De Waterketen. Drinkwater. Afvalwater. Productie, bereiding, opslag, distributie. Inzameling, transport, zuivering

Transcriptie

1 De Waterketen Drinkwater Productie, bereiding, opslag, distributie Afvalwater Inzameling, transport, zuivering -koop-een-leeg-flesje-en-vul-het-zelf-met-water.html 1

2 Hydrologische kringloop Grote waterkringloop 2

3 De waterketen of kleine waterkringloop Een totaal systeem met twee subsystemen: drinkwater productie en distributie naar huishoudens en bedrijven (infrastructuur) afvalwater (& hemelwater verhard oppervlak) inzameling stedelijk gebied + bedrijven: riolering transport naarzuivering: rioolpersleidingen afvalwaterzuivering (awzi) lozing effluent (groot oppervlaktewater of Noordzee) Systeemcomponenten: opslagbassins en -bekkens etc. riolen, persleidingen, rioolgemalen, pompstations, drinkwaterleidingen zuiveringsinstallaties (drinkwater, afvalwater) effluentleidingen 3

4 De waterketen of kleine waterkringloop De waterketen + onttrekkingsysteem aan de grote waterkringloop grote industrieën met eigen watervoorziening & zuivering landbouw bedrijfsprocessen en huishoudelijke processen I.e. het gehele systeem waarbinnen wij mensen gebruik maken van water 4

5 Water - klassen van gebruik (1) Onttrekken (tijdelijk) gebruik & retour aan grote waterkringloop kwaliteit bij retour grotendeels hetzelfde voorbeeld: koelwater, kleinschalig gebruik rivierwater natuurlijke functies water(systeem) blijven grotendeels onaangetast 5

6 Water - klassen van gebruik (2) Onttrekken (tijdelijk) gebruik & retour aan grote waterkringloop kwaliteit bij retour verslechterd voorbeeld: proceswater papierfabriek, watergebruik grote stad functies van ontvangende water(systemen) komen onder druk te staan 6

7 Water - klassen van gebruik (3) (Finale) consumptie onttrekking aan hydrologische kringloop niet retour aan de lokale/regionale kringloop natuurlijke functies van water(systemen) kunnen niet (meer) vervuld worden leidt bijvoorbeeld tot verdroging, verlaging grondwater etc. bijv. grondwateronttrekking voor irrigatie bijv. Aralmeer in Rusland zie ook: virtual water 2012

8 Water Onttrekking / (finale) consumptie uit twee typen bronnen: oppervlaktewater (rivieren, meren, beekjes) wordt voordurend ververst grondwater slechts langzaam aangevuld Afvalwater beperkte hoeveelheid: natuurlijke reiniging grotere hoeveelheid (steden, fabrieken): industriële afvalwaterzuivering 8

9 Waterkwaliteit Waterverontreiniging de aanwezigheid van vreemde substanties in de betreffende soort water (rivier, drinkwaterbron, etc), zowel organisch, anorganisch, radiologisch als bacterieel, zodat het water (zonder ingrijpen) niet langer zijn functie kan vervullen. 9

10 - diffuse bronnen: landbouw - puntbronnen: - lozingen ex rioolstelsel -effluent awzi s - industrie 10

11 - natuur - industrieel 11

12 Afvalwater 12

13 Wat kan er in afvalwater zitten? niet-opgeloste stoffen zoals afval/troep, zand, grit, glas, metaalen plasticdeeltjes, vet/olie biologisch afbreekbare verbindingen (o.a. koolstof-, stikstofverbindingen, sulfiden) niet of moeilijk biologisch afbreekbare verbindingen (o.a. zouten, zuren, humusverbindingen, gechloreerde KWs) anorganische voedingsstoffen (o.a. fosfor-, stikstofverbindingen) toxische stoffen (o.a. metaalverbindingen, bestrijdingsmiddelen) radioactieve stoffen pathogene organismen 13

14 Afvalwaterzuiveringsinstallatie ontworpen voor een afvalwaterstroom met een bepaald debiet en een bepaalde samenstelling produceert water dat voldoet aan de eisen (BZV, hoeveelheid gesuspendeerde deeltjes) N.B.: verschil huishoudelijk en industrieel afvalwater 14

