uit het reguliere studieprogramma van
de MSc-Watermanagement. De schakelklas voor
HBOers is enigszins verlicht om recht te doen aan
de voorkennis van deze groep. Tevens krijgt men
vrijstelling voor het onderdeel stage en kan men
het afstudeerproject en een deelontwerp in het
eigen bedrijf uitvoeren. De colleges worden aangeboden op vaste dagen en volgens een intensief
programma.
Het studieprogramma voorziet erin dat gemotiveerde studenten het MSC-diploma in deeltijd in
4 jaar kunnen behalen (de voltijdse studieduur
bedraagt 2 jaar).
Kosten
Juridisch en financieel is er geen verschil tussen de deeltijders en de gewone studenten. Dat
betekent dat de deeltijders gewoon collegegeld
moeten betalen, ten bedrage van 1950 euro per
jaar (voor personen die ouder dan 30 jaar zijn). In
tegenstelling tot sommige MBA-opleidingen zal er
geen sprake zijn van een commercieel tarief.
Inmiddels blijkt er inderdaad een grote belangstelling te zijn voor deze deeltijdmaster. Alleen al op
basis van mond-op-mond reclame hebben zich zo’n
30 werknemers van waterbedrijven, waterschappen en ingenieursbureaus bij Stichting Wateropleidingen en ons aangemeld als belangstellende.
Omdat we een numerus fixus van 10 studenten
per jaar hebben, zullen we alleen de beste kandidaten accepteren. De procedure hiervoor wordt
dat alle geïnteresseerden in januari hun diploma’s en CV moeten inzenden, waarna in februari
intake-gesprekken zullen plaatsvinden op basis
waarvan de definitieve selectie zal plaatsvinden
(en het persoonlijke studieprogramma zal worden
vastgesteld). Stichting Wateropleidingen is nauw
betrokken bij de opzet van de deeltijdmaster en
zal waar nodig voor aanvullende begeleiding en
ondersteuning zorgen.
Voor de gewone studenten betekent de invoering
van deze deeltijdmaster dat ze vanaf september
7
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
10 “oudere jongeren” in de collegezalen zullen
aantreffen, die al wel veel weten van het vak,
maar nog meer willen leren. De deeltijders zullen
zich wellicht wat minder mengen in het studentenleven, maar uiteraard wel mee willen borrelen met
studenten en staf. Het lijkt ons dat ook een goede
gelegenheid om af en toe eens een extra borrel te
organiseren in het kader van de teambuilding en
de verbroedering. Wie weet wat voor goede ideeën
er bij die borrels weer geboren worden….
2004 is aangeboden aan VEWIN-directeur drs.
Theo Schmitz, als representant van de drinkwatersector.
Het boek is samengesteld door Peter de Moel, Jasper Verberk en Hans van Dijk, verbonden aan de
faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen
van de Technische Universiteit Delft. Het wordt
uitgegeven door Sdu-Uitgevers, in samenwerking
met de TU Delft en met Kiwa Water Research,
waarbij de laatste zich financieel garant heeft
gesteld voor de eerste oplage. De opmaak van het
binnenwerk werd verzorgd door Eefje Ooms.
‘Drinkwater: principes en praktijk’ is in eerste
instantie gericht op de bachelors studenten Civiele
Techniek aan de Technische Universiteit Delft,
maar kan ook in de master of science variant
Watermanagement van de TU Delft en bij andere
opleidingen voor de drinkwatersector goede diensten bewijzen. Het is echter niet alleen een ‘must’
voor studenten, maar ook voor waterprofessionals
en voor iedereen die geïnteresseerd is in ‘het
wonder uit de kraan’.
Geïnteresseerden kunnen de website van de Afdeling Watermanagement raadplegen
(www.watermanagement.tudelft.nl) en verdere
informatie inwinnen bij:
- TU Delft, prof.ir. Hans van Dijk,
[email protected]
- SWO, ir. Agnes Maenhout,
[email protected]
4. Drinkwater - principes en praktijk
De openbare drinkwatervoorziening in Nederland
behoort, zowel voor wat betreft de organisatie
als de technologische verworvenheden, tot de
beste ter wereld. Wat de basis vormt van deze
voorziening valt te lezen in het zojuist verschenen
boek ‘Drinkwater: principes en praktijk’, waarvan
het eerste exemplaar op woensdag 25 augustus
8
Algemene inleiding
Uitgangspunten
Uitgangspunt voor de inhoud van ‘Drinkwater principes en praktijk’ is de gedachte, dat de drinkwatervoorziening van bron tot tap onberispelijk
moet zijn. Daarom wordt in het boek regelmatig
stilgestaan bij een aantal afgeleiden van dat uitgangspunt: betrouwbaarheid, hoge kwaliteit, gezondheid, duurzaamheid en doelmatigheid. Daarnaast houden de auteurs voor ogen, dat al meer
dan een eeuw de technische en organisatorische
verworvenheden van de vaderlandse openbare
drinkwatervoorziening internationaal gezien toonaangevend zijn, en dat ook in de toekomst moeten
blijven. Dat stelt hoge eisen aan de opleiding van
drinkwatertechnici. Voor hun toekomstige werk
kunnen ze laten leiden door een aantal nog altijd
actuele motto’s in hun vak: Voorkomen is beter
dan genezen; Zorgen voor morgen; Meteen goed;
Geen woorden maar daden en Samen sterk.
Inhoud
‘Drinkwater - principes en praktijk’ is modulair
van opbouw en behandelt in ruim 360 bladzijden
achtereenvolgens het begrip Gezondheidstechniek
in relatie tot drinkwater, waarbij de nadruk ligt
op de geschiedenis van drinkwatervoorziening en
sanitatie, maar ook internationale aspecten aan
bod komen. In het hoofdstuk Drinkwaterbedrijven
wordt de technische en organisatorische opzet van
de openbare drinkwatervoorziening besproken. Dit
wordt gevolgd door de hoofdstukken Planning en
ontwerp en Financiën. Deze inleidende hoofdstukken worden gevolgd door een vijftal hoofdstukken
gewijd aan technische facetten van het drinkwater (Watergebruik, Waterkwaliteit, Grondwater,
Oppervlaktewater en Distributie), die samen het
grootste deel van de inhoud uitmaken.
Gegevens boek
Titel: ‘Drinkwater - principes en praktijk’:
Auteurs: P.J. de Moel, J.Q.J.C. Verberk en J.C.
van Dijk
Uitgave: Sdu Uitgevers (in samenwerking met TU
Delft en Kiwa Water Research), Den Haag, 2004
ISBN-nr: 90 1210 1018
Bestellen
Bestellen - bij voorkeur per e-mail - kan bij
Jonie Keessen van Kiwa Water Research: Jonie.
[email protected], tel. 030 60 69 644. De prijs van
het boek bedraagt € 45,- inclusief BTW.
De 1e druk is overigens inmiddels uitverkocht.
Een 2e druk en een Engelse versie zijn in voorbereiding.
5. Onderzoek bij de TU Delft
Op 22 februari 2005 zal Luuk Rietveld in de aula van
de TU Delft zijn proefschrift “Improving operation
of drinking water treatment through modelling”
verdedigen. Zoals bekend, heeft Luuk tijdens zijn
promotieonderzoek het Stimela-platform ontwikkeld (www.stimela.nl) waarmee drinkwaterzuiveringsinstallaties kunnen worden doorgerekend. De
modellen worden inmiddels door velen gebruikt ter
optimalisatie van de bedrijfsvoering. Voorbeelden
van verbeteringen zijn het sturen van de bypass
van de ontharding als functie van waterkwaliteit
en debiet en het sturen van de dosering van ozon
eveneens als functie van waterkwaliteit en debiet.
In beide gevallen worden duidelijke verbeteringen
bereikt, met betrekking tot zowel de waterkwaliteit als de kosten en het milieu.
In mei 2005 zal Jasper Verberk in dezelfde aula
zijn proefschrift “Air-water flow in membrane
filtration” verdedigen. Het onderzoek van Jasper
was gericht op de verbetering van membraanfiltratie door een slimme toepassing van lucht. Hij
vond dat de stofoverdracht bij een 2 fasenstroming
van lucht en water duidelijk beter was dan bij
een stroming van water alleen. Hij onderzocht
toepassingen van dit principe bij het reinigen van
ultrafiltratie membranen (bekend geworden onder
de naam AirFlush), maar ook het verhogen van de
flux en retentie bij capillaire nanofiltratie. In beide
gevallen bleek een aanmerkelijke verbetering van
de prestaties mogelijk, wat eveneens kan leiden
tot een betere waterkwaliteit, lagere kosten en
een lagere milieubelasting. Vermeldenswaard
is verder dat een Franse (gast)student, Lorenz
Schrober, die door Jasper begeleid is bij zijn afstudeerwerk naar 2-fasen stroming bij membraan9
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
filtratie, de Veolia Trophee 2004 heeft gewonnen.
Uit meer dan 100 inzendingen werd zijn werk
gekozen. De prijs bedraagt een reis naar China,
een cheque van 2000 euro, een rondleiding langs
allerlei Veolia-projecten en een baan bij deze
Franse multinational.
Nieuwe promovendi zijn er ook te melden. Het
afgelopen jaar is ir. Bram van der Veer (Evides)
begonnen aan zijn promotieonderzoek naar de
rechtstreekse zuivering van oppervlaktewater en
in het bijzonder de mogelijkheden van UV daarbij. Hij zal daarbij in ruime mate putten uit zijn
uitgebreide experimentele resultaten in het kader
van de procesontwikkeling van de zuivering voor
de Berenplaat. Net als de meeste promovendi zal
zijn proefschrift in belangrijke mate vormgegeven worden via publicaties in de internationale
wetenschappelijke literatuur. Een tweede nieuwe
promovendus is ir. Arne Verliefde die begonnen
is met zijn promotieonderzoek gericht op het
afleiden van QSAR’s (quantitative structure activity relationships) voor emerging substances. In
dit project zullen nieuwe aandachtsstoffen als
hormoonverstoorders, geneesmiddelen en NDMA
centraal staan. Het doel is om de verwijdering
van deze stoffen bij de drinkwaterzuivering beter
in kaart te brengen en te kunnen voorspellen op
basis van de eigenschappen van de betreffende
verbinding. Dit onderzoek sluit aan op het BedrijfsTakOnderzoek dat Kiwa uitvoert.
Zoals bekend werken Kiwa en de TU Delft intensief samen bij het onderzoek. De doelstelling is
om het BTO te versterken met wetenschappelijk
onderzoek door promovendi aan de TU Delft. Dit
sluit ook volledig aan bij de visie van de TUD waar
inmiddels een Speerpunt Water is opgericht dat extra aandacht en budget voor het wateronderzoek
vanuit de TU Delft waarborgt. Daarnaast werken
Kiwa en TU Delft samen in het Delfts Cluster,
een samenwerkingsverband met ook WL, TNO,
GeoDelft en IHE. Voor het (drink)wateronderzoek
van DC komen ruime aanvullende budgetten beschikbaar via de zogenaamde BSIK subsidie van de
Rijksoverheid. Inhoudelijk zal dit onderzoek zicht
richten op de research visie van de bedrijfstak.
Dit onderzoek zal tevens worden vormgegeven in
samenwerking met internationale instituten en
10
universiteiten in Duitsland, Engeland, Amerika,
Australië en Zuid-Afrika.
In dit kader komt professor Johannes Haarhof
van de Rand Afrikaanse University uit Zuid-Afrika
van januari tot augustus 2005 naar de TU Delft
als “visiting professor”. Professor Haarhof zal in
deze periode bijdragen leveren aan het onderwijs
en onderzoek van de TU Delft. Daarnaast zal het
Nederlandse en het Zuid-Afrikaanse onderzoek op
elkaar afgestemd worden en zullen er workshops
georganiseerd worden die ook voor de bedrijfstak
toegankelijk zullen zijn.
Tenslotte kunnen we met voldoening de benoeming
van 2 nieuwe hoogleraren vermelden, te weten
prof.dr.ir. Theo Olsthoorn en prof.dr.ir. Walter
van der Meer.
Theo Olsthoorn is bij
onze afdeling Watermanagement benoemd
tot hoogleraar Grondwaterwinning. Hij gaat
zijn werk als geohydroloog bij Waterleidingbedrijf Amsterdam
combineren met deze
nieuwe uitdaging. Ongetwijfeld zal hij in zijn nieuwe positie nieuwe
impulsen kunnen geven aan het vakgebied van de
geohydrologie en de toepassingen bij Amsterdam
en in de bedrijfstak.
Walter van der Meer is
benoemd tot hoogleraar Membraanfiltratie bij de Universiteit
Twente. We zijn trots
op deze benoeming van
1 van onze promovendi
en wensen Walter veel
succes in zijn nieuwe
positie, die hij zal
combineren met zijn
werk als hoofd Procestechnologie en Laboratorium
bij Vitens. De samenwerking tussen de TU Delft
en UT zal ongetwijfeld een stimulans krijgen door
deze benoeming!
Algemene inleiding
6. Door water verbonden of van medicijnen wordt het water niet beter
Haalt de afvalwaterzuivering wel alle schadelijke
stoffen uit ons afvalwater? Hoe staat het met de
kwaliteit van ons oppervlaktewater? Ons afval
lozen we gelukkig niet meer direct in de gracht,
maar we plassen bijvoorbeeld wel de overmaat
aan geslikte medicijnen weer uit. Als ze niet
verwijderd worden, komen ze dan via de waterkringloop in ons drinkwater terecht? Dit is één van
de voorbeelden waaruit blijkt dat de verschillende
disciplines binnen de Gezondheidstechniek hecht
met elkaar verbonden zijn.
Het thema van de 57e Vakantiecursus is daarom
‘door water verbonden’: wat voor eisen moeten/
willen we stellen aan het watersysteem? Vanuit
drinkwater willen we schone bronnen, vanuit riolering en afvalwaterbehandeling moeten we ervoor
zorgen dat de kwaliteit van het oppervlaktewater
en grondwater goed is. Beide sectoren hebben dus
belang bij een goed beheer van het watersysteem.
Hoewel er de laatste jaren veel gesproken is over
samenwerking in de waterketen, lijkt het zeker
zo belangrijk om samen te zorgen voor een goede
kwaliteit van het watersysteem. Nieuwe aandachtsstoffen als geneesmiddelen, hormoonverstorende stoffen en andere microverontreinigingen
vragen de aandacht van beide sectoren.
In het programma van de ‘Vakantiecursus’ zal
op de problemen in de verschillende onderdelen
van de waterketen ingegaan worden. Rest nog de
vraag of de klant van het drinkwaterbedrijf of het
waterschap wel zit te wachten op een integrale
aanpak. Het gaat toch goed? En: wat gaat dit de
klant kosten? In de gezamenlijke slotsessie zal naar
een antwoord op deze vragen worden gezocht.
11
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
12
UV/H2O2 retrofit of PWN’s water treatment plant Andijk for primary disinfection and organic contaminant control
UV/H2O2 retrofit of PWN’s water treatment plant Andijk for primary disinfection and organic contaminant control
dr. J.C. Kruithof
Introduction
In 1920, when N.V. PWN Water Supply Company North Holland (PWN) was founded, the demand for drinking water
was satisfied by ground water extraction. However, caused
by the growing drinking water demand PWN was compelled
to utilize surface water as an additional source.
Therefore in the 1960’s water treatment plant Andijk was
constructed for the direct production of drinking water
from IJssel Lake (River Rhine) water. Originally the plant
consisted of microstraining, breakpoint chlorination,
coagulation, sedimentation, rapid filtration and post
disinfection. Since 1978 the plant was upgraded with a
pseudo moving bed GAC filtration followed by an additional
microstraining.
dr. J.C. Kruithof
PWN
After about 40 years of operation, wtp Andijk still complies
with all European Community and Dutch drinking water
standards. Nevertheless a retrofit is desired in view of
by-product (THM) formation, barriers against pathogenic
micro-organisms such as protozoa and control of organic
micropollutants such as pesticides, endocrine disruptors
and pharmaceuticals.
PWN has pursued the application of UV/H2O2 treatment for
both primary disinfection and organic contaminant control
followed by the already present GAC filtration for removal
of residual H2O2, AOC and nitrite with very promising results. UV/H2O2 is operational since late 2004.
door water verbonden
Process selection
PWN’s aim was to select an oxidative process able to
inactivate pathogenic micro-organisms and to degrade
pesticides aselectively with a restricted by-product formation compared to breakpoint chlorination.
Initially the focus was on ozone based technologies. (1)
Ozone was able to achieve the required disinfection ca13
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
pacity. However ozone proved to be a selective
barrier against pesticides.
In advanced oxidation technologies hydroxyl
radicals react 106 to 109 times faster than ozone,
causing a much more aselective pesticide degradation.
In view of these findings PWN rejected O3/H2O2
treatment for primary disinfection and pesticide
control at wtp Andijk and decided to pursue
alternative strategies with the focus on UV technologies.
O3/H2O2 treatment proved to be a sound barrier
against pesticides. In pretreated IJssel Lake water
80 % pesticide degradation could be achieved by
an O3 dose of 2.8 g/m3 and a H2O2/O3 ratio of 2
g/g. (2) However bromate was found at high levels
especially at low water temperature. (3) Feasible treatment options (increase H2O2/O3 ratio,
increase pH) could not control bromate formation
completely caused by mass transfer limitations.
(see figure 1). (3)
Photolysis and advanced oxidation by
UV/H2O2 treatment
Under optimal conditions for pesticide and bromate
control disinfecting properties of the O3/H2O2 process were very poor. Corresponding with high H2O2/O3
ratios and very low c.t. values for ozone, inactivation of spores of sulphite reducing clostridia was
insignificant. (4)
UV photolysis is based on the absorption of UV
photons by contaminants to cause their degradation into smaller products. The absorbed energy
must be higher than the energy of the band to be
broken to cause photolysis.
In addition to the absorption of UV photons the
quantum yield of the degradation is an important
parameter. Compounds with a high UV absorbance
and a high quantum yield are very susceptible to
photodegradation. (5)
However not all substances absorb UV light significantly or have a high quantum yield. In order to
promote a more aselective degradation H2O2 may
be added to produce hydroxyl radicals.
Bromate formation by peroxide treatment
30
bromate [µg/l]
25
20
15
10
5
0
09-95
11-95
01-96
03-96
05-96
07-96
09-96
11-96
month-year
Figure 1: Bromate Formation by O3/H2O2 treatment (O3/DOC = 1.13 g/g) before April ‘96 H2O2/O3 = 2 g/g, pH = 7.5
after April ‘96 H2O2/O3 = 4 g/g, pH = 7.8
14
UV/H2O2 retrofit of PWN’s water treatment plant Andijk for primary disinfection and organic contaminant control
The general expression for the degradation rate
of a contaminant is a combination of direct UV
photolysis and hydroxyl radical reactions:
−
dc
−
o
= ∅C εabs
,C + k C,OH [C] [OH ]
dt
where Øc is the quantum yield, ε˚abs is the absorbed light and kC,OH is the hydroxyl radical rate
constant.
Not too many Øc and kC,OH values for pesticide
degradation are given in literature. An electric
energy of 0.5 kWh/m3 is reported for 60 % atrazine photolysis. Under these conditions pesticide
degradation varied from 18 % for dicamba to 92
% for mecoprop. (6) Additional research is needed
to determine quantum yield and hydroxyl radical
rate constants for representative organic micropollutants and to determine the process conditions
for UV/H2O2 treatment with medium pressure UV
lamps.
Disinfection by UV
There is an abundance of literature on the inactivation of fecal coliform bacteria by UV radiation.
It has been known for some time that viruses and
spore forming bacteria are more resistant to the
effect of UV radiation than coliform bacteria.
Chang et al (7) showed that viruses, bacterial spores
and amoebic cysts required 3 – 4 times, 9 times and
15 times more UV exposure to achieve the same
level of inactivation as Escherichia coli.
It had been thought that encysted protozoa were
insensitive to UV.(8,9) More recent studies have
shown that encysted Cryptosporidium parvum
and Giardia muris are relatively sensitive to UV
radiation. (10, 11, 12)
Reactivation of pathogenic micro-organisms is a
critical parameter with respect to the treatment
of drinking water. It is well known that select
pathogenic micro-organisms are capable of reactivating after exposure to UV light. Mechsner et
al (13) demonstrated that E coli inactivated by low
pressure UV repaired its DNA after several days
incubation in the dark.
More work is needed to determine the overall reactivation potential of water-borne pathogenic micro-organisms of concern to the water industry.
The ultimate goal for UV disinfection of drinking
water is to damage DNA beyond repair.
Additional research is needed to establish doseresponse curves for several pathogenic microorganisms and to establish the UV dosage where
DNA is damaged beyond repair.
Objectives
Disinfection
Three major objectives were pursued in a collaborative study carried out with the University
of Alberta:
- to establish UV inactivation by generating UV
dose-inactivation curves for MS2 phages, Bacillus subtilis endospores, Giardia muris cysts and
Cryptosporidium parvum oocysts using a bench
scale collimated beam apparatus;
- to determine the ability of one small medium
pressure UV reactor and three larger medium
pressure UV reactors to inactivate MS2 phages,
Bacillus subtilis endospores and Cryptosporidium parvum oocysts;
- to examine the reactivation of Giardia muris
and Cryptosporidium parvum ex-vivo and in vivo
and to determine more precisely the UV dose
required for inactivation of these protozoan
parasites in drinking water.
The disinfection requirements for the Andijk water treatment plant are based on an acceptable
infection risk of 10-4 per person per year. Based
on measurements in the IJssel Lake water the
required inactivations for six priority micro-organisms are calculated. (see Table 1).
Organic contaminant control
Three additional major objectives were pursued,
partly in collaboration with Trojan Technologies
Inc.:
- to characterize degradation by UV photolysis
and hydroxyl radical reaction for selected prior-
15
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Table 1:
Concentration of micro-organisms, disinfection requirement and required log removal
Micro-organism
Max. content
Requirement
IJssel Lake
Total required
Inactivation
Inactivation
inactivation
pre-treatment
required by UV
n/L
n/L
log
log
log
E Coli
6000
10-2
5.8
2.0
3.8
Feac. Strept.
3000
10-1
4.5
2.5
2.0
Spores of SRC
4500
10-1
4.7
3.0
1.7
Viruses
0.1
2.5 · 10-7
5.6
2.0
3.6
Giardia
5.2
7.0 · 10-6
5.9
2.5
3.4
Cryptosporidium
2.6
3.3 · 10-5
4.9
2.0
2.9
ity pollutants (pesticides, endocrine disruptors,
pharmaceuticals);
- to predict and determine the ability of a medium pressure UV reactor to degrade those
priority pollutants;
- to design a full scale UV/H2O2 system for both
disinfection and organic contaminant control.
In the Netherlands around 350 pesticides are used
with a great variety in persistence, degradability
and toxicity. Monitoring programs have shown the
presence of many of these pesticides in drinking
water sources such as the IJssel Lake. Priority
pollutants such as atrazine, pyrazon, diuron, bentazone, bromacil, methabenzthiaxuon, dicamba,
2,4-D, TCA and trichlorpyr are found in concentrations up to 1 µg/l.
More recently monitoring programs have been
focussed on the presence of endocrine disruptors
and pharmaceuticals. In the raw water sources
up to several hundred nanograms per liter were
found for bisphenol A, diethylphtalate, diclofenac,
ibuprofen, phenazone, carbamazepine and several
antibiotics and X-ray contrast media.
Posttreatment
Three additional objectives were pursued to enable integration of UV/H2O2 treatment in the total
treatment scheme:
- the removal of excess H2O2 by GAC filtration;
- the removal of AOC by GAC filtration;
- the removal of nitrite by GAC filtration.
Material and methods
Ultraviolet exposure by collimated beam apparatus
The solutions were exposed to UV radiation from a
1-kW medium pressure UV lamp using a collimated
beam apparatus. Duration of exposure to UV light
and delivered UV dose were controlled by opening
and closing a shutter located directly beneath the
UV lamp.
The UV irradiance at the surface of the liquid
and the center of the UV beam was measured
immediately before and immediately after each
experiment with a radiometer (International
Light, Model IL1400A) equipped with a SED240 UV
detector using the procedures described previously. The depth-averaged irradiance was then
determined.
Ultraviolet exposure by pilot plants
The small scale pilot plant medium pressure UV
reactor was supplied by Berson. Target UV doses
were achieved by regulating flow rates, and,
therefore, residence times, through the pilot
plant. Flow rates within the pilot plant were monitored using calibrated in-line flow meters.
Three medium pressure UV reactors (Manufacturer: Calgon, Berson and Trojan) were tested for
their ability to inactivate MS2 phage and Bacillus
subtilis endospores. For each trial the power to
the UV reactor was turned on and the test water
containing spores and phage flushed through the
system prior to sampling.
Infectivity analysis
For Giardia muris, the tube and contents were
centrifuged at 800xg for 10 min. The supernatant
16
UV/H2O2 retrofit of PWN’s water treatment plant Andijk for primary disinfection and organic contaminant control
Pesticide analysis
Pesticides have been analysed by HPLC-UV following solid phase extraction for the water samples.
4
3
Log10 Inactivation
was removed and the concentrated pellet was
resuspended in the remaining 3 - 5 ml liquid using
a glass Pasteur pipette. For ex vivo experiments,
cohorts of five adult male C3H/HeN mice were
inoculated with between 104 and 105 UV-exposed
cysts. Cysts inactivation was determined using
the latent period assay described previously for
Giarda muris.
For ex vivo experiments with Cryptosporidium
parvum, the tubes containing the UV-exposed
oocysts were centrifuged at 27,000xg for 10 min.
to concentrate the oocysts. The supernatant was
aspirated and the cell pellet resuspended in deionized water. Oocysts were counted in quadruplicate
using a hemacytometer and an appropriate number
of parasites in deionized water was prepared. The
procedures for determination of Cryptosporidium
parvum infectivity reduction using the neonatal
CD-1 mouse model and logistic dose-response
model have been described previously.
2
1
0
-1
0
20
40
60
80
Effective UV dose (mJ/cm2)
100
120
Figure 2: Log Inactivation of Giardia Muris Cysts by
UV Disinfection
served in trials where oocysts were exposed to
UV doses as low as 20 mJ/cm2. For Cryptosporidium parvum oocysts the tailing effect of the UV
dose-inactivation curve was not as pronounced as
that observed for Giardia muris cysts (Figure 3).
UV doses of approximately 120 mJ/cm2 induced
greater than 4.5 log-units of inactivation.
The presence of the tailing suggests that a UV resistant sub-population of oocysts may be present
within any given batch of oocysts, which remains
to be confirmed using molecular analysis of the
resistant sub-population of the (oo)cysts.
Results inactivation of micro-organisms
Exposure of Giardia muris cysts to UV doses as
high as 120 mJ/cm2 resulted in only 1 additional
log-unit of inactivation compared to UV doses of
20 mJ/cm2 only.
Cryptosporidium parvum oocysts suspended in
rapid filtrate of IJssel Lake water were extremely
susceptible to low doses of UV. Greater than a 3
log-unit reduction in oocyst infectivity was ob-
Both Bacillus subtilis endospores and MS2 phages
were shown to be more UV-resistant than either
G. muris and C. parvum for UV-doses less than 50
to 60 mJ/cm2. Of all the organisms tested in this
study MS2 phages showed the greatest resistance
to UV.
5
4
Log10 Inactivation
Collimated beam experiments
Giardia muris cysts suspended in pre-treated IJssel
Lake water were shown to be susceptible to UV
inactivation. An UV dose of as low as 20 mJ/cm2
induced greater than a 2 log-unit inactivation of
Giardia muris. However a pronounced tailing effect in the ability of UV to inactivate the infective
potential of Giardia muris cysts was observed with
UV doses greater than 20 mJ/cm2. (Figure 2).
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Effective UV dose (mJ/cm2)
Figure 3: Log Inactivation of Cryptosporidium Parvum
Oocysts by UV Disinection
17
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
5
Log10 Inactivation
For MS2 phages a 3.6 log-unit inactivation was
achieved by an UV-dose as high as 105 mJ/cm2.
Spores of sulfite reducing clostridia were most
resistant against UV-disinfection. However the
required 1.7 log inactivation could be achieved
by an UV-dose of 105 mJ/cm2 as well.
3
Calgon
Berson
Trojan
2
1
0
MS2 phages
Bacillus spores
Cryptosporidium
parvum oocysts
Figure 4: Inactivation of MS2 Phages, Bacillus Subtilis Endospores and Cryptosporidium Parvum Oocysts by UV Disinfection with an
UV Dose of 105 mJ/cm2
Pilot plant experiments
The collimated beam data demonstrate that medium pressure UV radiation effectively inactivated
MS2 phages, Bacillus subtilis endospores, Giardia
muris cysts and Cryptosporidium parvum oocysts
suspended in pre-treated IJssel Lake water. The
results were confirmed by data obtained with a
small scale Berson UV reactor and with three larger
scale reactors from Calgon, Berson and Trojan.
Of the three larger scale UV reactors the Berson
and Trojan reactors showed inactivation levels
equivalent to the collimated beam experiments,
while the Calgon unit showed a lower inactivation
level (Figure 4).
muris cysts nor Cryptosporidium parvum oocysts
are capable of in vitro reactivation. The results
for in vivo reactivation of Giardia muris cysts are
summarized in table 2.
From the data it can be concluded that Giardia
muris cysts are capable of in vivo reactivation after
UV treatment when the UV dose applied is as low
as 25 mJ/cm2. This dose is significantly lower than
the UV dose of 105 mJ/cm2 needed for the required
inactivation of phages and (endo)spores.
Also Cryptosporidium parvum oocysts are capable of in vitro reactivation for UV doses up to 25
mJ/cm2.
The findings show that UV disinfection is a very
reliable technology for the inactivation of pathogenic micro-organisms in drinking water. An UV
dose of 105 mJ/cm2 gives the required inactivation of phages and (endo)spores and a complete
inactivation of protozoan cysts and oocysts.
Degradation of organic micropollutants
Pilot plant experiments
Degradation of 10 pesticides atrazine, pyrazon,
diuron, bentazone, bromacil, methabenzthiaxuon,
dicamba, 2,4-D, TCA, trichlorpyr and the atrazine
metabolite desethyldesisopropylatrazine by UVphotolysis was studied in a standard in line Berson
reactor. The electric energy was ranging from 0.25
– 2.0 kWh/m3.
Reactiviation of micro-organisms
It is important to understand that it is debatable as
to whether or not UV-irradiation causes permanent
or temporary inactivation of micro-organisms.
Relatively little is known about the repair of UVdamaged DNA in encysted water-borne protozoan
pathogens. Our data indicate that neither Giardia
Table 2:
4
In Vivo Reactivation of Giardia Muris Cysts Treated with Medium Pressure UV
Days Post
No. Mice Infected/Total No. Mice
Infection
< 25 mJ/cm2
> 60 mJ/cm2
5
14/35
0/34
6/20
0/20
10
35/35
1/34
20/20
0/20
15
35/35
1/34
20/20
0/20
20
35/35
5/34
20/20
0/20
25
35/35
6/34
20/20
0/20
30
35/35
7/34
20/20
0/20
18
UV/H2O2 retrofit of PWN’s water treatment plant Andijk for primary disinfection and organic contaminant control
Table 3:
Pesticide Degradation by UV-Photolysis with 1 kW/m3
Pesticide
Degradation (%)
Pesticide
Degradation (%)
Atrazine
70
Dicamba
63
Pyrazon
52
2,4.D
58
Diuron
65
TCA
18
Bentazone
50
Trichlorpyr
52
Bromacil
42
Desethyldesisopropyl atrazine
30
Methabenzthiaxuon
50
All priority pollutants showed a significant degradation by UV-photolysis. The conversion for an
electric energy of 1 kWh/m3 (about 1000 mJ/cm2)
is summarized in table 3.
had to be achieved by an additional H2O2-dosage
to initiate a supplementary hydroxyl radical reaction. Examples for a compound with a low and a
high UV-photolysis conversion are shown in figure
5 and 6.
By UV-photolysis with 1 kWh/m 3 degradation
ranged from 18 % for trichloroacetic acid (TCA) to
70 % for atrazine. The criterion of 80 % conversion
Degradation of atrazine by an electric energy of
1 kWh/m3 amounted 70 %. This degradation was
100
Conversion [%]
90
80
uv 7,9 [/m]
uv = 2,2 kWh/m3
uv = 1,5 kWh/m3
uv 7,3 [/m]
uv = 0,5 kWh/m3
70
60
uv = 0,33 kWh/m3
50
40
uv = 1,0 kWh/m3
uv = 1,0 kWh/m3
0
5
10
Peroxide [mg/l]
15
Figure 5: Bromacil Degradation by Combined UV-Photolysis and Hydroxyl Radical Oxidation for UV/H2O2-treatment
100
Conversion [%]
90
80
uv 7,9 [/m]
uv = 1,0 kWh/m3
uv = 1,0 kWh/m3
70
60
uv 7,3 [/m]
50
40
uv = 2,2 kWh/m3
uv = 1,5 kWh/m3
0
5
10
uv = 0,5 kWh/m3
uv = 0,33 kWh/m3
15
Peroxide [mg/ l]
Figure 6: Atrazine Degradation by Combined UV-Photolysis and Hydroxyl Radical Oxidation for UV-H2O2-treatment
19
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
100
100
60
Degradation %
Degradation %
80
40
20
80
60
40
20
0
Bisphenol A
0
Dicamba
2,4 D
Bentazone
Mecoprop
Figure 7: Pesticide Degradation in Pre-treated IJssel
Lake Water Swift 4L12 reactor, UV dose
0,54 kWh/m3 (540 mJ/cm2), H2O2 dose 6 mg/L
increased to the desired 80 % by adding 13 g/m3
H2O2. Atrazine degradation was caused primarily
by photolysis with a polishing effect of hydroxyl
radical oxidation.
Degradation of bromacil by an electric energy of
1 kWh/m3 amounted 42 %. This degradation was
increased to the desired 80 % by adding 15 g/m3
H2O2. For bromacil degradation hydroxyl radical
oxidation played a much more important part.
For most priority pollutants a degradation of 80
% can be achieved. Depending on UV-absorbance
and quantum yield on the one side and chemical
structure (double bonds, H-atoms) on the other
side photolysis or hydroxyl radical reaction will
play a predominant part. Only for TCA and desethyldesisopropylatrazine 80 % degradation may
not be achieved completely.
Since these pilot plant runs the reactor design
is improved significantly, thereby reducing the
electric energy needed for degradation by a factor
of about 2. Some results for pesticide, endocrine
Diclofenac
Ibuprofen
Carbamazepine
Figure 8: Endocrine Disruptor and Pharmaceutical
Degradation in Pre-treated IJssel Lake
water Swift 4L12 reactor, UV dose 0,54
kWh/m3 (540 mJ/cm2), H2O2 dose 6 mg/L
disruptor and pharmaceutical degradation in a
Swift 4L12 reactor are shown in figure 7 and 8.
With this new reactor design more than 60 %
degradation could be achieved at an UV dose of
540 mJ/cm2 (0.54 kWh/m3) and 6 mg/L H2O2. So
the dose for organic contaminant control is much
higher than for disinfection.
Perspective
At water treatment plant Andijk UV/H2O2-treatment will be implemented. For primary disinfection the breakpoint chlorination will be replaced
by UV-disinfection. A dose of 105 mJ/cm2 gives the
required inactivation of phages (viruses) and spores
and a complete inactivation of Giardia muris and
Cryptosporidium oocysts. Although some reactivation of Giardia muris cysts and Cryptosporidium
parvum oocysts is observed, this will not take place
at UV-doses as high as 105 mJ/cm2.
(/;MGL=
20
15
10
5
0
0
2
4
%MPTY"ED#ONTACT4IME;MIN=
Figure 9: H2O2-removal by GAC filtration as a Function of the Empty Bed Contact Time
20
6
8
UV/H2O2 retrofit of PWN’s water treatment plant Andijk for primary disinfection and organic contaminant control
Organic contaminant control can be achieved for a
broad range of process conditions e.g. 540 mJ/cm2
(0.54 kWh/m3) and 6 mg/L H2O2. This UV dose is
much higher than needed for disinfection. Under
these conditions primary metabolite formation is
insignificant, while bromate formation is absent
irrespective of the process conditions.
PWN decided to implement UV/H2O2-treatment
in the full scale treatment plant prior to the two
step GAC filtration already present. Important
issues were removal of residual H2O2, biological
stability and nitrite formation. Removal of H2O2 by
GAC filtration is presented in Figure 9.
References
Removal of 15 g/m3 H2O2 proved to be complete
within 5 minutes. After GAC filtration with an
empty bed contact time of 30 minutes the biofilm
formation rate remained very low (~ 2 pg/cm2.d)
during the total filter run, although AOC increased
from 10 to 40 μg Ac C eq/L. Nitrite was completely
removed in the GAC step.
5 Sonntag, C. von, Mark, G. Mertens, R., Schuchmann, M.N., Schuchmann, H.P.: J Water SRT
– Aqua 43, 201 – 211 (1993)
Based on these results PWN decided to upgrade
water treatment plant Andijk to the following
configuration:
microstraining / coagulation / rapid sand filtration
/ UV-H2O2 treatment / two step GAC filtration /
microstraining / ClO2 dosage.
The combination of UV/H2O2 treatment / GAC
filtration provides a very reliable and flexible
process for:
• removal / inactivation of micro-organisms;
• organic contaminant control.
Three streets of four Trojan Swift 16L30 reactors
and H2O2 dosage are operational since late 2004.
1 Kruithof, J.C., Kamp, P.C.: Proceedings IOA/
EA3G Conference, Moscow p. 331 – 348 (1998)
2 Hoigné, J.: Science of the Total Environment
47, 169 – 185 (1985)
3 Kruithof, J.C., Kamp, Meijers, R.T.: Proceedings
14th Ozone World Congress, Dearborn (1999)
4 Kruithof, J.C., Kamp, P.C.: Proceedings AWWA
Annual Conference, Chicago (1999)
6 Bourgine, T.P., Chapman, J.I.: Proceedings
IOA/EA3G Conference, Amsterdam (1996)
7 Chang, J.C.H., Ossoff, S.F., Lobe, D.C., Dorfman, M.H., Dumais, C.M., Qualls, R.G.,
Johnson, J.D.: Applied and Environmental Microbiology 49, 1361 – 1365 (1985)
8 Ransome, M.E., Whitmore, T.N., Carrington,
E.G.: Water Supply 11, 75 – 89 (1993)
9 Rice, E.W., Hoff, J.C.: Applied and Environmental Microbiology 42, 546 – 547 (1981)
10 Bukhari, Z., Hargy, T.M., Bolton, J.R., Dussert,
B., Clancy, J.L.: Journal of the American Water
Works Association, 91, 86 – 94 (1999)
11 Clancy, J.L., Hargy, T.M., Marshall, M.M.,
Dyksen, J.E.: Journal of the American Water
Works Association 90, (92 – 102 (1998)
Acknowledgement
The author thanks P. Hoogzaad, R. Kooijman
(PWN), D.W. Smith, N.F. Neumann, S.Craik (University of Alberta), G. Williams (Trojan Technologies Inc.) and J.R. Bolton (Bolton Enterprises) for
their stimulating discussions and their assisting in
realizing this study.
12 Craik, S.A., Finch, G.R., Bolton, J.R., Belosevic, M.: Water Research (2000)
13 Mechsner, K., Fleischmann, T., Mason, C.A.,
Hamer, G.: Water Science and Technology 24,
339 – 342 (1991)
21
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
22
Pharmaceuticals and personal care products in the water cycle
Pharmaceuticals and personal care
products in the water cycle
drs. A.J. Palsma, L. Puijker en M. Mons
Dit artikel is gebaseerd op het gelijknamige rapport van de
GWRC. Dat rapport is het resultaat van een gezamenlijk
project van STOWA en KIWA in opdracht van de GWRC. De
auteurs van dit rapport zijn Leo Puijker en Margreet Mons
(beiden KIWA).
drs. A.J. Palsma
STOWA
Background
Concern regarding the occurrence and effects of pharmaceuticals in the water system has been growing since
the late 1990s. A number of studies have shown that
pharmaceuticals (PhAC) and personal care products (PCP)
are present in effluents of wastewater treatment plants
and the receiving surface water. Since 1995 an increasing
number of studies have been carried out in a.o. Germany, United Kingdom, the Netherlands, Denmark and
the United States on the occurrence and effects of PPCPs
(a.o. Stumpf et al., 1996, Heberer and Stan, 1997, Ternes,
1998, Ternes et al., 1998, Halling-Sørensen et al., 1998,
Buser and Muller, 1998, Sacher et al., 2001, Ternes and
Hirsch, 2000, Mons et al., 2000, Ternes, 2001, Kolpin et
al., 2002, Mons et al., 2003). A wide variety of PhAC and
some PCP have been reported starting with compounds
like the lipid regulating agent clofibric acid and salicylic
acid and subsequently synthetic hormones, antibiotics,
1
GWRC is a non-profit organization that serves as the collabo-
rative mechanism for water research. The product the GWRC
offers its members is water research information and knowledge.
The Coalition will focus on water supply and wastewater issues
and renewable water resources: the urban water cycle.
The founder members of the GWRC are: the Awwa Research
door water verbonden
Foundation (US), CRC Water Quality and Treatment (Australia),
Kiwa (Netherlands), Suez Environment- CIRSEE (France), Stowa
- Foundation for Applied Water Research (Netherlands), DVGW
– TZW Water Technology Center (Germany), UK Water Industry
Research (UK), Veolia- Anjou Recherché (France), Water Environment Research Foundation (US), Water Research Commission
(South Africa), WaterReuse Foundation and the Water Services
Association of Australia.
23
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
analgesics, anti-epileptics, β-blockers, antiseptics
and X-ray contrastmedia.
Different studies and literature reviews have
focussed on the use, emissions, ecotoxicity, and
removal during water treatment processes and
human health aspects of PhAC in drinking water
(Derksen et al., 2002, Derksen and Lahr, 2003,
Snyder et al., 2003, Versteegh et al., 2003).
Objective of the literature review
The objective of this literature review is to:
- summarise existing data;
- evaluate the occurrence and effects of PhAC
and PCP in the water cycle;
- identify knowledge gaps; and to
- express the needs for additional research.
Although the scope of the study was originally
on both groups of compounds the accent of this
review is onto PhAC since only few data are available for PCP compared to a relative large database
for many PhAC.
This review will form the basis for a GWRC research
strategy.
Emission of PhAC and PCP
There are four main sources and emission routes
for PhAC and PCP to the environment (Derksen
and Lahr, 2003):
1. Effluents and sludge from municipal wastewater treatment plants;
2. Disposals of unused PhAC;
3. Manure containing veterinary pharmaceuticals;
4. Industrial wastewater and solid waste from the
production of PhAC and PCP.
The amount of pharmaceuticals discharged by
producers is usually low (1-5% of the total production), compared to other industries. Stan et
al. (1994) and Ternes (1998) concluded that the
concentrations of pharmaceuticals and their metabolites observed in water samples originated
from therapeutic use, as was indicated by their
24
widespread distribution in municipal wastewater
treatment plants.
A large variety of PhAC are used for human and
animal health: for example in the Netherlands
about 850 active ingredients are used in 12,000
registered products, and about 200 veterinary
pharmaceuticals in 2,500 products (Derksen and
Lahr, 2003). These numbers will differ between
countries. Table 1 lists the main classes of PhAC
and some PCP and the most typical representatives
of these classes.
Information about the use or consumption is
not usually publicly available. Total consumption of pharmaceuticals in human medicine has
been investigated in different countries but the
amounts are often expressed in monetary value
or the number of prescriptions. The amounts of
active ingredients are mostly unknown. For overthe-counter drugs (OTC) it is even more difficult
to obtain use data or sales data. It is possible to
buy some databases giving the amounts produced
per year in a given country, but generally data on
the most widely used pharmaceuticals are hard
to obtain. However, some information is available: for example the total use of analgesics in
the Netherlands amounts 200,000 kg/year (≈ 14
g/person/year), anti-epileptics, antibiotics and
antihyperlipidaemics approximately 10,000 kg/
year. There are differences between countries,
which is to be expected.
For some personal care products, like synthetic
musks, estimations have been made of the production and use. The daily use in Europe of musk
ketone, musk xylene, AHTN (TonalideTM) and HHCB
(GalaxolideTM) was estimated at 0.5 – 10 mg per
person (Balk, 1998). For most of the PCP data are
not available.
The fate of veterinary and human pharmaceuticals
following excretion differs considerably. In general
municipal wastewater and, therefore, human
pharmaceuticals have to pass sewers and sewage
treatment prior to entering rivers of streams.
Veterinary pharmaceuticals may be more likely
to contaminate soil and groundwater when liquid
Pharmaceuticals and personal care products in the water cycle
Tabel 1:
Main classes of pharmaceuticals and personal care products
Pharmaceuticals
Analgesics, antipyretics, antiphlogistics, antiinflammatories, antirheumatics
acetylsalicylic acid*
diclofenac
dimethylaminophenazone
fenoprofen
ibuprofen*
indometacine
ketoprofen*
naproxen*
paracetamol
phenazone
propyphenazone
erythromycin*
anhydro-erythromycin
flumequin*
lincomycin*
mebendazole
nitrofurantoin*
oleandomycin
oxytetracyclin
oxolinic acid*
roxithromycin
sulfachlorpyridazine*
sulfadimethoxine*
sulfamethoxazole*
sulfaquinoxaline*
trimethoprim
monensin
narasin
Antibiotics
amoxicillin*
cephalexin
ciprofloxacin
clarithromycin
clindamycin
doxycyclin
Veterinary antibiotics*
dimetridazole
Antiepileptics
carbamazepine
primidon
Antineoplastic drugs
cyclophosphamide
ifosfamide
Beta blockers
atenolol
bisoprolol
betaxolol
metoprolol
pindolol
propranolol
sotalol
Fibrates/Lipid-lowering agents(antihyperlipidaemics)
bezafibrate
clofibric acida)
etofibrate
fenofibrate
fenobric acidb)
gemfibrozil
pentoxiphylline
simvastatin
iomeprol
iopamidol
iopromide
iopanoic acid
iotalamic acid
ioxaglic acid
ioxitalamic acid
clenbuterol
terbutaline
monensin
nicarbazine
X-ray contrast media
amidotrizoic acid
iodipamide
iohexol
Tranquillizers
Diazepam
Broncholytics
salbutamol
Coccidiostatics*
amprolium
saluinomycine
Antiparasitics*
flubendazol
ivermectin
Personal care products
Nitromusks
musk ketone
musk xylene
Polycyclic musks
galaxolide
tonalide
celestoide
Antibacterial agents
Triclosan
*) Pharmaceutical has both both human and veterinary application
a) metabolite of clofibrate
b) metabolite of fenofibrate
manure is used for top soil dressing. After rainfall,
surface water can be polluted with veterinary
pharmaceuticals by run-off from fields or agricultural areas treated with livestock slurries.
25
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
The fate of pharmaceuticals in the environment
is presented in figure 1.
Selection of priority substances
Priority substances for monitoring can be selected
on the basis of total use, analytical feasibility,
degradability, ecotoxicological risk, human health
risks or representation of a group of pharmaceuticals.
Lists of priority substances will not necessarily be
the same for different countries.
Summary and conclusions
There are only few data readily available of the
annual production or use of pharmaceuticals. If
there are data, for example within the industry,
these data are not made public.
The relative contributions of the various emission
sources are not precisely known. Effluents from
WWTPs and untreated wastewater are the most
important sources for human pharmaceuticals.
The quantitative contributions of veterinary pharmaceuticals, for example from fish or livestock
farming, and emissions from industrial production
sites are unknown.
Occurrence of PhAC and PCP in the water
cycle
Many data are available on the occurrence of PhAc
and some PCP in sewage effluent, surface water,
and to a lesser extent in groundwater and drinking
water. Occurrence data from European countries
and the United States are mostly in line with each
6ETERINARYDRUGS
&EEDADDITIVES
(UMANDRUGS
0ERSONALCAREPRODUCTS
DISPOSAL
USEEXCRETION
EXCRETION
SEWAGE
WASTE
MANURE
340
LANDFILLSITE
SOIL
FISHFARMS
SURFACEWATER
GROUNDWATER
MANUFACTURE
DRINKINGWATER
Figure 1: Sources and fate of PhAC and PCP in the environment (Ternes, 2001)
26
Pharmaceuticals and personal care products in the water cycle
other. Few or no data are available from other
parts of the world.
Pharmaceuticals and personal care products are
frequently detected in high concentrations in
WWTP effluent and surface waters. Concentrations are in the range of 1000-10,000 ng/l for
WWTP effluent and 100-1000 ng/l for surface
water. In hospital wastewater concentrations of
especially X-ray contrast media, antibiotics and
anti-neoplastic agents can be much higher than in
regular domestic wastewater. Groundwater is less
affected; concentrations are usually varying from
10-100 ng/l. There are some exceptions where
higher concentrations have been detected, possible as a result of leakage from sewers.
Very low levels (1-100 ng/l) of different PhAC have
been found in drinking water.
There are very few data available on the occurrence of personal care products in groundwater
and drinking water.
The most predominant pharmaceuticals in water
are diclofenac, ibuprofen, naproxen, bezafibrate,
clofibric acid, carbamazepine, erythromycin, sulfamethoxazole and some X-ray contrast media,
such as iopamidol, iopromide and amidotrizoic
acid (diatrizoate).
Risks for ecosystems
With the current knowledge for most pharmaceuticals it is not possible to make a proper estimate
of the ecotoxicological risk of human pharmaceuticals to the environment. However, risks for aquatic
organisms cannot be ruled out. Better data are
needed on a wider range of species in studies that
are relevant to the various types of water.
Human health risk
PhAC have been detected in drinking water. The
general population can, therefore be exposed to
these substances via drinking water. However,
concentrations ingested are far below the daily
therapeutic doses and safe levels that have been
derived.
The exact human and environmental significance
of PhAC with regard to subtle long-term effects
are less clear as the necessary toxicity data are
lacking. Based on precautionary principles exposure to these substances via drinking water should
therefore be minimised.
Risk & risk perception
Most data have resulted from individual research
projects that have been conducted as one-off
samples. A Europe-wide integrated monitoring program on PhAC and PCP, with frequent monitoring in
different types of water, has not been conducted
until now. Results from EU-research projects like
ENVIRPHARMA, ERAVMIS and POSEIDON are the
basis for monitoring programs in the future.