15 - voorbewerking - zuivering voorzuivering: mechanisch - biologisch oxidatie door microorganismen - nabewerking eventueel P- en N- verwijdering - slibverwerking slib= biomassa van gegroeide microorganismen Afvalwaterzuivering 15

16 Mechanische voorzuivering Roosters en snijroosters Zandvangers 16

17 Mechanische zuivering evt. afscheiding vet/olie bezinkingsinstallaties 17

18 18

19 Biologische zuivering Biologische proces, biotechnologie Groei micro-organismen Organische vuillast + O 2 Micro-organismen Aëroob metabolisme: C x H y O z + O 2 CO 2 + H 2 O 19 19

20 Nabewerking eventueel P/N-verwijdering Fosfaatverwijdering Biologische of fysische verwijdering (Al 2 SO 4 ) Nitrificatie- denitrificatie, Biologische proces, 1. Aerobische Nitrificatie Omzetting van organische stikstofverbindingen naar nitraat 2. Anaerobische Denitrificatie Omzetting van nitraat naar N 2 20

21 Slibverwerking Bezinken indikken (van ca. 5 naar 25 m% droge stof) evt. slibvergisting (-> biogas) Anaëroob metabolisme: C x H y O z CH 4 + CO 2 (50/50%) afvoeren (verbranden) 21

22 Procesdiagram zuiveringsinstallatie (Spiro) 22

23 AWZI Kenmerken awzi Hydraulische capaciteit Verblijftijd vraagt volume c.q. ruimte Vuilbelasting Recycles Metabolisme + groei, Vraagt: tijd én aanpassing Slib bewerking en afvoer 23

24 Afvalwaterzuivering (2) 24

25 AWZI Harnaschpolder 25

26 Rioolwaterzuiveringsinstallatie Soest Bron: 26

27 Waterpiramide (1) proefproject in Mandinari (Gambia) winnaar innovatieprijs Wereldbank (2006) verbeterde prestatie: nauwelijks energiegebruik, geschikt voor ontwikkelingslanden, toegankelijkheid drinkwater verslechterde prestatie: orkaanbestendigheid 27

28 Waterpiramide (2) 28

29 Afsluitend filmpje 29

30 Drinkwater 30

31 Drinkwater specificaties Fysisch helderheid, kleur, geur en smaak, radiologische aspecten Chemisch zuurgraad (ph) hardheid, chloor- fluoriden-, nitraat- (NO 3- ), sulfaat- (SO 2-4 ), ijzer- (Fe 2+/3+ ), koper- (Cu 2+ ), lood- (Pb 2+ ), mangaan- (Mn 2+ ), natrium- (Na + ), zink-concentratie (Zn 2+ ) toxische stoffen (As 2+, Ba 2+, Cd 2+, Cr 2+ / 3+, CN -, Hg +/2+, Se 2+, Ag + ) Biologisch vrij van pathogene micro-organismen 31

32 Drinkwater specificaties :hardheid Het calcium- (kalk) en magnesiumgehalte bepalen de hardheid van drinkwater. De hardheid wordt uitgedrukt in Duitse graden ( D) of in millimol [mmol/l]. 1 [mmol/l] = 5,6 [ D] Kwalificatie zeerzacht: 0tot4 D zacht: 4tot8 D gemiddeld: 8 tot 12 D vrij hard: 12 tot 18 D hard: 18 tot 30 D 32

33 Waaruit maken we drinkwater in NL? zeewater? nee veel zout, hoge kosten grondwater? ca. 2/3 beperkte zuivering nodig, verdroging omgeving oppervlaktewater? ca. 1/3 ruim beschikbaar, uitgebreide zuivering nodig 33

34 Drinkwatersysteem NL: Bereiden van drinkwater uit resp. grondwater en oppervlaktewater keuze en monitoring van inname punten Waterwingebieden, duininfiltratie van Ijsselmeer en Rijnwater grondwaterputten inlaatpunten Rijn, Maas etc. bewerking van het ruwe water distributie (kwaliteit, druk, leveringszekerheid) watertorens leidingmateriaal & aarding bemetering 34