Further development of analytical techniques for
PhAC and PCP is required to improve the performance characteristics for a number of selected
compounds, e.g. the recovery for some polar compounds and the analysis of wastewater and sludge.
It is important that properly validated analytical
methods are implemented in monitoring programs,
along with frequent monitoring.
Considering the public perception of water quality the question is whether regulation of PhAC in
surface water and drinking water could decrease
the public concern with respect to this subject.
Experience from other countries regarding this
issue should be exchanged to set up guidelines
and/or a general approach for communication.
In addition the government could also play an
important role in the communication strategy.
Removal of PhAC and PCP in water treatment
Since there is often no direct relation between
sampling of influents and effluents of WWTPs the
data for removal are not sufficiently accurate.
It would be useful to draw up a mass balance
between input, output, adsorption on sludge and
degradation and evaporation to evaluate the rela27
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
tive contribution of the different mechanisms of
removal and to make the next step to optimisation
of process conditions.
Research on removal in drinking water production
processes must be focussed on PhAC and PCP frequently found at low levels in drinking water, and
at higher levels in surface water, to provide data
that will avoid contamination of drinking water
with PhAC and PCP.
▪
▪
▪
Research needs
Based on the information currently available the
next research needs can be defined as:
▪ Improvement of performance characteristics
of analytical methods and implementation of
validated analytical methods for monitoring.
▪ A better understanding is needed of removal
processes in wastewater treatment and how
28
▪
to improve their efficiency in order to reduce
emissions to the water environment.
Monitoring programmes for groundwater and
drinking water are needed for a better insight
into the occurrence in these types of water.
Possibilities for source control and source
specific treatment should be investigated (e.g.
separate treatment of wastewater from hospitals or after urine separation).
More information is needed on the removal
efficacy of pharmaceuticals during various
drinking water treatment processes, including
bank filtration, activated carbon filtration,
ozonation, membrane filtration and Cl2- and
UV-disinfection;
Data on the effects on ecosystems are largely
lacking. For an ecotoxicological risk-assessment
more information is needed.
Systeem in het grondwater
Systeem in het grondwater
prof.dr.ir. T.N.Olsthoorn
Summary
Currently the Netherlands and is under pressure to solve its
groundwater problems in a single sweep. The complexity
of societal processes as well as that of the physical and
chemical reality makes a systems approach necessary.
Growth of groundwater abstraction by drinking water companies has stopped since the mid 1990s, as a consequent
of the policy to avoid further deterioration of groundwater dependent nature due to groundwater lowerings that
occurred since the 1950s. More use is made of surface
water, part of which through artificial recharge. Artificial
recharge has a large potential, especially if systems can
be realized that need never stop. Good quality surface
water by the European Water Framework Directive and
proper risk management may allow this. Given its societal
and environmental importance, artificial recharge deserves a special treatment in the directive. ASR wells may
be applied for temporary storage, but careful hydrologic
analyses remain to be done, to fully evaluate the effects
on the environment. Lack of space forces exploration of
options that allow weaving of functions. As such, potential
sources include available strong seepage areas, which allow the water to be used by nature first and for drinking
water thereafter.
prof.dr.ir. T.N. Olsthoorn
TU Delft / WLBA
Samenvatting
Door onszelf, Brussel en de veranderingen van ons klimaat
worden we als Nederland en als waterleidingbedrijven in
het bijzonder, onder druk gezet alle problemen die samenhangen met grondwater in een keer op te lossen. Ons
enige rustpunt is een stagnerende vraag naar drinkwater.
De vraag is of dat zo blijft en vervolgens hoe we het scala
aan ons gesteld eisen in de praktijk gaan inpassen. De
complexiteit van zowel de beleidsprocessen als die van
de inhoudelijk verbanden maakt een systeembenadering
noodzakelijk.
door water verbonden
29
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Grondwater onbegrepen
Eind negentiende eeuw, na bijna een halve eeuw
onttrekking van grondwater aan de duinen ten
zuiden van Zandvoort, was het grondwater nog
allerminst begrepen. Nadat vanaf 1880 de watervoorziening van Amsterdam stagneerde door
ernstige tekorten aan duinwater, en het Vechtwateralternatief onbevredigend bleek, is van 1890 tot
1916 een verbeten strijd gevoerd over de oorzaak
en de oplossing van de watertekorten in het duin.
Deze strijd eindigde met het ontslag van directeur
en hydroloog Pennink in 1916. In de negentiende
eeuw was een belangrijke vraag, hoeveel duinwater er nu feitelijk beschikbaar was uit condensatie
en uit regen. Vanaf 1901 verschoof de aandacht
naar het diepere duinwater, dat ook zoet bleek:
was dit afkomstig van een continentale stroom uit
het oosten of werd het lokaal gevormd? Hoewel
het principe van zoet grondwater dat drijft op
zwaarder zout water in 1889 door de Nederlander
Badon Ghijben is ontdekt, en Pennink uitgebreid
modelonderzoek hiernaar had gedaan (en in een
prachtig 4 talig boek in 1905 had gepubliceerd),
woekerde de onduidelijkheid nog 18 jaar voort.
In de Verenigde Staten, maar ongetwijfeld ook
elders, blijkt er vaak maar weinig verband tussen
de wetgeving op het gebied van oppervlaktewater
en die van grondwater; de wet heeft veelal geen
pas gehouden met de toegenomen systeemkennis. Wetgeving stamt deels nog uit de tijd dat het
grondwater volgens de wetgever zodanig onbegrepen was, dat deze oordeelde dat er geen wet
voor kon worden gemaakt. (Glennon, 2002, p29).
Grond- en oppervlaktewater worden dan vaak
geheel gescheiden behandeld en geëxploiteerd,
wat ertoe leidt dat op tal van plekken in de wereld
rivieren droog vallen (Postel, 1999).
Het onbegrip strekt zich uit tot vandaag de dag.
Zo viel het niet mee ruim aandacht te krijgen
voor grondwater op het laatste World Water Forum, en dit terwijl het grondwater nagenoeg al
het beschikbare zoete grondwater van de wereld
uitmaakt (99% of 95% als alleen de meest actieve
grondwatersystemen worden beschouwd, Freeze
& Cherry, 1979). Het oppervlaktewater dat we
30
zien is in de meeste gevallen zelfs dagzomend
grondwater. Het valt lang niet altijd mee de werking van het grondwater uit te leggen, niet aan de
leek, niet aan agrariër en niet aan een actiegroep
tegen grondwateroverlast: Je kan grondwater nu
eenmaal niet zien. Het blijft hierdoor voor velen
obscuur.
Toch verdient grondwater een volwaardige plaats
in de maatschappelijke afwegingen, aldus de CIW
in haar advies van 2004. “Wie bij belangenafweging voorafgaand aan besluitvorming geen rekening houdt met de consequenties van dat besluit
voor de grondwaterstand, kan de rekening door
de rechter gepresenteerd krijgen.” Er loopt een
aantal rechtszaken waar deze conclusie van CIW
op doelt. Met name in het kader van de bij voortgaande klimaatsverandering nog te verwachten
natte jaren, mag ervan worden uitgegaan dat zulke
zaken vaker gaan voorkomen.
Grondwater positief
De leek beoordeelt grondwater vaak negatief: Het
water dat hij moet laten wegpompen als hij wil
bouwen en de oorzaak van zijn natte kelder. Veel
belangrijker is evenwel dat het grondwater de regen opvangt, deze bergt en slechts langzaam weer
afgeeft. Dat het grondwater de planten voedt.
Dat het de rivieren gaande houdt, nog maanden
nadat de bovengrond is uitgedroogd. En dat het
grondwater de belangrijkste bron is voor veilig
drinkwater. Het is veelal lokaal aanwezig, meestal
hygiënisch betrouwbaar en met eenvoudige middelen tot drinkwater te bereiden.
De laatste 35 jaar is het grondwater, door beschikbaarheid van elektriciteit en goedkope pompen,
wereldwijd een enorme bron geworden voor irrigatie. Een kwart van de voedselproductie in India
is er direct van afhankelijk. Vergelijkbare cijfers
gelden voor andere landen zoals China. Dankzij het
grondwater, en tegen alle verwachting van enkele
decennia geleden in, kan een land als Bangladesh
zich tegenwoordig zelf van voedsel voorzien, zij
het dat we hier met een volstrekt onvoorzien
kwaliteitsprobleem te maken hebben: arseen in
Systeem in het grondwater
miljoenen putten. Een onvoorziene systeemconsequentie (Harvey, 2002, 2004).
Grenzen aan beschikbaarheid
Ondanks de ongekende volumina grondwater blijkt
de voorraad uiteindelijk beperkt. In grote delen
van de wereld overschrijdt de onttrekking vele
malen de natuurlijke aanvulling. In droge gebieden, vindt veelal nauwelijks of geen aanvulling
plaats; de onttrekking is hier in feite een vorm van
mijnbouw, die het grondwater wint dat ontstond
in perioden met een duidelijk natter klimaat dan
tegenwoordig.
Deze onttrekking is mogelijk door de grote volumina die in de grondlagen zijn opgeslagen. In Noord
India bijvoorbeeld, kunnen de aquifers (goed
doorlatende, watervoerende lagen) gemakkelijk
1000 m dik zijn. Elders, zoals in de Great Planes
van de USA of de Nubische Zandsteen in Egypte
gaat het vaak over honderden meters dikte.
De beroemde Ogallala aquifer in het midden van
de USA. Met zijn uitgestrektheid van 560000 km2
bevatte deze aquifer oorspronkelijk ca 4000 km3
grondwater, wat overeenkomt met een waterlaag van gemiddeld 7 m dik. Momenteel wordt
dit gebruikt voor de irrigatie van 10000 km2. Bij
een irrigatie met van 1 m/jaar en een hiermee
vergeleken verwaarloosbare aanvulling komt dit
neer op 10 km3/jaar ofwel 2.5‰ per jaar. Dalende
grondwaterstanden en een afnemende dikte van
de waterlaag verminderen de grondwateraanvoer
en verhogen de kosten. Dit gaat door tot het grondwater niet meer rendabel kan worden onttrokken.
Een economische grens lijkt in de praktijk bij 200
m diepte te liggen (Kinzelbach et al, 2004).
Omdat het water niet gelijkmatig is verdeeld,
varieert de verwachte levensduur van de irrigatiesystemen in de Ogallala tussen minder van 25
jaar en meer dan 250 jaar (Landreth et al, 2003).
Aangezien er naast de Ogallala geen andere bron
van water voorhanden is, kan men alleen terug
vallen op landbouw zonder irrigatie, met een veel
geringere opbrengst. “Pumping the Ogallala is a
one-time experiment, unrepeatable and irreversible” (Wilson et al, 2002).
Vergelijkbare situaties doen zich voor op andere
plaatsen in de wereld zoals India en Noord China.
Het hoeft geen betoog dat het opraken van grondwater op zo’n grote schaal in de toekomst grote
problemen voor de wereldvoedselvoorziening kan
(en zal) betekenen. Dit kan in een aantal decennia
het geval zijn. De problematiek van de verzilting
door irrigatie laat ik hier gemakshalve buiten
beschouwing laten, doch deze is een factor op
zichzelf (Postel, 1999)
Terwijl de aquifers aan de voet van de Himalaya zo
dik zijn, en dus veel water bevatten, bestaat de
bodem in grote delen van het midden van India uit
rots. Het grondwater houdt zich daar op in spleten. De hoeveelheid is beperkt; in grote delen is
het grondwater daar al op. Dit leidt tot een grote
trek naar de steden. Maar ook tot de aanleg van
miljoenen installaties voor kunstmatige infiltratie
de komende 10 jaar, die water moeten opvangen
van daken als het regent en dit infiltreren (Chadha,
mondelinge mededeling, en voordracht, Adelaide,
2002).
De vraagstukken van overexploitatie zijn wereldwijd. Zij zijn een rechtstreeks gevolg van de bevolkingsgroei en de beschikbaarheid van elektriciteit.
Dat overexploitatie alleen in ontwikkelingslanden
een rol speelt is blijkens de Ogallala een illusie.
Ook in natte omstandigheden kan het grondwater
lang niet altijd voldoen aan de vraag. Ik mag hier
wijzen op onze eigen duinstrook. Reeds rond 1880
onttrok de toenmalige Duinwaterleiding van Amsterdam meer water uit de duinen als de jaarlijks
uit neerslag beschikbaar komt. In de jaren daarna
begon in 1903 de onttrekking met putten van water
uit diepere lagen. Tegen de jaren vijftig van de
twintigste eeuw oversteeg de jaarlijkse onttrekking aan de duinen de aanvulling met een factor
drie. Een zeer ernstige verzilting was hiervan het
gevolg. Alleen door de waterbalans te herstellen
door aanvoer van (voorgezuiverd) rivierwater kon
dit proces worden gestopt. Sinds de start van de
kunstmatige infiltratie herstelt de natuurlijke
voorraad zich weer geleidelijk. Voor de andere
duinwaterbedrijven is de situatie niet anders (zie
bijv. De Jonge & Dammer, 2003).
31
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Beschikbaarheid op landelijke schaal
Verdroging
Op landelijke schaal botsten we rond 1980 tegen
de grenzen van onze grondwaterwinning aan. Het
was het begin van het milieuthema verdroging.
Het is daarbij niet zo dat de grondwatersystemen
daadwerkelijk in hun geheel werden leeggezogen. Veel meer werden de gevolgen helder van
de ingrepen in het grondwatersysteem die op
landelijke schaal sinds de oorlog hebben plaats
gevonden. De alarmbel was de geconstateerde
voortdurende achteruitgang van de voor Nederland specifieke natuur, die zeer van grondwater
afhankelijk bleek.
Dit geldt voor de ondiepe winningen, vooral in
het Oosten en zuiden van het land, waar een
directe relatie met de natuur gemakkelijk was
aan te tonen. Echter, ook in onze grote grondwatersystemen, zoals dat van Noord Brabant, bleek
dat een groot aantal afzonderlijk vergunde kleine
pompstations toch samen één grote maakte, en
bijvoorbeeld invloed had op de diepe kwel van
beeksystemen. Het bleek dat de situatie op de
schaal van het systeem beschouwd dient te worden.
Deze relaties tussen het grondwater en de vegetatie zijn in het verdrogingsonderzoek van de
afgelopen 25 jaar steeds helderder geworden.
Het gaat tegenwoordig al lang niet meer om de
grondwaterstand. Het grondwaterregime, inclusief
de minerale kwaliteit van het grondwater, zijn
bepalend voor de natuur. Het gaat om het gehele
grondwaterregime (GGOR). De grondwaterwinning
is sindsdien frequent ter discussie gesteld.
De gevolgen van de grondwaterwinning werden
maatschappelijk niet langer acceptabel geacht.
Eén van de gevolgen was een nagenoeg stoppen
van het verlenen van nieuwe vergunningen voor
grondwateronttrekking. Het feit dat door onderzoek werd aangetoond dat de bijdrage maar 10 of
25% uitmaakte van het probleem, en dat voor de
rest de schuld vooral bij de landbouw diende te
worden gelegd, deed hier niets aan af. De groei
van de grondwateronttrekking is sinds medio jaren
32
negentig gestopt. In plaats daarvan ontstond een
periode van reallocatie van winningen, van compensatie van effecten om de benodigde capaciteit
overeind te kunnen houden. Voorts werden vanaf
1990 de infiltratiesystemen ecologisch geoptimaliseerd, waardoor hier en daar nog capaciteit kon
worden gewonnen (Peters et al, 1990). Dit vooral
provinciaal ingezette beleid, en de in 1995 ingestelde grondwaterbelasting hielpen bij het ontwikkelen van alternatieven waaronder, besparingen,
uitruil met industrie, compensaties en een groter
direct gebruik van oppervlaktewater als bron.
Het huidige Nederlandse beleid zal worden voortgezet bij de implementatie van de Kaderichtlijn
Water. Hoewel de landelijke groei van grondwateronttrekkingen inmiddels gestopt is, blijft het
beleid om de industriële grondwaterwinning te
reduceren, aldus de Kabinetsnota Pragmatische
Implementatie Europese Kaderrichtlijn (April
2004).
Verontreiniging
Het grondwater wordt bedreigd door verontreiniging. De winning van grondwater vergt altijd
een aanzienlijk oppervlak dat moet worden beschermd. Dit grote oppervlak kan gemakkelijk
worden verontreinigd door het bodemgebruik,
waaronder landbouw en verstedelijking. Hier
komt bij dat veel verontreinigingen pas zijn
ontdekt decennia nadat zij waren veroorzaakt.
Grondwaterverontreinigingen zijn een sluipend
proces, het opruimen is een zaak van zeer lange
adem. We hoeven slechts te denken aan de tri en
tetra van de metaalfabriekjes in het Gooi en op
de Utrechtse Heuvelrug, de infiltratie van rioolwater in de Wasmeren van Hilversum, Budelco,
en de algemene nitraatproblematiek. Hoe langer
geleden de bodemverontreiniging heeft plaats
gevonden, des te dieper deze te vinden is, met
uitzondering van de zogenoemde NAPLs als tri- en
tetrachlooretheen, die door hun grote dichtheid
(zwaarder dan water) zeer snel tot onbereikbare
diepten kunnen infiltreren. In ondiep grondwater
zijn vooral bestrijdingsmiddelen en nitraat een
probleem (Kabinetsnota, 2004).
Het aantal locaties bodemverontreiniging kan
met het huidige tempo niet over twintig jaar zijn
Systeem in het grondwater
Tabel 1:
Uit milieucompendium, inventarisatie bodemverontreiniging
Inventarisaties
1982
1990
1997
bodemverontreiniging
2002 ‘tussenstand’
landsdekkend beeld
officieel aantal locaties
niet-officieel aantal
locaties
Verdacht
2 000
waarvan te saneren
100 000
175 000
ca. 350 000
60 000
60 000 - 80 000
Bron: VROM/RIVM, 2003.
RIVM/MC/sept03
gesaneerd. Een compleet beeld van het aantal
te saneren locaties wordt door het RIVM in 2004
opgesteld.
tie. Een goede oplossing voor licht brak water zou
bijvoorbeeld de waterproblematiek in Suriname
grotendeels oplossen.
Ruimtelijk ordening
De ruimte in ons land wordt steeds krapper en de
bescherming van het grondwater komt hierdoor in
de verdrukking. De verstedelijking walst in toenemende mate letterlijk over de waterwingebieden
heen (Meuleman, 2003, Ramaker, 2001). Dat is
niet verwonderlijk, Zuid-Limburg bestaat voor
40% uit grondwaterbeschermingsgebied. Daarbij
komt dat beschermingsgebieden met hun 25jaars
verblijftijdsgrens sowieso slechts een deel van het
intrekgebied omvatten. Hiernaast hebben overheden geen bijzondere interesse in handhaving van
de beschermingsgebieden. Integendeel, gemeenten willen ervan af omdat zij de economische
ontwikkelingen kunnen frustreren (zo willen de
gemeenten Boxmeer en St. Anthonius dat Brabant
Water haar winningen in het Land van Cuijk sluit
H2O, 2004, 07). Bescherming blijft dus moeizaam
en is nimmer volledig. Hoe meer pompstations
hoe lastiger het is.
Benchmark
Frappant was wellicht, dat in de huidige benchmark de grote bedrijven wat kwaliteit betreft
als het beste uit de bus kwamen. Een reden is
mogelijk de moeilijkheid om bij een winning die
over een zeer groot aantal grondwaterpompstations is verdeeld bij alle stations een topkwaliteit
te bereiken. Hier kunnen adequate bescherming
van het kwetsbare grondwater, in combinatie met
een eenvoudige zuivering een rol spelen. Gezien
de traagheid van het grondwater is het niet te
verwachten dat deze situatie binnenkort wezenlijk
verbetert enkel door bescherming van de bron: op
steeds meer plaatsen zal meer gezuiverd moeten
worden of uitgezien naar een andere bron.
Verzilting
Van onderen dreigt er ook gevaar. In Nederland
drijft praktisch al het zoete water op zout grondwater, dat zich op wisselende dieptes bevindt. Het
diepe grondwater, door slecht doorlatende lagen
veilig afgesloten van ondiepe verontreinigingen,
kan echter van onderen worden verontreinigd
door het aantrekken van brak en zout grondwater,
zoals dat op een aantal pompstations reeds wordt
vastgesteld. Ook hier is aandacht nodig. Oplossing
wordt gezocht in het BTO-project “zoethouder”
van het Kiwa in samenhang met membraanfiltra-
Sturing van het grondwater
Waterschappen
De Unie van Waterschappen was het er onlangs
onderling unaniem over eens dat het grondwaterbeheer aan de waterschappen toebehoort. Een
beetje vreemd dat een dergelijke uitspraak nodig
is, aangezien de waterschappen feitelijk allang het
grondwater beheersen. Bekijken we laag Nederland, dan zien we een lappendeken van peilvakken. Een kunstmatig beheerd watersysteem. Hier
wordt het diepere grondwater niet beheerst door
neerslag en verdamping, maar door de peilvakken.
Dit levert een complex grondwatersysteem, met
tal van gradiënten, waarin kleine, middelgrote en
grote systemen samenhangen.
33
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
In Nederland is er in het algemeen tot op redelijk grote diepe een directe wisselwerking tussengrond- en oppervlaktewater (Eindrapportage
Werkgroep Grondwater; Deelproject Geografische
Indeling. Implementatie EKRW, Fase3, juni 2002).
Zo creëert de drooggelegde Haarlemmermeer een
stevige stroom zeewater onder de duinstrook door
en kwelt er in het centrum oud water op, dat in
de toekomst gezelschap krijgt van het genoemde
zeewater. Langs de randen blijft de polder echter
zoet (Stuyfzand, 1993). Deze zone belooft zelfs
langzaam te groeien.
Elders, bijvoorbeeld in het Vechtplassengebied,
zien we al talloze kleine systeempjes ontstaan
die worden aangedreven door de afzonderlijke
peilvakken. Deze stroming komt geheel voor
rekening van de peilen. Zulke systemen leiden
tot wegzijging en kwel op rond de grens van de
peilvakken. Afhankelijk van de omstandigheden
reiken de deelsystemen meer of minder diep.
Een feit is dat infiltrerend grondwater op tal van
locaties zeer diep kan reiken. We beïnvloeden met
de peilvakken dus niet alleen de stroming maar ook
de kwaliteit van het grondwater. Dit gebeurt op de
tijdsschaal van een aantal decennia. (Verandering
van irrigatie in Bangladesh mogelijk gemaakt door
grootschalige grondwateronttrekking uit miljoenen putten die de laatste 30 zijn geplaatst, is
vermoedelijk de oorzaak van arseenproblemaktiek
in grondwater, (Harvey et al 2002)).
De kwel kan zeer waardevol zijn voor ontwikkeling van natuur. In het kader van het meebewegen
met het grondwater wil ik ervoor pleiten deze
gradiënten maximaal te benutten en in te richten
voor natuur. Voor sommigen zijn deze systemen
kunstmatig, maar anderzijds blijken zij in de loop
van de eeuwen over een stevige continuïteit te
beschikken. Het gaat niet aan om zulke systemen
links te laten liggen alleen omdat ze kunstmatig
zouden zijn. Het is van belang om er een beleid
voor te ontwikkelen dat ook ruimte aan het grondwater in Laag Nederland geeft.
Zo is een van de moderne paradigma’s, afkomstig
uit de Vijfde Nota, dat water bij voorkeur aan het
einde van het systeem zou moeten worden ge34
wonnen, nadat het zijn ecologische functie heeft
vervuld. Winning nadat het water zijn ecologische
functie heeft vervuld impliceert welhaast het winnen van oppervlaktewater, aangezien één van de
belangrijkste ecologische functies van grondwater
bestaat uit kwel.
Mogelijkheden hier invulling aan te geven bieden
zich aan op plaatsen waar grondwater dagzoomt
uit een groot infiltratiesysteem, en dat middels
een beek, kanaal of polder over een groter gebied
kan worden verzameld. Het verzamelen is essentieel om over een voldoend grote hoeveelheid
te kunnen beschikken gedurende het hele jaar.
Voorbeelden van dit soort systemen zijn polders
met een min of meer lekke bodem langs de grote
infiltratiegebieden van de Utrechtse Heuvelrug
en de Veluwe, zoals de Bethunepolder, die 30%
van het drinkwater voor Amsterdam levert en de
polder Horstermeer (geschikt voor brakwaterwinnning?). Ook langs de Oostrand van de Flevopolder,
kwelt veel water op afkomstig uit het Veluwemassief. Met name dit water zou goede kansen moeten
bieden voor verweving van een natuurkwelpolder
met aftap voor de watervoorziening, dit in het
licht van voornoemd paradigma. Het feit dat de
winning dan oppervlaktewater betreft maakt dat
het niet strijdig is met het beleid de grondwateronttrekking te stabiliseren.
Wat betreft de Bethunepolder zijn Amsterdam en
SBB rond 1992 de weg ingeslagen die leidt tot de
ontwikkeling van een natuurpolder met waterwinning. Het is een directe invulling van winning aan
het einde van het watersysteem, met mogelijkheid
van een duurzame combinatie. Deze winning is
reeds in 1930 ingezet tot wederzijds voordeel van
bewoners en waterwinning: Een goede kwaliteit
kwelwater en een stabiele aanvoer zijn verzekerd en er liggen grote kansen voor natuur, niet
in het laatst door de financieringskracht van de
waterleiding.
Wij beschikken over een aantal van dergelijke
systemen met alle potenties voor een duurzame
combinatie van natuur en waterwinning. Maar
het is wel oppervlaktewater, zij het van goede
kwaliteit.
Systeem in het grondwater
Een wat andere invulling van hetzelfde principe,
is om water toch bovenin het systeem te winnen,
maar dit te compenseren met water dat onderaan
het systeem verlaat, nadat het zijn ecologische
functie heeft vervuld. Dit geschiedt momenteel op
de Veluwe, bij Epe, waar beekwater wordt terug
gevoerd en geïnfiltreerd. Hier wordt gebruik gemaakt van de natuurlijke berging van het systeem.
Het water kan doorgaand worden gewonnen, terwijl de infiltratie kan fluctueren afhankelijk van
het regime van de beek.
De plannen van Evides om bij Ossendrecht kwelwater van de Brabantse Wal te gaan infiltreren
vormen een vergelijkbare insteek.
Dit doortrekkend zouden ook randen van andere
diepe polders in aanmerking kunnen komen, zoals
die van de Haarlemmermeer. Hoe zinvol dit is valt
nog te bezien.
Meesturing door waterleidingbedrijven?
Het voorgaande impliceerde reeds een zekere
mate van meesturing van de drinkwaterbedrijven
in de waterhuishouding.
De afgelopen vijftig jaar is het neerslagoverschot
met ca. 1 mm/jaar toegenomen van ca. 750 tot
800 mm/jaar. Deze trend in het klimaat maakt
het door ons over de eeuwen ingerichte grondwatersysteem gevoeliger voor de extremen, die
eveneens zijn toegenomen. De zeer natte jaren
van 1998-2001 zijn daarvoor exemplarisch. Zij
leidden tot aanzienlijke overlast in de agrarische
sector en in stedelijk gebied. Kenmerkend voor Nederland is dat verschillende functies met volstrekt
tegenstrijdige eisen ten aanzien van het grondwaterbeheer zo scherp tegen elkaar aanliggen.
Deze strijdige eisen verhouden zich niet met het
grondwatersysteem, dat ondergronds continu is.
Het gevolg is dat steeds meer kunstgrepen moeten
worden genomen om aan beide functies tegemoet
te komen. Zo eisen bollenkwekers langs de rand
van het duingebied bij De Zilk, dat Amsterdam de
diepe grondwaterwinning aanzet ten behoeve de
waterstand in hun percelen.
Bij verdergaande vernattingsmaatregelen in het
zuiden van de Amsterdamse Waterleidingduinen
is een bufferzone noodzakelijk om de functies
gescheiden te houden. Ruimte lijkt er echter
niet te zijn. Dit kan leiden tot zeer technische en
daarmee mogelijk niet duurzame maatregelen.
In elk geval zal een oplossing moeten worden
gevonden voor het uitstralend effect van de
verhoogde stijghoogten in het diepe pakket. De
invloed hiervan reikt tot enkele kilometers buiten
het duingebied. Een oplossing lijkt te zijn dat WLB
continu water zal moeten gaan onttrekken om
deze invloed te neutraliseren. Het alternatief is
verlaging van peilvakken in een groot deel van de
Duin- en Bollenstreek, wat eigenlijk haaks staat
op het nationaal beleid. Ook in deze peilvakken
zijn specifieke technische oplossingen nodig zoals
een bijzondere sturing om in de gescheiden vakken
voldoende berging te bewerkstelligen.
Inmiddels intensiveren zowel agrariërs als gemeenten in de streek hun eigen drainages, waardoor het bergend vermogen van de regio verder
afneemt; een in het licht van WB21 ongewenste
ontwikkeling.
Op de langere termijn, bij verdere zeespiegelrijzing, mag worden verwacht dat van de duinwaterleidingen een bijdrage wordt gevraagd aan het
beheersen van de ondergrondse indringing van
zeewater. Bij ontwikkelingen in de richting van
diepinfiltratie bieden zich hiertoe mogelijkheden.
In de Verenigde Staten zijn zulke zeewaterbarrières al vanaf de vijftiger jaren in bedrijf.
Capaciteit door kunstmatige infiltratie
Aangezien elke onttrekking een zekere invloed
heeft op de omgeving, stelt de maatschappij
grenzen aan wat zij nog acceptabel acht. Dit is
onder anderen verwoord in de Vierde Nota Waterhuishouding, die eist dat de groei van de grondwateronttrekking voor de drinkwatervoorziening
in 2000 moet zijn gestopt.
De Europose Kaderrichtlijn Water vereist dat de
vast te stellen grondwaterlichamen in 2015 in
een goede chemische en kwantitatieve toestand
verkeren (Kabinetsnota, 2004, Commissie van
de Europese Gemeenschappen, 2003). De goede
35
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
kwalitatieve toestand houdt in dat er geen verslechtering optreedt van terrestrische en aquatische ecosystemen die direct van dit grondwater
afhankelijk zijn. De goede kwantitatieve toestand
houdt in dat grondwateraanvulling en onttrekking
met elkaar in evenwicht zijn, maar evenzeer dat
geen significante nadelen optreden voor terrestrische of aquatische ecosystemen.
Het laatste impliceert dat voor nieuwe onttrekkingen in grondwatersystemen dit zal moeten
worden aangetoond, hetgeen kennis vergt van de
draagkracht van ecosystemen, zoals momenteel
in een BTO-Kiwa project wordt onderzocht. De
Kaderrichtlijn kan ook consequenties hebben voor
de gebieden die nu als verdroogd en daarmee
als niet in goede kwantitatieve toestand worden
aangemerkt.
De voorgestelde grondwaterrichtlijn (Commissie
voor de Europose Gemeenschappen, 2004) regelt
niets voor de kunstmatige infiltratie. Het risico
bestaat dat kunstmatige infiltratie wordt gezien
als het indirect in de ondergrond lozen van potentieel vervuild oppervlaktewater (Rijswick & Freriks,
2004). Dit geldt trouwens ook voor oevergrondwater. In dit geval ontstaat mogelijk een probleem
voor de continuïteit van de Kunstmatige infiltratie.
Er zijn door de VEWIN inmiddels voorstellen richting Brussel gezonden om deze lacune op te vullen
met een apart regime voor kunstmatige infiltratie
(Rijswick & Freriks, 2004).
Echter ook in fysiek kwantitatief opzicht is het
volstrekt helder dat er een grens is aan de van
grondwateronttrekking. Een neerslagoverschot van
1 mm/dag, dat als representatief voor de Nederlandse situatie mag worden genomen, impliceert
een volume van 365000 m3/jaar aan voeding van
het grondwater per km2. Stel dat hiervan de helft
winbaar zou zijn; een stad als Amsterdam met zijn
verbruik van 100 miljoen m3/jaar, zou dan een beslag leggen op het grondwater over van een gebied
ter grootte van ruim 500 km2 ofwel vijftien maal
het oppervlak van de Amsterdamse Waterleidingduinen, respectievelijk een gebied zo groot als
hele Veluwe. Hiermee is duidelijk dat grondwater
uiteindelijk geen of nauwelijks een optie is voor
36
grote steden in een dichtbevolkt land als het onze.
Bij grondwaterwinning zullen zij onvermijdelijk
een groot beslag leggen op de omgeving, dan wel
zich bezondigen aan mijnbouw, zoals in veel steden in droge gebieden het geval is. Rekenen we
met een waterverbruik 50 m3/hoofd/y dan vergt
elk van ons de helft van het neerslagoverschot op
een oppervlak van 250 m2 of wel allen tezamen
13% van het totale landoppervlak.
Een uitweg van dit dilemma kan worden gevonden
in kunstmatige aanvulling met oppervlaktewater
dat mogelijk van elders wordt aangevoerd; uiteraard wordt dat water tevoren gezuiverd. De
capaciteit van het grondwatersysteem kan dan
drastisch worden vergroot. Voor de Amsterdamse
Waterleidingduinen, bijvoorbeeld, bedraagt de
productie ca. 5 maal de natuurlijke aanvulling. De
kunstmatige infiltratie combineert voordelen van
grondwater met een beperkt ruimtebeslag. Uiteraard is kunstmatige infiltratie alleen mogelijk als
oppervlaktewater beschikbaar is. Dat is lang niet
overal zo, maar in Nederland wel.
We zouden in het licht van de capaciteit eens een
vergelijking kunnen maken tussen een bedrijf van
de omvang van zeg 200 miljoen m3/a, dus ongeveer
zo groot als het voormalige Waterbedrijf de Brabantse Biesbosch, om te laten zien wat mogelijk
is indien een voldoende dik watervoerend pakket
voorhanden is, zeg 100 m. Kiezen we een gemiddelde verblijftijd van een half jaar, dan is zo’n 3
km2 nodig om de benodigde verblijftijd en menging te verkrijgen, met als bonus een hygiënisch
betrouwbaar water van een nagenoeg constante
temperatuur.
Dit is de helft van het oppervlak van de Biesbosbekkens; het is ook een twaalfde van het oppervlak
van de Amsterdamse Waterleidingduinen. Zouden
we in de Waterleidingduinen 10 km2 diep pakket
hiervoor te reserveren met een dikte van 50 m,
dan ligt hier een potentie van 350 miljoen m3/a. De
factor 5 verschil met de capaciteit van het huidige
systeem komt omdat we nu maar zo weinig van
de bodem gebruiken; alleen de bovenste 15 m, en
alleen een beperkt deel van het gebied.
Systeem in het grondwater
Voorraadvorming versus risicobeheersing?
Gezien het gebrek aan ruimte is een vraag die in
de toekomst moet worden beantwoord, in hoeverre een infiltratiesysteem zodanig kan worden
gemaakt en bedreven dat onderbrekingen niet
meer voorkomen. Dus: infiltreren en winnen zonder fysieke voorraadvorming; dit omdat in veel
gevallen bij infiltratie in diepere lagen met semispanningswater het stoppen van de onttrekking
onaantrekkelijk zal zijn, wegens de consequenties
van onder andere zettingen.
Tot nu toe is aanwezigheid van een fysieke overbruggingsvoorraad rotsvast uitgangspunt bij grote
systemen die van oppervlaktewater gebruik maken. Dat was volstrekt begrijpelijk in de periode
dat deze systemen ontstonden, t.w.: de jaren
vijftig, zestig en zeventig.
1. De kwaliteit van het oppervlaktewater was
erbarmelijk en liep steeds verder achteruit.
2. De infrastructuur was beperkt, men lag voor
één anker.
3. Een alarmsysteem moest nog worden opgebouwd.
4. Samenwerking op de schaal van een heel
stroomgebied was nog onbekend.
5. De zuivering was eenvoudig (alleen snelfiltratie)
6. De kennis over de bodempassage was beperkt
Deze punten gelden niet of nauwelijks meer, immers:
1. De kwaliteit van het oppervlaktewater is drastisch verbeterd
2. De infrastructuur kent minimaal twee ankers
3. We beschikken over een uitgebreid alarmsysteem
4. We beschikken over afspraken met de oppervlaktewaterbeheerder om een vervuiling snel
voorbij de spoelen
5. De resultaatverplichting van de KRW belooft
verdere structurele verbetering van de kwaliteit van het oppervlaktewater
6. We beschikken over een voorbehandeling (die
eenvoudig maar effectief kan zijn)
7. De voorgestelde lange verblijftijd (half jaar)
zorgt voor een zeer grote afvlakking en aan-
zienlijke afbraak van stoffen in het geval die
ongezien zouden passeren.
8. We beschikken over een uitgebreide, geavanceerde nazuivering
9. De zeer constante kwaliteit en temperatuur
van het teruggewonnen water stabiliseert het
nazuiveringsproces
Is dit vloeken in de kerk? Het lijkt mij niet echt.
Immers de talloze oeverfiltraat- en oevergrondwaterwerken in het hele Rijnstroomgebied zijn ook
in staat dag in dag uit goed water te leveren aan
miljoenen burgers.
Het idee bij de infiltratie met lange verblijftijden is dus: nooit stoppen, maar zorgen voor een
adequate nazuivering en risicobeheersing van de
bronnen.
De vraag moet natuurlijk gesteld worden wat dit
betekent voor de kwaliteit van het grondwater in
verband met het infiltratiebesluit? Het vermoedelijke antwoord zal zijn, dat dit met de huidige en
beloofde toekomstige kwaliteit van het oppervlaktewater weinig of niets betekent (zie ervaringen
Duinwaterbedrijven, Stuyfzand, 2003).
We maken ons in dit land zeer druk over de kwaliteit van het infiltratiewater. Dit uit zich in het
infiltratiebesluit en in vergunningsvoorwaarden
die op veel punten strenger zijn dan de normen
voor drinkwater. Dit is natuurlijk prima waar het
gaat om bescherming van de ecologie, dus waar
het water in contact komt met ecosystemen. Het
is ook prima waar het gaat om te voorkomen dat
watervoerende lagen onherstelbaar worden verontreinigd. Maar met de huidige systemen, is noch
het een noch het ander het geval. Gaan we uit van
het gebruik van diepere pakketten, en winnen we
terug wat we infiltreren, dan is er geen aanraking
met terrestrische of aquatische ecosystemen.
Nemen we in aanmerking de goede kwaliteit van
het tegenwoordige oppervlaktewater, dan volstaat
reeds een beperkte zuivering om nagenoeg altijd
te voldoen aan het infiltratiebesluit. Het risico
van incidentele afwijkingen en incidenten is klein
want kunnen met risicobeheersmaatregelen op
stroomgebiedsniveau worden beperkt en we kunnen het tweede anker inzetten.
37
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Met de kaderrichtlijn in werking zal het in de
toekomst eenvoudiger worden aan het infiltratiebesluit te voldoen (ervan uitgaande dat de huidige
restanten bestrijdingsmiddelen en nieuwe stoffen
beheerst kunnen worden (Kabinetsnota 2004,
Zwolsman et al, 2004)). Mogelijk vervalt dan deze
problematiek. De effecten op de bodem moeten
feitelijk integraal worden afgewogen tegen alternatieven, zoals de opslag in bekkens danwel tegen
directe zuivering.
In bovenstaand, mogelijk toekomstig concept van
kunstmatige infiltratie wordt de bodem alleen nog
gebruikt voor de functies afvlakking c.q. menging
en afbraak van pathogenen. Er zullen ook andere
stoffen kunnen worden omgezet, afgebroken of geadsorbeerd, voor zover die in het water voorkomen
Dat is meegenomen, maar de schone belofte van
de kaderrichtlijn en onze ambitie moet het zijn
dat deze stoffen niet in het water voorkomen.
Dynamische berging, fysieke voorraad
Met de continu-infiltratie wordt geen wezenlijk
beslag gelegd op de in ons land steeds schaarsere
ruimte. Anders ligt dit als de inlaat wél onderbroken moet kunnen worden, dus bij fysieke voorraadvorming, waarbij gebruik wordt gemaakt van
de variatie van een vrije grondwaterspiegel. Deze
kan tijdelijk kan worden verlaagd indien water
nodig is. Fysieke voorraadvorming is mogelijk in
de duinen en de hogere zandgronden.
Kunstmatige infiltratie biedt de mogelijkheid om
de netto grondwateronttrekking te verminderen
of zelfs tot nul te reduceren, maar in tijden dat
geen goed water beschikbaar is in te teren, wat
gepaard gaat met een daling van de grondwaterstanden. Heeft dit dan geen effect op kwel en
grondwatergevoelige vegetaties langs de randen
van het systeem, waar het water dagzoomt? Dat
hangt ervan af hoe groot het systeem is. Voor een
groot systeem als de Veluwe blijkt dit nagenoeg
nihil. Het systeem is namelijk zo traag, dat, indien
staking van de aanvoer slechts van beperkte duur
is, geen effect op de rand valt te verwachten. Stel
de aanvoer in het midden van de Veluwe wordt
38
twee maanden onderbroken. De tijd die het duurt
voor de invloed daarvan aan de rand op afstand R
merkbaar is bedraagt
t≈
R2S
2.25kD
Voor representatieve waarden voor de Veluwe met
doorlaatvermogen kD=6000 m2/d en bergingscoëfficiënt S=0.25 en R=10000 m, wordt dit 5 jaar. Een
kortdurende onderbreking kan daarom geen effect
op de rand uitoefenen, zeker niet als het geleende
water weer snel wordt terug gegeven. Water lenen
bij een stagnatie in de aanvoer van een dergelijk
systeem is mogelijk zonder nadelige invloed.
In conclusie, onze hoge zandgronden blijven in
potentie een machtig instrument voor een veilige drinkwatervoorziening als het op berging
aankomt.
Wat echter niet moet gebeuren is dat we met
zijn allen op de Veluwe gaan wonen. Het massief is immers ons grootste voedingsgebied voor
grondwater. Er gaan wonen betekent dat het snel
verontreinigd zou zijn. We kunnen het maar beter
schoonhouden.
Tijdelijke berging, ASR
Een andere vorm van berging die zich sinds een
aantal jaar sterk in de belangstelling mag verheugen is ASR, aquifer storage recovery (Pyne, 1995;
Wakker et al, 2004; Bremer et al. 2004; Kooiman
et al, 1999; Olsthoorn, 1999). Dit is de tijdelijke
opslag van zoet water, soms drinkwater, in diepere
lagen.
Met name in de Verenigde staten en Australië
is deze techniek sterk in opkomst (Pyne, 1995,
Pyne, 2003). Ook in Nederland zijn experimenten
uitgevoerd (Wakker et al, 2004). Onlangs is door
IF-Technology en voorgesteld om 140 ASR putten in
te zetten voor piekberging van boezemwater langs
de Haarlemmermeer (Bremer et al, 2004).
Een belangrijk aspect, dat tot nog toe in geen
van de publicaties is uitgewerkt, is dat van de
berging. In diepe gedeeltelijk afgesloten lagen,
zoals overal in ons land voorkomen, kan op de
Systeem in het grondwater
termijn van meerdere weken netto geen water
worden geborgen. Dit komt omdat elke druppel
geïnfiltreerd water binnen het tijdsbestek van
enkele weken leidt tot een even groot verlies aan
water naar andere lagen en tenslotte naar het oppervlaktewater. De berging in termen van netto
watervolume in de bodem is namelijk evenredig
met de druk. Omdat de druk na stoppen van de
injectie snel verdwijnt, verdwijnt ook het netto
wateroverschot. Als de stroming stationair is geworden en de druk derhalve constant, verdwijnt
er per seconde evenveel water uit het systeem als
er wordt ingebracht.
Gezegd moet worden: het water dat verdwijnt is
niet hetzelfde water als het water dat is geïnfiltreerd. Deze bel infiltratiewater blijft in de buurt
van de put, en kan ook weer worden terug gewonnen, zij het vaak met enig verlies door menging.
Indien door deze opslag onbruikbaar brak of zout
water wordt verdrongen door zoet water kan er
sprake zijn van winst. Verdwijnt echter extra
grondwater van goede kwaliteit uit het systeem,
dan is er op het niveau van het grondwatersysteem
in feite geen voordeel.
Men kan en moet zich afvragen wat er op de schaal
van het grondwatersysteem gebeurt als we zoet
water injecteren in zout water. Bij de injectie
wordt de druk verhoogd. Hierdoor verdwijnt
grondwater uit het systeem. Dit is echter niet het
verdrongen zoute water, maar het water aan de
randen van het systeem, dat veelal zoet is. Wat
gebeurt er met de zoutbalans van de laag waarin
we zoet water injecteren? Omdat de injectielaag
evenmin na injectie extra water bevat, zal na de
injectie zout water zijn uitgetreden; in de regel is
dit naar een ondiepere laag. De vraag is natuurlijk
of dat erg is en of we dat willen en wat de consequenties daarvan zijn. Dat hangt stellig mede af
van de schaal waarop de opslag plaats vindt. In
Florida bleek bij continu injectie van behandeld
afvalwater in afgesloten zoute pakketten toch
besmetting van zoete aquifers voor te komen
(Roeder, 2003). Het is daarom niet te verwachten
dat de overheid heel hard zal staan te juichen bij
grootschalige injectie in zoute pakketten. Hier zal
het nodige onderzoek aan moeten gebeuren.
Een ander bergingsaspect is de vraag in hoeverre
ASR helpt tegen verdroging. Deze vraag is evenmin
a priori eenduidig te beantwoorden. Ook hier is
van belang dat de injectiedruk geheel verdwijnt
tijdens de rustfase van de bergingscyclus. Dit impliceert dat tijdens de onttrekking onvermijdelijk
verlagingen van de grondwaterstanden zullen
optreden, alsof de voorraad niet bestond. Dit is
een rechtstreeks verdrogingsaspect, dat van geval
tot geval goede analyse behoeft.
Het grootse milieuproject aller tijden is het Comprehensive Everglades Restoration Project (CERP),
dat 30 jaar gaat lopen en bijna 8 miljard dollar
gaat kosten. Essentieel onderdeel van de CERP
zijn 330 ASR putten voor een bedrag van 2 miljard
dollar. Deze putten, 200-300 m diep, hebben een
gezamenlijke capaciteit van bijna 4 miljoen m3/d
(equivalent met 1.5miljard m3/j, of 500 m3/h/put
(Renken et al, 2002)). De putten zullen voor tal
van onderdelen van het plan worden ingezet. Hun
taak is overschotten tijdens het natte seizoen te
bergen voor voeding van de Everglades tijdens
het droge seizoen. Ook, of misschien wel juist in
Florida staat het grondwater in contact met het
talrijke oppervlaktewater en wordt op seizoensbasis dus netto geen water opgeslagen. De vraag
is dan ook in hoeverre we hier te maken hebben
met een groot rondpompsysteem, waarbij het
gewonnen water rechtstreeks terugvloeit naar
de pompende putten. Gezien de enorme schaal
is dit mijns inziens de meest wezenlijke vraag
van ASR. Geen woord hierover in de stukken die
ik tot nu toe onder ogen kreeg. Veel discussie is
er daarentegen over de toelaatbaarheid om het
water ongezuiverd te infiltreren. (Georgia heeft
uit angst voor infiltratie van ongezuiverd water als
enige staat een moratorium op ASR, ter bescherming van haar belangrijkste Aquifer).
Kortom, ASR mag zich verheugen in grote belangstelling. Wil dat nu zeggen dat dit voor ons
land geheel nieuw is? Nee, want al in de jaren 70
beschikte PWN op Texel over een ASR, met seizoensberging van destillaat van de elektriciteitscentrale, om beter aan de piekvraag gedurende
het zomerseizoen te kunnen voldoen.
39
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Voorts zijn er in het Westland, c.q. de B-Driehoek
(Berkel, Bergschenhoek, Bleiswijk) zo’n honderd
ASR’s in bedrijf, in de vorm van gietwateropslag,
waarvan ikzelf aan de wieg heb gestaan begin
jaren tachtig. Deze installaties leiden regenwater
van het glasdak door een filter en via een put in
het eerste watervoerende pakket tussen 15 en 45
m diepte, dat licht brak water bevat. Het is tijd
om deze systemen goed in kaart te brengen en
ook goed juridisch te verankeren. Dan ontstaat
ook niet meer de situatie zoals onlangs, dat de
bellen opgeslagen water werden weggezogen
door de bemaling van bouwputten van de Hoge
Snelheidslijn.
ASR kan ook in ons land een belangrijke rol gaan
spelen, mits hydrologisch verantwoord. ASR kan
als zodanig van belang worden in het flex-water
concept, waarin water wordt opgevangen en
opgeslagen in perioden dat het er is, van goede
kwaliteit en wanneer voldoende zuiveringscapaciteit beschikbaar is, voor gebruik op een later
moment. (Flex-water in USA: Tampa Bay Water
optimaliseert de verdeling van de onttrekking
over de puttenvelden wekelijks naar momentane
draagkracht van de locale oppervlaktewatersystemen, (Gorelick, 2004)). Met name de kwaliteitsveranderingen tijdens de opslag zullen bepalend
zijn voor toepassing in de praktijk. Deze hangen
met name af van de geochemische eigenschappen
van de laag en de mate waarin we in staat zijn het
water te conditioneren.
ASR heeft relaties met koude-warmteopslag, waarvan momenteel zo’n 200 installaties in Nederland
zijn geïmplementeerd (mondelinge mededeling
Willemsen, 2004, Elswijk & WIllemsen, 2002). Het
zal duidelijk zijn dat deze vorm van bodemgebruik
zich niet verdraagt met ASR in een en dezelfde laag
in elkaars nabijheid. Op dit vlak zal ruimtelijke
sturing in de nabije toekomst nodig zijn. Het wordt
steeds drukker in de ondergrond.
Piekberging met ASR
In het kader van WB21 en de daaraan gekoppelde
wateropgave is de vraag aan de orde wat onder40
grondse opslag via ASR kan bijdragen aan piekberging. Deze vraag is prangend, omdat ruimte voor
water moeilijk te vinden is (Bremen et al, 2004).
In het licht van het voorgaande is het niet a priori
helder dat piekberging mogelijk is, in elk geval
niet gedurende een substantiële tijd, aangezien de
opgebouwde druk, waarmee de berging evenredig
is, binnen korte tijd weer geheel is weggeëbd.
Deze vraag is echter redelijk eenvoudig analytisch
te beantwoorden. We beschouwen hiertoe een put
met injectie Q [m3/d] in een laag met doorlaatvermogen kD [m2/d] afgedekt door een kleilaag
met weerstand c [d] en rekenen uit hoe groot de
maximale berging kan zijn. Deze wordt bereikt als
de stroming stationair is geworden. De toename
van de stijghoogte s [m] of afstand r [m] van de
put voldoet dan aan de formule van De Glee:
s=
Q
⎛r⎞
Ko
, r = kDc
2πkD ⎜⎝ λ ⎟⎠
∞
De berging Vs zelf bedraagt dan 2πS ∫ rsdr
0
ofwel:
VS =
∞
QS
⎛r⎞
rK o ⎜ ⎟ dr =
kD r ↓∫0
⎝λ⎠
∞
Qλ 2 S
Qλ 2 S
ξK o ( ξ )dξ =
= QSc
∫
kD ξ↓ 0
kD
Met andere woorden, de berging is evenredig met
de injectie Q, de elastische bergingscoëfficiënt
S [-] en de weerstand van de afdekkende laag,
c [d].
Aangezien voor de Nederlandse situatie S=0.001
en c=1000 d als min of meer representatieve
getallen mogen worden beschouwd, impliceert
dit de maximale berging ongeveer gelijk is aan
het volume dat in 1 dag wordt geïnjecteerd. Als
we de grafieken van de niet-stationaire verloop
beschouwen (Hantush-curves, zie elk boek over
geohydrologie), zien we dat de stationaire situatie voor een representatief punt, r = λ wordt
bereikt voor
t>
λ 2S
= 2.5Sc
0.4kD
Systeem in het grondwater
met de waarden van hiervoor komt dit nier op
t>2.5 d.
De conclusie hieruit is, dat piekberging in de ondergrond, op de schaal van een dag en bijvoorkeur
minder dan een dag, inderdaad mogelijk is. Bij
een piekopslag gedurende 18 uur, zoals voor de
Haarlemmermeer is aangegeven (Bremer et al,
2004), blijkt dat (met de voornoemde getallen)
op t=18 uur nog ca. 75% van het in de 18 uur ervoor geïnjecteerde water elastisch in de bodem
is opgeslagen en dat ca 25% dan reeds is reeds
weggelekt. Het dan nog opgeslagen volume (75%)
lekt ook weg binnen 2.5 dagen na het stoppen van
de injectie.
Met andere woorden, een groot aantal ASR’s in
een polder, zoals in de B-Driehoek kan de piekafvoer van het gemaal substantieel verminderen.
De uitmaling wordt minimaal in de orde van 1
dag uitgesteld. De lek naar boven komt voor het
overgrote deel terecht in het grondwater van de
bovenliggende laag. Afhankelijk van bergingscapaciteit van dit (freatische) water zal het vervolgens
snel of traag worden afgegeven naar het oppervlaktewater. Echter, zelfs zonder berging in het
bovenliggende pakket, ontstaat een vertraagde
afvoer in de orde van 1 dag. Is er wél berging in
het bovenliggende pakket, dan is de vertraging
een belangrijk stuk groter.
Juist bij clusterbuien kan dit een belangrijk aspect
zijn voor de waterbeheerder. Voor de voorgestelde
piekberging langs de Haarlemmermeer komt de
werking hierop neer dat de 1 miljoen m3 uit de
Ringvaart die binnen 18 uur via 140 putten zou worden geïnjecteerd binnen enkele dagen in een zone
van zo’n 3000 m aan weerszijden van de Ringvaart
terugkomt als extra kwel. Deze kwel is overigens
gemiddeld slechts zo’n 2 mm. Piekopslag op de
tijdschaal van een deel van de dag is derhalve
mogelijk. De zin van wel of niet terug winnen is
punt van nader onderzoek. Belangrijke vragen zijn
derhalve hoe het staat met de kwaliteit van het
geïnjecteerde water en, bij injectie in een laag
met brak water, wat dat precies mee gebeurt. In de
Haarlemmermeer waar zoute kwel reeds optreedt
kan dit verwaarloosbaar zijn.
Conclusies
De winning van grondwater staat de laatste jaren
in de belangstelling en onder druk door: Europees
en nationaal beleid, verontreiniging, verzilting,
verstedelijking (grondwaterbescherming).
De groei van de grondwaterwinning voor de drinkwatervoorziening is voorbij; uitbreiding geschiedt
nog middels ecologische geoptimaliseerde kunstmatige infiltratie (Limburg, Zeeland, Monster)
Diverse concepten en onderzoek zijn noodzakelijk
om in de toekomst capaciteit te behouden (Stedelijk water, brak water, flex-water, draagkracht
watersystemen).
Kunstmatige infiltratie als bewezen techniek met
groot potentieel een belangrijke optie voor de
toekomst in een land met zoveel geschikte bodem
en zo weinig ruimte.
ASR neemt een steeds sterkere vlucht internationaal, en mogelijk ook nationaal. ASR biedt kansen
onder hydrologische en chemische voorwaarden.
ASR is bruikbaar voor piekberging.
Meebewegen: winning aan het einde van het watersysteem, is een optie voor innige verweving van
winning en natuur in kwelgebieden.
Brakwaterwinning, van groot belang internationaal.
Waterschappen sturen het grondwater al lang, gaan
waterleidingbedrijven straks meesturen?
De Europese Kader Richtlijn Water biedt veel
kansen voor milieu en de drinkwatervoorziening.
Hiernaast is er mogelijk ook een nadeel: A) De
huidige verdrogingstoestand van bijvoorbeeld
duingebieden lijkt strijdig met goede kwantitatieve toestand; B) Kunstmatige infiltratie mogelijk
gezien als potentieel inbrengen van verontreinigende stoffen. C) Onduidelijk is vooralsnog hoe de
aanwezigheid van kunstmatig geïnfiltreerd water
in de bodem wordt gewaardeerd. Het is van groot
belang dat kunstmatige infiltratie onder een specifiek regime wordt gebracht.
41
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Literatuur
Anoniem (2004) Omgevingsplan Flevoland, 2006.
Contourennota. Provincie Flevoland.
Beleidsplan Drink- en Industriewatervoorziening
(1995)
Commissie van de Europese Gemeenschappen
(2003) Voorstel voor een richtlijn van het Europees
Parlement en de Raad betreffende de bescherming van het grondwater tegen verontreiniging.
Com(2003)550 Definitief 2003/0210(COD).
Commissie Integraal Waterbeheer CIW (2004), Samen leven met grondwater, visie op het voorkomen
en oplossen van stedelijke grondwaterproblemen.
CIW projectgroep “Grondwater in de stedelijke
Leefomgeving” Postbus 20906; 2500 EX Den Haag.
Feb. 2004, 72pp.
Freeze, RA Cherry, JA (1979) Groundwater. Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ. ISBN 0-13-3653129.
604pp.
Bremer, D, J van den Adel, B. Drijver & G. Willemsen (2004) Ondergrondse waterberging als alternatief voor bovengrondse piek- en seizeonsberging.
H2O (2004)19-89-92.
Dufour, FC (1998) Grondwater in Nederland. NITG,
TNO, ISBN 90-6743-536-8. 264pp.
Elswijk, RC van & A. Willemsen (2002) Well fields
for aquifer thermal energy storage; groundwater
as a storage medium for renewable energy. In
Dillen (Ed) Management of Aquifer Recharge for
Sustainability. Swets & Zellinger, Lisse ISBN 905809 527 4, 375378.
Glennon, R (2002) Water Follies. Groundwater
pumping and the fate of America’s fresh waters. Island Press, Washington etc. ISBN 1-55963-400-6.
Gorelick, S (2004) Invited Presentation on Conference FEM-Modflow, Carlsbad, Sept. 2004.
Harvey, (2004) Invited presentation on Conference
FEM-Modflow, Carlsbad, Sept. 2004. See Harvey,
42
C.F. (2002) Arsenic in Bangladesh drinking wells
may be linked to crop irrigation, MIT study finds:
http://web.mit.edu/newsoffice/2002/bangladesh.html
Jonge, HJ de & P Dammers (2003) Waterwinning
in Meijendel: rivierwater in de Duinen. In: Dwars
door de duinen een verkenningstocht van Den Haag
naar Noordwijk. ISBN 90800-31178. 61-63.
Kabinetsnota (2004) Pragmatische Implementatie
Europese Kaderrichtlijn Water in Nederland, van
beelden naar betekenis (April 2004)
Kinzelbach, W, P. Bauer, P. Brunner & T. Siegfried
(2004) Modelling for Sustainable Groundwater
Management in Arid and Semi-arid Environments.
Proceedigs of the FEM-Modflow conference, Carlsbad, Tscech Repubic, Sept. 2004
Kooiman JW, R. Kloosterman & E. Castenmiller,
(1999) ASR aanzienlijke besparing door beheer
ondergondse drinkwatervoorraden. H2O (1999)2513-15
Landreth, GW & Wadzuk BM (2003) Agricultural
water use in the Southern High Plains: The decline
of the Ogallala aquifer. Semester Project CE385D
McKinney (pdf http://civilu.ce.utexas.edu/stu/
wadzukbm/ogallalapaper.pdf)
Meuleman, A. (2003) Grondwateronderzoek in de
Schijnwerpers. Kiwa, niet openbaar.
Olsthoorn, TN (1999) Reactie op artikel Aquifer Storage Recovery in H2O (1999)25-43 in
H2O(1999)26-44
Peters, JH, QL Slings, A Stakelbeek (1990) Open
Infiltratie Nieuwe Stijl; integrale ontwikkeling van
natuur en techniek bij renovatie van een open
infiltratiesysteem. H2O.
Postel, S (1999) A pillar of sand. Can the irrigation
mircacle last? WW Nortan & Company Ltd. ISBN
0-393-31937-7.
Systeem in het grondwater
Pyne, RD (1995) Groundwater Recharge & Wells, a
guide to aquifer storage recovery. CRC Press.
Pyne, RD (2003) Water quality in Aquifer Storage
Recovery (ASR) Wells. ASR Systems LLC, Gainsville,
Florida. Paper presented for the AWWA-FL, annual
meeting, Orlando, Fl, 18 Nov. 2003. (http://asrsystems.ws/fatestudy/Documents/ASRPoPa111503.
pdf)
Ramaker, A. (2001) De gevolgen van ruimtelijke
ontwikkelingen op de waterleidingbedrijfstak.
Kiwa 11.1418.010, Nieuwegein, 85pp.
Regeringsbeslissing Vierde Nota Waterhuishouding
(feb. 2000)
Renken, RA, MW Fies & SB Komlos (2002) Technical
Considerations for a Large Network of ASR wells
in teh Comprehensive Everglades Restoration
Program. In USGS Artificial Recharge Wokshop Proceedings, April 2-4 2002, Sacramento, California.
(GR Aiken & EL Kuniansky (Eds). USGS Open-File
Report 02-89).
Rijswick, HFMW & AA Freriks (2004) Consequenties van de nieuwe Grondwaterrichtlijn voor duininfiltratie en oeverfiltratie ten behoeve van de
drinkwatervoorziening. Advies in opdracht van de
VEWIN. Centrum voor Omgevingsrecht- en beleid.
Universiteit Utrecht. Acher Sint Pieter, 200, 3512
HT Utrecht. 030-2539352.
Roeder, E. (2003) Aquifer Storage and Recovery
in Florida A Legistive Attempt te Defince Space
under Uncertainty.
Stuyfzand, PJ (1993) Hydrochemistry and Hydrology of the Coastal Dune Area of the Western
Netherlands. PhD, Free University of Amsterdam,
ISBN 90-74741-01-0.
Wakker, JE. Castenmiller, R. Beckers & PJ Stuyfzand (2004) Aquifer Storage Recovery in Limburg
technisch haalbaar. H2O, (2004)17-19-22
Wilson, BB, Young, DP, Buddemeier, RW (2002)
Kansas Exploring relationships between water
table elevations, reported water use and aquifer
lifetime as parameters for consideration in aquifer subunit delineations. Geological Survey Open
File Report. 2002-25D, http://www.kgs.ukans.
edu/HighPlains/OHP/2002_25D.pdf
Zwolsman, JJG, Bernhardi, L, IJpelaar GF, Berg,
GA van den (2004) Bescherming drinkwaterfunctie. Bescherming van oppervlaktewater voor de
drinkwatervoorziening onder de Europese Kaderrichtlijn Water. VEWIN, Rijswijk, 25 Okt. 20044,
Nr. 2004/43/4243.
43
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
44
De Rijn als bron voor drinkwater
De Rijn als bron voor drinkwater
dr. P.G. Stoks
Samenvatting
De afgelopen decennia heeft de waterkwaliteit van de Rijn
een spectaculaire verbetering doorgemaakt. Toch is er
bepaald geen reden om voldaan achterover te leunen.
De kwaliteitsverbetering heeft namelijk vooral betrekking
op zogenaamde ‘klassieke’ verontreinigingen. Stoffen waar
de waterleidingbedrijven vandaag de dag last van hebben, vertonen juist een tegenovergesteld beeld. Daarvan
nemen de aangetroffen gehalten toe, bijvoorbeeld door
de recente introductie van een stof (zoals het anti-klopmiddel MTBE in benzine) of door stijging van het gebruik.
Daarnaast hebben nieuwe analysemethoden het aantonen
van bepaalde stoffen (bijvoorbeeld NDMA) pas recentelijk
mogelijk gemaakt.
dr. P.G. Stoks
RIWA-Rijn
Het is niet eenvoudig om in een vroegtijdige fase politieke
aandacht te krijgen voor emerging issues. De waterleidingbedrijven in het Rijnstroomgebied zijn tot nu toe ook
erg behoedzaam in het aandacht vragen voor ongewenste
kwaliteitsontwikkelingen, vooral vanwege mogelijke negatieve publiciteit c.q. onrust bij de consument en imagoschade voor drinkwater. Maar verwacht mag worden dat
de consument heel goed in staat is onderscheid te maken
tussen de kwaliteit van rivierwater en de kwaliteit van
drinkwater.
Het verleden
Waterkwaliteitsproblemen bij drinkwaterbereiding
Van oudsher is grondwater het meest in trek als bron voor
de bereiding van drinkwater. In het westen van Nederland
werd daarvoor het grondwater uit de duinen gebruikt,
want dat was niet zout. Alleen Rotterdam gebruikt al
sinds 1874 Rijnwater voor de drinkwaterbereiding. Toen
er meer grondwater aan de duinen werd onttrokken dan
er door regen werd toegevoegd, verdroogden de duinen
bovengronds, terwijl er door de winputten zout grondwater
werd aangetrokken. Om dit probleem te verhelpen, zijn
de drinkwaterbedrijven in de jaren vijftig van de vorige
door water verbonden
45
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
400
350
300
kg/s Cl
250
200
150
100
50
0
1875
1900
1925
1950
1975
2000
Figuur 1: Chloridevracht bij Lobith
eeuw begonnen met het infiltreren van rivierwater in de duinen. Daarbij stuitten ze echter op de
steeds slechtere waterkwaliteit van de Rijn. Het
was toen nog heel normaal dat industrieën en
steden hun afvalwater ongezuiverd op de rivier
loosden. In de eerste helft van de vorige eeuw
was vooral het chloridegehalte zorgelijk, veroorzaakt door lozingen van de Franse kalimijnen en
de Duitse bruinkoolindustrie. Later kwamen daar
oplosmiddelen, zware metalen en PAK’s bij. Naast
de industrie was ook de landbouw een belangrijke
verontreinigingsbron. De hoge gehalten aan vooral
chloride en fenolen hadden een negatieve invloed
op de kwaliteit en de smaak van uit rivierwater
gewonnen drinkwater.
RIWA
De waterleidingbedrijven ergerden zich aan
de geringe voortgang die werd geboekt bij het
verbeteren van de waterkwaliteit. De overheid
greep te weinig krachtdadig in, vonden ze. In 1951
richtten de waterleidingbedrijven van Amster46
dam, Rotterdam, Den Haag en Noord-Holland de
Rijncommissie Waterleidingbedrijven (RIWA) op.
In 1973 en 1974 traden Belgische waterbedrijven
toe die de Maas als bron voor (een deel van) hun
drinkwatervoorziening gebruiken. Eind 1999 sloot
zich het eerste Scheldebedrijf bij de RIWA aan,
die inmiddels Vereniging van Rivierwaterbedrijven
- RIWA heette.
Beschouwde de RIWA zichzelf aanvankelijk vooral
als een actiegroep die ten strijde trok tegen veroorzakers van waterverontreiniging en die overheden confronteerde met wetenschappelijk onderbouwde harde feiten en eisen, langzamerhand is
het accent verschoven naar samenwerking.
In 2002 is de organisatie aangepast aan de
stroomgebiedbenadering van de Europese Kaderrichtlijn Water. Onder de RIWA-koepel opereren
drie zelfstandige secties voor de stroomgebieden
van Maas, Rijn en Schelde met ieder een eigen
directie en staf.
De Rijn als bron voor drinkwater
RIWA
ARW
AWBR
Figuur 2: De IAWR, koepelverband van AWBR, ARW
en RIWA
De Rijnbedrijven meten in gezamenlijk overleg de
waterkwaliteit, ontwikkelen meetmethoden om
nieuwe stoffen te kunnen bepalen, doen speciale
onderzoeken, voeren overleg met beherende instanties en leggen contacten met grote vervuilers.
Mede op grond hiervan worden wensen en eisen
geformuleerd die tot een verbetering van de
waterkwaliteit moeten leiden. Als belangrijkste
medium gelden daarbij de zogeheten Rijnmemoranda, die periodiek worden gepubliceerd en die
als richtinggevend zijn bedoeld voor “decision
makers” in de industrie en voor beleidsmakers
en politici.
Kwaliteitsverbetering
Om de kwaliteit van het rivierwater te verbeteren,
hebben de Rijnbedrijven ruim vijftig jaar lang tal
van activiteiten ontplooid en vaak met succes.
Te denken valt aan meetcampanjes waarbij de
rioolmondingen van grote industriën werden bemonsterd en geanalyseerd, teneinde de lozers te
confronteren met de resultaten, of aan het onderzoeken van de mutageniteit van het Rijnwater. Ten
opzichte van de situatie in de zeventiger jaren zijn
intussen spectaculaire kwaliteitsverbeteringen
bereikt. Werd de Rijn in die tijd nog gezien als het
riool van Europa, vandaag de dag voldoen sommige
stoffen in het Rijnwater zelfs al aan normen die
3
2,5
2
mg/l
μGL
Internationale samenwerking
RIWA-Rijn maakt op haar beurt deel uit van de in
1973 opgerichte IAWR (Internationale Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke im Rheineinzugsgebiet). In de koepelorganisatie IAWR zijn daarnaast
de ARW (Arbeitsgemeinschaft Rhein-Wasserwerke)
en de AWBR (Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke
Bodensee-Rhein) vertegenwoordigd. Tezamen
omvatten ze alle 120 drinkwaterbedrijven in het
Rijnstroomgebied.
De gezamenlijke missie van de onder de IAWR samenwerkende bedrijven is een dusdanige kwaliteit
van de grondstof (de Rijn), dat met louter eenvoudige zuiveringsmethoden, zoals bijvoorbeeld
oeverfiltratie, onberisplijk drinkwater gemaakt
kan worden.
1,5
1
0,5
Figuur 3: Cadmium-concentratie bij Lobith
0
1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002
Figuur 4: Ammoniumconcentraties bij Lobith
47
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
voor drinkwater gelden! Bij een aantal verontreinigingen, zoals zware metalen, chloorhoudende
oplosmiddelen en PAK’s, zijn reducties bereikt van
soms bijna 100 procent. De visstand herstelt zich
en de wens ‘de zalm terug in de Rijn’ is waarheid
geworden. Zelfs zeldzame trekvissen, zoals de
elft, worden weer gesignaleerd. Ook nationale
en europese richtlijnen bieden tegenwoordig een
krachtige bescherming.
Het heden
Nieuwe probleemstoffen
De hierboven geschetste vooruitgang is echter geen
reden om gerustgesteld achterover te leunen. De
bereikte kwaliteitsverbetering betreft namelijk
vooral de zogeheten “Klassieke” verontreinigingen: stoffen die in de voorbije decennia de grootste problemen veroorzaakten. De ontwikkelingen
hebben echter intussen niet stil gestaan. Talloze
nieuwe stoffen zijn in de afgelopen decennia ontwikkeld en op de markt gekomen, en beginnen nu
op te duiken in het oppervlaktewater. Dergelijke
nieuwe stoffen, emerging contaminants geheten,
maakten (en maken nog steeds) geen deel uit van
de voornoemde saneringsprogramma’s. Het gaat
daarbij om een uiterst breed palet aan stoffen,
variërend van geneesmiddelen, antibiotica en
röntgencontrastmiddelen, natuurlijke en kunstmatige hormonen (“de pil”), tot allerlei additieven
(geur-, kleur- en smaakstoffen, brandwerende
middelen, coatings, weekmakers enz.). Opgemerkt
moet worden dat onder “emerging contaminants”
ook die stoffen kunnen vallen die al langer in de
grondstof aanwezig zijn, maar die pas recentelijk voor analyse toegankelijk zijn geworden, als
gevolg van verbeterde/nieuwe meetmethoden.
Ook bepaalde microorganismen zoals Giardia,
Cryptosporidium en allerlei virussen zijn pas de
laatste jaren in beeld gekomen.
Sommige van deze stoffen blijken onbedoelde
bijwerkingen te hebben, bijvoorbeeld hormonale
werking, of veroorzaken resistentie bij in het
water levende micro-organismen.
Van vele van deze stoffen zijn eventuele schadelijke eigenschappen echter niet bekend, zodat de
48
betekenis van hun aanwezigheid voor de drinkwaterproductie vooralsnog onduidelijk is. Deels
blijken ze microbiologisch moeilijk afbreekbaar,
passeren daardoor de rioolwaterzuiveringen en
zouden kunnen doordringen in de drinkwaterbereiding. Over het algemeen zijn deze ‘nieuwe’ verontreinigende stoffen nu nog in lage tot zeer lage
concentraties in het Rijnstroomgebied aanwezig,
maar de aangetroffen gehaltes worden steeds hoger. Voor een belangrijk deel van dergelijke stoffen
vormen communale rioolwaterzuiveringsinrichtingen (rwzi’s) waarschijnlijk de grootste bron.
Effecten
Er zijn aanwijzingen dat de aanwezigheid van
geneesmiddelen en antibiotica in het water ertoe
leidt dat bacteriën in toenemende mate resistent
zijn voor antibiotica en dat organismen gedragsveranderingen vertonen.
De heterogene groep hormoonverstorende stoffen
(van natuurlijke en kunstmatige hormonen tot
industriële stoffen met een onbedoelde hormoonwerking) wordt verantwoordelijk geacht voor geslachtsverandering die bij vissen is aangetoond.
NDMA (nitrosodimethylamine) wordt vooral gevormd bij chlooraminering. De stof komt zowel
voor in raketbrandstof als in kaas en rookvlees,
maar ook in (industriële) effluenten en oppervlaktewater. NDMA is extreem kankerverwekkend. De
EPA-norm voor drinkwater is 0,7 ng/l. Het RIVM
en het Duitse BGM houden een norm van 10 ng/l
aan. In Nederland zijn bij een eenmalige serie
metingen gehalten tot 5 ng/l aangetroffen, maar
in Duitsland zijn aanmerkelijk hogere waarden
aangetroffen.
Kennis vergaren
Gezien de vele onduidelijkheden beijveren de
drinkwaterbedrijven zich om informatie te verzamelen en onderzoek te doen naar organismen
en de effecten van chemische stoffen. Het besef
dat slechts ca. vijftig van de honderdduizend
stoffen op de EINECS-lijst (de Europese inventarislijst van bestaande chemische handelsstoffen)
aan voltooide risico-analyses zijn onderworpen, is
bepaald verontrustend.
De Rijn als bron voor drinkwater
als er helemaal geen natuurvreemde stoffen in
het rivierwater terechtkomen. Dat geldt niet
alleen voor stoffen waarvan het toxicologische
effect al is bewezen, maar – uit voorzorg – voor
alle natuurvreemde stoffen. De IAWR vindt dat
de drinkwaternormen maatgevend moeten zijn
voor de Rijnwaterkwaliteit. Dit staat overigens
op enigszins gespannen voet met de Kaderrichtlijn
Water, die vooral een goede ecologische kwaliteit
van de watersystemen tot doel heeft. Daarom is
over dit thema in 2003 al een brief naar Brussel
gezonden; tot op heden echter zonder reactie…
Daarbij komt dat de lijst van emerging substances
voortdurend groeit: jaarlijks komen er honderden
potentiële probleemstoffen bij. Niet voor niets
pleit RIWA-Rijn ervoor dat meer openheid wordt
betracht bij de toelating van nieuwe stoffen, en
dat bij de productie van nieuwe stoffen meer
aandacht wordt geschonken aan de uiteindelijke
gevolgen voor het oppervlaktewater (afbreekbaarheid).
Zuiveringen
Het is de vraag of de bestaande zuiveringen toereikend zijn om alle – deels onbekende – verontreinigingen te verwijderen. Een eenvoudige zuivering is
doorgaans volstrekt onvoldoende. Zelfs zuivering
met UV en H2O2 laat nog het nodige door.
Politieke aandacht
Uitgaande van de opvatting dat voorkomen beter
is dan genezen, roept de IAWR de ‘politiek’ op
om de gevaren van de nieuwe verontreinigingen te
onderkennen en tijdig doeltreffende maatregelen
te nemen. Immers, de Internationale Commissie
voor de Bescherming van de Rijn (ICBR) heeft
De IAWR-doelstelling: kwalitatief goed Rijnwater
dat na een eenvoudige zuivering geschikt is voor
drinkwaterbereiding, kan alleen worden bereikt
Oxybenzone
Gemfibrozil
Pentoxifylline
Lopromide
TCEP
Metolachlor
Atrazine
DEET
0
20
40
60
% Removal
80
100
UV Only
UV + 5 ppm Peroxide
UV + 8 ppm Peroxide
Figuur 5: Zuiveringsrendementen bij UV/Peroxide (data S. Snyder, Southern Nevada Water Authority, 2004)
49
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
in Rijn 2020 - Programma voor een duurzame
ontwikkeling van de Rijn de IAWR-doelstelling
overgenomen en de ministers van de landen die
deel uitmaken van het stroomgebied hebben dat
ICBR-actieprogramma onderschreven.
Toch blijkt het in de praktijk niet zo eenvoudig om
politieke aandacht te krijgen voor de kwestie van
de emerging contaminants. Dat komt deels doordat
het (nog) geen urgent probleem is. Bovendien is er
minder publieke belangstelling voor ‘het milieu’.
Daardoor is er ook minder betrokkenheid van de
overheid bij het onderwerp. Daar komt bij dat de
overheid tegenwoordig geneigd is minder te handhaven. Zij tracht door middel van convenanten
meer verantwoordelijkheid bij maatschappelijke
sectoren zelf te leggen. Tegelijkertijd voeren het
bedrijfsleven en de landbouw een sterke lobby om
regels te versoepelen.
De consument als drukmiddel?
De waterleidingbedrijven in het Rijnstroomgebied
zijn altijd erg terughoudend geweest in het vragen
van aandacht voor ongewenste kwaliteitsontwikkelingen. Zij waren bang voor mogelijke negatieve
publiciteit die tot onrust bij de consument zou
kunnen leiden en het imago van drinkwater zou
kunnen schaden. De keerzijde van de medaille is
echter dat er daardoor bij de overheden weinig
“sense of urgency” is, en dus weinig animo om
maatregelen te treffen.
50
Bovendien is de overheid in brede zin bijzonder
beducht voor de, al dan niet vermeende, enorme
kosten die gepaard gaan met de implementatie
van de Kaderrichtlijn Water. Niet voor niets eiste
de 2e Kamer een aanpassing van het ambitieniveau
omdat gevreesd werd voor inperking van de landbouw, en neigen de waterbeheerders sterk naar
zo klein mogelijke Beschermde Gebieden voor
drinkwateronttrekkingen.
Het zou daarom zinvol kunnen zijn om na te denken
over een andere strategie. De ervaring leert dat
het vertrouwen van de consument eerder wordt
verkregen door een open houding, dan door het
stilhouden van ongewenste ontwikkelingen.. Bovendien mag worden verwacht dat de consument
heel goed in staat is onderscheid te maken tussen
de kwaliteit van rivierwater en de kwaliteit van
drinkwater. En het grote publiek heeft via internet
sowieso toegang tot talloze informatiebronnen.
Het op een goede manier mobiliseren van consumenten kan wellicht een probaat middel zijn
om politieke aandacht te krijgen en daarmee
vroegtijdige maatregelen te bewerkstelligen.
Zo is het immers ook gegaan met de ‘klassieke’
verontreinigingen.
Technologie kan ons helpen
Technologie kan ons helpen
ir. A.W.C. van der Helm, ir. Th.G.J. Bosklopper,
ir. P.W.M.H. Smeets, ir. L.C. Rietveld
1. Inleiding
Waterkwaliteit is van oudsher de belangrijkste drijvende
kracht van de waterleidingsector. De ambitie van de gezamenlijke waterleidingbedrijven is te komen tot water van
onberispelijke kwaliteit, op een duurzame wijze geproduceerd. Dit betekent dat waterleidingbedrijven continu
bezig moeten zijn met het verbeteren van de huidige
installaties en het anticiperen op toekomstige ontwikkelingen in de kwaliteit van de bronnen, de watervraag, de
zuiveringstechnologie en aanscherping van de normen.
Bij het ontwerpen van een drinkwaterzuivering leidt het
anticiperen op toekomstige ontwikkelingen over het algemeen tot robuuste en overgedimensioneerde zuiveringen.
Dit geldt ook voor de drinkwaterzuiveringen van Waterleidingbedrijf Amsterdam (WLB Amsterdam). Door het beter
benutten van de aanwezige overcapaciteit in de huidige
zuivering kan de drinkwaterkwaliteit worden verbeterd
en kunnen investeringen worden uitgesteld.
Het beter benutten van de overcapaciteit in de zuivering
werd in het verleden door WLB Amsterdam gedaan door
optimalisatie van de individuele deelprocessen. De grenzen
aan het optimaliseren van de deelprocessen zijn echter
bereikt. De verwachting is dat een verdere verbetering
alleen mogelijk is door het zuiveringsproces als geheel te
benaderen. Dit wordt de integrale benadering genoemd.
Om aan deze uitdaging invulling te geven is in januari 2003
het project PROMICIT1 gestart. PROMICIT is een samenwerkingsverband tussen Waterleidingbedrijf Amsterdam,
Technische Universiteit Delft, DHV Water BV en ABB BV
en wordt mede gefinancierd door SenterNovem. Het doel
is een doorbraak te realiseren in de beheersing van de
drinkwaterkwaliteit door het ontwikkelen van een inte-
1
ir. A.W.C. van der Helm
TU Delft / DHV Water
ir. P.W.M.H. Smeets
TU Delft
ir. Th.G.J. Bosklopper
WLBA
door water verbonden
PROcess Modelling and Intelligent Control of Integral water
Treatment
51
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Figuur 1: Processchema van productielocatie Weesperkarspel
Eén van de processen die een belangrijke rol speelt
in de integrale benadering van de productielocaties van WLB Amsterdam is de ozonisatie. Zo wordt
de ozonisatie beïnvloed door de voorzuivering,
doordat in de voorzuivering DOC verwijdering en
pH verandering optreedt. De ozonisatie beïnvloedt
!/#
PATHOGENEN
ZUURSTOF
BROMIDE
BROMAAT
"-
P(
BICARBONAAT
KOODIOXIDE
CALCIUM
CALCIUMCARBONAAT
P(
$/#
!/#
PATHOGENEN
ZUURSTOF
CALCIUMCARBONAAT
BROMAAT
"ZWEVSTOF
,ANGZAAMZANDFILTRATIE
P(
PATHOGENEN
ZUURSTOF
NITRIET
NITRAAT
AMMONIUM
FOSFAAT
ZWEVSTOF
ALGEN
/ZONISATIE
P(
PATHOGENEN
ZUURSTOF
AMMONIUM
FOSFAAT
ZWEVSTOF
ALGEN
3NELFILTRATIE
P(
$##
PATHOGENEN
ZUURSTOF
FOSFAAT
ZWEVSTOF
7ATERLEIDINGPLAS
#OAGULATIESEDIMENTATIE
Bij een integrale benadering van de drinkwaterzuivering worden de invloeden van deelprocessen
op navolgende deelprocessen en invloeden van
verschillende deelprocessen op dezelfde waterkwaliteitsparameter meegenomen, zie figuur 2. Dit
betekent dat de keuze voor de optimale instelling
van een individuele processtap afhankelijk kan
"IOLOGISCHACTIEVEKOOLFILTRATIE
2. De integrale benadering
zijn van de keuze van de instellingen van andere
processen. Hierbij wordt rekening gehouden met
de waterkwaliteit van het oppervlaktewater, die
varieert door lange termijntrends (pesticiden,
hormonen, chloride, bromide), seizoensinvloeden
(temperatuur, algen, DOC, micro-organismen)
en gebeurtenissen zoals hevige regenval. Tevens
wordt rekening gehouden met variaties door procesgerelateerde gebeurtenissen zoals onderhoud
en het spoelen van filters. Uit de veelheid van
mogelijkheden die ontstaat is geconcludeerd dat
integrale beslissingen moeilijk zijn te nemen zonder het gebruik van computermodellen.
(ARDHEIDSREDUCTIE
graal, dynamisch model van de productielocatie
Weesperkarspel2, zie figuur 1, en het toepassen
van het model voor een optimale geautomatiseerde besturing van de zuivering. De verwachting
is dat deze ontwikkeling naast een verbetering
van de waterkwaliteit ook een vergroting van de
productzekerheid, een verlaging van de kosten en
een vermindering van de belasting van het milieu
oplevert.
P(
!/#
PATHOGENEN
ZUURSTOF
ZWEVSTOF
Figuur 2: Invloed van deelprocessen op navolgende deelprocessen
2
Weesperkarspel is één van de twee productielocaties van WLB Amsterdam en produceert jaarlijks 30 miljoen m3
drinkwater. De zuivering bestaat uit een voorzuivering op de vestiging Loenderveen en een hoofdzuivering op de
vestiging Weesperkarspel.
52
Technologie kan ons helpen
de biologisch actieve koolfilters, door vorming van
AOC uit DOC en het afbreken van organische microverontreinigingen en is een belangrijke stap in
de eliminatie van pathogene micro-organismen.
vorming van bromaat een ongewenst neveneffect
van het ozonproces en, daar waar het mogelijk
is, moeten maatregelen getroffen worden om de
bromaatvorming verder te reduceren. Om deze reden is bij het proefonderzoek ten behoeve van de
modelvorming van ozonisatie de nadruk gelegd op
de bromaatvorming, waarbij als randvoorwaarde
is gesteld dat voldoende desinfectie gerealiseerd
wordt.
3. Ozonisatie
Ozon wordt toegepast op zowel productielocatie
Weesperkarspel als Leiduin3. De ozon wordt gedoseerd in bellenkolommen, waarbij gasbellen met
zuurstof of lucht en ozon door het water worden
geleid en overdracht van ozon plaatsvindt tussen
de gasfase en de waterfase. Daarna stroomt het
water door contactkelders om het opgeloste ozon
te laten reageren met de in het water aanwezige
pathogene micro-organismen, zie figuur 3.
3.1 Bromaatreducerende maatregelen uit de
literatuur
In het verleden is veel onderzoek verricht naar
bromaatreductie benaderd vanuit de chemie en
hydrodynamica. Effectieve chemische maatregelen voor bromaatreductie zijn pH verlaging,
toevoegen van ammonium, toevoegen van ammonium voorafgegaan door chloring, afvangen
van hydroxylradicalen en afvangen van hypobroom
zuur (Kruithof 1993, Galey 2000, Pinkernell 2001,
Buffle 2003). Hydraulische maatregelen die zijn
onderzocht voor bromaatreductie zijn de toepassing van getrapte versus ééntraps bellenkolommen, tegenstroom versus meestroom bellenkolommen en het injecteren van ozon in gasvorm in een
leiding gevolgd door menging in statische mengers
versus het gebruik van bellenkolommen (Gillogly
Gedurende ozonisatie van bromide-houdend water wordt bromaat gevormd (Von Gunten 2003).
Op Weesperkarspel is de bromaatvorming minder
dan 0,5 µg/l bij een ozondosering van 1,75-2,25
mg/l en op Leiduin is de bromaatvorming 3 - 5
µg/l bij een ozondosering van 0,7 – 0,9 mg/l. Voor
de huidige situatie voldoet WLB Amsterdam aan
de Nederlandse drinkwaternorm voor bromaat
van 5 µg/l (90-percentiel waarde). Desondanks is
5
10
15
20m
10,8m
1
5
5,0
4,5
M.V.
4
2
3
3
3
6
0,5
1
2
3
4
5
6
Ozon productie ruimte
Bellenkolom
Contactkelders
Influent toevoer ruimte
Ozon gas vernietiging
Pompkelder
Figuur 3: Ozondoseersectie van productielocatie Leiduin
3
Leiduin is één van de twee productielocaties van WLB Amsterdam en produceert jaarlijks 70 miljoen m3 drinkwater. Op zuiveringstation ir. Cornelis Biemond van WRK vindt voorzuivering plaats, het voorgezuiverde water
ondervindt een duinpassage en de hoofdzuivering is op de vestiging Leiduin.
53
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
2001, Agutter 2001). Voor alle hydrodynamische
maatregelen is geconcludeerd dat er slechts een
klein verschil optreedt in bromaatvorming tussen
de verschillende methoden en dat bromaatvorming
hoofdzakelijk wordt bepaald door de chemische
condities en niet door de hydraulische condities.
Het veranderen van de chemische condities is
voor productielocatie Leiduin echter niet wenselijk, waardoor er weinig mogelijkheden voor de
reductie van bromaat overblijven.
Bij alle hydraulische onderzoeken naar bromaatreductie is gebruik gemaakt van doseringsmethoden waarbij ozon in gasvorm in de te behandelen
stroom wordt gebracht. Echter, bij de stofoverdracht van de gasfase naar de waterfase door
middel van bellen ontstaan rond de bellen lokaal
hoge pieken in de ozonconcentratie. Daarnaast
is de menging van ozon in het water slecht door
geringe menging van het water in de bellenkolom.
Het eerst genoemde fenomeen is ongunstig voor
de bromaatvorming en het tweede fenomeen is
ongunstig voor de desinfectie.
600 l. vat
Test water
Om toch tot bromaatreductie te komen is
een nieuwe methode
ontwikkeld. Hierbij is
de hypothese dat door
het doseren van ozon
in opgeloste vorm in de
hoofdstroom, de lokale
ozonconcentratie tot
een minimum kan worden beperkt, wat een
lagere bromaatvorming
tot gevolg heeft.
3.2
Proefonderzoek
bromaatreductie
Om te onderzoeken in
hoeverre de bromaatvorming kan worden
gereduceerd door het
doseren van ozon in
opgeloste vorm aan een
te behandelen hoofd54
stroom is een proefinstallatie gebouwd op laboratoriumschaal (100 l/h). Voor de ozonmodellering is
ervoor gekozen om niet alleen de totale bromaatvorming te kunnen bepalen, maar ook de snelheid
van de bromaatvorming en de snelheid van de
ozonafbraak, afdoding van micro-organismen en
AOC vorming. Dit is gerealiseerd door het water
na menging door een teflon slang te leiden met
een lengte van 63,85 m, een binnendiameter van
8 mm en met de hydraulische eigenschappen van
een propstroomreactor. Op de slang zijn drieweg
T-monsterkranen aangebracht zodat het mogelijk
is het totale debiet tijdelijk af te tappen. Doordat
de monsterkranen op verschillende afstanden van
het doseerpunt zijn gesitueerd kunnen monsters
worden genomen na verschillende contacttijden
zodat bijvoorbeeld de ozonafbraak snelheid kan
worden bepaald. De opstelling, de DOPFR (Dissolved Ozone Plug Flow Reactor), is schematisch
weergegeven in figuur 4.
Ozon gas
vernietiging
P
F
Ozon
generator
Monsterpunt
Ozon
bellenkolom
1.18 m
0.98 m
25 l. vat Milli-Q
PID
1.02 m
F
Begin punt 63.85 m. PTFE Leiding 8 mm binnen diameter
Pomp
P
F
Druk meting
Debiet meting
Statische menger
PID
PID regelaar
Figuur 4: Proefopstelling DOPFR
Technologie kan ons helpen
In de doseerstroom (5% tot 10% van de totale
stroom) is een hoge concentratie ozon opgelost
met behulp van een bellenkolom. Om te voorkomen dat tijdens de ozoninbreng in de doseerstroom bromaat werd gevormd is gebruik gemaakt
van (bromide vrij) Milli-Q® water.
De resultaten van de bromaatanalyses van het effluent van de DOPFR zijn weergegeven in figuur 5.
Om het effect van het doseren van opgelost ozon
te kunnen evalueren zijn in figuur 5 tevens resultaten weergegeven van bromaatvormingsexperimenten die zijn uitgevoerd in de proefinstallatie van
Leiduin (5 m3/h) en in de praktijkinstallatie van
Leiduin (1500 m3/h), die beide gebruik maken van
conventionele bellenkolommen. Uit figuur 5 kan
worden afgelezen dat bij een netto ozondosering
van ongeveer 0,8 mg/l de bromaatconcentraties in
de DOPFR 75% lager waren dan in de proefinstallatie en 85% lager dan in de praktijkinstallatie.
Voor een netto ozondosering van 1,2 mg/l waren
de gemeten bromaatconcentraties in de DOPFR
85% lager dan in de proefinstallatie. In de DOPFR
zijn ook experimenten uitgevoerd met voor de
praktijkinstallatie extreem hoge ozondoseringen
van 1,7 en 2,1 mg/l. Bij een dosering van 1,7 mg/l
was de bromaatconcentratie 4,1 µg/l en bij een
dosering van 2,1 mg/l was de bromaatconcentratie
3,9 µg/l. De gemeten bromaatconcentraties overschrijden dus zelfs onder deze condities de norm
van 5 µg/l voor de 90-percentiel waarde niet.
Om te onderzoeken of de desinfectiecapaciteit
bij dosering van opgelost ozon voldoende is, werd
tijdens de experimenten in de DOPFR E. coli WR1
gedoseerd. Hieruit volgde dat de inactivatie voor
E. coli WR1 in de DOPFR 4,5 log eenheden of meer
bedroeg bij Ct-waardes van 0,05 mg·min/l. Uit
vergelijking met hoge volume monsters van E. coli
in de praktijkinstallatie bleek dat in de DOPFR een
veel hogere desinfectie werd gerealiseerd dan
met conventionele bellenkolommen, zie figuur
6. Uit de desinfectieproeven in de DOPFR en de
praktijkinstallatie kon worden geconcludeerd
dat voor verbetering van de desinfectie van de
praktijkinstallatie verbetering van de hydraulische omstandigheden in de contactkelders van
essentieel belang is.
3.3 Ozon modellering
De datasets die zijn verkregen tijdens de experimenten in de DOPFR, de proefinstallatie en de
praktijkinstallatie worden gebruikt voor het calibreren en valideren van een ozonmodel. Door het
bepalen van de kinetiekparameters in de DOPFR
voor de ozonafbraak, de bromaatvorming, de desinfectie en de AOC vorming, middels de afgeleide
parameter UV254, is het mogelijk het ozonconcentratieprofiel tijdens ozonisatie te voorspellen.
Dit wordt vervolgens gebruikt in de besturing voor
8
7
0)
6
DE (-log N/N
Bromaat concentratie [µg/l]
10
8
6
5
4
3
4
2
2
1
0
0
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Ozon dosering [mg/l]
DOPFR
Proefinstallatie Leiduin
Praktijkinstallatie Leiduin
Detectie limiet
Figuur 5: Bromaatvorming in de DOPFR, proefinstallatie Leiding en praktijkinstallatie Leiduin
0.001
0.010
0.100
Ct (mg min/l)
1.000
10.000
DOPFR
Leiduin praktijkinstallatie
Leiduin praktijkinstallatie DE>
Figuur 6: Desinfectiecapaciteit in de DOPFR en in
de Leiduin praktijkinstallatie
55
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
het vaststellen van de benodigde ozondosering op
productielocaties Leiduin en Weesperkarspel.
verschoven naar een meer integrale aanpak. Dit
zal leiden tot efficiënte, stabiele en betrouwbare
drinkwaterzuiveringen, die zullen voldoen aan de
strengere eisen voor de toekomst.
4. Eureka
Het streven moet altijd zijn de bronnen voor de
drinkwatervoorziening zo goed mogelijk te beschermen en vervuiling zo veel mogelijk tegen te
gaan. Desalniettemin is het belangrijk om waar
mogelijk innovaties en verbeteringen in de zuiveringstechnologie toe te passen om te komen tot
de best mogelijke kwaliteit. Zo is het ozonisatieproces in de laatste jaren ter discussie komen te
staan vanwege verscherping van de bromaatnorm.
Gedreven door het vergroten van kennis van ozonisatie ten behoeve van de modellering blijkt het
echter mogelijk tot nieuwe inzichten te komen
en is een nieuw doseringsprincipe ontwikkeld
waardoor de bromaatvorming sterk gereduceerd
kan worden zonder toevoeging van chemicaliën.
De dosering van opgelost ozon middels een voorbehandelde doseerstroom in combinatie met een
ozoncontactruimte met propstroomkarakteristiek,
is een veelbelovende werkwijze die mogelijkheden
biedt voor toepassing in bestaande ozoninstallaties. Doordat een hogere desinfectie gerealiseerd
kan worden bij een lagere bromaatconcentratie
wordt het spanningsveld tussen beide parameters
aanzienlijk verruimd.
Naast het verkrijgen van inzicht en het vergroten
van kennis is het werken aan de toepassing van modellen in de besturing van drinkwaterzuiveringen
een belangrijke doelstelling. Intensievere samenwerking tussen technologen, besturingstechnici,
automatiseerders en ICT’ers zal noodzakelijk zijn
om in de toekomst verbeteringen te kunnen blijven
realiseren. Het onderzoek zal moeten verschuiven
van praktijkonderzoek naar een combinatie van
praktijk met fundamentele model studies. De prioriteiten en doelstellingen zouden moeten worden
56
5. Literatuur
Agutter, P, R. Lake, T. Burke and M. Chandrakanth
(2001) Full-scale comparison of the use of static
mixers and diffusers for ozone injection. Proceedings of 15th world ozone congress of the IOA,
London 2001
Buffle, M. and U. von Gunten (2003) The chlorineammonia process for enhanced bromate minimization. Proceedings of AWWA WQTC, Philadelphia
2003
Galey, C., D. Gatel, G. Amy and J. Cavard (2000)
Comparative assessment of bromate control options. Ozone: Sci. Eng. 22 267-278
Gillogly, T., R. Minear, G. Amy, R. Andrews and
J.P. Croué (2001) Bromate formation and control
during ozonation of low bromide waters. AWWA
Research Foundation ISBN 1-58321-155-1
Gunten, U von (2003) Ozonation of drinking water:
Part II. Disinfection and by-product formation in
presence of bromide, iodide or chlorine. Water
Res. 37 1469-1487
Kruithof, J.C., R.T. Meijers and J.C. Schippers
(1993) Formation, restriction of formation and
removal of bromate. Water Supply 11 331-342
Pinkernell, U. and U. von Gunten (2001) Bromate
minimization during ozonation: mechanistic considerations. Environ. Sci. Technol. 35 2525-2531
Schone bronnen voor Evides
Schone bronnen voor Evides
ir. G. Vogelesang
Samenvatting
Evides gebruikt een breed spectrum van bronnen voor de
productie van drinkwater en voor het maken van diverse
watersoorten voor de industrie. Iedere bron heeft zo zijn
specifieke kenmerken. Evides spant zich voortdurend in
om zijn bronnen zo schoon mogelijk te krijgen en te houden en tracht zo alert mogelijk te reageren op eventuele
bedreigingen. Desondanks hebben we moeten leren leven
met het gegeven dat er veel inspanningen geleverd moeten worden om drinkwater en industriewater te maken
dat aan alle kwaliteitseisen voldoet. Voor drinkwater zijn
de normen van het Waterleidingbesluit maatgevend, terwijl er met de industrie contracten zijn gesloten waarin
aangegeven is aan welke prestatie- en kwaliteitscriteria
voldaan moet worden.
1.
ir. G. Vogelesang
Evides
Evides – een veelzijdig waterbedrijf
Evides is qua bronnen, zuiveringstechnieken en geleverde
producten een veelzijdig waterbedrijf. Het bedrijf levert niet alleen drinkwater en verschillende kwaliteiten
industriewater maar zuivert ook afvalwater. Bovendien
is Evides internationaal actief (industriewaterproductie
in Duitsland). De drinkwaterafzet bij de huishoudelijke
klanten is nagenoeg stabiel, in tegenstelling tot de afzet
van water voor de industrie die juist een sterke stijging
vertoont omdat de industrie het in hun ogen te dure
drinkwater is gaan vervangen door water ‘op maat’. Dit
water ‘op maat’ wordt grotendeels gemaakt uit water
afkomstig uit de Biesbosch bekkens. In afbeelding 1 is het
verdringingsmechanisme van drinkwater naar water ‘op
maat’ weergegeven.
door water verbonden
Drinkwater neemt op dit moment nog ongeveer tweederde
deel van de waterafzet van Evides voor zijn rekening (zie
afbeelding 2).
De kengetallen van de drinkwateractiviteiten zijn in tabel
1 samengevat.
57
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
$RINKWATER
7ATER@OPMAAT
M
Afbeelding 1: Verdringing drinkwater door water ‘op maat’
Het distributiegebied omvat de hele provincie
Zeeland en delen van de provincies Zuid-Holland
en Noord-Brabant (zie afbeelding 3).
In 2003 werd in totaal 76 miljoen m3 ‘water op
maat’ geleverd. Enkele van de tien productielocaties die water leveren aan de industrie liggen ver
buiten het eigen voorzieningsgebied, waaronder
de ‘waterfabriek’ in Stade (Duitsland) die water
levert aan een vestiging van DOW Chemical.
Om een helder totaalbeeld te schetsen moet dus
onderscheid gemaakt worden tussen de drinkwater- en de ‘water op maat’ activiteiten. Voor de
drinkwaterproductie is Evides grotendeels afhankelijk van de rivier de Maas. Uit de vorm van het
Maasstroomgebied kan worden afgeleid dat Evides
niet ten onrechte gekozen heeft voor zijn logo met
het zeepaardje.
De tweede belangrijke bron vormen de grondwaterwinningen op de Brabantse Wal en het Eiland
van Dordrecht. Qua grootte komt het Haringvliet
in combinatie met duininfiltratie op de derde
plaats.
De ‘water op maat’ activiteiten bij de industrie
stoelden aanvankelijk volledig op de inzet van
Maaswater uit de Biesbosch spaarbekkens dat vervolgens verder gezuiverd werd conform de door de
klanten opgegeven specificaties. De kwaliteit van
dit water verschilt, al naar gelang de toepassing
(van koelwater tot ketelvoedingwater). De laatste
5 jaar heeft Evides zijn activiteiten uitgebreid met
diverse maatwerkinstallaties die als voedingswater
zelfs brak of zout water gebruiken. Door deze ontwikkeling is het aantal in gebruik zijnde bronnen
fors toegenomen zoals in afbeelding 5 is te zien.
Als operator van zuiveringen heeft Evides de afgelopen jaren ook het waterspoor bewandeld, met
als resultaat het exploiteren van twee industriële
afvalwaterzuiveringen (Vlissingen en Schiphol),
en sinds 2003 een grote huishoudelijke afvalwaterzuivering van 1,7 miljoen i.e. (rwzi Houtrust,
Den Haag). Per 2007 komt daar een tweede rwzi
van 1,3 miljoen i.e. bij (Harnaschpolder, Schipluiden). Evides beschikt daardoor dus ook over
een nieuwe, vuile bron (afvalwater) die na de
Drinkwater
Landbouwwater
Koelwater
Tabel 1: Kengetallen drinkwateractiviteiten
Aantal drinkwaterzuiveringen
9
Lengte leidingnet
12.500 kilometer
Aantal aansluitingen
967.000
Inwoners in voorzieningsgebied
> 2 miljoen
Jaarlevering
160 miljoen m3
58
Gedestilleerd water
Gedemineraliseerd
water
Industriewater
Brielse Meerwater
Afbeelding 2: Evides producten gemeten naar
hoeveelheid
Schone bronnen voor Evides
Ruwwaterleiding
Lokale vestiging industriewater
Lokale vestiging drinkwater
(inclusief productie)
Opjager
Pompstation zuivering drinkwater
Afvalwaterzuivering
Lokale vestiging drinkwater
Industriewater productie
Afbeelding 3: Distributiegebied en hoofdinfrastructuur
transformatie tot schone bron
(gezuiverd effluent) ingezet
kan worden voor bijvoorbeeld
industriewaterproductie of, in
geval van extreme droogte zoals in de zomer van 2003, voor
het voorkómen van regionale
zoetwatertekorten (peilbeheer
en doorspoeling).
Per toepassing van de bronnen
worden nu in het kort de bewaking, de kansen en bedreigingen,
alsmede de groeiverwachting
van de activiteiten geschetst.
Daarbij spelen beestjes vaak
een opmerkelijke rol.
&RONTIÒRED%TAT
3TAATGRENS
3TAATGRENZE
,IMITEDESEAUXCOTIÒRES
+USTWATERENGRENS
+USTENGEWASSERGRENZE
,IMITEDERÏGION"ELGIQUE
'EWESTGRENS
2EGIONGRENZE
De onlangs in Nederland ontdekte
nieuwe ondersoort van het Zeepaardje
“Hippocampus mosanus evides”
+ILOMÒTRES
Afbeelding 4: Het stroomgebied van de Maas
59
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Maas
Brielse Meer
Grondwater
Polderwater
Verrassend genoeg is deze doelstelling bijna letterlijk overgenomen in de Europese Kaderrichtlijn
Water en geldt nu dus ook voor alle andere oppervlaktewateren in Europa waaruit drinkwater
wordt gewonnen.
Nw. Waterweg
Haringvliet
Elbe
Overige
Afbeelding 5: Gebruikte waterbronnen
2.
Drinkwaterbronnen
2.1. De Maas
Dé hoeksteen voor de drinkwaterproductie is al
sinds 1973 de rivier de Maas met de daaraan gekoppelde Biesbosch spaarbekkens. Voor de technische
bewaking van deze belangrijke bron wordt zeer
nauw samengewerkt met Rijkswaterstaat (RIZA).
De watervlooien en algen van de Evides-biomonitoringsystemen zijn bijvoorbeeld gehuisvest in het
geautomatiseerde RIZA-meetstation Keizersveer
en daarnaast zijn er sluitende afspraken gemaakt
over de alarmering bij calamiteiten, zodat het
inlaten van Maaswater in de Biesbosch spaarbekkens tijdig kan worden gestaakt. De beleidsmatige
‘waakhond’ voor deze bron is RIWA-Maas, de internationale belangenorganisatie van alle waterbedrijven die op Maaswater zijn aangewezen. Het
kritisch volgen van de Internationale Maascommissie en het signaleren van ongewenste ontwikkelingen die de Maaswaterkwaliteit bedreigen zijn
speerpunten van RIWA-Maas. De basis hiervoor is
het unieke internationale meetnet van RIWA-Maas
dat nu al meer dan 30 jaar bestaat. Het is mede
aan de inspanningen van RIWA-Maas te danken dat
de kwaliteit van het Maaswater de afgelopen 20
jaar in bijna alle opzichten gestaag is verbeterd.
Wat de uiteindelijke doelstelling betreft is enig
idealisme RIWA-Maas (en Evides) niet vreemd: “Het
Maaswater moet zo schoon worden dat het weer
met een ‘normale’ behandeling (dwz. zonder ozon,
actieve kool, membraanfiltratie of andere ingewikkelde en geldverslindende zuiveringshoogstandjes)
tot drinkwater kan worden gezuiverd”.
Hoewel de Maas al met al een uitstekende bron
voor de drinkwatervoorziening is, zijn er ook bedreigingen. Sinds het begin van de jaren ’90 baart
vooral de hoge belasting met onkruidbestrijdingsmiddelen zorg. Het herbicide diuron bereikte in
1993 dermate hoge gehaltes in de Maas dat het
inlaten van water in de Biesbosch spaarbekkens
7 weken lang moest worden gestopt. De gezamenlijke acties van Evides, RIWA-Maas en Vewin
leidden er uiteindelijk toe dat het gebruik van
diuron in Nederland in 1999 werd verboden. Toch
is hiermee de kous nog niet af, want in België en
Frankrijk is de stof nog toegelaten en in Nederland
schakelden gemeenten en particulieren na het
diuronverbod massaal over op een ander kwalijk
onkruidbestrijdingsmiddel, namelijk glyfosaat (zie
afbeelding 6). Overigens worden alle bestrijdingsmiddelen bij de drinkwaterzuivering in voldoende
mate verwijderd.
Gesteund door Evides heeft Vewin al vanaf 1998
juridische stappen ondernomen om het College
Toelating Bestrijdingsmiddelen ertoe te dwingen
de toelating van glyfosaat in te trekken, maar tot
nu toe helaas zonder succes.
Bedreigingen kunnen soms ook uit heel onverwachte hoek komen. Sinds de aanleg van de Biesbosch
spaarbekkens begin jaren ’70 was de limnologie
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
jan-94
jan-95
jan-96
jan-97
jan-98
jan-99
jan-00
jan-01
jan-02
jan-03
jan-04
Afbeelding 6: Glyfosaatgehalte in het Maaswater
(Keizersveer)
60
Schone bronnen voor Evides
van de bekkens uitvoerig bestudeerd en de technologen meenden voldoende van de werking van
de bekkens te weten. Toch is er niets zeker in het
leven dus ook de kwaliteit van het uit de bekkens afgeleverde water niet. Zo nam in 1998 het
silicaatgehalte van dit water zonder aanwijsbare
oorzaak (het gehalte in het Maaswater week niet
af van voorgaande jaren) plotseling sterk toe en
ligt tot de dag van vandaag op een ongekend hoog
niveau (zie afbeelding 7). Toen de technologen het
fenomeen eenmaal geconstateerd hadden kon het
gelukkig gemodelleerd worden met behulp van de
in het verleden opgedane kennis.
De vermoedelijke oorzaak van dit ongewenste fenomeen kwam door planktononderzoek en modelberekeningen aan het licht: een in 1998 begonnen
massale invasie van de bekkens door een exotische
aasgarnalensoort, Hemimysis anomala, die van
nature alleen in het gebied van de Zwarte en de
Kaspische Zee voorkomt. Op zoek naar voedsel
filtreert dit beestje van ongeveer 1 cm lengte het
fijne sediment op de bekkenbodems en maakt op
deze wijze silicaat vrij.
De les van deze gebeurtenis is dat ondanks jarenlang onderzoek naar flora en fauna de komst en
de explosieve groei van dit beestje niet voorspeld
kon worden. Toch heeft dit onderzoek zijn waarde
bewezen bij het vinden van de oorzaak van het
probleem en het voorspellen van de verdere ontwikkeling. Het hogere silicaatgehalte heeft geen
enkele schadelijke invloed op de kwaliteit van het
drinkwater, maar helaas wel op de werking van de
5
Meting
Model
4
Si (mg/l)
3
2
1
0
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Afbeelding 8: De “bloedrode aasgarnaal” Hemimysis
anomala
industriewaterzuiveringen die het Biesboschwater
gebruiken voor de bereiding van ketelvoedingwater. In de membraaninstallaties en ionenwisselaars
is er middels aangepaste spoelprogrammas en
harsensoorten een oplossing voor gevonden.
Ondanks de missie van RIWA-Maas heeft Evides in
het verleden toch alvast maar wat geavanceerdere
zuiveringen neergezet die het Biesboschwater zuiveren tot drinkwaterkwaliteit. Deze konden helaas
niet beperkt blijven tot “normale behandeling”.
Ozon en actieve kool bleken al snel noodzakelijk
om aan de wet te kunnen blijven voldoen. Deze
technieken worden op Kralingen, Baanhoek en de
Braakman toegepast. Op de Berenplaat kent de
zuivering nog een hoofddesinfectie met chloor.
In de afgelopen tien jaar zijn er diverse plannen
ontwikkeld voor het aanpassen van de zuivering.
Zelfs plannen voor het volstorten van het spaarbekken op de Berenplaat om op deze wijze een
bodempassage voor het Biesboschwater te creëren
passeerden de revue. Op de vooravond van de
implementatie van de uiteindelijk gekozen oplossing (ozon in combinatie met actieve koolfiltratie)
werd dankzij informatie van en samenwerking met
PWN duidelijk dat een hoofddesinfectie met UV,
gevolgd door actieve kool, een beter alternatief
was. Na drie jaar proefinstallatie-onderzoek op
de Berenplaat is inmiddels gestart met de bouw
van de nieuwe zuivering. De bestaande zuivering
wordt als het ware als voorzuivering gebruikt,
terwijl de nieuwe zuivering achter de bestaande
zuivering wordt gebouwd.
Afbeelding 7: Silicaatgehalte van het afgeleverde
water (uitlaat spaarbekken Petrusplaat)
61
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
stand. De vereiste UV-dosis is daarom bepaald aan
de hand van de benodigde log-credits om SSRC’s
te inactiveren.
Afbeelding 9: De ‘nieuwe’ Berenplaat (omkaderd:
UV-installatie en nieuwe koolfilters)
Ook in dit geval spelen ‘beestjes’ een hoofdrol
in de nieuwe zuivering, namelijk (sporen van)
sulfietreducerende Clostridia. Uit het scala van
pathogene organismen dat geïnactiveerd moest
worden (waaronder Cryptosporidium en Giardia)
waren SSRC’s de beestjes met de meeste weer-
PROJECT UITBREIDING
ZUIVERING BERENPLAAT
Met het voltooien van de nieuwe zuivering op de
Berenplaat zijn alle oppervlaktewaterzuiveringen
op het niveau gebracht waarmee, met tussenschakeling van de Biesbosch bekkens, alle in het
Maaswater aanwezige bezwaarlijke stoffen en
organismen in voldoende mate verwijderd worden. Als de RIWA-Maas ooit in haar missie slaagt,
zouden we helemaal klaar zijn en te veel hebben neergezet. Opletten en meten blijft echter
noodzakelijk.
2.2. Haringvliet
Door het regeringsvoornemen om de Haringvlietsluizen op een kier te zetten werd Evides
geconfronteerd met een bedreiging van haar
bron het Haringvliet en de mogelijke aantasting
HUIDIGE SITUATIE
TOEKOMSTIGE SITUATIE
LDP
LDP
Microzeven
chloorbleekloog
Microzeven
zwavelzuur
ijzerchloride
chloorbleekloog
wispro
ijzerchloride
wispro
pac (incidenteel)
kalkmelk
pac (incidenteel)
kalkmelk
Vlokkendekenfiltratie
Vlokkendekenfiltratie
natronloog
Snelfiltratie
(actief kool)
chloorbleekloog
Snelfiltratie
(antraciet + zand)
chloorbleekloog
MDP
MDP
UV -desinfectie
Actief kool filtratie
Ongewijzigd
chloordioxide
natronloog
Verwijderen
zuurstof
Reinwaterberging
Reinwaterberging
HDP
Afbeelding 10: Processchema van de nieuwe zuivering op de Berenplaat
62
HDP
Nieuw
Schone bronnen voor Evides
Benodigde UV-dosis voor 3 log inactivering
Sporen van sulfietred. Clostridia SSRC (200 m3/u)
Adenovirus 40 (coll. beam)
Adenovirus 41 (coll. beam)
MS2 fagen (coll. beam)
Bacillus subtilis sporen (coll. beam)
Staph faag A94 (coll. beam)
Faag PD 1 (coll. beam)
Rotavirus SA11 (coll. beam)
Cryptosporidium (coll. beam)
Hepatitis A virus (coll. beam)
Poliovirus 1 (coll. beam)
Klebsielle terrigena (coll. beam)
Legionella pneumophila (coll. beam)
Salmonella typhi (coll. beam)
E.coli (coll. beam)
Campylobacter jejuni (coll. beam)
Aeromonas hydrophila (coll. beam)
Yersinia entericolitica(coll. beam)
Vibrio cholerae (coll. beam)
Shigella dysenteriae (coll. beam)
0
50
100
150
200
250
Dosering (mJ/cm2)
Afbeelding 11: Benodigde UV-dosis voor inactivering van pathogene organismen
van de functionaliteit van haar noodinlaten langs
de Rijn (Nieuwe Maas bij Kralingen en Oude Maas
bij Berenplaat). Hier kwam de bedreiging uit de
Europese hoek. Vanwege de Kaderrichtlijn Water
en oude afspraken tussen de Beneluxlanden moest
het voor vissen weer mogelijk worden om de rivieren Rijn en Maas op te trekken. Een kier in de
Haringvlietsluizen lijkt hiertoe voldoende mogelijkheden te bieden. De Nederlandse staat (lees
Rijkswaterstaat) heeft dit hele proces begeleid en
met modellen gesimuleerd wat de effecten zouden
zijn. In het papieren voortraject werd in het begin
al duidelijk dat de inname van Haringvlietwater
ten behoeve van de duininfiltratie te Ouddorp en
Haamstede (10 miljoen m3/jaar) niet meer op
dezelfde plek zou kunnen plaatsvinden vanwege
een te hoog zoutgehalte. Als compensatie is nu een
open kanaal met natuurontwikkeling en recreatie
langs het kanaal aangeboden ter vervanging van
de stalen ruw water transportleiding die oorspronkelijk was aangeboden.
Ook de frequentie van het kunnen innemen via de
genoemde noodinlaten wordt nadelig beïnvloed
door de kier. Door Rijkswaterstaat werden alle
naar voren gebrachte bezwaren als niet significant
afgedaan, zodat nu bezien moet worden welke
stappen nog genomen kunnen worden om goed
gecompenseerd te worden.
2.3. Grondwater
De grondwaterbronnen van Evides op het Eiland
van Dordrecht en op de Brabantse Wal (Halsteren,
Huijbergen en Ossendrecht) zijn van uitstekende
kwaliteit en zijn door hun grote windiepte nauwelijks kwetsbaar. Toch zijn ook hier bedreigingen
uit een onverwachte hoek gerezen, namelijk het
overheidsbeleid op het terrein van de ruimtelijke
ordening en het milieu. Zo dreigden de winputten in Dordrecht door maatregelen in het kader
van het “Ruimte voor de Rivier” beleid letterlijk
onder water te worden gezet, maar dit project is
gelukkig inmiddels van de baan. Wat de Brabantse
winningen betreft is de provinciale overheid (volgens Evides ten onrechte) van mening dat deze een
aanzienlijke bijdrage leveren aan de toenemende
verdroging van de kwetsbare natuurgebieden in
de omgeving. Evides heeft zich desondanks bereid
verklaard om in samenwerking met de provincie
maatregelen te onderzoeken, die de eventuele
nadelige effecten van de grondwaterwinning op
63
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Geleidbaarheid Nieuwe Maas bij de Lekhaven
de omgeving zoveel mogelijk beperken. In 2004 is
overeenstemming bereikt over een eerste deelproject, waarbij de kosten gelijk over beide partijen
worden verdeeld.
2000
17.500
2003
15.000
3.
Bronnen voor de industrie
Bij het ontwikkelen van een waterproject voor de
industrie gelden andere spelregels en tijdspaden.
Er is geen tijd om een belangenbehartigingsorganisatie in het leven te roepen voor de bron waar
je het mee moet doen. Als je geluk hebt, heb je
een half jaar de tijd om een proefinstallatie te
bedrijven en daarna moet je voldoende expertise
in huis hebben om de installatie te ontwerpen
en er een contractprijs voor af te geven. Met de
installaties die (volledig of gedeeltelijk) draaien
op ruw water uit de Biesbosch bekkens (Kraaijenberg, De Wranghe, Kruiningen, Koegors, DOW
Terneuzen en DuPont Dordrecht) of op verder
gezuiverd Biesboschwater zijn er geen verrassingen meer en kan er van achter het bureau
een offerte gemaakt worden. Dat is recent weer
gebeurd voor een demiwater-installatie bij Shell
Pernis met een capaciteit van 7 miljoen m3/jaar.
Het contract is eind 2004 gewonnen, de bouw van
de demiwater installatie start in 2005. De bron is
industriewater gemaakt uit Biesboschwater, de
toegepaste techniek is ionenwisseling (kation /
anion / mengbed).
Bij de meeste nieuwe projecten ligt het echter
anders. Op basis van de kennis van de bestaande
bronnen moeten vaak inschattingen gemaakt worden voor nog niet bekende bronnen. Zo gebeurde
het voor de installatie van DOW in Stade (nabij
Hamburg, bron: rivier de Elbe) en staat het te gebeuren voor het project bij DOW in het Oostduitse
Leipzig (bron: rivier de Elster). Aan de hand van
twee voorbeelden, het gedestilleerd water project
in de Botlek / Europoort (in samenwerking met
Afvalverwerking Rijnmond) met een jaarcapaciteit
van 7 miljoen m3, en het DOW Terneuzen project
met een jaarcapaciteit van 12 miljoen m3 wordt
geïllustreerd hoe de bronnenproblematiek kan
worden opgelost door hiermee in de zuiveringsopzet van meet af aan rekening mee te houden.
64
μS/cm
12.500
10.000
7.500
5.000
2.500
0
18-8
19-8
20-8
21-8
22-8
23-8
Afbeelding 12: Verloop van het zoutgehalte in een
normaal (2000) en een droog jaar (2003)
Destiproject
Door de geografische ligging van deze locatie kwam
als enige geschikte bron de Rijn (Nieuwe Maas) in
beeld. Het zoutgehalte in de Nieuwe Maas kent een
zeer grillig verloop, niet alleen in het dagelijkse
ritme van eb en vloed, maar ook tussen jaren met
hoge en lage waterafvoer van de Rijn.
Het zoutgehalte (de geleidbaarheid) van de bron
is per definitie een zeer belangrijk ontwerpcriterium voor de zuivering tot demiwater. In dit geval
moest er demiwater (geleidbaarheid <5 μS/cm)
worden geproduceerd uit water dat onder ongunstige omstandigheden (lage Rijnafvoer) tienmaal
zouter is dan normaal. Om ook onder de meest
ongunstige omstandigheden aan de kwaliteitsspecificaties voor het demiwater te kunnen voldoen,
is gekozen voor een proces met verdampers (voor
de productie van destiwater) in combinatie met
directfiltratie, omgekeerde osmose en ionenwisseling (voor de productie van demiwater).
In dit geval speelde enkel de kwaliteit van de
(enige) bron een rol, terwijl de kwantiteit geen
enkel probleem vormde (onttrekking is < 0,1%
van de afvoer van de bron). Zoals het volgende
voorbeeld laat zien ontstaat er een volledig andere
situatie, als er een of zelfs meerdere kwalitatief
geschikte bronnen aanwezig zijn maar sprake is
van (permanente of tijdelijke) watertekorten.
Schone bronnen voor Evides
!62
$ES TI
6 E RDA MPE RS
FC
1
DE E LS TROOM
)NDUS TRIE
WATER
$ E MI
0!#
& ILTER
2/
)ONEN
WIS S ELAAR
Afbeelding 13: Processchema destiproject
DOW Terneuzen
Sinds enkele jaren dekt Evides met behulp van
een complexe maatwerkinstallatie de volledige
waterbehoefte van DOW Chemical Terneuzen,
met uitzondering van het koelwater. Contractueel
is vastgelegd dat Evides maximaal 700 m3/uur
koeltorensuppletiewater, 750 m3/uur demiwater
en 1.000 m3/uur proceswater levert. Hiervoor zijn
twee kwalitatief uitstekende bronnen beschikbaar,
namelijk Biesbosch-water en Belgisch polderwater
(via de industriewaterzuivering van het pompstation Braakman). Helaas schieten beide bronnen
vooral in de zomermaanden kwantitatief tekort.
Deze tekorten moesten dus door het ‘aanboren’
van andere bronnen worden omzeild en deze
werden gevonden in het gezuiverde effluent van
de DOW-afvalwaterzuiveringsinstallatie en water
uit de Westerschelde. Hieruit resulteerde het
volgende processchema.
Doordat meerdere bronnen gebruikt moesten
worden is een complexe installatie ontstaan. Het
resultaat is een technisch en bedrijfseconomisch
optimale mix van bron- en technologiekeuze, die
waarborgt dat aan alle wensen van de klant met
betrekking tot prijs, kwaliteit en leveringszekerheid wordt voldaan.
4.
De afvalwaterbronnen van Evides
Zoals eerder aangestipt zuivert Evides ook afvalwater. De relatie tussen bron en product is in dit
geval simpel: de bron is ongezuiverd (industrieel
en/of huishoudelijk) afvalwater, en Evides heeft
de taak om hieruit een product te maken dat
zonder bezwaar in de natuurlijke watercyclus
kan terugkeren. Na de voltooiing van de rwzi
Harnaschpolder in 2006 (zie afbeelding 15) en de
modernisering van de rwzi Houtrust in 2008 zal
Evides, in een 50/50% joint venture met Veolia,
jaarlijks circa 300 miljoen m3 van dit product
produceren. Gelet op de effluenteisen voor deze
rwzi’s en op de ervaringen met hergebruik van
gezuiverde industriële effluenten denkt Evides
serieus na over nuttigere toepassingen voor zijn
gezuiverd afvalwater dan lozing op de Noordzee.
Hiervoor moet vooral worden gedacht aan de productie van industriewater en aan het verminderen
van regionale zoetwatertekorten (doorspoeling en
peilbeheer).
65
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
/PSLAGTANKS
M
+OELWATER
7ESTERSCHELDE
$EMIWATER
"RIJN
#ONDENSAAT
$OW
PRODUCTIE
PLANTS
$EMIWATER
/PGEWARMD KOELWATER
2/
PLANT
"IESBOSCH
WATER
)ONEN
7ISSEL 'EZUIVERD
EFFLUENT"IOX
$, &ILTRATIE
$%#/PLANT
03
"RAAKMAN
h &RESHvWATER
-" )8
0ROCESWATER
07 PLANT
+OELTOREN
WATERVOORZIENING
Afbeelding 14: Processchema Dow Terneuzen
5.
Besluit
In de Nieuwsbrief Kust en Zee stond onlangs een
bericht over recordaantallen kortsnuitzeepaardjes in de Oosterschelde en waarnemingen in het
Grevelingenmeer waar nooit eerder zeepaardjes
waren aangetroffen. Dit zeepaardje komt vooral
voor in en rond de Middellandse Zee en biologen
vermoeden dat zijn verspreidingsgebied door de
warme winters naar het noorden verschuift. In
enkele van de door Evides gebruikte bronnen komt
het zeepaardje dus ook al voor. Wat het verdere
“verspreidingsgebied” van het Evides-zeepaardje
zal worden is nog uiterst onzeker. Aan Evides zal
het echter niet liggen, het zeepaardje is immers
een ondernemend beestje dat goed gedijt in
helder water. De weg over zee naar Noord- en
Oost-Duitsland heeft het al gevonden. Door de
lucht naar Schiphol is ook al mogelijk gebleken.
Routes langs Nederlandse oppervlaktewateren
blijken nog grote barrieres te hebben, maar het
66
is een beestje dat gelooft in schaalvergroting. Een
verdere verspreiding in Nederland behoort dan ook
niet tot de onmogelijkheden.
Afbeelding 15: Artist impression van rwzi Harnaschpolder (in aanbouw)
Algemene inleiding
Algemene inleiding
prof.ir. J.H.J.M. van der Graaf
1. Inleiding
Aan het begin van deze 24e vakantiecursus in riolering
en afvalwaterbehandeling moet natuurlijk even worden
teruggeblikt op de gebeurtenissen op ons vakgebied van
het afgelopen jaar en zeker ook worden uitgekeken naar
de ontwikkelingen, die op ons afkomen. Het thema ‘door
water verbonden’ past uitermate goed bij de twee vakgebieden, riolering en afvalwaterbehandeling, en geeft
tevens onze relatie weer met onze vakbroeders uit het
drinkwaterveld.
prof.ir. J.H.J.M. van der Graaf
TU Delft / Witteveen+Bos
Als vakgroep Gezondheidstechniek aan de TU Delft zien
wij voortdurend de meerwaarde van een gezamenlijke en
interactieve benadering van de problemen van de kleine
waterkringloop. Vanuit verschillende achtergronden en
invalshoeken kunnen waardevolle inzichten in de totale
samenhang worden ontwikkeld. Voorbeelden hiervan zullen vandaag volop aan de orde komen.
In deze algemene inleiding zal vanuit de invalshoek van de
afvalwaterbehandeling nog eens nader op enkele interessante ontwikkelingen worden ingegaan.
2. Hoogtepunten van 2004
Naast de succesvolle 23e vakantiecursus op 9 januari 2004
waren er nog vele andere hoogtepunten waarvan ik er
enkele nader wil noemen:
- De Europese Kaderrichtlijn Water
Deze heeft ons het hele jaar beziggehouden en zal ons
nog wel enige tijd boeien (zie verderop).
- Aquatech
Dit jaar groter dan voorheen, maar iets minder druk
bezocht (20.000 bezoekers, 25% meer standhouders)
met als opvallende afwezigen de stands van de ingenieursbureaus.
- De “nieuwe held” Gatze Lettinga
In de serie “nieuwe helden” van Technisch Weekblad
(een uitgave van KIVI) kwam de pionier van de anaërobe
door water verbonden
67
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Aquatech 2004
-
afvalwaterbehandeling Gatze Lettinga prominent in beeld.
Wetsus
De opening van het Friese Wateronderzoeksinstituut in Leeuwarden trok grote en zelfs
68
-
koninklijke aandacht. In de berichtgeving staat
dit instituut al direct als voorbeeld van hoe
innovatie in Nederland moet plaatsvinden.
4th IWA World Water Congress in Marrakech
Dit tweejaarlijkse evenement trekt steeds
Algemene inleiding
Hiernaast zijn er ook minder gunstige ontwikkelingen te melden, zoals het afnemende aantal afstudeerders, waarbij nu echter weer een opleving
van instromers zichtbaar is. Ook de afbouw van
de onderzoeksactiviteiten van TNO in Apeldoorn
en mogelijk ook de proefhal van de LUW te Bennekom duidt op een negatieve ontwikkeling op
onderzoeksgebied.
3. State of the art
meer deelnemers vanuit alle waterdisciplines.
Helaas is hiervoor vanuit de Nederlandse afvalwaterwereld slechts een beperkte belangstelling.
Duidelijk zal zijn dat bovenstaande slechts een
persoonlijke en daardoor ook wellicht willekeurige
greep is uit de gebeurtenissen van het afgelopen
jaar. Hieruit blijkt ook dat de afvalwaterwereld
nog steeds in ontwikkeling is; met name de internationale component en de innovatieve aspecten
worden steeds belangrijker. Het is daarom interessant te zien dat ook vanuit het Nationale Innovatieplatform ‘water’ voorlopig als sleutelgebied
is aangewezen. Wat we daar verder mee moeten
blijft vooralsnog vaag. In mijn optiek valt innovatie
niet te organiseren, maar moet veeleer een goed
klimaat voor innovatie worden gecreëerd. Bij het
creëren van een goed klimaat kunnen onderwijsen onderzoeksinstellingen in nauwe relatie met
het bedrijfsleven een belangrijke rol spelen. De
sectie Gezondheidstechniek, waar vrijwel al het
onderzoek extern vanuit de derde geldstroom
wordt gefinancierd, is er klaar voor om hierin een
bijdrage te leveren.
Een aardige indruk, waar men zich op watergebied
(drink-, afval- en oppervlaktewater) mee bezighoudt kan verkregen worden door het doorwerken
van een hele jaargang van ons lijfblad H2O. Ik heb
dat een aantal jaren geleden (jaargang 34, 2001
gedaan en dat nu herhaald voor 2004 (jaargang
37); natuurlijk had ik hierbij mijn afvalwaterbril
op, waarbij ik echter erg ruim heb gekeken, dus
inclusief riolering en lozing op oppervlaktewater.
In tabel 1 zijn de artikelen in H2O weergegeven,
die over afvalwater gaan. Hieruit blijkt dat in
aantallen er een duidelijke teruggang heeft
plaatsgevonden (van 30 stuks in 2001 naar 20 in
2004). Qua onderwerpen zijn de veranderingen
beperkt. Reeds in 2001 was het aantal artikelen
over de conventionele afvalwaterbehandeling uiterst gering. Behandeling van effluent en de membraanbioreactor blijven de echte topics. Daarbij
is ook een toenemende aandacht merkbaar voor
de totale afvalwatersysteembehandeling, alsmede
de behandeling van overstortwater.
Sinds enkele jaren hebben Rioleringswetenschap
en Afvalwaterwetenschap zich in een toenemende
aandacht kunnen verheugen. Beide Nederlandstalige uitgaven beogen een platform te geven voor
wetenschappelijk onderzoek of ervaringen en zijn
gericht op de Nederlandse en de Belgische markt.
In tabel 2 wordt een overzicht gegeven van de
artikelen van één jaargang (2004) van Afvalwaterwetenschap.
Wat in deze lijst opvalt, is de grote variatie in
onderzoeksthema’s. Voorts is de helft van de
artikelen geschreven door wetenschappers en
onderzoekers uit Vlaanderen. Op de universiteiten
69
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Tabel 1:
-
Artikelen over afvalwater in H2O in 2004
De effectiviteit van Real Time Control (3, r)
Randvoorziening voor regenwater functioneert goed (3, r)
Oestrogene effecten in vissen in regionale wateren nabij rwzi’s (5, opp.)
Verwijdering van hormoonverstorende stoffen in rwzi’s (5, a)
Beter inzicht in infiltratiemogelijkheden van regenwater (5, r)
Helofytenfilter als alternatief voor een bergbezinkbassin (9, r)
Omgaan met onzekerheden bij het beheer van rioolstelsels (10, r)
Filtratie-eigenschappen van rwzi-effluent tijdens dead-end ultrafiltratie (11, a)
Nieuwe ontwerprichtlijnen voor diepe nabezinktanks (11, a)
ANF: doorbraak in de technologie van effluentfiltratie (11, a)
Opwerking van rwzi-effluent via membraanfiltratie: pilot-onderzoek op rwzi Nieuwe Waterweg (11, a)
Campylobacter in zwemwater en mogelijke emissiebronnen (12, opp.)
Heroverweging maatregelen in het rioolstelsel van Castricum na monitoring van de overstorten (13, r)
Grootschalige proef met helofytenfilter in Leidsche Rijn (a, opp.)
Interacties binnen het afvalwatersysteem (18, r, a)
Het ontwerpen van rwzi’s voor MTR-kwaliteit stokstof en fosfaat (22, a)
Bestrijding van industrieel licht-slib kwestie van afwisseling (23,a)
Vergelijking membraanbioreactor en zandfiltratie (23, a)
a
r
opp.
Tabel 2:
= afvalwaterbehandeling
= riolering
= effluent op oppervlaktewater
Artikelen in Afvalwaterwetenschap in 2004
- Evaluatie van karakterisering procedures voor de bepaling van biodegradeerbare stoffen in afvalwater (Klapwijk,
Mels, Brouwer)
- Rietvelden voor afvalwaterzuivering in Vlaanderen: ontwerp, bedrijfsvoering en prestaties (Rousseau, Vanrolleghem, De Pauw)
- IWA-conferentie over nano- en microdeeltjes (Van der Graaf)
- Studie van actief-slib flocculatie met behulp van een populatiebalansmodel; theoretische en praktische aspecten
(Beheijdt, Nopens)
- Nanofiltratie van brouwerij-afvalwater (Bracken, Van der Bruggen, Vandecasteele);
- Opvolging van de actief-slibsamenstelling met behulp van beeldanalyse; toepassing op licht-slibfenomenen
(Jenné, Smets, Banadda, Van Impe)
- Membraantechnologie in decentrale afvalwaterverwerking (Van Voorthuizen, Zuijdenburg, Wessling)
- De Europese Kaderrichtlijn Water (KRW) (Broseliske, Verkerk)
- Een op software gebaseerde ontwerp- en kostprijsschatting van omgekeerde osmose-installaties ook voor afvalwaterbehandeling (Brauns)
- 9e conferentie van de IWA-specialist group Design, Operation and Costs of Large Wastewater Treatment Plants
(De Korte)
- Meten en voorspellen van de filtratie-eigenschappen van rwzi-effluent tijdens dead-end ultrafiltratie (Roorda)
- De Agences de l’Eau in Frankrijk (Iwema)
- Het gebruik van calorische bepalingen voor het bestuderen van microbiologische activiteit in anaërobe vergisting
(Daverio, Ligthart, Nieman, Spanjers)
- Optimalisatie en regeling van de fysio-chemische afvalwaterzuivering bij tankcleaningbedrijven gebaseerd op
in-situmeting van de resttoxiciteit (Genens)
- De membraanbioreactor: eendagsvlieg of trendsetter (Lambert)
- Effectieve slib-waterscheidingstechnologie voor rzwi’s (Van der Pluijm, Mackrle, Duin)
- De invloed van interacties tussen riolering en afvalwaterzuivering op het functioneren van een afvalwatersysteem (Langeveld, Van der Graaf, Clemens)
- Wat met rejectiewater? (Volcke, Villez, Van Halle, Vanrolleghem)
- Iba+ of septic tank, de praktijk leert, de keuze is niet moeilijk (Broos, Van der Weerd)
- Aquafin: een voorbeeld? (Thoeye, de Gueldre)
70
Algemene inleiding
van Gent en Leuven, het Vito in Mol en ook op de
technische hogescholen wordt in België interessant
onderzoek op afvalwatergebied gedaan, dat wij in
Nederland slechts in beperkte mate kennen.
Bij nadere beschouwing blijkt dat het merendeel
van de artikelen is gerelateerd aan onderzoek dat
zich afspeelt in de universitaire sfeer. De bijdragen
van de praktijkmensen, technologen bij zuiveringsschappen of ingenieursbureaus raken steeds meer
op de achtergrond.
Tabel 4:
Hoofdthema’s van het 4th IWA World Water
Congress in Marrakech
-
Drinking Water Treatment
Wastewater Treatment Processes
EcoSanitation
Water Supplies: Use, Reuse and Efficiency
Integrated Water Resource and River Basin Management
- Operating Water and Wastewater Systems
- Water and Health
- Water Services and Economy.
ontwikkelingen worden hieronder in het kort
belicht.
4. 4th IWA world water congress in
Marrakech
Van 19 tot 24 september 2004 vond in Marrakech
het 4e IWA World Water Congress plaats. Het aantal
deelnemers was met 4.000 aanzienlijk meer dan op
voorgaande congressen. Ook het aantal presentaties was met circa 600 stuks indrukwekkend. Van
beperkte omvang was de Nederlandse bijdrage
op afvalwatergebied (zie tabel 3); ook het aantal
Nederlandse congresgangers was voor afvalwater
bescheiden (minder dan tien), zeker in vergelijking
tot onze circa 70 drinkwatercollega’s.
Een dergelijke conferentie is bij uitstek geschikt
om een overzicht in de breedte te krijgen en eens
verder dan het eigen interessegebied te kijken.
In tabel 4 staan de diverse thema’s samengevat.
Bijzondere aandacht ging natuurlijk naar de afvalwaterthema’s 2, 3, 4 en 6. Enkele bijzondere
Tabel 3:
Nederlandse afvalwaterbijdragen op het
4th IWA Congress
- Benchmarking Management of Sewer Systems, Ton
Beenen
- Discussion about the Philosophies in WTP-models,
Mark van Loosdrecht
- Treatment Matrix for Reuse of Upgraded Wastewater, Jaap van der Graaf
- Effluent Standards for Developing Countries: Combining the Technology- and Water Quality Based
Approval, Ad Ragas
- Innovative Education in Wastewater Treatment:
I-Learning Module on Activated Sludge Process
Design and Engineering, Damir Brdjanovic.
Afvalwaterbehandeling
Door Harold Bode werden zeven bijzondere
aandachtspunten genoemd die de komende tijd
op mondiaal niveau een belangrijke rol (gaan)
spelen:
- verwijdering van nutriënten tot zeer lage concentraties
- microverontreinigingen (hormoonverstorende
stoffen)
- membranen
- terugwinning en hergebruik van nutriënten
- optimalisatie
- slibminimalisatie (o.a. via ultrasone voorbehandeling)
- hergebruik van slib.
Voor de Nederlandse situatie zijn deze thema’s
zeer herkenbaar.
Hergebruik van effluent
In een veelvoud van presentaties wordt de groeiende aandacht voor hergebruik onderstreept. In vele
gevallen wordt gekozen om na de conventionele
behandeling van het afvalwater diverse nabehandelingstechnieken toe te passen. Doel hiervan is
om meerdere hergebruikopties mogelijk te maken
en om kwalitatieve bezwaren weg te nemen. In
diverse landen zijn grootschalige installaties met
vergaande filtratietechnieken (UF en RO) reeds
gerealiseerd. Deze ontwikkeling zal zeker verder
doorzetten.
Milieugevaarlijke verontreinigingen
Veel aandacht gaat uit naar microverontreinigingen die uiteindelijk voor negatieve effecten
71
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
in het oppervlaktewater zorgen. Met name de
hormoonverstorende stoffen, zware metalen,
bijproducten van chloring en zwartelijst-stoffen
vragen om vergaande zuiveringstechnieken. Welke
deze zijn is nog niet geheel duidelijk.
Ecosan
Uitgebreid werd ingegaan op alternatieve afvalwatersystemen (in plaats van de traditionele
systemen met riolering en centrale afvalwaterbehandeling). Met name in Zweden en Duitsland
zijn diverse nieuwe systemen ontwikkeld en reeds
toegepast. Belangrijke doorbraak is de verandering
in de opstelling van de Ecosan-adepten, die zich
steeds minder gaan afzetten tegen de bestaande
processen en oplossingen, maar nu vooral samen
met de andere afvalwaterexperts naar nieuwe
toepassingen gaan zoeken.
5. De Europese kaderrichtlijn water
Het begint nu langzaam duidelijk te worden, dat in
het waterkwaliteitsbeheer de nationale overheden
zich moeten gaan richten naar de macht van de
EU. Aan de hand van de Water Framework Directive
(WFD), de (Europese) Kaderichtlijn Water - door
sommigen afgekort met KRW, door anderen met
EKW - zal per stroomgebied een aanpak moeten
worden geformuleerd met de maatregelen, die
moeten leiden tot het bereiken van de gestelde
waterkwaliteitsdoelstellingen. Een deel van de
gewenste kwaliteitsverbetering zal moeten komen
uit preventiebeleid en de aanpak van diffuse bronnen. Waar een effluentlozing grote invloed heeft
op het ontvangende water kunnen nadere eisen
worden gesteld; dit geldt ook voor overstortingen
uit rioolstelsels. Een exacte normering is nog niet
bekend, maar er kan voor bepaalde oppervlaktewateren snel gedacht worden aan MTR- c.q.
VR-kwaliteit. Wel zijn vanuit de EKW voornemens
bekend om te komen tot een lijst met prioritaire
(gevaarlijke) stoffen, waaronder zware metalen
(Cd, Hg, Pb, Ni), organochloorverbindingen, pesticiden, PAK’s en hormoonontregelende stoffen,
waardoor een vergaande reductie op de rwzi’s
nodig is.
72
Allerlei instanties hebben reeds projecties gemaakt over wat er allemaal gedaan zal moeten
worden om aan de EKW te voldoen. Deze variëren
van ‘niets doen’ tot ‘het realiseren van grootschalige nabehandelingstechnieken op meer dan de
helft van de rwzi’s’; de bijbehorende extra kosten
kunnen 50 tot 100 % ten opzicht van de huidige
aanpak zijn.
Ongetwijfeld zal de behoefte aan oplossingen voor
deze uitdagingen sterk toenemen. Voor een deel
zijn deze reeds bekend, maar op vele fronten zijn
nog nieuwe ontwikkelingen en innovaties nodig,
zeker ter reductie van de kosten. Zonder hier
een allesomvattend plan te presenteren zullen
zeker de volgende uitdagingen moeten worden
aangegaan:
- verbetering van de (betrouwbaarheid van) rioolstelsels;
- vermindering van de vuilvracht van overstortwater (eventueel zelfs het inzetten van zuiveringstechnieken);
- optimalisatie van de huidige afvalwaterbehandelingsconcepten; met name gericht op zeer
lage gehalten aan stikstof en fosfaat (eventueel
hiervoor aanvullende technieken ontwikkelen);
- ontwikkelen van technieken ter verwijdering
van prioritaire stoffen, in eerste instantie organische microverontreiniginegen en hormoonontregelende stoffen en daarna zware metalen
en restmicroverontreinigingen (zie figuur 1. als
voorbeeld);
- verbetering van de bacteriologische kwaliteit
van het effluent in relatie tot voorgaande punten.
Dit alles moet dan ook nog voldoen aan de specifieke
voorwaarden geldend voor de (afval)waterketen,
zoals robuustheid, betrouwbaarheid, automatisering, duurzaamheid, beperking reststromen en
kostenreductie.
Voor sommigen is dit alles nog zeer zachte of
vrijwel onhoorbare toekomstmuziek; anderen
zien op diverse plaatsen in de wereld (Orange
County, Singapore, Australië) deze installaties
reeds staan.
Algemene inleiding
huidig
rwzi
effluent
verbeterd
effluent
MTR
kwaliteit
VR
kwaliteit
verwijdering van componenten
rest nutriënten
zware metalen
zouten
bestrijdingsmiddelen
hormonale stoffen
virussen
bacteriën
zwevende stof
nutriënten
kwaliteitsverbetering
zand en vlokakingsfiltratie
Geavanceerde oxidatie
technieken
microfiltratie
adsorptie
ultrafiltratie
nanofiltratie
helofytenfilter
biofiltratie
reverse osmosis
UV-desinfectie of ozon
ionenwisseling
zuiveringsinspanning
Figuur 1: Effluentpolishing op weg naar MTR en VR
Voor de Nederlandse vakwereld is het zaak om
tijdig zelf voldoende kennis op dit nieuwe gebied
te ontwikkelen, zodat in de toekomst, op korte
of lange termijn, de juiste keuzes kunnen worden
gemaakt.
6. Onderzoek op afvalwatergebied bij
Gezondheidstechniek
Aan de toekomstige uitdagingen probeert ook de
onderzoeksgroep van Gezondheidstechniek een
bescheiden bijdrage te leveren. Naast een toepassingsgerichte opstelling wordt ook getracht
dieper in te gaan op de achterliggende oorzaken
van optredende fenomenen; het onderzoek is dus
meer gericht op de langere termijn, meer dan
bijvoorbeeld het sterk direct toepassingsgerichte
onderzoek dat door Stowa wordt gesponsord.
Desalniettemin worden vrijwel alle onderzoeken
gedaan in samenwerking en gesponsord door
marktpartijen.
De onderzoeken worden alle bemand door een of
meerdere promovendi:
- interacties 2; onderzoek naar de onderlinge
relaties tussen riolering en afvalwaterbehandeling (Cathelijne Flamink, Rémy Schilperoort)
in samenwerking met 5 adviesbureaus en 4
waterkwaliteitsbeheerders;
- ultrafiltratie van effluent; langdurig laboratorium- en pilotonderzoek naar de vervuilingsmechanismen bij membraanfiltratie (Sandy te
Poele, Arie Jansen) in samenwerking met Veolia
Rosmark en Witteveen+Bos;
- directe membraanfiltratie van afvalwater (Aldo
Ravazzini), een geheel nieuwe techniek om
afvalwater direct geschikt te maken voor hergebruik *);
- meerlaagssnelfiltratie inclusief fosfaat- en stikstofverwijdering (Viviane Miska) *);
- Aquarec, een Europees onderzoek naar hergebruik van gezuiverd effluent, waarin door
circa 15 Europese onderzoeksgroepen velerlei
aspecten van hergebruik worden uitgewerkt
(projectleider Jaap de Koning);
73
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
- filtratieonderzoek bij MBR, waarbij met name
de veranderingen in filtratie-eigenschappen in
beeld worden gebracht (Herman Evenblij) in
samenwerking met DHV Water;
- MBR2; continuering van bovengenoemd onderzoek waarbij veel aandacht uit zal gaan naar
een verklaring van in de praktijk voorkomende
fluctuaties (Stefan Geilvoet); dit onderzoek
wordt voor een deel ondergebracht in het
Stowa-MBR-Kader. Ook is er uitzicht op een uitbreiding naar Europees niveau (MBR-STREP);
- capaciteitsveranderingen in persleidignen, waarbij met name de effecten van luchtinsluiting aan
de orde zijn (Christoph Lubbers) in samenwerking
met WL en diverse waterschappen;
- behandeling van overstortwater (nog in aanzet).
*) gesponsord vanuit Aquarec-project.
74
Bij al deze onderzoeken wordt onderling intensief
samengewerkt. Diverse meetprocedures en opstellingen, zoals filtratiemetingen, EPS-analyses,
deeltjestellers en onderzoeksfaciliteiten zijn in
meerdere onderzoeken inzetbaar. Op het gebied
van membraanfiltratie ligt ook een sterke relatie
met de onderzoeken van de drinkwatercollega’s.
Ook wordt regelmatig samengewerkt met buitenlandse onderzoeksgroepen van TU Aachen,
Toulouse, Leuven, Lyon, Lissabon en Berlijn.
Al met al wordt met een club enthousiaste onderzoekers gewerkt aan het vergroten van het inzicht
in de uitdagingen van de toekomst. Deze onderzoekers zijn zeker ‘door water verbonden’.
Natuurlijke waterisotopen voor de kwantificering van rioolvreemd water
Natuurlijke waterisotopen voor de
kwantificering van rioolvreemd water
ir. R.P.S. Schilperoort
Inleiding
Rioolvreemd water in een rioolstelsel is water dat eigenlijk
niet in een dergelijk stelsel thuis hoort. Voorbeelden zijn
grondwater dat naar binnen lekt via defecte rioolbuizen of
drainagewater van een bouwplaats dat op het riool wordt
geloosd. Onderzoek in Duitsland heeft aangetoond dat
het percentage rioolvreemd water in het totale jaarlijkse
debiet op een awzi kan oplopen tot 30 á 40% (Weiß et al.,
2002). Dergelijke resultaten worden ook gevonden voor
Nederlandse rioolstelsels (STOWA, 1996). Rioolvreemd
water zorgt voor een toename in wateraanbod op het
rioolstelsel en awzi en een verandering van de chemische
samenstelling van het afvalwater. Hydraulische overbelasting en verdunning van het vuilaanbod zijn schadelijk
voor zuiveringsrendementen. Bovendien doet rioolvreemd
water de pompkosten toenemen en zullen riooloverstorten
door het extra water sneller en meer overstorten.
De hoeveelheid rioolvreemd water kan sterk gereduceerd
worden door (delen van) het rioolstelsel te vernieuwen
of te ‘voeren’ met waterdichte lagen. Ook kan naar een
alternatief gezocht worden voor puntlozingen van bijvoorbeeld drainagewater. Om het beperkte budget voor
deze verbeteringen aan het stelsel zo effectief mogelijk
in te kunnen zetten, is het noodzakelijk over methoden
te beschikken die aangeven welke delen van het stelsel
relatief het meeste rioolvreemd water bijdragen. In de
literatuur worden veel conventionele methoden voor de
kwantificering van rioolvreemd water gevonden. Recentelijk is een nieuwe methode ontwikkeld welke gebruik
maakt van isotopen om het aandeel vreemd water in de
droogweerafvoer te bepalen. De conventionele methoden
en de natuurlijke waterisotopen methode vormen het
onderwerp van dit artikel.
ir. R.P.S. Schilperoort
TU Delft
door water verbonden
Conventionele methoden
Conventionele methoden voor de kwantificering van
rioolvreemd water kunnen worden ingedeeld in twee
75
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
categorieën. De flow methods zijn methoden die
zijn opgebouwd rond een -voor elke methode
ander- concept om de (droogweer)afvoer te
ontleden in een fractie huishoudelijk afvalwater, een fractie rioolvreemd water en eventueel
een fractie hemelwater. Veelal worden gemeten
droogweerafvoeren vergeleken met theoretische
waarden waarna het aandeel rioolvreemd water bepaald kan worden. Voorbeelden van flow methods
zijn de DWA methode, de driehoeksmethode, de
voortschrijdend minimum methode en de Annen
methode. Daarnaast bestaan er chemical methods
die gebruik maken van de verdunning van afvalwater ten gevolge van de aanwezigheid van (schoon)
rioolvreemd water. Gemeten concentraties afvalstoffen worden vergeleken met theoretische
waarden waarna de fractie rioolvreemd water
berekend kan worden. De Imhoff data methode
is een voorbeeld van een chemical method. De
driehoeksmethode wordt, als voorbeeld, in de
volgende paragraaf nader beschouwd.
De driehoeksmethode (Weiß et al., 2002) rangschikt 24-uurs debieten gemeten gedurende bijvoorbeeld een jaar bij een pompstation of awzi van
klein naar groot, vaak resulterend in een typische
S-vormige curve (de bovenste lijn in figuur 1).
De theoretische droogweerafvoer wordt berekend aan de hand van het totaal aantal inwoners
maal de gemiddelde consumptie per inwoner per
dag plus eventueel aanwezige industrie en deze
wordt geplot in dezelfde figuur als de debieten.
De rechthoek onder de lijn van de theoretische
droogweerafvoer vertegenwoordigt het jaardebiet
van het huishoudelijk afvalwater; het gebied tussen deze lijn en de S-vormige curve stelt de som
voor van hemelwater en rioolvreemd water. Om
de twee laatstgenoemde waterbronnen te kunnen
scheiden, is de volgende procedure bedacht.
Als eerste wordt voor het beschouwde jaar het
aantal droogweerdagen bepaald. Weiß et al. definiëren een droogweerdag als een dag zonder neerslag in de registratie van ‘vandaag’ en ‘gisteren’.
In de grafiek geeft dit punt op de S-vormige curve
de overgang aan van droogweerdagen naar dagen
met neerslag. Als tweede wordt er aangenomen
dat op de dag met de grootste afvoer (dus geheel
rechts in de figuur) de rioolbuizen waarschijnlijk
76
volledig gevuld zijn en dat er geen infiltratie van
grondwater op kan treden en dus de afvoer –naast
het huishoudelijk afvalwater- slechts uit regenwater bestaat. Tenslotte wordt aangenomen dat er
een lineaire relatie bestaat tussen beide punten.
Hiermee is in de grafiek een scheiding tussen hemelwater en rioolvreemd water aangebracht en
kunnen de percentages van de drie fracties in de
totale jaarafvoer berekend worden.
De driehoeksmethode wordt toegepast in de
Droog Weer Afvoer Analyse Systematiek (DWAAS),
die recentelijk is ontwikkeld en is beschreven in
(STOWA, 2003) en (Van de Kerk et al., 2004). De
daadwerkelijke kwantificering van rioolvreemd
water in DWAAS vindt plaats op basis van de driehoeksmethode, die ook wel de Weiß-Brombach
methode wordt genoemd.
In (Schilperoort, 2004) is gepoogd de vijf eerder
genoemde conventionele methoden toe te passen
op vijf afzonderlijke stroomgebieden in Nederland. Echter, bij de inventarisatie van benodigde
invoergegevens (debietmetingen bij pompstation
of awzi, grondwaterstand registraties, drinkwater
consumptie en neerslaggegevens) is gebleken dat
slechts 11 van de 20 opgevraagde gegevensbestanden beschikbaar en betrouwbaar zijn, zie tabel 1.
Vier van de 20 bestanden waren aanwezig, maar
de gegevens in deze bestanden werden om uiteenlopende redenen gewantrouwd. Vijf gegevensbestanden waren niet beschikbaar, waaronder de,
voor de applicatie van de meeste conventionele
methoden, essentiële debietmetingen in de pompstations van Loenen en Rotterdam Zevenkamp.
De conventionele methoden zijn derhalve niet op
deze stroomgebieden toegepast.
De vijf toegepaste conventionele methoden
hanteren elk een andere definitie van een droogweerdag. Om de resultaten onderling te kunnen
vergelijken is er in (Schilperoort, 2004) voor
gekozen om dezelfde definitie bij alle vijf de
methoden toe te passen. De gebruikte definitie
hanteert als basis de 24-uurs registraties van neerslag. Bij elke neerslagregistratie wordt -voor die
zelfde periode van 24 uur- het influentdebiet bij
de AWZI samengesteld uit 24-uurs debietmetingen
Natuurlijke waterisotopen voor de kwantificering van rioolvreemd water
Debiet als % van maximum afvoer in 2002
100
90
80
70
60
50
190 droog weer dagen
40
30
ontbrekende data
20
hemelwater
rioolvreemd water
10
theoretisch droogweerafvoer
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tijd als % van totaal in 2002
gesorteerde Q bij AWZI Schalkwijk
scheiding hemelwater-rioolvreemd water
theoretisch droogweerafvoer
Figuur 1: Driehoeksmethode toegepast op stroomgebied Haarlem Schalkwijk
(die meestal een andere periode van 24 uur betreffen) bij die AWZI. Voor kleine stroomgebieden
kan de nieuw samengestelde debietregistratie als
droogweerafvoer worden beschouwd als de geassocieerde neerslagregistratie (‘vandaag’) niet boven
de kritieke waarde van 0.5 mm/dag uitkomt. Bij
grotere stroomgebieden moet ook de neerslagregiTabel 1:
stratie van ‘gisteren’ meegenomen worden. De vijf
stroomgebieden in dit artikel worden beschouwd
als kleine stroomgebieden.
Voor de stroomgebieden Arnhem ’t Broek, Haarlem
Schalkwijk en Rotterdam Centrum geeft tabel 2 de
resultaten van de applicatie van vijf verschillende
Beschikbaarheid van data voor de applicatie van conventionele methoden
Arnhem
‘t Broek
Haarlem
Schalkwijk
Loenen
(gem. Apeldoorn)
Rotterdam
Centrum
Rotterdam
Zevenkamp
grondwaterstand
registraties
?
√
√
√
?
debietmetingen
pompstation of awzi
√
√
-
√
-
drinkwater
consumptie
√
-
?
-
-
√
?
√
√
√
neerslaggegevens
√
= gegevens beschikbaar en betrouwbaar (11 van de 20)
?
= gegevens beschikbaar maar niet betrouwbaar (4 van de 20)
-
= gegevens niet beschikbaar (5 van de 20)
77
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
conventionele methoden voor de kwantificering
van rioolvreemd water. De berekende percentages laten zien dat in het algemeen gesteld kan
worden dat voor alle drie de stroomgebieden een
significant deel van het jaardebiet bestaat uit
rioolvreemd water. De percentages zijn gelijk aan
en groter dan de 30 á 40 % genoemd in (Weiß et
al., 2002) en (STOWA, 1996).
Tabel 2 laat ook zien dat er grote verschillen
bestaan per stroomgebied tussen de resultaten
van de vijf toegepaste methoden. In stroomgebied Rotterdam Centrum, bijvoorbeeld, geeft de
methode van het voortschrijdend minimum aan
dat 33% van het jaardebiet in 2002 rioolvreemd
water is geweest, terwijl de DWA methode bijna
het dubbele (62%) concludeert.
De vraag die nu gesteld kan worden luidt: de resultaten van welke methode kunnen nu beschouwd
worden als het dichtst bij ‘de waarheid’ en kunnen
gebruikt worden als onderbouwing voor eventuele
investeringen aan het rioolstelsel? Bij het bestuderen van de literatuur die de verschillende methoden presenteert (DWA methode: Brombach et al.,
2002; driehoeksmethode en voortschrijdend minimum methode: Weiß et al., 2002; Annen methode:
Annen, 1980; Imhoff data methode: Renault, 1983)
valt op dat elke methode voor een specifieke geografische context is ontwikkeld. Uit die beschrijvingen zou de juistheid van de toepassing van een
methode in een bepaald gebied afgeleid kunnen
worden. Echter, een meer in het oog springende
conclusie die uit de beschrijvingen getrokken kan
Tabel 2:
worden, is dat elke methode een aantal aannamen
bevat waarbij onmiddellijk opvalt dat de auteurs
niet ingaan op de onzekerheden die gepaard gaan
met die aannamen en de gevolgen daarvan op de
berekende resultaten.
Als illustratie van de gevolgen van onzekerheden in
invoerparameters op de resultaten van conventionele methoden is in tabel 3 een gevoeligheidsanalyse opgenomen van het percentage rioolvreemd
water in stroomgebied Haarlem Schalkwijk welke
berekend is met behulp van de driehoeksmethode
(zie tabel 2). In tabel 3 zijn vijf parameters ceteris
paribus gevarieerd (één parameter varieert terwijl
de andere parameters gelijk blijven) waarbij het
nieuw berekende percentage rioolvreemd water
vermeld staat inclusief de afwijking ten opzichte
van het originele resultaat. Bij een fout van, bijvoorbeeld, 10% in de jaarlijkse debietregistratie
(QTOT,A; mogelijk ten gevolge van een onzekere
conversie van verbruikte kWh naar verpompt
debiet) varieert het berekende percentage rioolvreemd water met circa 8 á 10%. Bij een zelfde
fout in de theoretische droogweerafvoer (QDWA,th;
bijvoorbeeld ten gevolge van een veranderd huishoudelijk consumptiepatroon of ongeregistreerde
industriële lozingen) varieert het percentage rioolvreemd water met bijna 9%. Een verandering
in de definitie van een droogweerdag, zoals het
variëren van de kritieke neerslagdiepte van 0.5
mm naar bijvoorbeeld 0.1 en 1.0 mm en het toevoegen van de neerslagregistratie van ‘gisteren’
(in plaats van alleen de registratie van ‘vandaag’)
aan de beschouwing van neerslaggegevens, kan het
Enkele conventionele methoden togepast op stroomgebieden Arnhem ‘t Broek, Haarlem Schalkwijk en
Rotterdam Centrum. De getallen zijn berekende percentages rioolvreemd water van het totaal gemeten
debiet in 2002 bij respectievelijk pompstation ‘t Broek, awzi Schalkwijk en pompstation Westersingel
Arnhem ‘t Broek
Haarlem Schalkwijk
Rotterdam Centrum
% van QTOT,A
% van QTOT,A
% van QTOT,A
DWA methode
81
54
62
Driehoeksmethode
54
30
37
Voortschrijdend minimum methode
54
36
33
Annen methode
67
38
49
Imhoff data methode (BZV)
-
36
-
Imhoff data methode (Nkj)
-
42
-
27 (81-54)
24 (54-30)
29 (62-33)
Grootste verschil in percentages
78
Natuurlijke waterisotopen voor de kwantificering van rioolvreemd water
Tabel 3:
Gevoeligheidsanalyse van het percentage rioolvreemd water in stroomgebied Haarlem Schalkwijk
berekend met behulp van de driehoeksmethode
rioolvreemd water als % van QTOT,A
(±% van originele waarde)
parameter
originele waarde parameter + 10%
parameter - 10%
QTOT,A ±10%
30
32 (+8%)
27 (-10%)
27 (-9%)
32 (+9%)
andere verandering
QTDWA,th ±10%
30
neerslagregistratie
vandaag + gisteren
30
24 (-19%)
kritieke neerslagdiepte 0.1 mm
30
25 (-14%)
kritieke neerslagdiepte 1.0 mm
30
32 (+7%)
percentage rioolvreemd water doen variëren tot
circa 20%. Ongeveer gelijke percentages worden
verkregen bij gevoeligheidsanalyses van de resultaten van andere conventionele methoden.
De conclusie die kan worden getrokken uit deze
gevoeligheidsanalyses is dat de resultaten van
conventionele methoden gevoelig zijn voor veranderingen in invoerparameters. Echter, aangezien de bandbreedte van deze invoerparameters
nauwelijks valt in te schatten, is de onzekerheid
in de resultaten van conventionele methoden
grotendeels onbekend. Met andere woorden:
percentages rioolvreemd water, welke berekend
zijn met behulp van conventionele methoden
(bijvoorbeeld via de DWAAS methodiek), moeten
met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd en
gebruikt worden daar het ontbreekt aan inzicht in
de onzekerheidsmarges rond die percentages.
Natuurlijke waterisotopen methode
Naar aanleiding van de voornoemde problemen
met conventionele methoden is door (Kracht et
al., 2003) een nieuwe benadering voorgesteld
om rioolvreemd water te kunnen kwantificeren:
het gebruik van natuurlijke waterisotopen. Het
idee achter de methode is om een conservatieve
en natuurlijke tracer te gebruiken om de fractie
huishoudelijk en industrieel afvalwater en de
fractie rioolvreemd water in de droogweerafvoer
te kunnen identificeren en kwantificeren (De
Bénédittis et al., 2003). De methode neemt aan
dat de twee fracties elk een eigen tracer-waarde
hebben die ten eerste significant verschillen van
de ander, die ten tweede constant zijn op de tijdschaal van de verblijftijden in rioolstelsels en die
ten derde ongevoelig zijn voor de conditie in het
rioolstelsel en het grondwatersysteem. De tracerwaarde mag bijvoorbeeld niet beïnvloed worden
door processen als adsorptie aan sediment en
variaties in watertemperatuur en pH. Tracers die
aan al deze eisen voldoen zijn de isotopen van de
waterstofatomen en het zuurstofatoom die samen
het watermolecuul vormen. In het navolgende
deel zal eerst ingegaan worden op isotopen en de
formulering van de isotopenmethode. Vervolgens
zal het voor een goed begrip van de methode
nodig blijken in te gaan op de theorie van isotopenfractionering. Tenslotte zal de toepassing
van de isotopenmethode op enkele Nederlandse
stroomgebieden worden gepresenteerd.
Een willekeurig atoom bestaat uit een kern met
protonen en neutronen omringd door elektronen.
Isotopen zijn elementen met in de kern een gelijk
aantal protonen, maar met een verschillend aantal
neutronen, zie figuur 2. Er bestaan bijvoorbeeld
drie koolstofisotopen: 12C (6 protonen + 6 neutronen in de kern), 13C (6 protonen + 7 neutronen)
en 14C (6 protonen + 8 protonen). Deze laatste
isotoop is radioactief, derhalve niet conservatief
en is dus niet geschikt als tracer in deze context.
De isotopen die gebruikt kunnen worden voor een
analyse van watermonsters zijn de stabiele zuurstof- (16O, 17O en 18O) en waterstofisotopen (1H en
2
H). Het gemiddeld natuurlijk voorkomen van de
isotopen staat ook vermeld in figuur 2.
Van elk willekeurig watermonster kan in een laboratorium de isotopic abundance ratio R bepaald
79
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
16O 17O
8
14N
15N
13C
14C
7
12C
6
aantal protonen
10B
5
6Li
3
1H
2H
1
H: 0.01556%
10
9
17
8
18
O: 99.7615%
O: 0.03799%
O: 0.20052%
stabiel
radioactief
5
4
3
0
H: 99.9844%
6
3H
n
0
2
7
3He 4He
2
1
7Li
1
16
11B
9Be 10Be
4
18O
aantal neutronen
2
Figuur 2: Atoomketen van alleen de lichte elementen. De isotopen van een element staan op een horizontale rij met
een gelijk aantal protonen. Van de stabiele zuurstof- en waterstofisotopen is het gemiddeld natuurlijk
voorkomen aangegeven (Mook, 1994)
worden. Deze geeft de verhouding aan tussen de
zeldzame isotoop en de veelvoorkomende isotoop
van een element, zoals bijvoorbeeld:
18
R(O) = [18O] / [16O] en 2R(H) = [2H] / [1H]
De isotopic abundance ratio van het willekeurige watermonster kan vergeleken worden met
dezelfde ratio van een referentiemonster. Dit
referentiemonster is het Vienna Standard Mean
Ocean Water (VSMOW) en wordt bewaard bij
het Internationaal Atoomenergie Agentschap in
Wenen. De vergelijking levert de δ-waarde van
het monster:
18
δ18O( sample ) =
R( sample ) − 18 R( VSMOW )
18
R( VSMOW )
* 1000
Een negatieve δ-waarde betekent dat het watermonster lichter is (minder 18O isotopen bevat) dan
het referentiemonster; een positieve δ-waarde
duidt op een overschot aan 18O isotopen ten opzichte van het referentiemateriaal. In Nederland
worden δ-waarde analyses van watermonsters
uitgevoerd door het Centrum voor Isotopen Onderzoek (CIO) dat verbonden is aan de Universiteit
van Groningen. Een analyse kost circa €100,- per
monster en de resultaten zijn binnen enkele weken
beschikbaar.
80
De natuurlijke waterisotopen methode is gebaseerd op de hypothese dat op een willekeurig
moment tijdens droogweerafvoer (QDWF) de afvoer
is opgebouwd uit huishoudelijk en industrieel afvalwater (QWW) en rioolvreemd water (QINF):
QDWF = Q WW + QINF
(1)
Van elke waterstroom kan een δ-waarde bepaald
worden door een monster van het betreffende water te nemen en te laten analyseren in een laboratorium. Hierbij ligt de voorkeur bij de analyse van
de 18δ-waarde daar deze analyse het gemakkelijkst
is en de meeste informatie oplevert. Gesteld wordt
dat representatieve monsters van droogweerafvoer, huishoudelijk afvalwater en rioolvreemd
water verkregen kunnen worden door te bemonsteren uit respectievelijk het rioolstelsel vlak voor
pompstation of awzi, de (drinkwater)kraan en het
lokale grondwater. Met behulp van de 18δ-waarden
kan een mengvergelijking opgesteld worden (zie
e.g. Mook, 1994):
18
δDWF QDWF =
18
δ WW Q WW + 18 δINF QINF
(2)
Omschrijven van vergelijking (2) geeft een formule voor b, de fractie rioolvreemd water in de
droogweerafvoer:
Natuurlijke waterisotopen voor de kwantificering van rioolvreemd water
18
b=
δDWF − 18 δ WW
18
δINF − 18 δ WW
(3)
Toepassing van de Uncertainty Propagation Law
(Bertrand-Krajewski et al., 2002) op formule (3)
geeft de onzekerheid Δb:
∆b =
18
∆ 18 δ 2
δINF − 18 δ WW
b2 − b + 1
(4)
Met de vergelijkingen (3) en (4) is het dus mogelijk
de fractie rioolvreemd water in droogweerafvoer
te bepalen (inclusief de geassocieerde onzekerheid) door slechts een monster te nemen van de
droogweerafvoer, het huishoudelijk afvalwater en
het rioolvreemd water en deze te laten analyseren op hun 18δ-waarden. Zoals onmiddellijk aan
vergelijking (3) kan worden afgelezen, kan de
isotopenmethode alleen toegepast worden als de
18
δ-waarden van de drie waterbronnen significant
van elkaar verschillen. De oorzaak van verschillen in 18δ-waarden van Nederlandse waterbronnen
wordt in de volgende paragraaf toegelicht aan de
hand van de theorie van isotopenfractionering.
Isotopenfractionering is de verrijking of verarming
in de zeldzame isotoop in een bepaalde waterbron
(Meijer, 2004 en Mook, 1994). De fractionering
treedt op omdat bijvoorbeeld de chemische
reactiesnelheid en de verdampingssnelheid van
18
δ (‰)
NEERSLAG
0
watermoleculen afhankelijk zijn van het gewicht
van de reactanten. Aangezien een 18O-atoom
ongeveer 18/16e deel zwaarder is dan een 16Oatoom, verlopen chemische reacties sneller met
1
H216O dan met 1H218O bij constante temperatuur.
Ook het verdampingsproces verloopt sneller bij
eerstgenoemde molecuul. Dit heeft tot gevolg
dat kleine meren die langdurig blootgesteld staan
aan verdamping, relatief steeds meer 18O-atomen
zullen bevatten (de 18δ-waarde gaat omhoog). De
gevormde waterdamp, echter, bevat juist relatief
minder 18O-atomen (negatievere 18δ-waarde).
Voor de oceaan gaat deze redenering niet op.
De oceaan vormt een enorme buffer waarvan
de 18δ-waarde nauwelijks beïnvloed wordt door
verdamping of de aanvoer van rivierwater. De 18δwaarde van zeewater is (nagenoeg) constant (18δ =
0.0‰) en wordt derhalve als referentiemateriaal
gebruikt.
Het overgrote merendeel van de waterdamp
waaruit alle regen op aarde condenseert, verdampt rond de evenaar en wordt vervolgens
getransporteerd richting de polen. Tijdens dit
transport moet een fractie van de waterdamp
condenseren om de resterende waterdamp op
de verzadigingsdruk te houden die hoort bij de
afgenomen temperatuur op die breedtegraad. In
oceaan
(sub)tropisch
gematigd
-10
polair
DAMP
-20
-30
Figuur 3: Stapvormige uitputting in 18O-atomen van atmosferische waterdamp van equatoriale gebieden
(geheel rechts) naar de polen (geheel links) (Mook, 1994)
81
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Andes, Argentina
-5
-0,6‰/ 100m
-10
18
δ (‰)
-15
-0,2‰/ 100m
Altitude (m)
4000
2000
0
-20
Figuur 4: De relatie tussen 18δ-waarden in neerslag
en de hoogte op verschillende locaties
op de oostelijke flanken van de Andes in
Argentinië (Mook, 1994)
het condensatieproces vindt (bij benadering) de
inverse isotopenfractionering plaats ten opzichte
van het verdampingsproces. Dit betekent dat de
gevormde regendruppels relatief veel 18O-atomen
‘meenemen’ waardoor de resterende waterdamp
een ietwat uitgeput raakt in de zeldzame isotoop.
Bij elke verhoging van breedtegraad vindt een
dergelijk proces plaats, wat leidt tot bijzonder
lage 18δ-waarden voor neerslag rond de polen.
Dit proces wordt het latitude effect genoemd en
wordt geïllustreerd in figuur 3.
De afname in temperatuur die plaatsvindt bij
de verplaatsing naar een hogere breedtegraad,
komt ook voor bij een verticale verplaatsing door
de atmosfeer (bijvoorbeeld als waterdamp tegen
een berg op wordt gedwongen) alsook bij de overgang van het zomer- naar het winterseizoen. Het
altitude effect, waarbij boven op de berg regen
valt met een lagere 18δ-waarde dan de regen in
het dal, wordt geïllustreerd aan de hand van figuur 4. Figuur 5 laat het seasonal effect zien: op
dezelfde locatie op aarde valt in de winter regen
met een lagere 18δ-waarde dan de regen die in de
zomer valt.
18
Gezamenlijk zorgen de drie voornoemde effecten
voor een grote variatie in 18δ-waarden in het aquatisch systeem wereldwijd. Figuur 6 toont het bereik
van 18δ-waarden die gemeten worden in natuurlijk
componenten. Aan de hand van deze figuur wordt
het ook duidelijk dat in Nederland significante
verschillen bestaan tussen de 18δ-waarden van
Rijnwater (vooral in de zomer voornamelijk alpien
smeltwater), Maaswater (voornamelijk regenwater
uit Frankrijk en België) en lokaal grondwater. Als
in een stroomgebied het drinkwater uit één van
deze bronnen wordt geput en het infiltratiewater
voornamelijk uit een andere bron afkomstig is,
kan de natuurlijke waterisotopen methode worden
toegepast om de hoeveelheid rioolvreemd water
in het rioolstelsel te kwantificeren.
In (Schilperoort, 2004) is de natuurlijke waterisotopen methode toegepast op de vijf stroomgebieden die eerder gebruikt zijn voor de applicatie
van conventionele methoden. Enkele resultaten
worden hier gepresenteerd en bediscussieerd.
In stroomgebied Arnhem ’t Broek is de methode
toegepast door watermonsters te nemen van het
lokale drinkwater, de droogweerafvoer bij pompstation ’t Broek en grondwater uit ’t Broek zelf
alsook uit de wijk Molenbeke, juist bovenstrooms
van het bestudeerde gebied. De resultaten van
laboratoriumanalyse van de monsters staan vermeld in figuur 7. Bij het goed functioneren van
de isotopenmethode staan bij de presentatie van
resultaten zoals in figuur 7 de 18δ-waarden van het
drinkwater en grondwater aan weerszijden van de
18
δ-waarde van droogweerafvoer welke in het midden van de schaal geplaatst is. De foutenmarge bij
laboratoriumanalyse van 18δ-waarden is ±0.06‰.
n (mm/month)
t (oC)
δ (‰)
-6
20
80
-8
10
60
-10
J F M A M J J A S O N D
0
J F M A M J J A S O N D
40
J F M A M J J A S O N D
Figuur 5: Gewogen gemiddelden van 18δ-waarden van neerslag (linker grafiek), temperatuur (middelste grafiek) en
neerslagdiepten over de periode 1964 - 1981 gemeten in Groningen (Mook, 1994)
82
Natuurlijke waterisotopen voor de kwantificering van rioolvreemd water
ocean w ater
arctic sea ice
m arine m oisture
(sub)tropical precipitation
tem perate zone precipitation
(Ant)arctic m eteoric ice
Alpine graciers
Greenland glaciers
Lake Chad
Dead Sea
- 60
0
-50
-40
20
-30
30
-20
40
-10
50
0
60
18
10
70
20
80
δ (‰)
Figuur 6: Overzicht van het bereik van gemeten 16O/16O verhoudingen in natuurlijke componenten (Mook, 1994)
Aan de nagenoeg identieke 18δ-waarden voor
grondwater uit Molenbeke en ’t Broek valt af
te leiden dat beide grondwaters met elkaar in
contact staan. Waarschijnlijk is de bron van dit
grondwater geïnfiltreerd hemelwater van de Veluwe. Het drinkwater in Arnhem ’t Broek wordt
gewonnen uit een semi-freatische watervoerende
laag ten noorden van Arnhem. De 18δ-waarde van
deze bron verschilt significant van de 18δ-waarde
van het lokale grondwater. Dit feit, in combinatie
met het feit dat stroomgebied ’t Broek een klein
en geohydrologisch relatief homogeen gebied is,
staat garant voor het kunnen toepassen van de
natuurlijke waterisotopen methode. Met de gevonden waarden kan de fractie rioolvreemd water
in het rioolstelsel van Arnhem ‘t Broek berekend
worden:
18
b=
δDWF − 18 δ WW −7.14 + 6.26
=
= 0.39
−8.51 + 6.26
δINF − 18 δ WW
18
en ∆b =± 0.03
Deze waarde komt niet goed overeen met de waarden gevonden met behulp van conventionele methoden (zie tabel 2). Hierbij moet bedacht worden
dat resultaten van conventionele methoden en de
natuurlijke waterisotopen methode slecht vergelijkbaar zijn daar eerstgenoemden een gemiddelde
fractie rioolvreemd water over (bijvoorbeeld) een
jaar berekenen, terwijl de isotopenmethode een
momentopname geeft.
In stroomgebied Loenen is de methode toegepast
door watermonsters te nemen van het lokale
drinkwater, de droogweerafvoer bij pompstation
Molenbeke
δDWF = -7.14
δDW = -6.26
18δ
Figuur 7:
‘t Broek
δGW = -8.56
δGW = -8.51
(‰)
δ-waarden [‰] van drinkwater (DW), grondwater (GW) en droogweerafvoer (DWF) in stroomgebied
Arnhem ‘t Broek in februari 2004
18
83
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
δGW = -7.49
δDW = -7.53
δDWF = -7.34
18δ
Figuur 8:
(‰)
δ-waarden [‰] van drinkwater (DW), grondwater (GW) en droogweerafvoer (DWF) in stroomgebied
Loenen in februari 2004
18
Loenen en lokaal grondwater. Figuur 8 geeft de
resultaten.
Zoals verwacht kan de isotopenmethode in dit
stroomgebied niet toegepast worden daar het
drinkwater wordt gewonnen uit de lokale freatische watervoerende laag. Bij de productie
van drinkwater vindt geen isotopenfractionering
plaats, waardoor de 18δ-waarden van het huishoudelijk afvalwater (drinkwater) en rioolvreemd
water (lokaal grondwater) niet van elkaar verschillen. De isotopenmethode kan nu geen onderscheid
maken tussen beide waterbronnen. De enigszins
afwijkende waarde van droogweerafvoer vindt
zijn oorsprong in de toevallige lozing van grote
hoeveelheden verwarmd oppervlaktewater tijdens
de lining van een gedeelte van het rioolstelsel.
Stroomgebied Loenen toont aan dat de natuurlijke
isotopenmethode niet toegepast kan worden in
stroomgebieden waar het drinkwater wordt gewonnen uit de lokale freatische aquifer.
In stroomgebied Rotterdam Centrum zijn monsters
genomen van het drinkwater dat oorspronkelijk
uit de Maas afkomstig is en de droogweerafvoer
uit pompstation Westersingel. Daarnaast zijn vijf
NAI
δGW = -5.90
δDWF
Heuvellaan
= -6.31 δGW = -6.83
18δ
84
De figuur maakt duidelijk dat er een grote ruimtelijke variabiliteit bestaat in 18δ-waarden van grondwater in Rotterdam Centrum. Slechts tweehonderd
meter van de Nieuwe Maas (bij Heuvellaan) is de
18
δ-waarde reeds verhoogd van –8.94‰ tot –6.83‰.
Weer enkele honderden meters naar het noorden,
bij het Nederlands Architectuur Instituut (NAI),
wordt een waarde van –5.90‰ gevonden. Aan de
noordrand van het gebied, bij Rotterdam Centraal
Station, laten de analyses een waarde van –7.34‰
zien. Deze grote variabiliteit maakt het onmogelijk eenvoudig een 18δ-waarde van grondwater te
bepalen waardoor de natuurlijke waterisotopen
methode niet toegepast kan worden.
Soortgelijke resultaten worden gevonden voor de
stroomgebieden Haarlem Schalkwijk en Rotterdam
Zevenkamp. De heterogeniteit van 18δ-waarden
van grondwater in deze gebieden is niet verrassend
als wordt bedacht dat alle drie de stroomgebieden
gelegen zijn in poldergebieden. Typerend voor een
Gouv
δGW = -7.55
CS
δGW = -7.34
Zalmh
δGW = -6.89
δDW = -6.09
Figuur 9:
grondwatermonsters genomen uit het gebied om
inzicht te krijgen in een eventuele ruimtelijke variabiliteit van 18δ-waarden van grondwater. Figuur
9 geeft de resultaten.
δNIEUWE MAAS = -8.94
(‰)
δ-waarden [‰] van drinkwater (DW), grondwater (GW) en droogweerafvoer (DWF) in stroomgebied
Rotterdam Centrum in februari 2004
18
Natuurlijke waterisotopen voor de kwantificering van rioolvreemd water
poldergebied is dat het grondwater kan bestaan
uit geïnfiltreerd hemelwater, (brak) kwelwater uit
diepe, watervoerende lagen, kwel uit het omringende boezemstelsel en/of oppervlaktewater uit
het boezemstelsel dat in droge tijden ingelaten
wordt. Door deze veelheid aan bronnen en de
complexe wijze waarop deze gemengd zijn in
de ondergrond van het stroomgebied, is het niet
eenvoudig een representatieve 18δ-waarde van het
lokale grondwater te bepalen.
Ondanks deze ruimtelijke variabiliteit in de 18δwaarden van grondwater is het niet altijd onmogelijk om de natuurlijke waterisotopen methode
toe te passen. Twee oplossingen worden aangedragen om toch een representatieve 18δ-waarde
van grondwater te kunnen bepalen:
1. Bestudeer de grondwaterstromen in het
stroomgebied (bronnen, volumes, locaties) en
schat de relatieve bijdrage van elke stroom in
het totale grondwatersysteem. Met deze schatting en met behulp van de 18δ-waarde van elke
stroom kan een representatieve 18δ-waarde van
grondwater berekend worden.
2. Verdeel het stroomgebied in een (groot) aantal
subgebieden van gelijke grootte en neem een
grondwatermonster van een centrale locatie
binnen elk subgebied. De 18δ-waarde is het
gemiddelde van alle monsters.
Het introduceren van één van bovenstaande
oplossingen in het geval van heterogeniteit van
18
δ-waarden van grondwater betekent dat het
toepassen van de isotopenmethode ingewikkelder
wordt en meer kennis over grondwaterstromen
vergt. Daarnaast worden enkele moeilijk kwantificeerbare onzekerheden geïntroduceerd, de aanwezigheid van welke bij conventionele methoden
juist de aanleiding was om de isotopenmethode
te ontwikkelen! Met andere woorden: door de
voornoemde uitbreidingen verliest de methode
zijn eenvoud en daarmee zijn meerwaarde ten
opzichte van conventionele methoden.
Naast de getoonde resultaten van de monsternamecampagne in februari 2004 zijn er voor dezelfde
stroomgebieden ook resultaten beschikbaar van
een monsternamecampagne in oktober 2003. Zoals
vanuit de theorie is te verwachten, vertoont het
merendeel van de 18δ-waarden een zekere variatie in de tijd. Echter, het aantal resultaten is te
beperkt om conclusies te kunnen trekken over variaties in de tijd van 18δ-waarden van bijvoorbeeld
grondwater of drinkwater. Een uitgebreide meetcampagne in Lyon, Frankrijk waarbij gedurende
enkele jaren in verschillende stroomgebieden in en
rond de stad dagelijks monsters worden genomen
van grondwater, afvalwater en drinkwater moet
meer licht werpen op genoemde variaties.
Conclusies
De applicatie van conventionele methoden voor
de kwantificering van rioolvreemd water op drie
stroomgebieden in Nederland laat zien dat voor
alle drie de stroomgebieden een significant deel
van het jaardebiet bestaat uit rioolvreemd water.
Ook wordt duidelijk dat er grote verschillen bestaan per stroomgebied tussen de resultaten van
de vijf toegepaste methoden. Uit gevoeligheidsanalyses blijkt dat deze resultaten van conventionele methoden gevoelig zijn voor veranderingen
in invoerparameters. Echter, aangezien de bandbreedte van de invoerparameters nauwelijks valt
in te schatten, is de onzekerheid in de resultaten
van conventionele methoden grotendeels onbekend. De percentages rioolvreemd water, welke
berekend zijn met behulp van conventionele methoden (bijvoorbeeld via de DWAAS methodiek),
moeten met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd en gebruikt worden daar het ontbreekt
aan inzicht in de onzekerheidsmarges rond die
percentages.
Een alternatief voor de kwantificering van rioolvreemd water wordt gevormd door de natuurlijke
waterisotopen methode. De methode biedt de
mogelijkheid een percentage rioolvreemd water
te berekenen met behulp van een natuurlijke,
conservatieve tracer en berekent tevens de onzekerheidsmarge in het resultaat. De applicatie van
deze methode op vijf stroomgebieden in Nederland
laat zien dat de methode kan worden toegepast
op het stroomgebied als aan twee voorwaarden
is voldaan:
85
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
1. De 18δ-waarden van huishoudelijk afvalwater
(drinkwater) en infiltratiewater (grondwater)
moeten significant van elkaar verschillen.
2. In een stroomgebied kan een maximum van
één (gemiddelde) bron van infiltratiewater
(grondwater) en één bron van huishoudelijk
afvalwater (drinkwater) bijdragen aan de
droogweerafvoer in een rioolsysteem.
Over het algemeen zijn gebieden die aan beide
voorwaarden voldoen kleine, geohydrologisch eenvoudige stroomgebieden met geen of een bekende
ruimtelijke variatie in 18δ-waarden van grondwater. Bovendien wordt in dergelijke gebieden het
drinkwater niet gewonnen uit de lokale freatische
watervoerende laag. In grote of geohydrologisch
complexe stroomgebieden worden vaak meerdere
bronnen van infiltratiewater gevonden.
Literatuur
Annen G.W. (1980). Trockenwetterabfluss und
Jahresschmutzwassermenge. Korrespondenz Abwasser, 27(06), pp. 411-413.
Bertrand-Krajewski J.-L. en Bardin J.-P. (2002).
Uncertainties and representativity of measurements in stormwater storage tanks. In: Proceedings of the 9th International Conference on
Urban Drainage, CD-ROM edition, Portland, USA,
8-13 September 2002, 14 p.
Brombach H., Weiß G. en Lucas S. (2002). Temporal
variation of infiltration inflow in combined sewer
systems. In: Proceedings of the 9th International
Conference on Urban Drainage, CD-ROM edition,
Portland, USA, 8-13 September 2002, 10 p.
De Bénédittis J. en Bertrand-Krajewski J.-L.
(2003). Measurement of infiltration rates in urban
sewer systems: use of oxygen isotopes. In: Proceedings of the 18th European Junior Scientists Work-
86
shop “Sewer Processes and Networks”, Almograve,
Portugal, 8-11 November 2003, 8 p.
Kracht O., Gresch M., De Bénédittis J., Prigiobbe
V. en Gujer W. (2003). Stable isotopes of water
as a natural tracer for infiltration into urban sewer systems. Geophysical Research Abstracts, 5,
07852, 2 p.
Meijer H.A.J. (2004). Persoonlijk onderhoud met
het Centrum voor Isotopen Onderzoek (CIO) aan
de Universiteit van Groningen.
Mook W.G. (1994). Principles of Isotope Hydrology.
Collegedictaat, Department of Hydrogeology and
Geographical Hydrology, VU Amsterdam.
Renault D. (1983). Les eaux claires parasites dans
l’assainissement (réseaux unitaires). Diagnostic et
réhabilitation des réseaux. Impact et économie
dans le traitement. TSM, Nov et Déc 1983, pp.
547-555 and pp. 577-582.
Schilperoort R.P.S. (2004). Natural water isotopes
for the quantification of infiltration and inflow
in sewer systems. MSc thesis. Technische Universiteit Delft.
STOWA (1996). Aansluiting van ‘dun-waterbronnen’ op riolering en rwzi. Rapport 1996-11,
STOWA, Utrecht.
STOWA (2003). Rioolvreemd water, onderzoek naar
hoeveelheden en oorsprong afvalwater. Rapport
2003-08, STOWA, Utrecht.
Van de Kerk A., Palsma B. en Beenen A. (2004).
Rioolvreemd water nu kwantificeerbaar. H2O,
37(2), pp. 7-9.
Weiß G., Brombach H. en Haller B. (2002). Infiltration and inflow in combined sewer systems: longterm analysis. Wat.Sci.Tech., 45(7), pp. 11-19.
SUR voor vergaande zuivering
SUR voor vergaande zuivering
dr.ir. J.H. Roorda
Samenvatting
De vergaande behandeling van afvalwater is steeds meer
gericht op de verwijdering van meer stoffen dan alleen N
en P, zoals de prioritaire stoffen (Kaderrichtlijn Water).
Daarvoor zijn een groot aantal technieken beschikbaar.
Membraanfiltratie lijkt goede papieren te hebben. Maar is
dat wel zo? Voordelen van de toepassing van membraanfiltratie zijn de absolute barrière voor pathogenen en
zwevende stof en de mogelijkheid om technieken voor of
na te schakelen voor verwijdering van specifieke stofgroepen. Een nadeel lijkt dat de kosten relatief hoog liggen.
Onderzoek heeft aangetoond dat optimalisatie mogelijk
is door de bepaling van specifieke membraangerelateerde
parameters. Verschillende parameters worden toegelicht,
waarbij in het bijzonder aandacht is voor de SUR, de
Specifieke Ultrafiltratie weeRstand, in relatie tot andere
parameters en optimalisatiemethoden. Met deze informatie worden de voor- en nadelen opnieuw afgewogen.
Daarnaast wordt aangegeven dat innovatie noodzakelijk is
om bestaande technieken te optimaliseren voor toepassing
in de vergaande zuivering van rwzi-effluent.
1.
dr.ir. J.H. Roorda
Grontmij
Inleiding
De behandeling van afvalwater in rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s) heeft ertoe geleid dat de directe
milieuproblemen in het watermilieu voor een belangrijk
deel zijn verdwenen. De verwijdering van nutriënten uit
het afvalwater heeft de eutrofiering van oppervlaktewater geminimaliseerd (Dirkzwager, 1997). Steeds meer is
men zich gaan realiseren dat het watersysteem beïnvloed
wordt door de gehele waterketen. Zowel het onttrekken
van water, als het toevoegen (lozen) van water aan het
watersysteem heeft daarop kwantitatieve en kwalitatieve invloed. Vanuit deze optiek is het logisch om de
lozing van rwzi-effluent te beschouwen als een vorm van
hergebruik binnen de waterkringloop. Hergebruik is dus
niet zo zeer een bijzonder gebruik van het rwzi-effluent,
maar alledaags gebruik. Wel zijn er bijzondere vormen
van hergebruik aan te wijzen, waarbij gedacht wordt aan
door water verbonden
87
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
een vorm van hergebruik waarvoor het leveren
van water een in geld uit te drukken meerwaarde
heeft, bijvoorbeeld als proceswater of als irrigatiewater (STOWA, 2001).
In de Europese Kaderrichtlijn Water (KRW) krijgen
rwzi’s geen bijzondere aandacht, maar wordt wel
duidelijk dat de normering zal moeten gelden voor
elke bron die verband houdt met het watersysteem, dus ook rwzi’s. In de eerste helft van 2004 is
de notitie ‘Pragmatische Implementatie Europese
Kaderrichtlijn Water in Nederland - van beelden
naar betekenis’ in de Tweede Kamer behandeld
(MinVenW, 2004). In deze notitie wordt de inzet
van de Nederlandse overheid met betrekking tot de
implementatie van de KRW beschreven. Voor rwzi’s
worden een aantal maatregelen verwacht:
‘Verwacht wordt dat door de KRW de volgende
extra maatregelen bij RWZI’s noodzakelijk
zullen blijken:
1. Ongeveer de helft van de RWZI’s -degene
die lozen op kwetsbare en regionale wateren- zullen zeer waarschijnlijk moeten
worden uitgerust met een drietal beschikbare technieken;
2. De overige RWZI’s moeten waarschijnlijk
worden uitgerust met actieve koolfiltratie
vanwege prioritaire stoffen & hormoonverstorende stoffen’
1. Anorganische en organische colloïdale en gesuspendeerde stoffen;
2. Opgeloste organische stoffen, waaronder geneesmiddelen en hormoonverstorende stoffen,
maar ook humuszuren;
3. Opgeloste anorganische stoffen, waaronder
zouten, nitraat en fosfaat;
4. Pathogenen, waaronder bacteriën, protozoa en
virussen.
Een extra zuiveringsstap zal in moeten grijpen op
deze groepen van stoffen. Waar de nadruk op moet
komen te liggen is per rwzi niet gelijk, maar afhankelijk van het watersysteem waarop geloosd wordt
(en natuurlijk van het vóórkomen van stoffen op de
betreffende rwzi). De technieken die aangewend
kunnen worden zijn voor een belangrijk deel bekend uit andere toepassingsgebieden. Met name
voor de productie van drink- en proceswater is
ervaring met deze technieken opgedaan. Voor de
toepassing van deze technieken is een vertaalslag
naar de specifieke rwzi-effluent gerelateerde eigenschappen van het water noodzakelijk. Het is
belangrijk om dit in het achterhoofd te houden bij
het maken van een keuze voor een geavanceerde
zuiveringstechniek. Optimalisatie gericht op de
toepassing voor rwzi-effluent is noodzakelijk en
zal nog de nodige inspanning gaan vergen.
2.
Hoewel de precieze keuze voor technieken niet
gemaakt is (en nog niet gemaakt kan worden),
wordt wel duidelijk dat ook het effluent van de
huidige generatie rwzi’s van onvoldoende kwaliteit
is om te kunnen voldoen aan de normen die (waarschijnlijk zullen) volgen uit de KRW. Het Ministerie
van Verkeer en Waterstaat houdt er, volgens het
citaat, rekening mee dat alle rwzi’s uitgebreid
moeten gaan worden. Volgens genoemde notitie
wordt rekening gehouden met een kostenstijging
voor zuivering van afvalwater van 60% tot meer
dan een verdubbeling van de kosten.
De stoffen die nog in het rwzi-effluent aanwezig
zijn, zijn in vier algemene groepen samen te vatten (Metcalf&Eddy, 2003):
88
Mogelijke technieken
Per stofgroep zijn een aantal technieken in beeld.
In tabel 1 wordt een globaal overzicht gegeven
(niet uitputtend). Het is interessant om de kosten per techniek in beeld te hebben. In tabel 2
wordt een kostenoverzicht gegeven op basis van
de huidige stand van de techniek en de (beperkte)
ervaringen met effluent van een rwzi.
In veel mogelijke zuiveringsschema’s voor vergaande behandeling van afvalwater wordt rekening
gehouden met membraanfiltratie (Melin et al.,
2004). Micro- en ultrafiltratie zijn uit kostentechnisch oogpunt al snel aantrekkelijk. De verwijdering van opgeloste stoffen is met deze technieken
beperkt. Met behulp van Nanofiltratie en Reverse
Osmosis is het mogelijk om effluent van zeer veel
SUR voor vergaande zuivering
Tabel 1: Technieken voor verwijdering van schadelijke stoffen in rwzi-effluent (Roorda, 2004)
Stofgroep
Verwijdering mogelijk met behulp van
Anorganische en organische colloïdale en Multi-media filtratie, membraanfiltratie, coagulatie/flocculatie
gesuspendeerde stoffen
Opgeloste organische stoffen
Adsorptie (bijvoorbeeld Aktief Kool), Ionenwisseling, Reverse Osmosis
(RO) en Nanofiltratie (NF)
Opgeloste anorganische stoffen
Coagulatie/flocculatie, Adsorptie, Ionenwisseling, RO/NF
Pathogenen
Chlorering, ozonisatie, geavanceerde oxidatie, UV, membraanfiltratie
probleemstoffen te ontdoen. De toepassing van
deze technieken wordt vooral interessant als een
deel van het behandelde rwzi-effluent hergebruikt kan worden als proceswater of een ander
type water waarvoor rechtstreeks een financiële
vergoeding per m³ geleverd water gevraagd kan
worden. De probleemstoffen worden geconcentreerd in de brijnstroom, waarvan de verwerking
een wezenlijk onderdeel uit moet maken van het
zuiveringssysteem.
Uit jarenlange praktijkervaring met membraanfiltratie in een groot aantal pilotonderzoeken
(Roorda, 2004) is gebleken dat rwzi-effluent over
zeer specifieke eigenschappen beschikt. Hoewel
op bijvoorbeeld oppervlaktewater al vele jaren
ervaring is opgedaan met membraanfiltratie, kan
deze ervaring niet één op één vertaald worden
naar de toepassing van membranen voor vergaande
zuivering van rwzi-effluent. Het effluent van een
rwzi heeft een ‘biologisch verleden’, gezien het
feit dat in effluent een fractie niet nabezonken
actief slib aanwezig is. Ook blijken bacteriën uit
het actief slibsysteem Extracellulaire Polymere
Tabel 2:
a
b
Stoffen (EPS) te bevatten, deze worden ook wel
EfOM genoemd (Effluent Organic Matter; aantoonbaar anders van samenstelling dan het in oppervlaktewater gangbare Natural Organic Matter,
NOM) (in: Jarusuttthirak et al., 2002).
De reeds bestaande (membraan)technieken zijn
dus niet zomaar toe te passen voor vergaande
zuivering van rwzi-effluent, maar zullen geoptimaliseerd moeten worden om ook rwzi-effluent
(kosten)effectief te kunnen behandelen. Dit geldt
uiteraard ook voor andere genoemde technieken.
Bijvoorbeeld ozonisatie, waarbij de dosering
afhankelijk is van het TOC-gehalte, wat in rwzieffluent aanzienlijk hoger is dan in voorgezuiverd
oppervlaktewater. Dit vraagt een aanzienlijke inspanning van de toekomstige gebruikers van deze
technieken. Wat dat betreft is de ervaring die is
opgedaan met membraanfiltratie een belangrijke
les die ook zal moeten worden toegepast voor de
andere technieken. We staan daarmee nog maar
aan het begin. Een tweetal praktijkvoorbeelden
illustreert het bovenstaande.
Kentallen kosten vergaande zuivering per techniek (Roorda en Wortel, 2004)
Techniek
Kosten per i.e. per jaara Kosten per m3 rwzi-effluent
Coagulatie/flocculatie
€ 1,5 - € 3,5
€ 0,03 - € 0,07
Multi-media filtratie
€ 2,5 - € 3,5
€ 0,05 - € 0,07
Membraanfiltratie – micro- en ultrafiltratie
€ 4 - € 7,5
€ 0,08 - € 0,15
Membraanfiltratie – nanofiltratie en reverse osmosis
€ 12,5 - € 25
€ 0,25 - € 0,45
Aktief Kool
€3-€5
€ 0,06 - € 0,10
Ozonisatie
€ 1,5 - € 3
€ 0,03 - € 0,06
Geavanceerde oxidatie (peroxide-UV)
€4-€6
€ 0,08 - € 0,12
UV
€ 1,5 - € 3,5
€ 0,03 - € 0,06
ANF & A2NFb
< € 15
< € 0,3
Verondersteld wordt dat één i.e. gelijk staat aan 50 m³ afvalwater per jaar;
bij volledige optimalisatie en volledige brijnbehandeling; deelstroombehandeling kost €10/i.e.
(zie ook Roorda et al. (2004))
89
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
3.
Praktijkvoorbeeld 1: Ultrafiltratie van
rwzi-effluent en de toepassing van de SUR
3.1 Achtergrond onderzoek
Ongeveer tien jaar geleden is aan de Technische
Universiteit Delft bij prof. van der Graaf het onderzoek naar vergaande behandeling van communaal
afvalwater opgestart. Het onderzoek richtte zich
in eerste instantie op multi-media filtratie en op
micro- en ultrafiltratie. Sinds 1998 wordt in het
onderzoek naar de toepassing van ultrafiltratie
samengewerkt met Witteveen+Bos en Rossmark
Waterbehandeling (onderdeel van Veolia Water).
Het wetenschappelijk onderzoek richt zich op het
verdiepen van inzicht in de (wijze van) vervuiling
van de ultrafiltratie membranen. Ultrafiltratie is
gekozen omdat daarmee voor relatief lage kosten
een enorme kwaliteitsverbetering gehaald kan
worden.
Het eerste deel van het onderzoek naar de vervuiling van de ultrafiltratie membranen is het afgelopen jaar afgerond met het proefschrift ‘Filtration
characterstics in dead-end ultrafiltration of wwtpeffluent’ (Roorda, 2004). In dit proefschrift wordt
vervuiling van de membranen beschouwd als een
bijzondere toestand van het filtratiemechanisme.
Het blijkt dat de filtratie-eigenschappen van het
rwzi-effluent te relateren zijn aan de mate van
membraanvervuiling. In het onderzoek is gebruik
gemaakt van een nieuwe parameter om de filtratie-eigenschappen van het rwzi-effluent te kunnen
meten. Deze parameter, de SUR (Specifieke Ultrafiltratie weeRstand), wordt gebruikt om inzicht te
krijgen in het gedrag van de stoffen die de filtratieeigenschappen bepalen en verantwoordelijk zijn
voor de membraanvervuiling. Hieronder wordt kort
toegelicht wat de SUR is, hoe deze gemeten kan
worden en wat de praktische waarde van de SUR
is voor de vergaande zuivering van rwzi-effluent
met behulp van membraanfiltratie.
Het onderzoek is uitgevoerd op een zodanige
schaalgrootte dat opschaling van de technieken
relatief eenvoudig is. In figuur 1 is een impressie
gegeven van de onderzoeksopstelling op locatie.
Linksboven is het multi-media filter te zien dat
parallel en in serie met de ultrafiltratie instal90
Figuur 1: Impressie van TU Delft onderzoek op locatie
latie is bedreven. Een deel van de drukbuis van
de ultrafiltratie membraanmodule is linksonder
te zien. Rechtsboven is de gebruikte zeefbocht
te zien, die dienst deed als een barrière voor de
grovere delen die nog in het rwzi-effluent aanwezig zijn. Aanvullend is ook gebruik gemaakt
van in-line coagulatie met een buisflocculator als
extra voorbehandelingsstap.
3.2 Parameter SUR; theorie en methode
Tijdens ultrafiltratie van rwzi-effluent blijven niet
opgeloste stoffen die groter zijn dan de poriën
van het membraan achter op het membraanoppervlak. Dit verschijnsel wordt over het algemeen
beschreven als vervuiling van het membraan,
maar kan beter opgevat worden als een eigenschap van een filtratieproces. De manier waarop
deze stoffen zich afzetten op het membraan, de
snelheid en de stapeling, is afhankelijk van de
eigenschappen van deze componenten, maar ook
van de eigenschappen van het membraan. Sommige componenten ‘plakken’ als het ware aan
het membraan, waardoor een binding ontstaat
met het membraan. Andere stoffen worden door
SUR voor vergaande zuivering
de lading van het membraan afgestoten, maar
worden door de druk op het membraanoppervlak
(de drijvende kracht van filtratie) tegen het oppervlak aangeduwd. Reeds bestaande parameters
die gemeten worden in het rwzi-effluent blijken
niet te kunnen worden gebruikt om iets te zeggen
over het filtratiemechanisme dat optreedt tijdens
membraanfiltratie van het rwzi-effluent. In het
TUDelft onderzoek is daarom een parameter ontwikkeld om wel iets over het filtratiemechanisme
te kunnen zeggen.
De ontwikkelde parameter heeft de naam Specifieke Ultrafiltratie weeRstand (SUR) gekregen en
wordt bepaald door met een kleine, zelfgemaakte
membraanmodule gedurende 30 minuten de filtratiecurve van rwzi-effluent te meten bij een Trans
Membraan Druk van 0,5 bar. Ook van voorbehandeld rwzi-effluent kan de SUR bepaald worden.
De theorie achter de meting is gebaseerd op de
theorie voor koekfiltratie die ook aan de basis ligt
van de MFI (Schippers en Verdouw, 1982), maar
voor het onderzoek verder is uitgewerkt en een
meer theoretische onderbouwing heeft gekregen.
De SUR is het product van de gemiddelde specifieke koekweerstand en de concentratie deeltjes
in het voedingswater en wordt uitgedrukt als de
weerstand per meter gefiltreerd water (m-²). Deze
wordt verkregen uit de helling van de gemeten
filtratiecurve.
Dit wordt getoond in figuur 2, waarbij in de linkergrafiek het gefiltreerde volume uitgezet is
tegen de tijd. In de rechterfiguur wordt de tijd
per volume eenheid (t/V) uitgezet tegen het ge-
filtreerde volume. De richtingscoëfficiënt geeft
de SUR volgens vergelijking 1. Een uitgebreide
beschrijving van de theoretische achtergrond van
deze parameter en de toepassing daarvan in de
behandeling van rwzi-effluent is gepresenteerd
in Afvalwaterwetenschap (Roorda, 2004a) en op
een recent IWA-congres (Roorda en van der Graaf,
2004).
t
t
( 2 − 1 )
V2 V1 2 ⋅ ∆P ⋅ A m2
SUR = α av ⋅ c v =
⋅
( V2 − V1 )
ηT
Waarin:
SUR = Specifieke Ultrafiltratie weeRstand,
weer stand per meter gefiltreerd voedingswater (m-²)
αav
= gemiddelde specifieke koekweerstand
(m/kg)
cv
= concentratie van deeltjes in het
voedingswater (kg/m³)
t
= tijd (s)
V
= gefiltreerd volume (m³)
Amemb = membraan oppervlak (m²)
ΔP
= Trans Membraan Druk, TMD (N/m², Pa)
ηT
= dynamische viscositeit (N.s/m², Pa.s),
gerelateerd aan de voedingswatertemperatuur T (°C)
volgens: ηT =
497 ⋅ 10−3
( T + 42.5 )1.5
De filtreerbaarheid van het rwzi-effluent is bepaald als SUR en werd gevonden in een range van
5•10¹² tot 30•10¹² m-². Een lage waarde wordt
gevonden voor goed filtreerbaar water, bij een
hogere waarde neemt de filtreerbaarheid af. De
Figuur 2: Bepaling van de Specifieke Ultrafiltratie weeRstand (SUR) uit de filtratiecurve. In de linker figuur is de
filtratiecurve weergegeven als volume tegen de tijd; in de rechter figuur is de getransformeerde filtratie
curve weergegeven, waaruit de SUR af te leiden is als de helling van de curve.
91
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
TMD beïnvloedde de SUR, wat veroorzaakt wordt
door samendrukking van de vuillaag (de compressiecoëfficiënt was 0,61 tot 0,75).
3.3 SUR voor vergaande zuivering van rwzi-effluent
De SUR is bepaald van het effluent van de verschillende rwzi’s waar ook praktijkonderzoek is uitgevoerd. Uit een analyse van deze gegevens en de
resultaten van het praktijkonderzoek zelf, kwam
naar voren dat bij rwzi-effluent met een slechte
filtreerbaarheid (een hoge SUR) de voorbehandeling en membraanreiniging slechts een kleine verbetering van de bedrijfsvoering bewerkstelligen.
Een hoge initiële filtreerbaarheid (lage SUR) van
het rwzi-effluent blijkt uit deze resultaten een
voorwaarde te zijn voor een stabiele bedrijfsvoering met fluxen hoger dan 100 l/m².h.
Tenslotte is de invloed van de deeltjesgrootte van
componenten van rwzi-effluent op de filtreerbaarheid bepaald met behulp van fractioneringexperimenten. Hierbij werd effluent gefiltreerd over
filters met verschillende poriegrootte, waarna van
het filtraat de SUR is bepaald. Hieruit bleek dat
de fractie van deeltjes die worden tegengehouden door een 0,1 µm filter, maar die door een 0,2
µm filter worden doorgelaten voor 39% tot 57%
de filtreerbaarheid bepalen. Dit wordt getoond
in figuur 3, waarin van twee soorten effluent de
filtreerbaarheid uitgedrukt als SUR per fractie is
weergegeven. De toegepaste voorbehandelingsmethoden (coagulatie en snelfiltratie) zijn nauwelijks
van invloed op deze fractie. Deze fractie is vijf tot
twintig maal groter dan de diameter van de poriën
van de onderzochte ultrafiltratie-membranen.
Figuur 3: De relatieve SUR per deeltjesgroottefractie.
De fractie 0,1 µm tot 0,2 µm draagt voor
39% tot 57% de bij aan de filtreerbaarheid
van het (voorbehandelde) rwzi-effluent.
92
Op dit moment worden nog steeds problemen met
de bedrijfsvoering van membraanfiltratie-installaties gevonden. Vaak vindt een vervuiling van de
membranen plaats waarvoor niet direct een oorzaak is aan te geven. De beschikbare metingen zijn
ontoereikend om hier direct in de bedrijfsvoering
op in te kunnen spelen. On-line meting van SUR zou
een bijdrage kunnen leveren in de stabiliteit van
membraanfiltratie-installaties. Bij een gemeten
verandering van de SUR kan direct door middel van
bijvoorbeeld een aanpassing in de voorbehandeling
van het te filtreren water, door aanpassing van
de procesvoering (o.a. doorzet) of door aanpassing van het reinigingsregime de filtreerbaarheid
van het water aangepast worden en daarmee de
vervuilingssnelheid van het membraan binnen acceptabele waarden gehouden worden.
In het hier beschreven onderzoek is naar voren
gekomen dat water met een hoge SUR (en dus een
lage filtreerbaarheid) vaak ook moeilijk te verwijderen membraanvervuiling laat zien. Effluent met
een SUR hoger dan 10•10¹² m-² leidt in de meeste
gevallen tot een snelle membraanvervuiling en een
niet-stabiele bedrijfsvoering. De meer conventionele voorbehandelingstechnieken, zoals in-line
coagulatie en multi-media filtratie zijn niet in
staat om de filtreerbeerbaarheid zo te verbeteren
dat een dergelijke SUR voldoende wordt verlaagd.
Door de SUR te meten, is het een stuk eenvoudiger
geworden om de effectiviteit van verschillende
voorbehandelingsmethoden te kunnen bepalen.
Als mogelijke voorbehandelingsmethoden gericht
op verbetering van de filtreerbaarheid van rwzieffluent, moet iets gedaan worden aan de 0,1-0,2
µm fractie. Daarbij kan gedacht worden aan het
aanbrengen van een chemische pre-coat (Galjaard
et al., 2001), maar ook biologische methoden
lijken in staat om de invloed van deze fractie te
verkleinen. Daarbij is vooral het onderzoek van
Kampf et al. (2003) naar watervlooien (Daphnia)
interessant. Ook voorbehandeling door middel
van actief kool of poederkool zou de filtreerbaarheid in sterke mate kunnen verbeteren (Clark
et al., 1996; Roorda et al., 2004). Daarbij is het
noodzakelijk om te sturen op verbetering van de
filtreerbaarheid (verlaging van de SUR) en op de
financiele haalbaarheid.
SUR voor vergaande zuivering
Daarnaast is ook onderzoek naar de verwijderbaarheid van de filtratielaag van groot belang. Dit is
het onderwerp van het vervolgonderzoek aan de
TUDelft wat uitgevoerd in samenwerking met
onder andere leveranciers van reinigingsmiddelen
(te Poele et al., 2003).
• Meer inzicht te krijgen in de eigenschappen
van deeltjes/stoffen die membraanvervuiling
veroorzaken.
• Mogelijk kan on-line meting van de SUR helpen
om de bedrijfsvoering van membraanfiltratieinstallaties te verbeteren.
3.4 Conclusies toepasbaarheid SUR bij vergaande zuivering
De Specifiek UltrafiltratieweeRstand (SUR) is een
nieuwe parameter die gebruikt kan worden om de
filtratie-eigenschappen van rwzi-effluent tijdens
dead-end ultrafiltratie te bepalen en te bewaken.
De SUR wordt berekend uit een filtratiecurve,
waarbij de verhouding tussen filtratietijd en volume t/V gerelateerd aan het gefiltreerde volume
(V) de SUR bepaald. De SUR is het product van de
specifieke koekweerstand en de deeltjesconcentratie. De condities waaronder gemeten wordt,
zijn gedefinieerd bij een TMD van 0,5 bar en een
temperatuur van het voedingswater van 20°C.
De SUR is reproduceerbaar het heeft een correlatiecoëfficiënt van meer dan 95% en wordt in 30
minuten gemeten.
De SUR draagt bij aan een beter begrip van de
filtratiemechanismen die een rol spelen bij ultrafiltratie van rwzi-effluent. Deze technologische
ontwikkeling draagt bij aan een kostenreductie
in de vergaande behandeling van huishoudelijk
afvalwater met micro- en ultrafiltratie.
De SUR-experimenten geven inzicht in de filtratieeigenschappen van rwzi-effluent:
• De vuillaag die ontstaat blijkt samendrukbaar
(s = 0,6-0,75); dit laat zien dat de toe te passen
flux beoordeeld moet worden op grond van de
daarbijbehorende TMD waarbij een hoge TMD
moet worden voorkomen.
• Voorbehandeling van het rwzi-effluent (coagulatie en meerlaags zandfiltratie) kan voor maximaal 20%-30% de filtreerbaarheid verbeteren,
hetgeen veroorzaakt wordt doordat de filtreerbaarheid van rwzi-effluent voor ultrafiltratie
voor circa 50% bepaald wordt door deeltjes die
door de voorbehandeling nauwelijks worden
beïnvloed, namelijk de 0,1-0,2 µm fractie.
De SUR van effluent op verschillende rwzi’s laat
zeer grote verschillen zien. De SUR wordt gevonden in de range van 5•10¹² tot 30•10¹² m-².
De SUR kan toegepast worden om:
• Het effect van voorbehandeling op de filtreerbaarheid op voorhand te bepalen.
4.
Praktijkvoorbeeld 2: ANF- en A2NF
proces
4.1 Achtergrond ontwikkeling ANF-proces
Een mogelijk ander zuiveringsconcept voor vergaande zuivering van rwzi-effluent is het ANF-proces en het verder geoptimaliseerde A2NF-proces
(Roorda et al., 2004; Roorda et al., 2004a). In dit
proces wordt adsorptieve filtratie, bijvoorbeeld
aktief kool filtratie, gecombineerd met nageschakelde nanofiltratie. Dit nieuwe zuiveringsconcept
is een voorbeeld van een technologische innovatie
en optimalisatie die specifiek is toegespitst op de
vergaande zuivering van rwzi-effluent. Op rwzi
Apeldoorn is door Grontmij in samenwerking met
Waterschap Veluwe en de Provincie Gelderland
onderzocht wat de mogelijkheden zijn van de
toepassing van het ANF-proces voor de productie
van proceswater (voor de papierindustrie) en voor
de vergaande verwijdering van onder andere microverontreinigingen.
Aanvankelijk is het onderzoek gestart met microfiltratie (Memcor) en voortgezet met onder andere
capillaire nanofiltratie membranen (X-flow).
4.2 Strategie voor optimalisatie
Het blijkt dat het effluent van rwzi Apeldoorn
unieke membraanvervuilende eigenschappen bezat. Aangetoond is dat een belangrijke oorzaak
de aanwezigheid van fulvinezuren kan zijn. Door
middel van een combinatie van breedband UV-scan
en vlokvormings-, filtratie- en adsorptieproeven
zijn de diverse voorbehandelingsmethoden zoals
93
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Figuur 4: Proefinstallatie met spoelbaar voorfilter gevuld met adsorptief materiaal (links)en
lucht- en permeaatgespoelde nanofiltratie (rechts)
coagulatie- en adsorptieprocessen op hun werking
beoordeeld. Een voorbeeld van een breedband
UV-scan is weergegeven in figuur 5. De voor het
vaststellen van de organische belasting van het
water veel gebruikte UV-extinctie bij alleen 254
nm geeft onvoldoende inzicht in de aard van de
membraanvervuilende organische stoffen.
Door toepassing van de juiste voorbehandelingstechniek kon de doorzet en daarmee de prijs van
het proces acceptabel worden. Door toepassing
van de methode met breedband UV-scan is nu op
voorhand voorspelbaar of een water veel of weinig membraanvervuilende eigenschappen bezit.
De methode is na toepassing op rwzi Apeldoorn
ook in andere membraanfiltratie projecten met
succes toegepast.
Door optimalisatie van voorbehandeling en procesvoering wordt bij relatief geringe druk (3-4
bar) een hoge doorzet gehaald. Deze hoge doorzet
wordt vastgehouden door een unieke combinatie
van periodieke spoeling met perslucht, forward
flush en permeaatspoeling in combinatie met een
aantal malen daags een bacteriedodende zoutzuurspoeling. De periodieke intensieve chemische
reiniging vond slechts eens per drie weken plaats.
Uniek aan dit onderzoek was de methodiek het
Figuur 5: Breedband UV-scan tijdens het praktijkonderzoek op rwzi Apeldoorn. De linker grafiek laat de variatie in
extinctie van het rwzi-effluent zien. De rechtergrafiek toont het effect van voorbehandeling met coagulant
en adsorptieve middelen (actief kool en harsen). Deze extinctieverlaging is vertaald naar een effectievere
bedrijfsvoering en voorbehandeling van de nanofiltratie installatie.
94
SUR voor vergaande zuivering
proefonderzoek mede te besturen met behulp van
een gevalideerd kostenmodel. De bedrijfsvoering
van de nanofiltratie tijdens het onderzoek is mede
aangepast op basis van minimalisatie van de kostprijs per m³ geproduceerd schoon water.
4.3 Praktische toepasbaarheid ANF- en A2NFproces
Om de praktische toepasbaarheid van kostbare
technieken zoals nanofiltratie mogelijk te maken
ook voor de vergaande behandeling gericht op
verbetering van de waterkwaliteit van rwzi-effluent voor lozing op het oppervlaktewater, is het
noodzakelijk goed inzicht te hebben in de kosten.
Op basis van de experimenten op rwzi Apeldoorn
zijn de kosten van het ANF-proces berekend. Het
nanofiltratie deel komt uit op €0,29 per m³ de
aktief kool filtraite op €0,06 per m³, waarmee de
totale kosten uitkomen op €0,35 per m³ (€ 17,5
per i.e.). Bij deelstroombehandeling van het rwzieffluent met deze techniek kan de vrijkomende
concentraatstroom binnen de bestaande rwzi
behandeld worden. Maar bij een behandeling
van de volledige stroom moet ook deze concen-
traatstroom behandeld worden. Daarmee zijn bij
verdamping, de duurste oplossing, extra kosten
van circa €0,21 per m³ (€10,5 per i.e.) gemoeid.
De totale kosten bedragen in dit geval €0,56 per
m³ (€28 per i.e.). Op grond van deze nogal hoge
kostenpost is het ANF-proces verder geoptimaliseerd, om daarmee de techniek geschikt te maken
voor grootschalige toepassing.
Gekozen is voor een ander membraantype, waardoor de membraanprijs meer dan gehalveerd kan
worden (-20% kostenreductie per m³). De bedrijfsvoering is aangepast (-10%) en de bedrijfsvoering
van het aktief koolfilter geoptimaliseerd (-10%).
De productiekosten zijn daarmee verlaagd tot
€10 per i.e.. Ook de behandeling van de concentraatstroom is geoptimaliseerd door aanpassing
van de bedrijfsvoering en configuratie van het
Nanofiltratie proces (50% kleinere volumestroom
concentraat, minder dan 5% van de hoofdstroom).
Daarnaast is een andere verdampingstechniek
beschouwd, de adiabatische damprecompressie.
In figuur 6 is een schematische tekening van deze
techniek weergegeven. Bij deze techniek vindt een
Figuur 6: Schematische tekening van de adiabatische damprecompressie
95
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
zeer efficiënte warmteoverdracht plaats, waarmee
de kosten per m³ behandelde afvalstroom dalen
met 50%. De totale kosten van de brijnbehandeling komen daarmee uit op minder dan €5 per
i.e.. De totale kosten voor dit proces, wat een
geoptimaliseerd ANF-proces is (A2NF, gebaseerd
op adsorptie-nanofiltratie-adsorptie), op minder
dan €15 per i.e.. Voor dit bedrag wordt water
geproduceerd dat kleurloos, reukloos, biologisch
stabiel, onthard en kiemvrij is. Gezien de sterk
membraanvervuilende eigenschappen van het effluent op rwzi Apeldoorn wordt aangenomen dat
de behaalde resultaten goed vertaalbaar zijn naar
andere effluenttypen.
De waarde die hiermee aan het rwzi-effluent is
toegevoegd zou terugverdiend kunnen worden
door een deel van het geproduceerde water te
verkopen boven de productieprijs (€0,30 per m³,
incl. concentraatbehandeling). In dat geval kan
een rwzi uitgebreid worden, waarbij de extra
kosten voor behandeling van het rwzi-effluent
betaald worden uit de baten van de verkoop van
het geproduceerde water.
5.
Conclusies
Vergaande behandeling van effluent van rwzi’s
lijkt onvermijdelijk met het oog op de doelen die
voortvloeien uit de Europese Kaderrichtlijn water.
Aanpassingen op de rwzi’s zijn onderdeel van de
aanpak. Per locatie zal een afweging gemaakt
moeten worden van de mogelijkheden om de
doelen te halen. Het watermilieu wordt immers
door meer dan alleen de lozing van rwzi-effluent
beinvloedt. Bronaanpak is noodzakelijk (landbouw,
industrie, ziekenhuizen, afkoppelen regenwater),
maar ook de end-of-pipe benadering zal daar een
onderdeel van zijn.
Vergaande behandeling van rwzi-effluent kan uitgevoerd worden met behulp van technieken die
op dit moment vooral gebruikt worden voor de
productie van drink- en proceswater. Kennisoverdracht vanuit de expertise die daarmee is opgebouwd is noodzakelijk: drinkwatertechnologen,
procestechnologen en zuiveringstechnologen kun96
nen nog veel van elkaar leren. Maar tegelijkertijd
moet in het oog gehouden worden dat rwzi-effluent ten opzichte van andere waterstromen (o.a.
oppervlaktewater) zeer specifieke eigenschappen
bezit. De bestaande technieken zullen juist daarop
moeten worden afgestemd.
Voorbeelden van succesvolle optimalisatie methoden zijn de in deze presentatie behandelde SUR
methode die inzicht geeft in de filtreerbaarheid
van het rwzi-effluent. Met behulp van de SUR kan
de doorzet van membraansystemen aanmerkelijk
verbeterd worden. Een ander voorbeeld is de
breedband UV-scan, die aanvullend daarop een
vergelijkbaar effect beoogt: verbeteren van de
doorzet van membraansystemen door het optimaliseren van de voorbehandeling. De kostendaling
die daaruit volgt is noodzakelijk om de membraantechnieken geschikt te maken voor de vergaande
behandeling van rwzi-effluent.
Daarnaast zullen ook nieuwe zuiveringsconcepten moeten worden ontwikkeld. Vaak zullen
deze gebaseerd zijn op bestaande technologie.
Een voorbeeld is het ANF- en het A2NF-proces.
Andere mogelijkheden zijn te verwachten in de
combinatie van coagulatie, multi-media filtratie,
membraanfiltratie, maar ook ozonisatie, geavanceerde oxidatie en UV-desinfectie.
Referenties
Clark, M.M., Baudin, I. en Anselme, C. (1996).
Membrane-powdered activated carbon reactors
(Ch.15). In: Water Treatment Membrane Processes. Mallevialle, J., Odendaal, P.E. and Wiesner,
M.R. (eds.), McGraw-Hill, New York.
Dirkzwager, A.H. (1997). Sustainable development:
new ways of thinking about ‘water in urban areas’.
European Water Pollution Control, 7 (1), 28-40.
Galjaard, G., Buijs, P., Beerendonk, E., Schoonenberg, F. en Schippers, J.C. (2001). Pre-coating
(EPCE®) UF membranes for direct treatment of
surface water. Desalination, 139, 305-316.
SUR voor vergaande zuivering
Jarusutthirak, C., Amy, G. and Croué, J.-P. (2002).
Fouling characteristics of wastewater effluent
organic matter (EfOM) isolates on NF and UF membranes. Desalination, 145, 247-255.
Kampf, R., Graansma, J., Dokkum, H. van, Foekema, E. en Claassen, T. (2003). Increasing the
natural values of treated wastewater on the island
of Texel, the Netherlands. Proceedings ‘Efficient
use and management of water for urban supply’,
April 2-4, 2003, 1-11.
Melin, T., Wintgens, T. (2004). Proceedings EDS/
IWA Conference ‘Membranes in Drinking and Industrial Water Production’, l’Aquila (Italy), 15-17
November 2004.
Metcalf & Eddy (2003). Wastewater engineering;
treatment and reuse (4th international edition).
McGraw-Hill, New York.
MinVenW (2004). Pragmatische Implementatie
Europese Kaderrichtlijn Water in Nederland van beelden naar betekenis. Den Haag, 23 april
2004.
Poele, S. te, Roorda, J.H. en Graaf, J.H.J.M. van
der (2003). Influence of the size of foulants on
the filterability of wwtp-effluent. Proceedings IWA
International Conference ‘Nano and microparticles in water and wastewater treatment’, Zürich
(Switzerland), 22-24 September 2003, 129-136.
Roorda, J.H. (2004). Filtration characteristics
in dead-end ultrafiltration of wwtp-effluent.
PhD-thesis, Delft University of Technology, Delft,
the Netherlands. Via: www.library.tudelft.nl/dissertations of: www.gezondheidstechniek.tudelft.
nl/research/wastewater/roorda/ceg_roorda_
20040419.pdf
Roorda, J.H. (2004a). Meten en voorspellen van de
filtratie-eigenschappen van rwzi-effluent tijdens
dead-end ultrafiltratie. Afvalwaterwetenschap,
jaargang 3, nummer 3, augustus 2004, p. 169192
Roorda, J.H. en Graaf, J.H.J.M. van der (2004).
SUR-test used for optimisation of membrane
filtration plants treating wastewater effluents.
Proceedings EDS/IWA Conference ‘Membranes in
Drinking and Industrial Water Production’, l’Aquila
(Italy), 15-17 November 2004.
Roorda, J., Dalen, R. van, Koreman, E. en Wortel,
N.C. (2004). ANF, doorbraak in technologie van
effluentfiltratie. H2O, jaargang 37, nummer 11,
28 mei 2004, p. 33-35.
Roorda, J.H., Wortel, N.C. en Dalen, R. van
(2004a). New process for treatment of organically
fouled water; experiences with wwtp-effluent.
Proceedings EDS/IWA Conference ‘Membranes in
Drinking and Industrial Water Production’, l’Aquila
(Italy), 15-17 November 2004
Roorda, J.H. en Wortel, N.C. (2004). De Kaderrichtlijn Water schreeuwt om nieuwe ontwikkelingen (vertrouwelijk). Presentatie op Grontmij-seminar ‘Innovaties à la carte’, De Bilt, 14
december 2004.
Schippers, J.C. en Verdouw, J. (1979). De membraanfiltratie-index als kenmerk voor de filtreerbaarheid van water. H2O, 12 (5).
STOWA (2001). Compendium rwzi-effluent als bron
van ‘ander water’. STOWA 2001-14, Utrecht.
97
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
98
Loopt de pomp nog ?
Loopt de pomp nog?
dr.ir. J.L. Korving
Rioolstelsels werken lang niet altijd zoals verwacht. Een
bergingstank kan bijvoorbeeld zo groot zijn dat hij nooit
gevuld raakt, een pomp kan dagenlang ongemerkt in
storing staan of afvoerend oppervlak kan bij inventarisatie veel groter blijken dan tot dan toe verondersteld.
Gewoonlijk worden de prestaties van een rioolstelsel
beoordeeld op basis van modelberekeningen en waargenomen gebreken. Met eventuele onzekerheden omtrent het
functioneren wordt geen rekening gehouden. Dit leidt tot
een veel te optimistische inschatting van het hydraulisch
en milieutechnisch functioneren en verhoogt de kans op
foute beslissingen omtrent verbeteringsmaatregelen.
dr.ir. J.L. Korving
Witteveen+Bos
Onzekerheid over de huidige situatie of de toekomst,
zowel op de korte als de lange termijn, hoeft echter niet
te betekenen dat we onzeker zouden moeten zijn over
welke oplossing te kiezen. Veeleer bepaalt de aanwezige
onzekerheid hoe beslissingen genomen worden en welke
opties gekozen worden. Het kan bijvoorbeeld lonend
zijn om nauwkeurig te weten hoeveel een stelsel precies
overstort zodat beter kan worden ingeschat hoe groot
een bergbezinkbassin moet worden gedimensioneerd. Eén
millimeter meer of minder bergingscapaciteit kan al snel
enkele tonnen euro verschil maken. Het beter onderbouwen van investeringsbeslissingen heeft echter ook een
keerzijde. Het kan pijnlijk duidelijk maken dat een stelsel
meer overstort dan werd verondersteld. Maar die onderkenning is van groot belang voor een goede investering.
In 2001 startten Stichting RIONED, HKV Lijn in water en
de TU Delft een onderzoek naar de kosteneffectiviteit
van maatregelen in het rioolbeheer (Korving, 2004). Doel
van de studie was het ontwikkelen van een methodiek
voor het beoordelen van de prestaties van een rioolstelsel, waarbij rekening gehouden wordt met de mogelijke
invloed van onzekerheden en risico’s. Er is tevens bepaald
in welke mate onzekerheid doorwerkt in de investeringen.
Dit artikel behandelt in vogelvlucht een gedeelte van de
onderzoeksresultaten. Binnenkort verschijnt bij Stichting
RIONED een uitgebreide samenvatting (Stichting RIONED,
2005).
door water verbonden
99
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Gemaalstoringen
het hydraulisch functioneren van een rioolstelsel
is tot op heden weinig aandacht.
Een van de onderzochte onzekerheden betrof het
functioneren van gemalen. Gemalen zijn kritische
onderdelen in een rioolsysteem. Vaak is er per
bemalingsgebied van beide maar één aanwezig.
Gewoonlijk wordt bij de beoordeling van het
functioneren van een rioolstelsel verondersteld
dat elk onderdeel perfect functioneert en altijd
beschikbaar is. In de praktijk blijkt echter dat bij
gemalen storingen kunnen optreden (bijvoorbeeld
door verstoppingen) of voor onderhoud (deels)
buiten bedrijf zijn. Bij het NWRW-onderzoek in de
jaren tachtig is al onderkend dat pompstoringen
kunnen leiden tot overstortingen onder dwa-omstandigheden (NWRW, 1989a en 1989b).
WATERSTANDM.!0
Het in storing vallen of buiten bedrijf zijn van één
of meer pompen in een gemaal kan aanzienlijke
invloed hebben op de jaarlijkse hoeveelheid overstortend water. Bijvoorbeeld, wanneer een pomp
lange tijd onder zijn capaciteit draait. Als dit niet
wordt gesignaleerd, vult eerst het gehele stelsel
zich met afvalwater, totdat het waterpeil boven
de overstortdrempel komt en het stelsel begint
over te storten (zie Figuur 1). Dit betekent dat
onverdund afvalwater het oppervlaktewater in zal
stromen. Voor de invloed van pompstoringen op
TIJDDAGEN
TIJDDAGEN
NEERSLAGMMH
STORINGENSTATUS
Om de invloed van pompstoringen op het hydraulisch functioneren te bepalen zijn chronologische
storingsreeksen afkomstig van enkele grotere
gemeenten geanalyseerd. In deze gemeenten is
sprake van een goede signalering van storingen
en een adequate storingsafhandeling. De gegevens bestaan uit meldingen van pompstoringen,
in- en uitslagen van pompen, en gemeten rioolwaterstanden en neerslagvolumes. Voorbeelden
van storingsmeldingen zijn ‘thermische storing’,
‘mechanische storing’, ‘elektrische storing’, ‘installatiestoring’ en ‘hoogwater’.
Een storing is gedefinieerd als het onvermogen
van een pomp om de taak uit te voeren waarvoor hij oorspronkelijk ontworpen was, namelijk
afvalwater transporteren tot maximaal zijn ontwerpcapaciteit. De configuratie van de pompen
in het gemaal is sterk bepalend voor de gevolgen
van een pompstoring. Als pompen elkaars functie
kunnen overnemen, kan het gemaal ondanks het
uitvallen van één van de pompen toch het aanbod
van afvalwater blijven verwerken.
OVERSTORTING
Storingsregistratie
De meest voorkomende oorzaak van storingen is
pompvervuiling, en dus mechanisch van origine
Als gevolg van de vervuiling loopt de pomp zwaar,
raakt oververhit en valt uit. Andere mogelijk oorzaken van pompstoringen zijn problemen bij het
opstarten van de motor en lucht in de persleiding
of het slakkenhuis van de pomp.
POMPWEKENCONTINUINBEDRIJF
Methodiek voor storingsanalyse
TIJDDAGEN
Figuur 1: Illustratie van de gevolgen van een gedeeltelijke verstopping van een pomp op de
vullingsgraad van een rioolstelsel. Gedurende 4 weken is p[omp 1 ingeschakeld,
maar de getransporteerde heoveelheden
rioolwater is ver beneden de ontwerpcapaciteit. Pas na de signalering ‘hoogwater’ is
de verstopping verholpen
100
Het verloop van pompstoringen in de tijd kan volledig beschreven worden door hun tussentijd en
duur in een (statistisch) model te vertalen. Om de
pompstoringen in een rioolgemaal te analyseren,
is een methodiek gebruikt, gebaseerd op Ascher
en Hansen (1998). Figuur 3 toont de stappen van
deze methodiek.
Loopt de pomp nog ?
Figuur 2: Pompvervuiling leidt to storingen (foto’s: GW Rotterdam).
Stap I onderzoekt of in de storingsgegevens onregelmatigheden, fouten en ‘outliers’ zitten. Dit
kunnen bijvoorbeeld fouten zijn in de registratie
of storingen met een extreem lange duur (een
maand of langer). Fouten en ‘outliers’ moeten
eerst verwijderd worden.
De beschikbare registraties kunnen aanleiding
geven tot foute interpretatie. Daarom is stap II
erop gericht eenduidige data te creëren. Deze
stap gaat in op de volgende vragen: welke typen
storingen zijn er? Zijn die storingen verschillend
van karakter? Hoe zijn storingsafhandeling en
onderhoudsplanning georganiseerd en wat is hun
invloed op het storingsverloop? Pompstoringen
kunnen bijvoorbeeld kort na elkaar optreden,
doordat een pomp eenvoudigweg wordt herstart
zonder de oorzaak van de storing op te sporen
en het probleem te verhelpen. Als een pomp in
zeer korte tijd (bijvoorbeeld één uur) meerdere
keren opnieuw wordt gestart, moet dit als één
storing beschouwd worden. Dit voorkomt dubbeltellingen.
Stap III, visuele analyse van het storingspatroon,
geeft informatie over de adequaatheid van de
storingsafhandeling. Daarnaast geeft het inzicht
in de verschillen in functioneren tussen pompen in
verschillende gemalen. Centraal staat de vraag of
het aantal storingen per tijdseenheid aanzienlijk
verandert gedurende de registratieperiode. Zulke
trendmatige veranderingen kunnen het gevolg
zijn van gebrekkige reparaties, veroudering,
vervanging of opknapbeurten. Figuur 4 geeft een
voorbeeld van trends in de storingsfrequentie.
Deze figuur laat zien dat na twee jaar een steeds
terugkerend probleem met de pomp uiteindelijk
opgelost wordt. Daarnaast kunnen clusters in de
storingen erop wijzen dat dezelfde storing steeds
weer terugkeert. Dit kan veroorzaakt worden door
het alleen maar herstarten van de pomp zonder
de storing echt te verhelpen.
Als een systeem veroudert, moeten storingsdata in
chronologische volgorde geanalyseerd worden. Anders kunnen onjuiste conclusies over het faaltempo
van het systeem getrokken worden. Veroudering
blijkt bij rioolpompen regelmatig voor te komen
en uit zich in trends in de storingsfrequentie. In
stap IV worden met de zogenaamde Laplace-test
trends in de storingsfrequentie zichtbaar gemaakt.
De test gebruikt een chronologisch geordende set
van de tussentijden van storingen T1, T2,…,Tm en is
als volgt gedefinieerd (Ansell en Phillips, 1994):
⎡1 n ⎤ 1
⎢ n ∑ ti ⎥ − 2 t
UL ≡ ⎣ i=1 ⎦
1
t
12n
waarin n = het aantal storingen, ti = het tijdstip
van de ie storing en t = het eind van de waarnemingsperiode. Als UL≈0, dan wordt de hypothese
dat de storingen een constante frequentie hebben,
niet verworpen. Als UL>1,96, dan is sprake van
een verslechtering van de betrouwbaarheid, bij
UL<-1,96 van een verbetering. Zowel verbetering
101
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
I
VALIDATIE STORINGSDATA
outliers en datafouten
II
ANALYSE STORINGSKENMERKEN
storingstypen, reparatieduur, beleid
III
VISUELE ANALYSE STORINGEN
aantal storingen als functie van tijd
IV
V
NEE
TREND IN FAALTEMPO
Laplace trendtest
MODEL OP BASIS VAN
VERDELINGSFUNCTIE
Exponentieel , lognormaal, Weibull, etc.
JA
MODEL MET TIJDSAFHANKELIJK
FAALTEMPO
Crows model, Cox -Lewis’ model
Figuur 3: Procedure voor storingsanalyse van pompen in rioolgemalen
Stap V is erop gericht de storingen met een statistisch model te beschrijven. Kenmerkend voor
storingen is de tijd tussen twee opeenvolgende
storingen en de duur van het buiten bedrijf zijn
na het moment van in storing vallen. De tijd tot
een volgende storing is onder meer afhankelijk
van stelselkenmerken, ouderdom van pompen en
sturing van pompen. Met name beleidsmatige of
organisatorische aspecten bepalen de duur van
het buiten bedrijf zijn, de reparatietijd. Denk aan
onderhoudsbeleid, beschikbaarheid van personeel
en aanwezigheid van back-upcapaciteit. Ook van
invloed zijn de weersverwachting, de aard van de
storing, de complexiteit van de demontage en de
beschikbaarheid van reserveonderdelen.
Als er geen trends in de storingen zijn, kunnen
de tussentijden beschreven worden met een
verdelingsfunctie. Vaak wordt de statistiek van
storingen beschreven als een zogenaamd ‘homogeen Poisson-proces’. Concreet betekent dit
dat verondersteld wordt dat de tussentijden van
storingen statistisch onafhankelijk en exponentieel
verdeeld zijn. Maar bij storingen van rioolpompen
102
is dit vaak niet zo. Dan is een beschrijving met een
ander type kansverdeling (bijvoorbeeld gamma,
lognormaal of Weibull) mogelijk. Een voorbeeld
van de beschrijving met een gamma verdeling
staat afgebeeld in Figuur 5.
Als de storingsfrequentie een trend vertoont, zijn
modellen nodig die processen met een niet-constant faaltempo kunnen beschrijven, zogenaamde
‘niet-homogene Poisson-processen’. Zij beschrijven de storingsfrequentie als een functie van de
#UMULATIEFAANTALSTORINGEN
als verslechtering vragen om een statistisch model
met een tijdsafhankelijke storingsfrequentie.
TIJDJAREN
Figuur 4: Trends in het storingsgebied van een pomp.
Na twee jaar lijkt een steeds terugkerend
probleem definitief verholpen te zijn.
Loopt de pomp nog ?
tijd. Veel van de modellen met een tijdsafhankelijk faaltempo zijn ontwikkeld om verbeteringen
in de betrouwbaarheid van hard- en software te
kunnen modelleren. Mogelijke beschrijvingen zijn
de modellen van Crow (1974) en Cox en Lewis
(1966). Het eerste model beschrijft de storingsfrequentie volgens een machtsfunctie, terwijl het
tweede een log-lineaire beschrijving hanteert.
Meer details over de toepassing van deze modellen
staan beschreven in Korving, 2004.
Als de vraag naar een pomp sterk varieert in de
tijd, zoals bij rwa-pompen, kan in plaats van de
betrouwbaarheid beter de beschikbaarheid ervan
gemodelleerd worden. Beschikbaarheid is het deel
van de tijd dat een component daadwerkelijk functioneert of in staat is te functioneren. Hiervoor
moet gedefinieerd worden wanneer er vraag is
naar een pomp. Dit is het geval als het putniveau
hoger is dan het inslagpeil van de pomp. Als die
pomp vervolgens niet binnen een aantal minuten
draait, treedt een storing op. Dit betekent dat
er vraag is naar een pomp als deze ingeschakeld
wordt of in storing valt. De beschikbaarheid van
een pomp is gedefinieerd als,
1 - P ( storing|pompvraag) =
1-
aantal storingen
aantal keer pomp in + aantal storingen
Dit geldt voor de situaties waarin een pomp werkt,
gegeven dat er vraag naar is.
KANSDICHTHEID
X
TUSSENTIJDSTORINGENU
De storingskarakteristieken van de verschillende
beheerders vertonen verschillen. Dit wordt grotendeels veroorzaakt door verschillen in de definitie
van een pompstoring en het onderhoudsbeleid. Het
gemiddelde aantal storingen per pomp bedraagt
afhankelijk van de beheerder tussen 4 en 13 per
jaar. In vergelijking met pompen in drinkwaterdistributienetten en poldergemalen treden storingen
bij pompen in rioolgemalen relatief vaak op. Dit
wordt onder meer veroorzaakt door de samenstelling van het afvalwater en het discontinue karakter
van het pompproces. De duur van reparaties is
gemiddeld 12 uur.
Storingen kunnen in clusters voorkomen, omdat
een pomp die in storing staat niet volledig wordt
gerepareerd, maar slechts opnieuw wordt opgestart. De storingsregistraties alleen kunnen geen
verklaring geven voor de clustering. Om geclusterde storingen beter te kunnen analyseren, is
meer kennis nodig over bijvoorbeeld aard van de
reparatie, duur van voorafgaande droge periode,
aanpassingen in besturingssoftware, warmtegevoeligheid van frequentieomvormers en aangroei
of luchtinsluitingen in de persleiding. Deze informatie wordt vaak niet vastgelegd in logboeken,
omdat de nadruk ligt op het verhelpen van storingen en niet op het leren van gebeurtenissen
uit het verleden. Naast clusters zijn ook trendmatige veranderingen in de storingsfrequentie
waarneembaar. Deze kunnen het gevolg zijn van
gebrekkige reparaties, veroudering, vervanging of
opknapbeurten.
Invloed van pompstoringen op functioneren
rioolstelsel
7AARNEMINGEN
'AMMAVERDELING
AB
Resultaten storingsanalyse
Figuur 5: Voorbeeld van de beschrijving van de storingstussentijden van een dwa-pomp met
een zogenaamde gammaverdeling
Gemiddeld blijken dwa-pompen zo’n 4% en rwapompen zo’n 2% van de tijd dat ze zouden moeten
pompen in storing te staan. Deze storingen hebben
een aanzienlijke invloed op het functioneren van
een rioolstelsel. Omgerekend naar overstortvolumes leidt dit tot een gemiddelde toename van
circa 15% in het jaarlijks overstortvolume als
gevolg van pompstoringen. Dit betekent dat door
103
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
beter functionerende pompen een deel van de
milieuvervuiling te voorkomen is. De effectiviteit
van investeringen in civieltechnische maatregelen,
zoals bergbezinkbassins, kan zelfs tenietgedaan
worden door slecht functionerende gemalen.
Toepassingsmogelijkheden
Er valt al snel winst te behalen door het gericht
monitoren van pompen en gemalen. Dan kan bijvoorbeeld worden afgewogen of het verbeteren
van de storingsafhandeling of het bouwen van
extra berging meer effect heeft voor een vermindering van de vuiluitworp. Een systematische
analyse is hierbij echter essentieel. Vaak zijn er
al wel gegevens voorhanden, maar worden ze niet
gebruikt voor het ontdekken van trends. Verder is
bijhouden van logboeken belangrijk. Analyse van
storingen levert waardevolle informatie op over
het juiste vervangingsmoment van een pomp,
maar is ook belangrijk voor de evaluatie van de
storingsafhandeling en de onderbouwing van het
bijplaatsen van reservecapaciteit.
De registratie van pompstoringen moet in elk geval
bestaan uit: waterstanden in de pompput, in- en
uitschakelingen van de pomp, door de pomp opgenomen vermogen en debieten in de afvoerleiding.
Een belangrijke indicator voor het naar behoren
functioneren van een pomp is het rendement.
Dit is het quotiënt van het stroomverbruik en het
geleverde debiet. Een laag rendement wijst op
een gehinderd pompproces, bijvoorbeeld door
verstopping van de aanzuigopening. Beneden een
zeker rendement moet een pomp als buiten bedrijf
beschouwd worden. Daarnaast is het zeer belangrijk dat logboeken bijgehouden worden om te
leren van gebeurtenissen uit het verleden. Zonder
logboeken kunnen patronen in het storingsgedrag
van een pomp veel moeilijker verklaard worden.
Storingsanalyse levert waardevolle informatie
op over het juiste vervangingsmoment van een
pomp, maar is ook belangrijk voor de evaluatie
van de storingsafhandeling en de onderbouwing
van het bijplaatsen van reservecapaciteit. Afhankelijk van de waargenomen storingsfrequentie en
104
de pompfunctie in het systeem, kunnen na een
storingsanalyse bijvoorbeeld prestatieniveaus
voor de verschillende pompen in een rioolstelsel
gedefinieerd worden. Dit kan ook voor andere
onderdelen van de riolering, zoals knijpriolen en
wervelventielen. Mede op basis van de vereiste
prestaties van onderdelen kan het dagelijks beheer
van het totale stelsel geëvalueerd.
Literatuur
Ansell J.I. en Phillips M.J. (1994). Practical Methods for Reliability Data Analysis. Oxford, Oxford
University Press.
Ascher H. en Hansen, C.K. (1998). Spurious exponentiality observed when incorrectly fitting a distribution to nonstationary data. IEEE Transactions
on Reliability. 47 (4): 451-459.
Cox D.R. en Lewis P.A.W. (1966) The Statistical
Analysis of Series of Events. London, Methuen.
Crow L.H. (1974) Reliability analysis for complex,
repairable systems. In: Reliability and Biometry.
Proschan F. en Serfling R.J. (red.). Philadelphia,
SIAM: 379-410.
Korving H. (2004) Probabilistic Assessment of the
Performance of Combined Sewer Systems. Proefschrift. Delft, Technische Universiteit Delft.
NWRW (1989a). De vuiluitworp van gemengde rioolstelsels. Eindrapport. Rapport 5.2. April 1989.
Den Haag, Ministerie van VROM.
NWRW (1989b). Effecten van emissies op oppervlaktewater. Hoofdrapport 9.1. Juli 1989. Den
Haag, Ministerie van VROM.
Stichting RIONED (2005). Een risicogebaseerde
beoordeling van gemengde rioolstelsels. Het
proefschrift van dr.ir. H. Korving samengevat en
bediscussieerd. Ede, Stichting RIONED.
Interacties binnen het afvalwatersysteem
Interacties binnen het afvalwatersysteem
dr.ir. J.G. Langeveld
Inleiding
In Nederland is het optimaliseren van afvalwatersystemen
sinds het eind van vorige eeuw gemeengoed geworden
(Mameren, van, 2001). Daarnaast is de in de praktijk
gegroeide methode voor het uitvoeren van optimalisatiestudies inmiddels vervat in Leidraad Riolering module
B1000. Zo op het oog is daarmee het optimaliseren van
afvalwatersystemen een goed ontwikkelde tak van sport.
In het licht van de huidige normen, de basisinspanning
en de effluenteisen, klopt dit beeld inderdaad redelijk.
Desondanks bestaat het gevoel dat met de gangbare
optimalisatiestudies niet het onderste uit de kan wordt
gehaald. Met name de interacties binnen het afvalwatersysteem blijven namelijk onderbelicht in deze studies.
Het is hierdoor heel goed mogelijk dat maatregelen die nu
getroffen worden op basis van deze optimalisatiestudies bij
een nadere analyse van de interacties binnen het afvalwatersysteem een stuk minder aantrekkelijk blijken te zijn.
Een bekend voorbeeld hiervan is de negatieve doorwerking
van extra berging in de riolering op het functioneren van
een afvalwaterzuivering (Durchschlag, 1990). Hierbij wordt
een deel van de winst bij de overstort teniet gedaan door
een extra vuillast bij de AWZI.
Om een beter beeld te krijgen van het belang van de
interacties binnen het afvalwatersysteem is eind 1999
aan de TU Delft het promotieonderzoek ‘Interacties binnen het afvalwatersysteem’ gestart. Figuur 1 geeft een
schematisch overzicht van een afvalwatersysteem. De
interacties omvatten hierbij conform een internationaal
gangbare definitie (Foundation for Water Research, 1998)
twee belangrijke aspecten:
- invloed van de riolering op het functioneren van de
afvalwaterzuivering via haar invloed op het verloop
van zowel het debiet als de samenstelling van het
influent;
- het feit dat de oppervlaktewaterkwaliteit wordt beïnvloed door de combinatie van effluent van de afvalwaterzuivering en rechtstreeks via overstorten en uitlaten
geloosd afvalwater.
dr.ir. J.G. Langeveld
Royal Haskoning / TU Delft
door water verbonden
105
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
$7!RUNOFF
INFLUENT
TRANSPORT
PERSLEIDINGEN
RIOLERING
!7:)
EFFLUENT
OVERSTORT
OPPERVLAKTEWATER
Figuur 1: Afvalwatersysteem inclusief interacties
sterk door op de effluentkwaliteit, zoals geïllustreerd in figuur 2.
De variaties in influent vrachten worden niet
alleen beïnvloed door variaties in de inloop van
rioolstelsels tijdens DWA (droogweerafvoer) en
RWA (regenweerafvoer), maar ook door de eigenschappen van rioolstelsels. Deze eigenschappen,
zoals aanwezigheid persleidingen, dode berging en
inslagpeilen van gemalen, bepalen in hoge mate
welke pieken in belasting de benedenstroomse
AWZI te verwerken krijgt. Het (operationeel) beheer van de riolering heeft hiermee een duidelijke
doorwerking op het functioneren van de AWZI.
Effect variaties in belasting afvalwaterzuivering
De influentvracht die moet worden verwerkt door
afvalwaterzuiveringsinstallaties (AWZI) kan sterk
fluctueren, doordat zowel het debiet als de concentraties in het influent variëren. Afhankelijk van
de situatie werken fluctuaties in de influentvracht
106
DEBIETMH
Dit artikel gaat in op de belangrijkste aspecten en
resultaten van het onderzoek. Voor meer gedetailleerde informatie en een nadere onderbouwing
wordt verwezen naar het proefschrift zelf.
DATUM
Figuur 2: Ammonium concentratie in het effluent
uitgezet tegen het influentdebiet.
CONCENTRATIE.(INEFFLUENTMG.L
Het onderzoek naar de interacties binnen het
afvalwatersysteem heeft een sterk verkennend
karakter gekregen binnen een zeer breed onderzoeksveld. Om een dergelijk breed onderzoek goed
van de grond te krijgen is een uniek samenwerkingsverband opgestart, waarin naast Arcadis, in
samenwerking met HKV Lijn in water en Vertis,
Grontmij en Witteveen+Bos participeerden. Mede
dankzij de inzet en brede achtergrond van de door
de partners afgevaardigde werkgroepsleden is het
onderzoek succesvol verlopen met een proefschrift
en een goed lopend vervolgonderzoek als tastbaar
resultaat.
Interacties binnen het afvalwatersysteem
Intermezzo modelleren AWZI Katwoude
Voor AWZI Katwoude is een ASM1 model
(Henze et al., 2000) opgesteld met behulp
van het simulatiepakket SIMBA. Dit model is
gekalibreerd aan de hand van de beschikbare
metingen van de sensoren, aangevuld met
een aantal monstername sessies. Voor een
uitgebreide discussie van de kalibratie en
validatie wordt verwezen naar het originele
werk. Hier wordt volstaan met de in figuur 3
gegeven vergelijking van het modelresultaat
met de metingen van de ammoniumsensor
bij de afloop van de beluchtingstank. De
overeenstemming tussen modelresultaat en
meting is over het geheel bezien behoorlijk
en het model kan daarom worden gebruikt
voor een nadere analyse van de gevoeligheid
van het functioneren van de AWZI voor influentfluctuaties.
Om te kunnen achterhalen welke variaties in de
influentvracht kunnen worden verwerkt op een
AWZI is een uitgebreide gevoeligheidsanalyse uitgevoerd met behulp van een gekalibreerd model
voor AWZI ‘Katwoude’, zie intermezzo.
Deze gevoeligheidsanalyse heeft aangetoond dat
een laagbelaste AWZI (meest toegepaste type AWZI
in Nederland) wel gevoelig is voor variaties in het
debiet en de stikstofvracht, maar niet voor variaties in de CZV-vracht. Dit houdt in dat rioleringsmodellen goed in staat moeten zijn om het debiet
en de stikstof concentratie te simuleren, terwijl
het simuleren van de CZV concentraties minder
van belang is in relatie met de AWZI. Aangezien
stikstof zich in de riolering voornamelijk bevindt
als opgelost of fijn gesuspendeerd materiaal is het
met het oog op de relatie met de AWZI voldoende
als rioleringsmodellen in staat zijn om de hydrodynamica (debiet) en het transport van opgeloste
stof (ammonium, CZVopgelost) te beschrijven.
Figuur 3: Simulatie resultaten voor nitrificatie. De bovenste grafiek toont de berekende en de gemeten ammonium
concentratie in de afloop van de beluchtingstank. De onderste grafiek toont de residuen (= verschil tussen
model en meting). Voor dag 60 werd aangetoond dat de ammoniumsensor in het influent onbetrouwbare
resultaten gaf. Hetzelfde is waarschijnlijk het geval op dag 69.
107
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Invloed riolering op influentfluctuaties:
state of the art van rioleringsmodellen
In het onderzoek is voor vier belangrijke processen
nagegaan in hoeverre gangbare rioleringsmodellen
te gebruiken zijn voor een analyse van de interacties tussen riolering en afvalwaterzuivering:
• Hydrodynamica
• Transport opgelost materiaal (en materiaal
< 63 µm)
• Transport gesuspendeerd materiaal
• Omzettingen
Hydrodynamica
Het kalibreren van hydrodynamische modellen voor
de riolering is inmiddels de kinderschoenen voorbij. De door Clemens (2001) ontwikkelde methode
voor kalibratie is op een aantal verschillende riool-
stelsels met succes toegepast. In het kader van dit
onderzoek zijn voor het rioolstelsel van Loenen 15
buien gekalibreerd. De gekalibreerde buien dienen
tevens als basis voor de analyse van de huidige
kennis van het transport van gesuspendeerd materiaal. De gesimuleerde waterstanden hebben
een afwijking die ligt in de orde van grootte van
enkele centimeters en ook het verloop van het
debiet in meting en model blijkt goed overeen te
komen tijdens een bui.
Transport opgeloste stof
Voor twee modellen, SOBEK en Hydroworks, is de
kwaliteit van de modelresultaten getoetst aan de
hand van tracerexperimenten en metingen.
In twee rioolstelsels, Loenen en Beekbergen, zijn
op een viertal locaties in totaal 9 succesvolle tracer
experimenten uitgevoerd. In elk experiment was
Figuur 4. Resultaat tracer experiment in Loenen. In het Matlab model is een dispersie coëfficiënt van 0,14 m2/s
gebruikt.
108
Interacties binnen het afvalwatersysteem
een duidelijke afvlakking van de tracer waarneembaar. De resultaten van de tracerexperimenten zijn
gebruikt om te toetsen of de wijze waarop het
transport van opgeloste stof in de modelpakketten SOBEK en Hydroworks is opgenomen juist is.
Hiertoe is in eerste instantie via een Matlab model
geanalyseerd of de in deze modellen opgenomen
advectie-dispersie vergelijking wel geldig is in de
onderzochte rioolstrengen. Figuur 4 laat zien dat
het opgestelde Matlab model goed in staat is om
het gemeten concentratieverloop te simuleren.
Volgens de literatuur vertonen de commercieel
verkrijgbare rioleringsmodellen een grote numerieke dispersie. Dit wordt bevestigd door de
resultaten van een modelvergelijking in figuur
5. Deze figuur geeft de resultaten van het doorrekenen van het verloop van de geleidbaarheid
met behulp van SOBEK en Hydroworks voor hetzelfde experiment als weergegeven in figuur 4.
Geen van de modellen (3 varianten in SOBEK, 1 in
Hydroworks) komt in de buurt van resultaten die
kunnen worden behaald met een model dat geen
numerieke dispersie vertoont.
De resultaten uit figuur 5 laten zien dat de optredende numerieke dispersie aan de hoge kant
is. Dit houdt in dat deze modellen pieken in
concentraties meer afvlakken dan op basis van
metingen mag worden verwacht. Hierbij moet
worden aangetekend dat de veranderingen in
concentraties in de tracerproeven veel groter is
dan in de praktijk in een rioolstelsel optreden.
Om na te gaan of de modellen in de praktijk wel
voldoen is in het rioolstelsel van Ulvenhout een
week lang het verloop van de ammoniumconcen-
Figuur 5: Gemeten geleidbaarheid in het benedenstroomse meetpunt in Loenen (14/12/01, experiment 1) ver
geleken met modelresultaten verkregen met Hydroworks en 3 verschillende SOBEK versies, waarbij is
gevarieerd met de ruimtestap dx. De numerieke dispersie in Hydroworks en in SOBEK bij een ruimtestap
dx van 5 meter bedraagt 1.1 m2/s. Bij een dx van 1 meter bedraagt de numerieke dispersie in SOBEK nog
altijd 0.4 m2/s, hetgeen ruim eer is dan de fysieke dispersie van 0.14 m/s.
109
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
tratie gemeten. Deze meetperiode heeft, naast
een DWA profiel, ook zeer waardevolle metingen
opgeleverd tijdens de bui van 01/03/04. In dezelfde periode was in het stelsel van Ulvenhout een
hydraulisch meetnet geïnstalleerd. De kalibratie
van het hydrodynamisch model is uitgevoerd in
opdracht van de gemeente door Witteveen+Bos.
Met behulp van dit gekalibreerde model is vervolgens de ammoniumconcentratie tijdens de bui
doorgerekend. Een gekalibreerd hydrodynamisch
Hydroworks model blijkt in staat om het verloop
van de ammoniumconcentratie behoorlijk goed te
beschrijven, zie figuur 6.
Transport gesuspendeerd materiaal
Het transport van gesuspendeerd materiaal is
onderzocht op basis van troebelheidsmetingen in
het rioolstelsel van Loenen. Uit een analyse van de
resultaten van het per bui gekalibreerde hydrodynamische model en de gemeten troebelheid volgt
dat het verloop van de troebelheid een duidelijke
relatie heeft met hydraulische parameters als
stroomsnelheid en schuifspanning. Een eenduidige
relatie is niet te bepalen, waarschijnlijk vanwege
de sterke variatie in eigenschappen van het gesuspendeerd materiaal. Nader onderzoek moet
uitwijzen in hoeverre het inzicht in de relatie tussen hydraulische omstandigheden en troebelheid
uiteindelijk kan leiden tot een betere voorspelling
van de vuilvracht over de overstort.
Omzettingen in de riolering
Op basis van literatuuronderzoek en een experiment uitgevoerd in het rioolstelsel van Beekbergen
is geconstateerd dat de variaties in CZV concentraties over de dag aanzienlijk groter zijn dan de
verandering in CZV concentraties door omzettingen in de riolering. Dit leidt tot de conclusie dat
de omzettingen in de riolering alleen in heel spe-
Figuur 6: Boven: Gemeten en gemodelleerd verloop van de waterstand. Onder: Gemeten en gemodelleerd verloop
ammoniumconcentratie bui 01/04/03, Ulvenhout.
110
Interacties binnen het afvalwatersysteem
Oppervlaktewater
Data conversie
“HWQSIMBA”
Rioolsysteem Loenen
Hydroworks QM vs. 6
Transport systeem
“Plugflow”
AWZI ‘Katwoude’
SIMBA 3.4 + ASM 1
Figuur 7: Semi-hypothetisch stedelijk afvalwatersysteem
cifieke gevallen van belang kunnen zijn voor het
analyseren van het functioneren van een AWZI.
Praktijkvoorbeeld
van Loenen en Katwoude is opgeheven door het
rioolstelsel op te schalen. In dit artikel wordt het
effect van de interacties geïllustreerd aan de hand
van een bui van 21 mm met een herhalingstijd
van 1 jaar.
In de praktijk is het van belang om te weten op
welke wijze de interacties binnen een afvalwatersysteem doorwerken op het functioneren van
een afvalwatersysteem. Dit is onderzocht voor de
volgende parameters, waarbij zowel naar concentraties in het effluent als naar de totale vrachten
is gekeken:
ammonium
totaal stikstof
biodegradeerbaar CZV.
Beschrijving case
Op basis van de gekalibreerde modellen van het
rioolstelsel ‘Loenen’ en AWZI ‘Katwoude’ is een
semi-hypothetisch afvalwatersysteem opgesteld,
dat loost op een locatie op het oppervlaktewater, zie figuur 7. Het verschil in schaalgrootte
Figuur 8: Gesimuleerde ammonium concentratie in
het effluent van de AWZI tijdens DWA en
bui A (T = 1 j). Na de bui daalt de ammoniumconcentratie tot het normale DWA niveau.
De tijd op de x-as is relatief ten opzichte van
de start van de simulatie om 17:30. De bui
111
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Tabel 1:
Locatie
Geloosde vracht tijdens de bui, beginnend om 22:30
Ammonium (kg NH4-N)
0.7
mm/h
0.6
mm/h
0.5
mm/h
Ntotaal (kg N)
0.7
mm/h
0.6
mm/h
CZVafbreekbaar (kg CZV)
0.5
mm/h
0.7
mm/h
0.6
mm/h
0.5
mm/h
196
Overstort
13
14
16
23
24
29
154
164
AWZI
39
28
19
239
207
176
79
74
69
totaal
52
42
35
262
231
204
233
238
264
Figuur 8 toont het verloop van de ammoniumconcentratie in het effluent van de AWZI tijdens DWA
en tijdens bui A. De ammoniumconcentratie in het
effluent begint bij de normale DWA concentratie
van ongeveer 0.5 mg N/l en loopt op tot 2.5 mg N/l
tijdens de bui. Na de bui neemt de concentratie
weer snel af tot het DWA niveau.
Naast de concentratie ammonium zijn ook de
concentratie totaal stikstof en afbreekbaar CZV
bepaald. In tegenstelling tot het verloop van de
ammoniumconcentratie kon voor deze parameters de kwaliteit van de simulatie met SIMBA niet
gekwantificeerd worden wegens een gebrek aan
data. Dit heeft tot gevolg dat ten aanzien van deze
parameters de simulatieresultaten moeten worden gezien als een indicatie van het functioneren
van de AWZI. In de rest van dit artikel worden de
fracties totaal stikstof en afbreekbaar CZV alleen
nog beschouwd als totaal vrachten.
Figuur 9: Doorwerking pompcapaciteit op ammoniumconcentratie in het effluent van de AWZI
tijdens de bui.De aanvangstijd van de bui is
in dit geval 22:30.
112
Effect variatie pompcapaciteit
Figuur 9 laat zien dat de piek in de ammoniumconcentratie in het effluent van de AWZI tijdens
een bui afneemt met de pompcapaciteit. Een
verlaging van de pompcapaciteit leidt ook tot
een verhoging van het overstortend volume.
Welk effect dominant is blijkt af te hangen van
de parameter op basis waarvan het functioneren
van het afvalwatersysteem wordt beoordeeld, zie
tabel 1. Een lagere pompcapaciteit leidt in dit
geval tot een reductie van de in totaal geloosde
ammonium- en stikstofvracht, maar tot een hogere
CZVafbreekbaar vracht.
Indien dezelfde bui niet om 22:30 valt, maar om
08:00, dan heeft dit een duidelijk effect op de
verdeling van de vuilvracht via het effluent en
via de overstort. Figuur 10 laat zien dat de ammoniumconcentratie in het effluent, zoals in de
vorige situatie, afneemt bij een reductie van de
pompcapaciteit. Met het oog op de totaal op het
oppervlaktewater geloosde vuilvracht, zie tabel
2 valt op dat het verlagen van de pompcapaciteit
Figuur 10: Effect van het verlagen van de pompcapaciteit op de ammoniumconcentratie in het
effluent van de AWZI. Bui A (T= 1 j), beginnend om 08:00
Interacties binnen het afvalwatersysteem
Tabel 2:
Geloosde vracht tijdens bui A, beginnend om 08:00
Locatie
Ammonium (kg NH4-N)
0.7
mm/h
0.6
mm/h
0.5
mm/h
Ntotaal (kg N)
0.7
mm/h
0.6
mm/h
CZVafbreekbaar (kg CZV)
0.5
mm/h
0.7
mm/h
0.6
mm/h
0.5
mm/h
991
Overstort
62
69
83
107
121
145
735
825
AWZI
37
24
15
212
183
157
76
69
62
totaal
99
94
98
320
304
302
812
895
1053
tot 0.6 mm/h positief werkt, maar dat het verder
verlagen van de pompcapaciteit tot 0.5 mm/h de
totaal geloosde ammoniumvracht juist weer doet
stijgen. Daarnaast geldt voor afbreekbaar CZV
dat de in totaal geloosde vuilvracht stijgt bij een
afnemende pompcapaciteit, net zoals bij bui A
beginnend om 22:30.
Op basis van deze resultaten kan wederom geconcludeerd worden dat de verdeling van de
vuilvracht over het effluent van de AWZI en de
overstort het totaal effect van maatregelen binnen
het afvalwatersysteem bepaalt. Daarnaast wordt
geconcludeerd dat het moment waarop een bui
plaatsvindt bepalend is voor de optimale instelling
van de gemaalcapaciteit.
Een soortgelijk effect treedt ook op bij maatregelen als het aanpassen van de berging in het rioolstelsel. Daarnaast volgt uit de resultaten van het
onderzoek dat het effect van maatregelen op de in
totaal geloosde vuilvracht niet alleen varieert per
parameter, maar ook per bui. De pompcapaciteit
waarbij de in totaal geloosde vuilvracht minimaal
is, is hiermee afhankelijk geworden van de eigenschappen van een bui.
oog op de verschillen tussen de huidige wijze
van het beoordelen van het functioneren van de
riolering, de basisinspanning, en de in de nabije
toekomst in het kader van de Kaderrichtlijn Water
te verwachten wijze van groot belang.
Een andere voor de praktijk interessante conclusie
is dat de ruimte voor optimalisatie binnen een
afvalwatersysteem bui-afhankelijk is. Sturing op
afvalwatersamenstelling is een zeer interessante
optie voor het omgaan met de in de tijd variërende
belasting van afvalwatersystemen. De kennis over
de interacties binnen het afvalwatersysteem zal in
het vervolgonderzoek gebruikt worden om nieuwe
sturingsstrategieën te ontwikkelen.
Tenslotte volgt uit het onderzoek dat het operationeel beheer van de riolering niet alleen
doorwerkt op de lozingen via de overstort, maar
ook op de effluentlozingen via de afvalwaterzuivering. Het operationeel beheer van de riolering
verdient daarom veel meer aandacht dan te doen
gebruikelijk binnen afvalwatersysteem optimalisatiestudies.
Literatuur
Conclusie
De hoofdconclusie van het onderzoek is dat de
interacties tussen riolering en afvalwaterzuivering
daadwerkelijk van belang zijn voor het functioneren van het afvalwatersysteem als geheel.
Daarnaast is geconcludeerd dat de parameter
waarop het functioneren van een afvalwatersysteem wordt beoordeeld, zoals overstortingsvolume, ammonium, totaal stikstof of CZV, voor een
groot deel de uitkomst van een afvalwatersysteem
optimalisatie bepaalt. Deze conclusie is met het
Clemens , F.H.L.R. (2001). Hydrodynamic models
in urban drainage: application and calibration.
Proefschrift Technische Universiteit Delft
Durchschlag, A. (1990). Longterm simulation of
pollutant loads in wastewater treatment plant
effluents and combined sewer overflows. Wat.Sci.
Tech. 22(10/11), pp.69-76
Foundation for Water Research (FWR), (1998).
Urban Pollution Management Manual. 2nd Edition. A planning guide for the management of
113
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
urban wastewater discharges during wet weather.
FR/CL 0009
Henze, M., Gujer, W., Mino, T. en Loosdrecht, M.
van. (2000). Activated sludge models ASM1, ASM2,
ASM2D and ASM3. IWA Scientific and Technical
Report No. 9, 2000
114
Langeveld, J.G. (2004). Interactions within wastewater systems. Proefschrift Technische Universiteit Delft.
Mameren, van, H. (2001). Afvalwater systeem
studies in Nederland. Voordracht namens ONRI
Werkgroep Riolering, Vakbeurs riolering 9 oktober
2001
AQUAREC - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
AQUAREC – Integrated Concepts for
Reuse of Upgraded Wastewater
dr.ir. J. de Koning
Inleiding
Watermanagement in het algemeen en in “de kleine waterketen” in het bijzonder kent al een lange historie in
Europa. De drinkwatervoorziening en de inzameling en
behandeling van afvalwater zijn van een hoog niveau.
Hergebruik van afvalwater kent daarentegen nog geen
brede toepassing in de meeste Europese landen. Door
een toenemende noodzaak tot het beschermen van onze
waterbronnen, een toenemend milieubewustzijn en een
streven naar duurzaamheid neemt de druk om te komen tot
waterhergebruik toe. Voordat hergebruik van afvalwater
(grootschalig) kan worden geïntroduceerd moet echter
nog een flink aantal hindernissen worden overwonnen.
Door een gebrek aan acceptatie en bewustzijn bij het
(grote) publiek en een gebrek aan normen, richtlijnen
en uniforme (Europese) wetgeving bestaan er nog tal van
technische, economische, ecologische en hygiënische risico’s en onzekerheden. De thans bestaande hindernissen
zijn alleen dan te overwinnen wanneer gekozen wordt voor
een interdisciplinaire en brede aanpak, waarbij strategie,
management en technologie aan bod komen.
dr.ir. J. de Koning
TU Delft
Aquarec wordt gesponsord door de Europese Unie (5e Kaderprogramma). Deze bijdrage aan de vakantiecursus geeft
eerst inleiding op Aquarec in het algemeen, waarna meer
in detail zal worden ingegaan op één van de workpackages
“Characterisation and assessment of technology in water
reuse cycles” (WP7). De TU Delft, sectie Gezondheidstechniek is trekker van dit workpackage.
Doelstelling
door water verbonden
Aquarec heeft als doel te komen tot integrale concepten voor het (her)gebruik van opgewerkt effluent van
afvalwaterzuiveringsinstallaties (awzi’s) als alternatieve
zoetwaterbron voor 2e kwaliteit water (industrie-, irrigatie- en huishoudwater en water voor kunstmatige
grondwateraanvulling).
Met Aquarec wordt gepoogd de afstand tussen wetenschap
en beleid met betrekking tot waterhergebruik te overbrug115
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
van systemen voor hergebruik en distributie van
water.
342!4%'9
-!.!'%-
%.4
FE
URBAN
PERIURBAN
4%#(./
,/'9
AGRICULTU
RE
LO
CA
L
E
BL
NA
AI
ST
SU
IC
OM E
ON BL
EC ASA
FE
Y E
ICL BL
BL TA
PU CEP
AC
SA
Figuur 1: Opzet van Aquarec
gen. Een breed spectrum van vakgebieden is in
Aquarec vertegenwoordigt: geografie, psychologie, marketing, techniek en volksgezondheid; allen
met de blik gericht op hergebruik van afvalwater.
De opzet van Aquarec kent drie niveaus: strategie,
management en technologie.
Strategisch niveau
Aquarec wil voorzien in beleidsrichtlijnen en
kwaliteitsnormen voor waterhergebruik in Europa.
Gebruikmakend van op GIS gebaseerde socio-economische kenmerken en analyse van watervraag en
–voorziening vanuit conventionele en afvalwaterbronnen, worden regionale kost- en prijsniveaus
en financierings- en implementatieconcepten
opgesteld.
Geïntegreerd watermanagement zou een standaard aanpak moeten zijn bij het in evenwicht
brengen van watervraag en –voorziening in regio’s
waar sprake is van waterschaarste, kwantitatief
en/of kwalitatief.
Digitale (web) handboeken voor de pre-implementatie-, implementatie- en bedrijfsfase worden
ontwikkeld als referentiemateriaal en richtlijnen
voor toekomstige eindgebruikers. Haalbaarheid,
studies naar publieke haalbaarheid, ontwerp,
bedrijfsvoering, onderhoud en kwaliteitscontrole
van systemen voor hergebruik van afvalwater zijn
de in de handboeken behandelde onderwerpen.
Technologie niveau
Het eerste deelproject op technologische niveau
is een inventarisatie, evaluatie, selectie en standaardisering van zuiveringsschema’s en unit operations voor het opwerken van awzi-effluent tot een
water dat voldoet aan de (hoge) kwaliteitseisen
voor hergebruik. Een tweede deelproject is de
ontwikkeling van simulatie- en ontwerpondersteunende software voor systemen van hergebruik
(zuiveringsschema’s, opslag en distributie). Hygiënische en veiligheidsaspecten worden hierbij
mede in beschouwing genomen.
Aquarec richt zich op het directe hergebruik van
stedelijk afvalwater, zie figuur 2. Hierbij wordt
opgemerkt dat een bodempassage deel kan uitmaken van de “advanced treatment”.
Consortium
Het totaal aantal partners in Aquarec is 17, afkomstig uit 12 landen (zie tabel 1). De rol van de
Watermanagement niveau
Om een veilig, publiek geaccepteerd, economisch
haalbaar en duurzaam hergebruik van afvalwater
te kunnen garanderen worden “best management
practices” geïnventariseerd en gevalideerd. Onderwerpen die hierbij aan bod komen zijn:
• haalbaarheid;
• kost / effectrelaties;
• marketing;
• financiering en fondsenwerving;
• engineering en
• bedrijfsvoering
Figuur 2: Hergebruik van effluent van awzi’s
116
AQUAREC - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
Tabel 1:
no
Partners in Aquarec
Full Organisation name
Country
Participant role
1
RWTH Aachen, Dept. of Chemical Engineering
Germany
project co-ordinator, strategic and technical issues
2
RWTH Aachen, University Hospital, Dept. of Germany
Environmental Medicine and Hygiene
quality parameters, micro-pollutants
3
Delft University of Technology, Dept. of Sanitary Netherlands
Engineering
technology review, water management
4
Cranfield University, School of Water Sciences
public acceptance, strategic prospects
5
Ben Gurion University of the Negev, Institute for Israël
Applied Research
quality parameters, agricultural reuse
6
Mekorot Water Company Ltd.
end-user, public acceptance, agricultural
reuse
7
Centre for Research and Technology Hellas, Che- Greece
mical Process Engineering Research Institute
industrial reuse
8
Exeter University, School of Engineering and U.K.
Computer Science
system design, simulation and optimisation
GEONARDO Environmental Technologies
geographical information systems (GIS)
9
U.K.
Israël
Hungary
10
Brno University of Technology, Institute of Mu- Czech Republic network design
nicipal Water Management
11
Aquafin NV, Water Body of Flanders
Belgium
end-user, urban applications
12
University of Valencia
Spain
water management & economics, feasibility study
13
University of Wollongong, Faculty of Enginee- Australia
ring
management of reuse systems, public acceptance, micro-pollutants
14
S.C. Apa Nova Bucuresti S.A. Qualità Depart- Romania
ment
End-user
15
University of Lodz, Dept. of Applied Ecology
Poland
ecology, co-operation with external endusers
16
Fundacion Gaiker
Spain
technology transfer, feasibility studies
17
University of Barcelona, Dept. de Productes Spain
Naturales Biologia Vegetal i Edafologia
verschillende partners varieert van onderzoeker
tot eindgebruiker.
Workpackages
Het onderzoek in Aquarec is verdeeld over 8 workpackages, een negende workpackage betreft het
project management (tussen haakjes de trekker
van het workpackage):
WP1: Analysis of European water and supply &
demand studies (GEONARDO Environmental
Technologies);
WP2: Definition of key objectives for water reuse
concepts (University of Barcelona);
risk assessment, reuse for irrigation
WP3: Development of integrated water reuse
strategies (RWTH Aachen, Dept. of Chemical
Engineering);
WP4: Development of analysis tools for social,
economical and ecological effects of water
reuse (Fundacion Gaiker);
WP5: Methodologies for public acceptance studies
and consultation (Cranfield University);
WP6: Management guidelines for the implementation and operation of water reuse cycles
(Aquafin NV);
WP7: Characterisation and assessment of technology in water reuse cycles (Delft University
of Technology);
117
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
WP8: Development and validation of system
design principles for water reuse systems
(Exeter University);
WP9: Project management and dissemination
(RWTH Aachen, Dept. of Chemical Engineering).
In figuur 3 wordt een overzicht gegeven van de
plaatsing van de workpackages op respectievelijk het strategisch, management of technologie
niveau. Tevens wordt bij elk workpackage de
belangrijkste output vermeld.
WORKPACKAGE 7: Characterisation and assessment of technology in water reuse cycles
Een belangrijk element in Aquarec is de waterzuiveringsmatrix. In deze matrix zijn processchema’s
voor afvalwaterbehandeling ingedeeld als functie
van de kwaliteit van het ruwe (afval)water en
het hergebruikdoel. De processchema’s zijn in de
matrix verder gekarakteriseerd met betrekking
tot kosten, procescontrole en milieuhygiënische
aspecten.
Bij het opstellen van de waterzuiveringsmatrix is
begonnen met het beschrijven van (alle) denkbare
hergebruikdoelen. Stedelijk afvalwater kan worden hergebruikt in industrie, in de woonomgeving
(irrigatie en huishoudwater), als landbouwwater
Figuur 3: Plaatsing van workpackages op de diverse niveaus en output
118
AQUAREC - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
RAWWASTEWATER
! )NDUSTRY
0RIMARYTREATMENT
" $OMESTIC(OUSEHOLD
#
SECONDARYTREATMENT
$OMESTIC)RRIGATION
4ERTIARYTREATMENT
$ .ATURE
% !GRICULTURE
%
%
NONPOTABLEREUSE
#
$ %
! " #
$ %
Figuur 4: Hergebruikdoelen met bijbehorende niveaus van behandeling
en ter aanvulling van natuurlijke waterlichamen.
Elk hergebruikdoel vraagt een andere waterkwaliteit welke kunnen worden bereikt met verschillende niveaus van behandeling (zie figuur 4).
Uit figuur 4 kan worden afgeleid dat afhankelijk
van de toegepaste behandelingsschema’s verschillende mogelijkheden voor hergebruik kunnen
worden voorzien. In de meeste gevallen zal een
trein van unit operations nodig zijn om de voor
hergebruik vereiste waterkwaliteit te bereiken.
Als eerste stap is op basis van recente literatuur een overzicht gemaakt van unit operations,
waaruit een realistisch behandelingsschema zou
kunnen zijn opgebouwd. Hierbij was de aandacht
met name gericht op verwijderingsrendementen
voor de verschillende stoffen die van belang kunnen zijn bij hergebruik. De unit operations zijn
vervolgens ingedeeld naar hun plaats in het totale
behandelingsschema; primaire, secondaire of tertiaire zuiveringsstappen. Zowel reeds bestaande
als nieuwe innovatieve unit operations zijn in
beschouwing genomen.
Primaire zuiveringsstappen
De volgende primaire zuiveringsprocessen zijn
beschreven:
A. Bezinking; verwijdering van onopgeloste
deeltjes onder invloed van zwaartekracht.
Het verwijderingsrendement kan worden
verbeterd door middel van het doseren van
coagulanten;
B. Dissolved air flotation; afscheiding door
middel van het injecteren van fijne luchtbelletjes. Veelal is het doseren van coagulanten
noodzakelijk voor het bereiken van goede
resultaten;
C. Fijnrooster;
D. Filtratie over een grof medium waarmee
deeltjes worden tegengehouden. Coagulanten
kunnen worden gedoseerd ter verbetering van
de verwijdering van fijne deeltjes;
E. Directe membraanfiltratie; verwijdering van
onopgeloste stoffen uit water met behulp van
een semi-permeabel membraan;
F. Magnetische afscheiding; verbeterde flocculatie met magnetische deeltjes gevolgd door
verwijdering met behulp van een magnetisch
veld (b.v. SIROFLOC);
G. ActifloTM-process; gecombineerde dosering van
fijn zand en vlokmiddel ter verbetering van
de bezinkingseigenschappen;
H. A-trap van het AB-proces; hoog belaste biologische voorzuiveringsstap, soms worden
chemicaliën gedoseerd (b.v. ijzer voor de
verwijdering van fosfaat);
I. Denitrificerende A-trap; hoog belaste biologische voorzuiveringsstap met dosering van
nitraat als elektronendonor;
J. UASR (Upflow Anaerobic Solid Retention);
bezinking en bio-adsorptie gevolgd door anaërobe behandeling.
Na het beschrijven van de primaire zuiveringsstappen zijn de verwijderingsrendementen geschat,
waarna een aantal is gekozen om te worden opgenomen in de waterzuiveringsmatrix. Processen
119
COD/
BOD
and screens
wastewater after
bar racks, grit removal
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
A sedimentation
a with coagulation
b without coagulation
B dissolved air flotation
a with coagulation
P
N
SS
+
+
+
++/+++
+
+/++
+/++
++/+++
+
++/+++
+/++
++/+++
(+)
++/+++
+
+
+++
+++
C fine screen
+
E direct membrane filtration
G ActifloTM-process
+
++
removal efficiency +: 0-35%, ++: 35-70%,
+++:70-100%
Figuur 5: Geschatte verwijderingsrendementen van de primaire zuiveringsprocessen
A, B, C, E en G zijn gekozen op basis discussies
binnen de onderzoeksgroep. Figuur 5 geeft een
overzicht van de verwijderingsrendementen van
de geselecteerde primaire zuiveringsprocessen.
Sommige primaire zuiveringsprocessen hebben
vergelijkbare zuiveringsrendementen, maar ook
grote verschillen komen voor.
Secondaire zuiveringsstappen
Na primaire zuivering volgen doorgaans secondaire
zuiveringsstappen. Sommige secondaire zuiveringsstappen kunnen ook direct voor ruw afvalwater worden toegepast. De volgende secondaire
zuiveringsstappen zijn in beschouwing genomen:
I. Aktiefslib (AS) (+ nabezinking); de omzetting
van organisch materiaal in een reactor met
vrij in water zwevende slibvlokken gevolgd
door afscheiding onder invloed van zwaartekracht. Stikstof wordt verwijderd door middel
van nitrificatie / denitrificatie en fosfaatverwijdering vindt biologisch of door middel van
chemische precipitatie plaats;
II. Oxydatiebedden (trickling filter, TF) (+bezinking); organisch materiaal wordt verwijderd
in een slib-op-dragerreactor;
III. Biorotoren (rotating biological contactors,
RBC); biologische behandeling door bacteriën
op een drager, welke afwisselend door het
afvalwater en de lucht draait;
IV. Ondergedompeld filter (submerged aerated
filter, SAF); biologische behandeling door slibop-drager. Zuurstofvoorziening door middel
van beluchting;
V. Stabilisatievijvers (stabilisation ponds,
StabP); grote bassins waarin bacteriën, algen
en andere micro-organismen groeien waarbij
120
organisch materiaal wordt afgebroken. Slib
blijft in de bassins achter;
VI. Rietvelden (constructed wetlands, CW); afvalwaterbehandeling door middel van natuurlijke
processen in rietvelden;
VII. Membraanbioreactor (MBR); zeer laag belast
aktiefslibproces (“hoge” slibconcentratie)
gecombineerd met slib/waterscheiding door
middel van membranen.
De mogelijke verwijderingsrendementen worden
gegeven in figuur 6.
Secondaire zuiveringsprocessen verwijderen voornamelijk organisch biologisch afbreekbaar materiaal en nutriënten. Afhankelijk van de belasting
kan het rendement variëren.
Tertiaire zuiveringsstappen
Tertiaire zuiveringsprocessen kunnen worden toegepast na primaire en secondaire zuiveringsstappen. Over het algemeen worden tertiaire processen ingezet om specifieke stoffen te verwijderen.
De volgende processen zijn beschouwd:
1. Mediafiltratie (MedFil); verwijdering van
deeltjes met behulp van filtratie door een
filterbed van zand en/of antraciet;
2. Oppervlaktefiltratie (surface filtration, SurFil); verwijdering van deeltjes met behulp van
filtratie door een dun “septum”, gebaseerd
op zeefwerking;
3. Membraanfiltratie (MemFil); verwijdering van
onopgeloste en opgeloste stoffen met behulp
van een semi-permeabel membraan. Afhankelijk van het soort membraan (microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie, omgekeerde
osmose) varieert de poriegrootte en ook het
suspended
solids
pathogens
viruses +
helmet eggs
+++
++/+++
++/+++
+++
(+)/+++
+++
TF
++/+++
++
++
+++
+++
(+)/+++
III
RBC
+++
++
++
+++
+++
IV
SAF
+++
++
++
+++
+++
V
StabP
++/+++
+/+++
+/+++
+/+++
+++
+++
VI
CW
++/+++
+/+++
++/+++
+++
VII
MBR
+++
++/+++
++/+++
+++
+++
+/++
salts
nitrogen
AS
phos
phorus
I
II
COD/
BOD
wastewater after
primary treatment
micro pollutants
AQUAREC - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
+
removal efficiency +: 0-35%,
++: 35-70%,
+++:70-100%
Figuur 6: Geschatte verwijderingsrendementen van de secondaire zuiveringsprocessen
5.
6.
7.
wastewater after
8.
secondary treatment
4.
verwijderingsrendement voor verschillende
stoffen;
Adsorptie; verwijdering van stoffen door
adsorptie aan een poreus materiaal, vaak
aktiefkool (activated carbon, ActCar);
Gasstrippen; “uitblazen” van vluchtige stoffen, met name ammonium;
Ionenwisseling (ion exchange, IonEx); vervanging van (schadelijke) ionen door van ionenwisselaar afkomstige ionen, gevolgd door
regeneratie;
Vergaande oxidatie (advanced oxidation,
AdvOx); afbraak van complexe organische
verbindingen door hydroxilradikalen, bijvoorbeeld ozon/UV en peroxide/UV;
Bodempassage (soil aquifer treatment, SAT);
infiltratie in en onttrekking uit de bodem,
verbetering van waterkwaliteit gedurende
verblijf in de bodem;
removal efficiency
9.
Maturatievijver (maturation pond, MatP);
verdere verbetering van kwaliteit (polishing)
door natuurlijke processen;
10. Rietvelden (constructed wetlands, CW) voor
polishing;
11. Desinfectie (disinfection, Disinf); inactiveren
van bacteriën en virussen met chemische
oxidatie (chloor, ozon etc.) of verwijdering
met behulp van membraanfiltratie.
De verwijderingsrendementen van de tertiaire
zuiveringsstappen worden gegeven in figuur 7.
Vanwege het hoge energieverbruik is gasstrippen
verder buiten beschouwing gelaten.
Er wordt nog opgemerkt dat afhankelijk van de te
verwijderen stoffen meerdere tertiaire processen
in serie kunnen worden geplaatst.
1
MedFil
+++
++/+++
++/+++
+++
(+)/+++
+++
2
SurFil
++/+++
++
++
+++
+++
(+)/+++
3
MemFil
+++
++
++
+++
+++
4
AdCar
+++
++
++
+++
+++
6
IonEx
++/+++
+/+++
+/+++
+/+++
+++
+++
7
AdvOx
++/+++
+/+++
++/+++
+++
8
SAT
+++
++/+++
++/+++
+++
+++
+++
9
MatP
+/+++
+/++
+/++
+/+++
+++
+++
10
CW
++/+++
+/+++
++/+++
++/+++
11
Disinf
+++
+++
+: 0-35%,
++: 35-70%,
+/++
+
+++:70-100%
Figuur 7 Geschatte verwijderingsrendementen van de tertiaire zuiveringsprocessen
121
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Behandelingsschema’s
Met de verschillende primaire, secondaire en
tertiaire zuiveringsprocessen kan voor elk hergebruikdoel een groot aantal behandelingsschema’s
worden samengesteld. Aan de hand van de volgende overwegingen kan echter enige beperking
worden aangebracht.
• Met betrekking tot de primaire zuiveringsprocessen:
> Meerdere processen leiden bij een vergelijkbare inspanning tot eenzelfde resultaat.
Niet alle processen hoeven dus in een verdere evaluatie worden meegenomen;
> Processen gebaseerd op hydrolyse van verontreinigingen moeten worden gevolgd door
biologische secondaire processen;
> Een totale verwijdering van deeltjes kan
worden bereikt met (een combinatie van)
primaire zuiveringsstappen.
• Met betrekking tot secondaire zuiveringsprocessen:
> Biologische processen kunnen opgeloste
organische verontreinigingen (opgelost CZV)
efficiënt verwijderen;
> Veel biologische processen leiden tot eenzelfde resultaat;
> Stikstof kan vrijwel geheel worden verwijderd met nitrificatie / denitrificatie;
> Vergaande verwijdering van deeltjes in de
primaire behandeling heeft slechts beperkte
voordelen voor de secondaire zuiveringsstap;
> De verwijdering van CZV, BZV, N en P gebeurt bij voorkeur in de secondaire zuiveringsstap;
> Membraanbioreactoren verenigen sommige
van de tertiaire zuiveringsstappen in zich.
• Met betrekking tot tertiaire zuiveringsprocessen:
> Media filtratie is een algemeen toepaste
voorbehandeling voor andere tertiaire processen;
Commentaar…
… op basis van ervaringen, opgedaan tijdens het verzamelen van informatie en het vergelijken van
verschillende behandelingsschema’s.
1. Er is sprake van een goed ontwikkelde kennis tot en met de secondaire behandeling van stedelijk
afvalwater, inclusief biologische en fysisch/chemische nutriëntenverwijdering. Processen en schema’s zijn bekend en de bedrijfsvoering is betrouwbaar met betrekking tot zowel de biologische
als de fysisch/chemische processen. Daarbij produceren deze processen een effluentkwaliteit
die voldoet voor de parameters CZV, BZV, N, P en zwevende stof, waarop de EU-richtlijnen voor
de lozing van effluent zijn gebaseerd.
Is sommige gevallen moeten awzi’s nog worden aangepast of uitgebreid om aan de normen te
voldoen.
2. De behandeling van secondair effluent wordt gedaan met meer geavanceerde technieken. Snelfiltratie en desinfectie kunnen tegenwoordig al als traditioneel en algemeen toegepast worden
beschouwd, andere tertiare processen worden minder vaak toegepast. Het specifieke van de
behandeling, afhankelijk van de kwaliteitseisen voor hergebruik, maakt tertiaire processen “anders”.
Vanwege het specifieke van elke situatie kunnen eerdere toepassingen en resultaten niet zondermeer vertaald worden naar elke andere situatie. Experimenteel onderzoek is een belangrijk
onderdeel van planning en ontwerp.
3. De EU-richtlijnen voor de lozing van effluent moeten als startpunt worden genomen bij onderzoek
naar vergaande behandeling van stedelijke afvalwater voor hergebruik. Veel landen zullen in
de toekomst (willen) voldoen aan de EU-richtlijnen, waarmee dit effluent de belangrijkste bron
voor afvalwaterhergebruik is op de korte termijn. Op de lange termijn zouden ook alternatieve
behandelingsschema’s haalbaar kunnen worden.
122
AQUAREC - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
> Tertiaire processen zijn vaak zeer specifiek
voor bepaalde stoffen.
•
• Met betrekking tot alle processen:
> Het slib van de primaire en secondaire stap
en de brijn van de tertiaire stap dienen
nog verder te worden behandeld, waarbij
de daarmee gemoeide inspanning vaak
minstens zo groot als die voor de eigenlijke
waterbehandeling.
De beschrijvingen van bovenstaande zuiveringsprocessen en de overwegingen ter beperking
hebben als input (database) gediend voor het in
WP8 (Development and validation of system design
principles for water reuse systems) ontwikkelde
computermodel.
Kenmerkende behandelingsschema’s
Gebaseerd op de waterzuiveringsmatrix en onderlinge discussie hebben de partners in WP7 een lijst
met behandelingsschema’s voor afvalwaterhergebruik opgesteld. Deze schema’s zijn kenmerkend
en vaak gerelateerd aan specifieke hergebruikdoelen. Bovendien zijn in de praktijk van deze
schema’s meerdere voorbeelden bekend.
Zonder andere schema’s te willen uitsluiten kan
gesteld worden dat met deze kenmerkende schema’s de meerderheid aan mogelijkheden voor
hergebruik worden vertegenwoordigd. In het kort
zijn de kenmerkende schema’s:
• Title 22: secondaire afvalwaterbehandeling
inclusief P- en N-verwijdering gevolgd door
een tweelaagsfilter (zand en antraciet) en
desinfectie met chloor of UV. Hergebruik als
stadswater, parkirrigatie en industriewater.
Dit schema bestaat als standaard in de VS;
• High quality: secondaire afvalwaterbehandeling inclusief P- en N-verwijdering gevolgd
door dubbele membraanfiltratie (MF/UF gevolgd door RO) en tenslotte desinfectie met
UV. Soms kunnen ook andere processen deel
uitmaken van dit schema. Het behandelde
water is zeer goed van kwaliteit, vele toepassingen zijn dan ook mogelijk (industrie,
huishouden, etc.). Voorbeelden: Water
•
•
•
•
•
Factory 21, Sydney Olympic Park en Torreele
(België).
Only disinfection: secondaire afvalwaterbehandeling gevolgd door desinfectie met
chloor. Hergebruik voor irrigatie met beperkingen. Veel voorbeelden in Europa.
Local MBR: kleinschalige behandeling van
(een deel van) afvalwater met een compacte MBR-installatie. Hergebruik in directe
omgeving (voor toiletspoeling). Toegepast in
Japanse kantoorgebouwen, sinds kort ook in
aantal Europese steden (o.a. winkelcentra).
Soil treatment: secondaire afvalwaterbehandeling inclusief P- en N-verwijdering
gevolgd door infiltratie in de bodem gevolgd
door onttrekking na zekere verblijftijd. Hergebruik voor irrigatie zonder beperkingen.
Voorbeelden: rond de Middellandse Zee
(Israël).
Wetlands: secondaire afvalwaterbehandeling
inclusief P- en N-verwijdering gevolgd door
rietvelden als natuurlijke polishing stap. Hergebruik in natuur of landbouw. Voorbeelden in
Noord-Europa (Nederland: Waterharmonica),
en Zuid-Europa (Spanje).
Lagooning: behandeling van afvalwater met
vijversysteem (verschillende types in serie)
soms gevolgd door desinfectie met chloor.
Hergebruik voor irrigatie met vergaande
beperkingen. Vaak voorkomende toepassing
in Mediterrane landen met matige afvalwaterbehandelingsvoorzieningen.
Direct membrane filtration: micro- of ultrafiltratie van ruw afvalwater. Hergebruik
in landbouw. Nieuw concept, op diverse
plaatsen in onderzoek (Nederland, China,
Israël).
Natuurlijk bestaan er allerlei variaties op de genoemde kenmerkende schema’s, vaak afhankelijk
van de lokale situatie, waaronder de aanwezige
afvalwaterinfrastructuur en regelgeving.
Tot slot
Momenteel richt het onderzoek in WP7 zich op het
bestuderen van de genoemde kenmerkende sche123
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
ma’s, waarbij naast een algemene beschrijving
voor elk schema een aantal case studies uitgebreid
wordt beschreven en geëvalueerd.
Aquarec wordt binnen WP7 afgesloten met een
beschouwing over hergebruikschema’a gebaseerd
op zuiveringsprocessen die recent ontwikkeld of in
ontwikkeling zijn en uitzicht bieden op nog betere
zuiveringsschema’s.
“Door water verbonden” is het thema van deze
vakantiecursus. Van Aquarec kan gezegd worden
dat het dit thema tweevoudig invult; ten eerste
is er de verbinding tussen zo’n 35 waterprofessionals uit Europa, Israël en Australië. Daarnaast
wordt met Aquarec een verbinding gelegd tussen
afvalwater en gebruikswater.
Literatuur
Asano, T., Levine A.D. (1998) Wastewater reclamation, recycling, and reuse: an introduction. In T.
Asano: Wastewater reclamation and reuse, 1-56.
Technomics, Lancaster.
Booker,N.A., Cooney,E.L., Priestley, A.L. (1996)
Ammonia removal from sewage using natural zeolite, Wat. Sci. Tech. 34(9), 17-24.
Baldry, M.G.C., French, M.S. (1989) Activity of
peracetic acid against sewage indicator organisms.
Wat Sci Tech. 21, 1747-1749.
Bryant, E.A. et al. (1992) Disinfection Alternatives
for Safe Drinking Water. New York: Van Nostrand
Reinhold.
Bomhardt, C., Drewls, J.E., Jekel, M., Removal of organic halogens(AOX) from municipal wastewater by
powdered activated carbon (PAC)/ activated sludge
(AS) treatment, Wat. Sci. Tech. 35(10), 147-153.
Chmielewska-Horvalthová, E. (1996) Advanced
wastewater tretment using clinoptilolite, Environmental Protection Engineering 22, 15-22.
124
Clark, R.M., Lykins, B.W.Jr. (1989) Granular Activated Carbon: design operation and cost, Lewis
Publishers, Chelsea, Michigan USA.
Graaf, J.H.J.M. van der (1995) Behandeling van
afvalwater I en II, TUDelft lecture notes n50 en
n51, Sectie Gezondheidstechniek, Delft.
Graaf, J.H.J.M. van der, Koning, J. de, Ravazzini,
A., Miska, V. (2004) Treatment matrix for reuse of
upgraded wastewater, 4th World Water Congress
(IWA), Marrakech, september 2004.
Green, M., Mels, A., Lahav, O., Tarre, S. (1996)
Biological Ion exchange process for ammonium
removal from secondary effluent, Wat. Sci. Tech.
34(1/2), 449-458.
Harland, C.E., (1994) Ion Exchange: theory and practice (2nd ed.) The Royal Society of Chemistry, UK.
HDR Engineering, Inc., (2001) Handbook of public water
system, John Wiley and sons, Inc.New York, USA.
Jørgensen,S.E., Libor,O., Lea Graber,K., Barkacs,K.
(1976) Ammonia removal by use of clinoptilolite,
Water Research 10, 213-224.
Koon, J.H., Kaufman, W.J., (19 75) Ammonia removal from municipal wastewaters by Ion Exchange,
Journal WPCF 47(3), 448-465.
Koning, J. de (1995) Dissertation: Het onderzoek
naar de gekombineerde behandeling van met
hexacyanoferraat verontreinigd grondwater en
stedelijk afvalwater, DUP Science, Delft.
Krofta, M., Miskovic, D. and Burgess, D. (1995)
Primary-secondary flotation of three municipal
waste waters: pilot-scale study, Wat. Sci. Tech.
31(3/4), 295-298.
Lefevre, F., Audic, J.M., Ferrand, F. (1992)
Peracetic acid desinfection of secondary effluents
discharged off coastal seawater. Wat. Sci. Tech.
25(12), 155-164.
AQUAREC - Integrated concepts for reuse of upgraded wastewater
Liberti, L. de la, Passino, R., (1981) An Ion Exchange Process to recover nutrients from Sewage,
Resources and Conservation 6, 263-273.
Mc Laren, J. R., Farquahar, G.J. (1973) Factors
affecting ammonia removal by Clinoptiolite, J.
of the Environmental Engineering Division, EE4
august, 429-447.
Mels, A. (1993) A combined Physico-Chemical
Biological Process for ammonium removal, using
zeolite Technion-Israel Institute of Technology,
Haifa, Israel.
Metcalf & Eddy (1991) Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse (3rd edition), New York.
Metcalf & Eddy (2003) Wastewater Engineering,
Treatment and Reuse (4th edition), New York.
Mouri, M. and Niwa, C. (1993) Pilot plant studies
on filtration of raw sewage using floating filter
media and multiple filter column inlets. Wat. Sci.
Tech. 28(7), 143-151.
Mulder, M. (1997) Basic principles of membrane
technology (2nd edition, corrected), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.
and products conference for wastewater treatment
and stormwater collection”, Toronto, 4-7 June.
Plum, V., Dahl, C.P., Bentsen, L., Petersen, C.R.,
Napstjert, L. and Thomsen, N. B. (1998) The Actiflo-method. Wat. Sci. Tech. 37(1), 269-275.
Rav-Acha, C., Kummel, M., Salamon, I., Adin, A.
(1995) The effect of chemical oxidants on effluent
constituents for drip irrigation. Wat. Res. 29(1),
119-129.
Rosenwinkel, K.-H. (2001) Course script Industrial
Wastewater Treatment, University of Hanover.
Rudd, T., Hopkinson, L.M. (1989) Comparison of
disinfection techniques for sewage and sewage
effluent. Journal IWEM 3, 612-618.
Salgot, M., Folch, M., Tapias, J., Deocón, M.,
Huertas, E., Vergés, C. (2002) Wastewater Treated
by Advanced Disinfection Systems and its Reuse.
In: Management and re-use aspects in wastewater treatment in small aglomerations, Session 3.
Sevilla, Spain: International Conference on Small
Wastewater Technologies and Management for the
Mediterranean Area.
Nieuwenhuijzen, A. F. van (1996) Optimalisatie
van vlokkingsfiltratie voor RWZI-effluent, M.Sc.
thesis, Sectie Gezondheidstechniek, Technische
Universiteit Delft.
Sanchez-Ruiz, C., Martínez-Royano, S., TejeroMonzón, I. (1995) An evaluation of the efficiency
and impact of raw wastewater disinfection with
peracetic acid prior to ocean discharge. Wat. Sci.
Tech. 32(7), 159-166.
Nieuwenhuijzen, A. F. van (2002) Dissertation:
Scenario studies into advanced particle removal
in the physical-chemical pre-treatment of wastewater, DUP Science, Delft.
Savoye, P., Janex M.L., Lazarova, V. (2001) Wastewater disinfection by low-pressure UV and ozone:
a design approach based on water quality. Wat.
Sci. Tech. 43(10), 163-171.
Ødegaard, H. (1997) Optimised particle separation
in the primary step of wastewater treatment,
IAWQ-conference Japan, June 1997.
Sayed, S.K.I. (1985) Het functioneren van de A-trap
in het A/B-proces, Vakgroup Milieutechnologie, LU
Wageningen.
Poder, N. le and Binot, B. (1995) Treatment of
combined sewer overflow (CSO) with high speed
microsand settling, In Proc. of WEF Conference
“New and emerging environmental technologies
STOWA (1998) Fysisch/chemische voorzuivering van
afvalwater, (Rapportnummer 98-29), Utrecht.
125
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
STOWA (2001) Ionenwisseling voor stikstofverwijdering uit afvalwater, (Rapportnummer 2001-19),
Utrecht.
Schellen, A.A.J.C. (1997) Afvalwater zuiveringsinrichting Rotterdam-Dokhaven – verbetering van
de nutrientenverwijdering door een proces-geintegreerde aanpak, conceptrapport.
Tanaka, Y., Miyajima, K., Funakosi, T. and Chida,
S. (1995) Filtration of municipal sewage by ring
shaped floating plastic net media, Water Research
29(5), 1387-1392.
126
Torre Gutierrez, L. de la, (1999) Ammonium removal from municipal wastewater by Ion Exchange,
M.Sc. thesis TU-Delft (Sectie Gezondheidstechniek), DUP Science, Delft.
Witte, H., Keding, M. (1992) Erste Versuchsergebnisse zum Einsatz natürlicher Zeolithe zur Stickstoff-Elimination auf einerdeutschen Kläranlage.
Abwassertechnik 2, 56-60.
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
Waterketenland, en wat vindt de
Waterklant?
ir. L.J.W. Hendriks
Samenvatting
Waterleidingbedrijven en Waterschappen zorgen dagelijks
voor het drinkwater en de zuivering van afvalwater van
miljoenen klanten. Het is wat wrang dat ondanks al die
goede zorgen de klanten zich nauwelijks bewust zijn van
de organisaties achter deze primaire voorzieningen. De
vraag is dan ook of de klanten wel zitten te wachten op
een samenvoeging
van de diensten,
laat staan op het
samengaan van de
organisaties. Wordt
de klant beter van
samenwerking in de
waterketen? Is hij
niet meer gebaat
bij een verdere
kwaliteitsverbetering en kostendaling van elk van de
gescheiden waterketenonderdelen
op zich?
ir. L.J.W. Hendriks
Hydron Flevoland
Vertrouwen in de waterketen ondanks de
schaarse successen.
In Nederland is “de waterketen” nu ongeveer zeven jaren
een actueel onderwerp. Gedurende deze periode zijn er
al ettelijke miljoenen Euro’s in het opzetten van allerlei
samenwerkingsverbanden gepompt en desondanks wil het
maar niet lukken. Zeven magere jaren. Er is dan ook al iets
ontstaan dat wel “Waterketenmoeheid” wordt genoemd.
Aan de andere kant zijn er ook nog steeds stemmen die vol
vertrouwen spreken over de toekomst van de waterketen.
Het is immers een goede zaak, zowel financieel, voor het
milieu en natuurlijk voor de klant!
door water verbonden
127
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Het vertrouwen dat ook
staatssecretaris Melanie
Schulz uitspreekt in de waterketen kan echter niet
gebaseerd zijn op de ervaringen die Nederland de
afgelopen jaren heeft opgedaan. De hierna volgende
analyse laat zien dat de waterketen in Nederland
in de eerste plaats een politiek speelveld is waarbij de belangen vanuit existentie en concurrentie
de hoofdrol spelen en dat de klant op de laatste
plaats komt. De klant is echter niet of nauwelijks
op de hoogte en heeft dus ook geen mening over de
waterketen. Feitelijk is er voor de meeste klanten
ook weinig heil te verwachten van samenwerking
in de waterketen.
Uit de analyse blijkt dat op twee deelgebieden
mogelijk succes te bereiken is. Dat zijn:
- de afvalwaterketen (ook wel de kleine waterketen genoemd) waarbij transport, berging en
behandeling van afvalwater op elkaar worden
afgestemd (inclusief afkoppeling van regenwater);
- kringloopsluiting bij grote industriële klanten.
Samenwerken in de waterketen
geeft winst
28 februari 2001
De waterschappen in de provincie Groningen, het Waterbedrijf Groningen, de
Provincie en de Groningse gemeenten gaan
in de toekomst intensiever samenwerken op
het gebied van drinkwaterwinning.
Deze samenwerking in de waterketen – een
keten van drinkwaterwinning – leidt tot
kostenbesparing en een betere dienstverlening voor de klant. De belasting
voor het milieu wordt waar mogelijk gereduceerd er wordt geïnvesteerd in een
duurzaam Groningen.
Met die winstkansen in het vooruitzicht
hebben de genoemde instanties de handen
ineen geslagen.
Deze partijen die de
waterketen verbinden zullen in de toekomst intensiever gaan samenwerken. In
een zestal projecten zullen zij de winstkansen in de keten van drinkwaterwinning
– transport – watergebruik – riolering
(transport) – waterzuivering gaan onderzoeken.
128
Groningse waterketen – ontspoord
30 december 2001
De Groningse bestuurders, van waterschappen en waterbedrijf tot provinciebestuur, vinden de milieuwinst evenwel
onvoldoende, “maatschappelijke” kostenbesparing (een verhullende term waarmee
men bij nader inzien de bedrijfskosten
blijkt aan te duiden) zit er niet aan
vast en de service aan watergebruikers
denken ze via andere wegen te verbeteren (nog maar weer eens folders over
waterbesparing?). Het is een verzameling
slordige criteria, omdat er niet bij
staat hoeveel de milieuwinst had moeten
zijn en aan wie de kostenbesparing ten
deel had moeten vallen.
De samenwerking in de waterketen is de afgelopen jaren regelmatig vol in het nieuws. Bij de
publicatie van deze projecten wordt bewust de
publiciteit opgezocht bij de start. Vanzelfsprekend
wordt dan ook een kennelijke mislukking door de
media breed uitgemeten.
Dit zijn de min of meer bekende voorbeelden.
Daarnaast zijn er echter een groot aantal samenwerkingsverbanden in de waterketen die minder in
de publiciteit staan en waar met wisselend succes
in stilte wordt gevierd en gerouwd.
Op basis van een verslag van een interviewronde
van VEWIN in 2004 (P. Daane) en een aanvullend
internet- en telefoononderzoek is een zo volledig
mogelijk overzicht (tabel 1 t/m 3) samengesteld
van de verschillende activiteiten die de afgelopen
7 jaren in de waterketen zijn gestart en soms
weer beëindigd.
De meeste initiatieven bestaan uit “intenties tot”
en “onderzoeken naar mogelijkheden tot” samenwerking in de waterketen. Uit het overzicht blijkt
dat dergelijke intenties jaren kunnen voortbestaan
en nog steeds worden gestart. Resultaten zijn tot
ONDANKS POSITIEVE RESULTATEN VAN DE
PILOTS HAKEN PARTIJEN AF
Geen waterketenbedrijf in
Limburg
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
Tabel 1
1. Onderzoek naar samenwerking
Waterleidingbedrijf
Waterschap
Gemeente
1998
Waterpact van Twente
WMO/Vitens
Regge en Dinkel
Hengelo, Wierden, Almelo, Borne, Enschede
1999
Intentie samenwerking
Hydron MN
Vallei en Eem
1999
Waterpact van Zwolle
Vitens
Groot-Salland
2000
Waterleidingbedrijf Limburg
WML
Zuiveringsschap Lim- Op één na alle Limburgse
burg
gemeenten
2001
Onderzoek waterketen Groningen
Waterbedrijf Gronin- Waterschappen Gro- Groningse gemeenten
gen
ningen
2002
Zuiveringskring Zaandam-Oost
Duurzaamheidsstudie
PWN
USHN
2003
Onderzoek naar samenwerking
WLB Amsterdam
A m s t e l G o o i e n Amsterdam DWR
Vecht/DWR
2004
Stuurgroep toekomst waterketen Vitens
Gelderland
2004
Samenwerkingonderzoek
Delta
Zeeuws Vlaanderen
2004
Intentieverklaring
Brabant Water
De Dommel
Zwolle
Zaanstad, Oostzaan,
Landsmeer
Gelderse Waterschap- 15 Gelderse gemeenten
pen
Tabel 2
2. Riolering, IBA’s en afkoppelen
Waterleidingbedrijf
1998
Waterstromen
1999
Aquario
Vitens
2000
Waterway
WMO
2000
Trideau
Hydron Zuid-Holland
2001
Onderhoud riolering
Hydron Flevoland
2001
Waterketenbedrijf DZH/Rijnland
DZH
2001
Hydroketen
Brabant Water
Waterschap
Gemeente
Rijn en IJssel
Wetterskip Fryslan
5 gemeenten
VAOP/VNG
ZHEW
Zeewolde
Rijnland
Noordwijkerhout
Tabel 3
3. Water op maat/industriewater
Waterleidingbedrijf
Waterschap
Gemeente
1999
Samen Stromen Werkwater
TWM Tilburg
De Dommel
Tilburg
1997
E-Water groep
WML
Limburg
1998
Aqualink
WMO (Vitens)
Regge en Dinkel
2002
Waterfabriek Emmen
WMD
Velt en Vecht
1998
Waterstromen
nog toe uiterst mager in vergelijking tot de hoeveelheden geld (enkele miljoenen euro’s) die zijn
uitgegeven aan studies en bestuurlijke overleggen.
De vraag is hoelang de klanten deze weg van goede
voornemens nog accepteren.
Met de verbanden die zijn gestart met het doel
activiteiten op het gebied van riolering, IBA’s en
afkoppelen van regenwater uit te voeren, is het
slecht gesteld. De “sky-is-the-limit”-sfeer voor
de IBA’s is bekoeld en ook voor de clustering
Rijn en IJssel
van onderhoud van riolering is een lange, voor
sommigen té lange, adem nodig. Het is frappant
om te moeten constateren dat de successen die
een bedrijf als Aquario boekt bij het overnemen
van onderhoud van riolering bewust niet wordt
geëtaleerd. Het is overigens wel te vinden in de
openbare gemeentelijke informatie.
De samenwerking in de waterketen is ook gezocht
bij de ontwikkeling van diensten voor de grote
waterverbruikers. Hoewel de projecten op zich
129
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
BENCHMARK DRINKWATER: STEEDS MEER GRIP OP KOSTPRIJS WATER
19-11-2004
WOERDEN – De kostprijs van drinkwater is sinds 2000 met gemiddeld een cent per kubieke
meter per jaar gestegen Met inflatiecorrectie zouden de kosten zelfs 4 procent gedaald
zijn. De waterkwaliteit is zeer goed. Dat blijkt uit de benchmark van branche-organisatie VEWIN. De waterleidingbedrijven kunnen de kosten in de hand houden door nieuwe
productietechnieken, automatisering en minder personeelslasten. Met name PWN, Vitens
en Branbant Water scoren goed. Hydron Flevoland kampt wel met een forse toename van
kosten.
redelijk succesvol zijn, blijkt de samenwerking
zeer lokaal en de successen bovendien niet afhankelijk van samenwerking. Integendeel, het
aantal voorbeelden waarbij een waterschap of
drinkwaterbedrijf solo opereert, al dan niet via
een speciaal bedrijf, is groter in aantal én omzet.
Zie hiervoor de projecten van Waterbedrijf Groningen en Evides.
Tenslotte zijn er nog de zogenoemde meeliftovereenkomsten waarbij de waterschapsgelden
en/of gemeentelijke rioolheffingen door de
waterleidingbedrijven worden gefactureerd en
geïnd. In totaal zijn er 7 waterschappen (20%)
die meeliften.
Bij het analyseren van de bovenstaande tabellen
blijkt dat ondanks een grote mate van goede wil
om de voorgespiegelde voordelen van samenwerking te bereiken, dat de inspanningen vooralsnog
meer kosten dan dat ze opleveren. Met uitzondering van het meeliften hebben de klanten dan ook
Forward position
Kern
Vitale belangen
Buffer zone
Pivotal zone
D’Aveni 2002
130
nog weinig kunnen merken van de samenwerking
in de waterketen.
Waarom wil het niet lukken; Het concept
van Strategisch Overwicht
Om tot een analyse te komen van de onderliggende krachten en machten in het spel dat in de
waterketen wordt gespeeld is gebruik gemaakt
van de concepten van strategievorming volgens
Richard D’Aveni (Strategisch overwicht, 2002).
Weliswaar is deze opgebouwd voor een strategie
in een marktomgeving, doch het door D’Aveni
gehanteerde uitgangspunt maakt een toepassing
voor de watersector mogelijk én interessant.
Het uitgangspunt is dat de sectoren waarin de
organisaties opereren, zijn volgroeid en dat het
prijsmechanisme transparant is.
D’Aveni beschrijft een aantal strategieën hoe ondernemingen in het huidige tijdsgewricht op een
ƒ Kern: activiteiten die of markt waarin producten
o bepalend zijn voor de identiteit van de onderneming
o legitiem zijn voor de onderneming
o grootste deel winst realiseren
o de spelregels (mede) door de onderneming worden gemaakt
ƒ Vitale belangen
o dragen bij aan imago van de kernproducten
o kritische kennis
o schaalvoordelen die kosten kernproducten drukken
o toegang tot afnemers
ƒ Buffer zone
o Activiteiten die het concurrenten moeilijk maken de kern of
vitale belangen aan te vallen
ƒ Pivotal zone
o nieuwe activiteiten/posities die kunnen uitgroeien tot
toekomstige kernactiviteiten
o de succesvolle activiteit heet de “forward position”
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
Waterleidingbedrijf
industriewater
Waterschap
facturering en
inning
aanleg
persleidingen
waterketen
onderzoek
onderhoud
riolering
facturering en
inning
afkoppelen
en
rioolberging
Gemeente
Waterketenactiviteiten in de invloedsfreer van de waterketenorganisaties 1
legale wijze machtsstrategieën kunnen ontwikkelen om hun winstgevendheid op pijl te houden.
Voor de spelers in de watersector is winstgevendheid geen eerste vereiste. Wel dient vanuit het
principe van maatschappelijke verantwoordelijkheid vanuit de (semi-) overheid een continue drive
voor het minimaliseren van de maatschappelijke
kosten aanwezig en aantoonbaar te zijn.
De maatschappij kan sinds enige jaren op eenvoudige wijze een opinie vormen over de prestaties ten aanzien van de kostenbeheersing in
de watersector. Dankzij de benchmark in de
drinkwatersector en bij de waterschappen is het
succes van het sturen op de financiële resultaten
sinds enige jaren voor iedereen toegankelijk en
daarmee een nieuwe drijfveer voor het zoeken
naar samenwerking.
Een van de door D’Aveni aangereikte concepten
voor strategievorming is de bepaling van de invloedssferen van de verschillende organisaties. In
de onderstaande figuur is dit nader uitgewerkt.
De verschillende activiteiten van de “waterketen organisaties” kunnen vervolgens volgens dit
principe worden uitgezet. De onderdelen van
de samenwerking blijken op het eerste gezicht
logisch op elkaar aan te sluiten. Centraal staat
het algemene “onderzoek tot samenwerking”
met daaromheen de daadwerkelijke opgestarte
initiatieven. In dit beeld ontbreekt echter het wettelijke kader dat voor elk van de actoren kansen
en bedreigingen met zich meebrengt. Dit komt
later aan de orde.
Voor de actoren in de waterketen geldt dat de
kerntaak wettelijk is verankerd. In het onder131
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
Drinkwaterbedrijven
Waterschappen
Gemeenten
· Kern:
o levering drinkwater
o inspectie van installaties
· Vitale belangen
o onderhoud waterwingebieden
o laboratorium activiteiten
o (kiwa)-onderzoek
o facturering en inning, adressen
database
· Buffer zone
o benchmark-onderzoek
o waterketenactiviteiten
o campings, golfbanen en
flessenwater
o reststoffenunie
· Pivotal zone
o alternatieven voor industriewater
o export kennis naar 3de wereld
· Kern:
o beheer kwaliteit en kwantiteit
oppervlaktewater
o beheer en onderhoud dijken en
vaarwegen
o transport en zuiveren van
afvalwater
· Vitale belangen
o grondwaterbeheer
o inning heffingen
· Buffer zone
o benchmark onderzoek
o laboratorium activiteiten
o slibverwerking
o visies op natuur en omgeving
o waterketenactiviteiten
· Pivotal zone
o ecologie en milieu
o beheer rijkswateren
· Kern:
o woonruimte
o verkeer
o milieu
o onderwijs
· Vitale belangen water
o regenwaterafvoer en berging
o gebruik bestrijdingsmiddelen
verhard oppervlak
o wateroverlast
o aanleg riolering
o gemeentelijk waterplan
·Buffer zone
o gecombineerd onderhoud
straten
o waterketenactiviteiten
o inning belastingen
· Pivotal zone
o heffing precario voor leidingen
Waterleidingbedrijf
industriewater
Waterschap
facturering en
inning
aanleg
persleidingen
waterketen
onderzoek
onderhoud
riolering
facturering en
inning
afkoppelen
en
rioolberging
Gemeente
Waterketenactiviteiten in de invloedsfeer van de waterketenorganisaties 2
132
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
staande overzicht is een overzicht gegeven van de
invloedssferen van de verschillende organisaties.
De spanning tussen existentiële bedreigingen en de motivatie tot samenwerking.
Een belangrijk verschil tussen de drinkwaterbedrijven enerzijds en de waterschappen en gemeenten anderzijds is het feit dat waterschappen en
gemeenten overheden zijn. Daarmee beschikken
deze organisaties over een veel bredere wettelijke
basis waarin naast de kernactiviteiten ook de
vitale belangen zijn afgeschermd voor inmenging
door derden.
Uit de analyse op basis van de modellen van
D’Aveni blijkt dat de wettelijke kaders de drie
“partijen” in de waterketen een grote bestaanszekerheid bieden. Vanuit deze zekerheid kan men,
zonder de kernactiviteiten in gevaar te brengen,
relatief vrijblijvend met elkaar van gedachten
wisselen over hetgeen in gezamenlijkheid bereikt
kan worden.
Dezelfde wettelijke verankeringen maken het vervolgens weer uiterst moeilijk, zoniet onmogelijk,
om de meest veelbelovende ideeën daadwerkelijk
uit te voeren. Immers, op het moment dat de kern
van het bestaan wordt geraakt, wordt de weg naar
verandering weer afgesneden.
Dit heeft verregaande consequenties voor de
mogelijkheden om activiteiten van de organisatie te vervreemden. Een sprekend voorbeeld
is de facturering en inning. Aangezien hier bij
gemeenten en waterschappen sprake is van belastingen zijn er beperkingen en mogelijkheden
die de waterleidingbedrijven niet hebben. Dit
komt naar voren in de speelruimte naar de klanten
(kwijtschelding, deurwaarder, planning facturen
etc). Het omgekeerde geldt echter ook. Zo zijn
waterleidingbedrijven veel flexibeler in de toepassing van bijzondere maatregelen (incassokosten en
aan- en afsluiten).
De wettelijke taken van de waterleidingbedrijven
beperken zich tot het produceren en leveren van
drinkwater. De wettelijke kaders van de van waterschappen en gemeenten strekken zich verder uit
en bieden ook bescherming voor de vitale belangen
die direct samenhangen met de kerntaken.
De existentiële bedreigingen zijn voor elk van
de partijen verschillend. Voor gemeenten levert
het afstoten van de activiteiten die met riolering
te maken hebben, tot een verschraling van de
autonome zeggenschap over de inrichting en het
onderhoud van de gemeentelijke infrastructuur.
Voor waterschappen leidt de samenwerking met
betrekking tot afvalwatertransport en behandeling
tot een sterke reductie van de taakomvang. Bovendien wordt de interne koppeling van watersysteem
en -keten doorbroken.
Bedreigingen voor de waterleidingbedrijven zijn
daarentegen nauwelijks aanwezig. Feitelijk vallen
alle wettelijke taken van een waterleidingbedrijf
onder de noemer “waterketenactiviteiten”.
Vooral vanuit deze hoek bestaat dan ook de ambitie om verder te gaan met het verbijzonderen
van alle waterketenactiviteiten.
Waterschappen:
hoe lang nog ?
Ze liggen al jaren onder vuur, maar laten
zich niet zomaar van de kaart vegen. De
waterschappen vormen de oudste ‘democratie’ van ons land en dateren uit de
Middeleeuwen. Hun traditionele taak is
het beheren van dijken en het beheersen
van het waterpeil. Daarnaast doen ze
sinds de jaren zeventig ook de zuivering
van het rioolwater.
133
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
De motivatie voor samenwerking in de waterketen verschilt van organisatie tot organisatie. Als
basis voor de samenwerking dient sinds april 2003
de rijksvisie op de waterketen. Het rijk beoogt
hiermee de volgende borging van de volgende
publieke belangen:
- volksgezondheid (iedereen toegang tot schoon
water)
- leveringszekerheid (ook borging afvoer afvalwater)
- milieukwaliteit
- bescherming tegen wateroverlast
- bescherming gebonden klanten
Dit leidt tot het volgende beeld voor 2020:
- de zorgplicht voor de waterketen is in handen
van de overheid;
- de drinkwater-, riolering- en zuiveringsactiviteiten worden op doeltreffende en efficiënte
wijze uitgevoerd;
- het bedrijfsleven wordt maximaal ingeschakeld
bij de uitvoering, met inachtneming van alle
te waarborgen publieke belangen;
- het kwaliteitsniveau van drinkwater is goed;
- het omgaan met regenwater en grondwater in
stedelijk gebied is goed ingebed in het beleid
gericht op de fysieke kwaliteit van de leefomgeving en het watersysteem;
- het afkoppelen van regenwater loopt;
- nieuwe technologieën maken zuiveren op maat
en flexibele inzet steeds makkelijker;
- er is minder afvalwater en het hergebruik
neemt toe. De waterketen wordt steeds meer
gesloten;
- de klanten betalen een tarief of op daadwerkelijk gemaakte kosten gebaseerde heffing(en)
of overeenkomstig het gebruik van de dienstverlening (waar mogelijk beïnvloedbaar en
duurzaam gebruik bevorderend);
- organisaties in de waterketen zijn vraaggerichte organisaties die actief en innovatief
inspelen op eisen en wensen van de gebonden
klant;
- er vindt adequaat toezicht plaats;
- de Nederlandse kennis en deskundigheid bij
kennisinstellingen, bedrijfsleven en overheid
op het terrein van de waterketen worden op
134
grote schaal geëxporteerd en in het buitenland
benut.
Deze visie op de waterketen is weinig vernieuwend
en laat nog veel ruimte voor interpretatie. In het
voorgestelde rijksbeleid gaat het vooral om de
relatie met het watersysteem en het doelmatig
functioneren. In ieder geval is er vanuit deze visie geen reden om direct over te gaan tot actie.
Immers, aan de meeste onderdelen van de visie
wordt nu al voldaan! De vraag waar het om gaat
“binnen welke structuur kan een en ander zo
doelmatig mogelijk worden gerealiseerd” blijft
onbeantwoord.
De motivatie voor waterschappen om te komen tot
samenwerking in de waterketen is in hoofdzaak
terug te voeren op:
- kostenreductie door optimalisatie
Nu benchmarking ook de waterschapssector
heeft bereikt is de sturing op kosten nog
belangrijker geworden. Bovendien blijkt uit
diverse studies dat uit optimalisatie van de
afvalwaterketen veruit de grootste winst in
de keten is te behalen, ca. € 180 mln per jaar
(bron COELO, 2004). Dit is naar verwachting
meer dan de helft van de totale besparing
(bron AT Osborne, bijeenkomst nov 2004).
Feitelijk is hier sprake van het herstellen van
een scheefgegroeide situatie. De scheiding
van transport en berging van afvalwater bij
respectievelijk waterschap en gemeente heeft
geleid tot het ontbreken van een optimalisatie
van het afvalwatersysteem. In het bijzonder
de investeringen op de RWZI’s zijn dientengevolge extreem hoog geworden aangezien de
infrastructuur op de maximale belasting zonder
berging is uitgelegd.
- kwaliteitsverbetering watersysteem
Hier speelt de problematiek van de verdunning van rioolwater bij regen wat leidt tot een
slechtere performance van de RWZI’s;
Naast het hierboven beschreven kostenaspect
heeft de slechte inrichting van het afvalwatersysteem geleid tot een veelvuldig overstorten
van rioolwater in het oppervlaktewater. Dit kan
alleen worden opgeheven door een integrale
aanpak (Optimalisatie Afvalwater Systemen).
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
!FVALWATERKETEN
3YSTEEMBEBOUWD
EFFLUENT
KWALITEIT
KWANTITEIT
OPPWATER
!7:)
!FVALWATER
SYSTEEM
CAP!7:)
CAPRIOLERING
2IOLERING
EFFLUENT
WATERBODEM
LEKWATER
INTREDEND
GRONDWATER
/PPERVLAKTEWATER
LOZINGENUIT
RIOOLSTELSEL
KWALITEIT
KWANTITEIT
OPPWATER
WATER
KWALITEIT
WATERBODEM
LOZINGENUIT
RIOOLSTELSEL
WATERBODEM
WATERPEIL
GRONDWATERSTAND
"ODEMGRONDWATER
5NTERACTIEWATERSYSTEEMBEBOUWD
Voor de gemeenten is de samenwerking in de
waterketen ingegeven door:
- kostenreductie
Ook de doelmatigheid van het rioolbeheer van
de gemeenten zal door een benchmark worden
getoetst. Met de wetenschap dat de staat van
onderhoud van de riolen in Nederland onvoldoende is, zal de druk op kostenbeheersing
verder toenemen. Gemeenten blijven daarnaast optimalisaties zoeken in de combinatie
met onderhoud van andere infrastructuur in de
woonomgeving;
- opheffen van grondwateroverlast en afkoppelen regenwater.
04/11/04
COELO verwacht lastenstijging in
waterketen
De kosten voor de riolering zullen verder stijgen (tot 8 procent per jaar) in
de periode 2005-2010, evenals de kosten
in de waterzuivering (tot 2 procent per
jaar). De kosten voor drinkwater zullen
naar verwachting stabiliseren of licht
dalen, aldus het COELO vandaag.
De bewoonbaarheid van de bebouwde agglomeraties vraagt meer en meer aandacht en dus
middelen. De problematiek kan echter niet los
van het watersysteem worden aangepakt.
De waterleidingbedrijven zijn pas serieus over
integratie van de waterketen gaan nadenken in de
periode 1997 – 2000. Liberalisering van de drinkwatersector was op dat moment een bedreiging
van de kerntaak en de vlucht naar de waterketen
Uitgebreide benchmark moet rioolbeheer gemeenten op hoger plan
brengen
Gemeenten kunnen hun rioleringstaken
verbeteren door kritisch naar hun aanpak en organisatie te kijken en die te
vergelijken met andere gemeenten. Daarom
wil stichting Rioned een uitgebreide
benchmark uitvoeren, die de rioleringsprestaties van Nederlandse gemeenten
naast elkaar zet. In de komend drie jaar
wil Rioned 180 gemeenten vergelijken,
verdeeld in zes groepen van dertig gemeenten.
135
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
was één van de strategieën om daaraan te ontsnappen.
Op dit moment wordt door waterleidingbedrijven
het voeren van een “waterketenstrategie” onderbouwd vanuit:
- de algemeen maatschappelijke plicht tot samenwerking.
Dit is een wat vreemde motivatie als blijkt dat
een samenwerking leidt tot meer maatschappelijke kosten in plaats van minder. Bovendien is
gebleken dat samenwerken om het samenwerken, leidt tot frustraties en “waterketenmoeheid” van de direct betrokkenen. Een kritischer
houding ten aanzien van het maatschappelijk
nut van initiatieven die uit niet meer bestaan
dan “hangen en erbij blijven” zou aan te bevelen zijn;
- het zoeken naar schaalvergroting om kosten te
drukken.
De druk van de benchmark maakt schaalvergroting noodzakelijk. Deze kan worden gevonden door samengaan binnen de sector wat
de afgelopen jaren al succesvol is uitgevoerd.
Daarnaast kan ook in de waterketen worden
gezocht naar schaalvoordelen. Dit is de drive
achter onder andere het meeliften maar ook
de samenwerking tussen DWB Amsterdam en
DWR is hierop gebaseerd;
- innovatie om afhaken te voorkomen en technologie te ontwikkelen
Met name voor industriële klanten waar veel
(en schoon) water wordt verbruikt is de optie
van lokale kringloopsluiting opportuun. De ontwikkeling van dergelijke maatwerkproducten
vanuit zowel de drinkwater- als de afvalwatersector maakt de kans op succes groter.
De vicieuze cirkel van de wettelijke kaders kan
worden doorbroken, maar niet met één nota.
De huidige opdeling van de waterketen heeft
geleid tot:
- suboptimalisaties in de afvalwaterketen (berging vs transport/zuivering);
- onvoldoende aandacht voor optimalisatiemogelijkheden voor (industriële) grote waterverbruikers;
136
STIMULERENDE ROL VAN REGERING WORDT
GEMIST
Waterketen op koers!?
-
-
suboptimalisaties bij de samenwerking op het
gebied van bijvoorbeeld laboratorium en meeliften;
het achterblijven van werkelijk innovatieve
ontwikkeling voor de klanten.
De vicieuze cirkel die door de wettelijke kaders
wordt veroorzaakt kan slechts worden doorbroken
door op rijksniveau de kaders weg te nemen. Dit
kan door:
- invoering van marktwerking;
- het op rijksniveau onderbrengen van alle wettelijke watertaken bij waterketenbedrijven;
- een combinatie van beide.
Een voorbeeld van een dergelijk ingrijpende strategie is te vinden in Shanghai. Tot 1990 bestonden
hier 12 overheidsorganisaties die zich bemoeiden
met water. Door middel van een structurele reorganisatie is deze inefficiënte en ondoelmatige
“12 koppige draak” teruggebracht naar een viertal
waterketenbedrijven en een oppervlaktewaterbedrijf (vergelijkbaar met de WRK). De vier waterketenbedrijven ressorteren direct onder de water
autoriteit (ministerie van water) van Shanghai en
worden onderling gebenchmarkt.
De politieke verhoudingen in Nederland laten een
dergelijke drastische ingreep niet toe. Het zou
echter van maatschappelijke verantwoordelijkheid getuigen indien de rijksoverheid enige richting zou geven aan de waterketendiscussie door
voor het vraagstuk ten aanzien van de structuur
een keuze te maken. Deze vraag leeft al langer
en uit de onderstaande wervingstekst van een
symposium mag worden opgemaakt dat men hier
intussen ook al een antwoord op heeft. Echter,
er is weinig te vinden van de resultaten van het
onderzoek…
Na het gereedkomen van de IBO-studie in 2003
durft de rijksoverheid momenteel niet verder te
gaan dan de waterketen nota. Dit is echter een
Waterketenland, en wat vindt de waterklant ?
Oktober 2001:
Een goed voorbeeld van het strategische beleidsgerichte onderzoek waar het RIZA ook voor
staat is het interdepartementale project “De institutionele aspecten van de waterketen”. Over deorganisatie van het waterketenbeheer woedt al jaren een felle discussie,
een discussie waarin niet alleen gemeenten, waterschappen en drinkwaterleidingbedrijven
vaak tegeover elkaar staan, maar ook de verschillende ministeries. Stelt Economische
Zaken dat de waterketen verdergaand geliberaliseerd zou moeten worden, VROM ziet meer
in de integratie van watertaken in het milieu- en ruimtelijk beheer, terwijl voor V&W
het belang van integraal waterbeleid voorop staat. Om uit de impasse van de huidige
geloofsdiscussie te raken heeft RIZA het initatief genomen om gezamenlijk met de ministeries van VROM, V&W, EZ, Financiën en Binnenlandse Zaken onderzoek te doen naar de
organisatie van de waterketen, een project waarin ook belanghebbenden uit de waterketen
actief betrokken zijn en dat onderzoeksmatig wordt begeleid door de Raad voor Milieu
en Natuuronderzoek (RMNO).
Het interdepartementale project “Institutionele aspecten van de
waterketen” is gestart. Dit project heeft tot doel op rijksniveau een visie te ontwikkelen op de organisatie van de waterketen. In juli 2002 hoopt de projectgroep de
visie gereed te hebben.
aanpak aan de verkeerde kant van het probleem.
Bovendien kleven er een groot aantal nadelen aan
een nota en een waterketentarief. De nadelen
zijn:
-
de prijs van water gaat omhoog voor de minder
draagkrachtigen in de samenleving;
er bestaat geen bedrijfseconomische grondslag voor een volledige koppeling van m3 aan
de levering van drinkwater en de zuivering
De invoering van één waterketentarief
leidt tot een lastenverhoging van enkele
procenten voor met name de huishoudens
met een laag inkomen. Dit concludeert
het onafhankelijke onderzoeksbureau van
de Rijksuniversiteit Groningen COELO na
het in kaart brengen van de potentiële
lastenverschuivingen.
-
van afvalwater. Het desondanks doorvoeren
van een dergelijk tarief is niet transparant.
Bovendien ontstaat er een economisch risico
op het moment dat de behoefte om niet beïnvloedbare redenen terugloopt en de tarieven
dientengevolge fors zullen stijgen;
het wordt eerder interessant om alternatieven
te ontwikkelen waardoor concurrentie wordt
geïntroduceerd. Dit is op zich geen bezwaar.
Het verdient echter de aanbeveling om dit
beheerst in te voeren zodat de bestaande nutsinfrastrucuur zolang mogelijk benut blijft. Ook
hier speelt het maatschappelijk ondernemen
-
een rol. De kosten voor de nuts-infrastrucuur
kunnen alleen gedragen worden bij de gratie
van algemeen gebruik. Het ongebreideld ontsnappen aan deze nutskosten door enkelen
die wel alternatieven hebben zou onevenredig
drukken op de “achterblijvers”;
Zoals aangegeven is ook een integrale waternota
behept met de tekortkomingen van de onderlinge
verschillen van wettelijke kaders (belasting versus tarief). Hierdoor worden ook vernieuwingen
op dit gebied steeds moeilijker;
Waterspoor
Waterspoor is de term die gebruikt wordt
voor een nieuw watertariefsysteem,
waarin huishoudens een nota ontvangen
die aan de hand van het waterverbruik
de kosten voor water, riolering en zuivering in rekening brengt. Hierdoor
wordt beter zichtbaar welke kosten met
het waterverbruik samenhangen en wordt
tegemoet gekomen aan de wens van de
consumenten om invloed op die kosten
te kunnen uitoefenen. In februari 2000
heeft de Tweede Kamer de wijziging van
de Wvo aangenomen die experimenten met
het waterspoor met de ingang van 1 januari 2001 mogelijk maakt. De mogelijkheid
tot het houden van experimenten vervalt
per 1 januari 2006. Hieraan voorafgaand
zendt de minister van V&W een verslag
over de ervaringen met de experimenten
aan de Tweede Kamer.
Tweede Kamer, vergaderjaar 2000-2001, 27
404 nrs. 1- 283, februari 2000
137
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
-
de klant zit niet te wachten op één nota omdat “het zo overzichtelijk” is. Dat is wishfull
thinking. Net zoals de boodschap dat klanten
invloed kunnen hebben op de hoogte van hun
nota door zuinig te zijn met water. Door het
kapitaalsintensieve karakter van de waterketen
is die invloed uiterst beperkt. De kosten voor
levering en zuivering van water in Nederland
zijn immers grotendeels vast. Bovendien heeft
de invoering van volledig variabele tarieven in
het verleden laten zien dat er geen aantoonbare prijselasticiteit bestaat. Het suggereren
aan klanten dat zij in hoge mate de kosten voor
water kunnen bepalen is daarmee onjuist.
Tot slot
Het integreren van de totale waterketen, inclusief
het op één nota brengen van alle “waterdiensten”
zal blijven stuiten op de beperkingen van de huidige wettelijke en bestuurlijke kaders.
138
Zolang deze politieke blokkades niet op het
hoogste niveau worden geslecht zullen successen
in de waterketen minimaal blijven en het aantal
teleurstellingen groot.
Ondanks dat er in de media (beperkt) aandacht
wordt besteedt aan de waterketen, lijkt het erop
dat klanten na zeven jaren nog steeds nauwelijks
iets er van hebben gemerkt. Daarbij moet worden
bedacht dat hierin, in de periode 1997 tot heden,
enkele miljoenen Euro’s zijn gestopt met marginale resultaten.
Intussen weet niemand hoelang de klant nog ongewis blijft van deze kostbare non-ontwikkeling.
En intussen is de aandacht voor echte innovatie en
ontwikkeling voor de klanten uiterst beperkt.
Samenvattingen voordrachten
Samenvattingen voordrachten
Drinkwater
Algemene inleiding
Prof.ir. J.C. van Dijk (TU Delft)
Als vanouds zal prof. van Dijk de
watersector een spiegel voorhouden in zijn Jaaroverzicht
Drinkwater. Wat waren de hoogtepunten en de zepers van 2004?
Vervolgens zal hij ingaan op het
thema van de 57e Vakantiecursus:
wat voor eisen moeten/willen we
stellen aan het watersysteem?
Vanuit drinkwater willen we
schone bronnen, vanuit riolering en afvalwaterbehandeling
moeten we ervoor zorgen dat de
kwaliteit van het oppervlaktewater en grondwater goed is. Beide
sectoren hebben dus belang bij
een goed beheer van het watersysteem. Hoewel er de laatste
jaren veel gesproken is over
samenwerking in de waterketen,
lijkt het zeker zo belangrijk om
samen te zorgen voor een goede
kwaliteit van het watersysteem.
Nieuwe aandachtsstoffen als
geneesmiddelen, hormoonverstorende stoffen en andere microverontreinigingen vragen de
aandacht van beide sectoren.
Toepassing van UV/H2O2 behandeling op productiebedrijf Andijk
Dr. J.C. Kruithof (PWN)
PWN heeft op productiebedrijf
Andijk de breekpuntchloring
vervangen door een UV/H 2 O 2
behandeling. De belangrijkste
doelstellingen waren de vergroting van de desinfectiecapaciteit
en de introductie van een additionele barrière tegen organische microverontreinigingen.
Uit voorafgaand onderzoek is
gebleken dat UV-licht een univer-
sele desinfectiebarrière vormt.
Bij een UV-dosis van 20 mJ/cm2
wordt een 3 log inactivatie voor
Giardia en Cryptosporidium gerealiseerd. De hoogste UV-dosis,
105 mJ/cm2, is nodig voor de
inactivatie van sporen van sulfietreducerende Clostridia. Bij
een dosis hoger dan 25 mJ/cm2
treedt geen reactivatie op. Door
UV/H2O2 behandeling met 540
mJ/cm2 UV-licht en 6 mg/l H2O2
wordt 80% omzetting van alle bestudeerde bestrijdingsmiddelen,
endocrin disruptors en medicijnen gerealiseerd. De overmaat
H2O2 en gevormd nitriet en AOC
worden verwijderd door de reeds
aanwezige actieve koolfiltratie.
Eind oktober 2004 heeft PWN
de installatie bestaande uit 3
straten van 4 Trojan Swift 16L30
reactoren in gebruik genomen.
Geneesmiddelen:
wiens probleem is het ?
Drs. A.J. Palsma (STOWA)
Emissies uit de waterketen naar
het watersysteem kunnen de
oppervlaktewaterkwaliteit sterk
beïnvloeden. De nadruk van het
emissiebeheer ligt bij zuurstofbindende stoffen en nutriënten.
De waterkwaliteitsbeheerder is
daarnaast ook geïnteresseerd in
o.a. zware metalen en bestrijdingsmiddelen. Alhoewel de RWZI
daar niet in eerste instantie voor
is ontworpen, zijn daar flink wat
gegevens van bekend. Sinds kort
wordt ook aandacht besteed aan
hormoonverstorende stoffen en
medicijnen. Er zijn literatuur
studies verricht waarbij internationaal wordt samengewerkt
(o.a. GWRC) en er vindt een eerste monitoring van RWZI’s plaats.
Centrale vragen hierbij zijn hoe
groot het probleem is en wat
mogelijke andere bronnen zijn.
Door eigen onderzoek en door
afstemming met activiteiten van
Kiwa, Riza etc krijgen de waterschappen een meer actieve rol in
deze problematiek. Een en ander
wordt mogelijk versneld door de
implementatie van de KRW.
Systeem in het grondwater
Prof.dr.ir. Th. Olsthoorn
(TU Delft/WLBA)
Door onszelf, Brussel en de
veranderingen van ons klimaat
worden we als Nederland en als
waterleidingbedrijven in het
bijzonder onder druk gezet alle
problemen die samenhangen
met grondwater in een keer op
te lossen. Ons enige rustpunt
is een stagnerende vraag naar
drinkwater. De vraag is of dat
zo blijft en vervolgens hoe we
het scala aan ons gestelde eisen
in de praktijk gaan inpassen.
De complexiteit van zowel de
beleidsprocessen als die van de
inhoudelijke verbanden maakt
een systeembenadering tot absolute noodzaak.
De Rijn als bron voor drinkwater
Dr. P.G. Stoks (RIWA-Rijn)
De afgelopen decennia heeft de
Rijn een spectaculaire verbetering van de waterkwaliteit doorgemaakt. Toch is er bepaald geen
reden om voldaan achterover te
leunen. De kwaliteitsverbetering
heeft namelijk vooral betrekking
op zogenaamde “klassieke” verontreinigingen. Echter, stoffen
waar de waterleidingbedrijven
vandaag de dag last van hebben,
vertonen juist een tegenoverge139
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
steld beeld. Eén aspect is een
toename in aangetroffen gehalten, bijvoorbeeld door een recente introductie in de samenleving of een stijging in het gebruik
(bijvoorbeeld het antiklopmiddel
MTBE in benzine). Een ander
aspect is het feit dat de analysemethoden het aantonen van
bepaalde stoffen pas recentelijk
mogelijk heeft gemaakt (bijvoorbeeld NDMA). Toch is het niet
eenvoudig om in een vroegtijdige
fase politieke aandacht te krijgen
voor ‘emerging issues’. Deels
omdat de waterleidingbedrijven
in het Rijnstroomgebied tot op
heden erg behoedzaam zijn in
het publiceren van, en aandacht
vragen voor, ongewenste kwaliteitsontwikkelingen. Dit met
name vanwege mogelijke negatieve publiciteit c.q. onrust bij
de consument en imago-schade
voor drinkwater. Verwacht mag
echter worden dat de consument
zeer wel in staat is onderscheid
te maken in kwaliteit van het
rivierwater en kwaliteit van
drinkwater.
Technologie kan ons helpen
Ir. A.W.C. van der Helm
(TU Delft/DHV)
Het streven moet altijd zijn de
bronnen voor de drinkwatervoorziening zo goed mogelijk
te beschermen en vervuiling zo
veel mogelijk tegen te gaan.
Desalniettemin is het belangrijk
om te streven naar innovaties en
tevens verbeteringen in de zuiveringstechnologie. Zo wordt ozon
toegepast om organische microverontreinigingen af te breken
en pathogenen af te doden.
Helaas wordt bij aanwezigheid
van bromide bromaat gevormd.
Uit recent uitgevoerd laboratorium onderzoek is gebleken dat
het met een nieuw concept van
140
ozondosering mogelijk is de bromaatvorming sterk te reduceren
bij gelijkblijvende desinfectie.
Zo kan de technologie ons ook
helpen bij het voldoen aan de
doelstellingen voor de drinkwatervoorziening.
Schoon water voor Evides
Ir. G. Vogelesang (Evides)
Evides maakt voor de productie
van drinkwater en de diverse
watersoorten voor de industrie
gebruik van een breed scala
bronnen in Nederland en het
buitenland. Iedere bron heeft zo
zijn specifieke benaderingswijze
en problematiek. Ondanks alle
bedreigingen is het toch altijd
mogelijk gebleken de gevraagde
watersoort te leveren aan de
klant, want niet wegneemt dat
er altijd blijvende aandacht voor
de bron noodzakelijk is. Een te
negatief beeld van de bronnen is
dan ook niet geheel terecht, het
zeepaardje verspreidt zich immers vanuit zuidwest Nederland
toch ook langs de Nederlandse
kust.
Afvalwater en Riolering
Algemene inleiding
Prof.ir. J.H.J.M. van der Graaf
(TU Delft)
Deze keer gaat de aandacht
vooral uit naar de waterketen.
De werelden van de riolisten en
de afvalwaterzuiveraars schuiven langzaam naar elkaar toe
en wellicht over elkaar heen. Er
lopen vele initiatieven om meer
uit de bestaande infrastructuur
te halen en de resultaten te
verbeteren. Daarvoor moeten
we elkaars problemen natuurlijk
goed kennen. Wat kan wel en
niet met een rioolstelsel? Welke
stoffen kunnen we wel en niet
uit het afvalwater halen? Is wat
goed is voor de riolering ook
goed voor de zuivering? Halen
we gezamenlijk de toekomstige
eisen of zijn er nog aanvullende
technieken nodig? Allemaal vragen die de laatste tijd naar
boven komen en die we op deze
vakantiecursus aan de orde willen stellen. Parallel hieraan loopt
de drinkwatercursus, die een
soortgelijke thematiek maar dan
vanuit de drinkwateroptiek aan
de orde stelt.
Isotopen voor de kwantificering
van rioolvreemd water
Ir. R.P.S. Schilperoort (TU Delft)
Rioolvreemd water zorgt voor
een aanzienlijke toename van
het jaardebiet op rioolstelsels
en awzi’s. De oorsprong van
dit water is veelal grondwater
dat via scheuren het rioolstelsel betreedt of drainagewater
dat op het riool geloosd wordt.
Conventionele methoden voor de
kwantificering van rioolvreemd
water laten een grote spreiding
in resultaten zien. Bovendien
is de bandbreedte, waarbinnen
de resultaten geïnterpreteerd
moeten worden, onbekend. Een
nieuw ontwikkelde isotopenmethode lijkt een toegevoegde
waarde te hebben in het onderzoek naar rioolvreemd water.
SUR voor vergaande zuivering
Dr.ir. J.H. Roorda (Grontmij)
De vergaande behandeling van
afvalwater is steeds meer gericht
op de verwijdering van meer
stoffen dan alleen N en P, zoals
de prioritaire stoffen (Kaderrichtlijn Water). Daarvoor zijn
een groot aantal technieken
beschikbaar. Membraanfiltratie
Samenvattingen voordrachten
lijkt goede papieren te hebben.
Maar is dat wel zo? Voordelen van
de toepassing van membraanfiltratie zijn de absolute barrière
voor pathogenen en zwevende
stof en de mogelijkheid om technieken voor of na te schakelen
voor verwijdering van specifieke
stofgroepen. Een nadeel lijkt dat
de kosten relatief hoog liggen.
Onderzoek heeft aangetoond dat
optimalisatie mogelijk is door de
bepaling van specifieke membraan-gerelateerde parameters.
Verschillende parameters worden
toegelicht, waarbij in het bijzonder aandacht is voor de SUR in
relatie tot andere parameters en
tot andere optimalisatiemethoden. Met deze informatie worden
de voor- en nadelen opnieuw
afgewogen en kan de deelnemer
zelf de vraag beantwoorden of
membraanfiltratie een geschikte
techniek is.
Loopt de pomp nog ?
Dr.ir. J.L. Korving (Witteveen+Bos)
Rioolstelsels werken lang niet altijd zoals verwacht. Bijvoorbeeld
een bergingstank die zo groot is
dat hij nooit gevuld raakt, een
pomp die dagenlang ongemerkt
in storing staat of afvoerend
oppervlak dat bij inventarisatie
veel groter blijkt te zijn dan tot
dan toe verondersteld. Gewoonlijk worden de prestaties van een
rioolstelsel beoordeeld op basis
van modelberekeningen en waargenomen gebreken. Met eventuele onzekerheden omtrent het
functioneren wordt echter geen
rekening gehouden. Dit leidt tot
een veel te optimistische inschatting van het hydraulisch en
milieutechnisch functioneren.
Interacties binnen het afvalwatersysteem
Dr.ir. J.G. Langeveld
(Royal Haskoning)
Samenwerking binnen de waterketen, en in het bijzonder
binnen het afvalwatersysteem,
is een van de speer-punten uit
de Rijksvisie Waterketen. Kennis over de samenhang in het
functioneren van riolering en
afvalwaterzuivering is hierbij
onontbeerlijk. De resultaten
van het onderzoek ‘Interacties
binnen het afvalwatersysteem’
aan de TU Delft laten zien dat
bijvoorbeeld maatregelen aan
de riolering blijken door te werken op het functioneren van de
AWZI. Deze bijdrage gaat kort in
op het dynamisch gedrag van de
riolering en de afvalwaterzuivering en op de mogelijkheden om
deze dynamiek te modelleren.
Aan de hand van een praktijkvoorbeeld wordt de samenhang
binnen een afvalwatersysteem
geïllustreerd.
Aquarec
Dr.ir. J. de Koning (TU Delft)
In maart 2003 is het door de EU
gesubsidieerde project “Aquarec
- Integrated concepts for reuse of
upgraded wastewater” van start
gegaan. In totaal 17 partners uit
Europa, Israël en Australië doen
mee in dit project. Aquarec
richt zich op het hergebruik van
effluent van communale rwzi’s,
waarbij niet alleen naar de
technologie wordt gekeken, ook
strategie en management krijgen
aandacht. Naast de evaluatie, selectie en standaardisatie van zuiveringsschema’s zijn de doelen
onder andere beschrijving van
beste managementmethoden en
ontwikkeling van handleidingen
en richtlijnen voor toekomstige
gebruikers.
Gezamenlijke slotsessie
Waterketenland, en wat vindt
de waterklant ?
Ir. L. Hendriks (Hydron Flevoland)
Waterleidingbedrijven en waterschappen zorgen dagelijks voor
het drinkwater- en de zuivering
van afvalwater van miljoenen
klanten. Het is wat wrang dat
ondanks al die goede zorgen de
klanten zich nauwelijks bewust
zijn van de organisaties achter
deze primaire voorzieningen. De
vraag is dan ook of de klanten
wel zitten te wachten op een
samenvoeging van de diensten,
laat staan op het samengaan
van de organisaties. Wordt de
klant beter van samenwerking in
de waterketen? Is hij niet meer
gebaat bij een verdere kwaliteitsverbetering en kostendaling
van elk van de gescheiden waterketenonderdelen op zich?
141
57e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening & 24e Vakantiecursus in Riolering en Afvalwaterbehandeling
142
Delft University of Technology