35 Eigenschappen grondwater bacteriologisch betrouwbaar constante kwaliteit constante temperatuur chemische samenstelling sterk afhankelijk van locale omstandigheden zuurstofgehalte zuurgraad verontreiniging bij bodemgebruik 35

36 NL: anaeroob grondwater te weinig zuurstof opgeloste gassen (methaan, zwavelwaterstof, kooldioxide ) opgelost ijzer, mangaan, ammonium (specifieke verontreinigingen) 36

37 Zuivering van licht resp. diep anaëroob grondwater 37

38 Twee vliegen in één klap bellenbeluchting Dresdner-beluchting Cascade-beluchting 38

39 Drinkwater uit grondwater stap 1: beluchting Doel: inbrengen van zuurstof (O 2 ) verwijderen van kooldioxide (CO 2 ), methaan (CH 4 ), zwavelwaterstof (H 2 S) en vluchtige organische verbindingen opgelost ijzer en mangaan worden omgezet in de onoplosbare hydroxides => filtreerbaar 39

40 Drinkwaterbereiding uit grondwater altijd: beluchting eventueel gevolgd door: filtratie ontharding actief-koolfiltratie UV-desinfectie 40

41 Grondwater winning en zuivering 41

42 Eigenschappen oppervlaktewater wisselende hoeveelheid wisselende kwaliteit zwevende stoffen microverontreinigingen (bestrijdingsmiddelen) micro-organismen 42

43 Oppervlaktewaterzuivering Zuivering met behulp van ozonisatie voor desinfectie en actief-koolfiltraat voor het tegenhouden van zwevende deeltjes en microverontreiningen 43

44 Drinkwater uit oppervlaktewater (ow) Processtappen: opslag coagulatie/ flocculatie bezinking filtratie desinfectie 44 44

45 Opslag - stap 1 ow opslag buffer voor piekvragen grove voorzuivering (UV, sedimenteren): pathogene stoffen kleur smaak/geur ruimtegebruik (!) 45

46 Spaarbekkens Brabantse Biesbosch 80 miljoen m 3 Maaswater verblijftijd ca. 5 mnd 2 mnd overbrugging 46

47 Coagulatie/flocculatie - stap 2 ow (1) opslag coagulatie flocculatie Kleine deeltjes (kleiner dan 10-5 m) verwijderen door ze groter te maken Coagulatie - toevoegen van een vlokmiddel aan water & flocculatie (vlokvorming door botsing van deeltjes) Tanks met roerders 47

48 Coagulatie/flocculatie - stap 2 ow (3) 48 bron:

49 Coagulatie/flocculatie - stap 2 ow (3) opslag coagulatie flocculatie τ = V/Φ v AlSO 4 FeCl 3 coagulatie flocculatie 49

50 Bezinking - stap 3 ow (1) opslag coagulatie flocculatie bezinking bezinksnelheid kleine deeltjes (Stokes): bezinking als bezinktijd < verblijftijd bezinktijd = hoogte bassin/bezinksnelheid verblijftijd = lengte bassin/stroomsnelheid capaciteit bezinkinstallatie is afhankelijk van het horizontale oppervlak! v g 2 p l D 50

51 Bezinking - stap 3 ow (1) opslag coagulatie flocculatie bezinking scheiden sediment en water (door verschillen in de dichtheid van water en zwevende deeltjes) zuiverheid sludgehoogte 51 51

52 Filtratie - stap 4 ow (1) opslag coagulatie flocculatie bezinking filtratie/ desinfectie zuiveren eindproduct snelle/langzame filters zuiverheid water 52

53 Rapid gravity filter stap 4 ow (2) opslag coagulatie flocculatie bezinking filtratie/ desinfectie Water Level During Treatment Raw Water In Backwash Water Overflow Water Level During Backwashing Treatment Downflow Sand/GAC Wash Water Disposal Gravel Treated Water Out/ Backwashing System 53 53

54 Slow sand filter stap 4 ow (3) opslag coagulatie flocculatie bezinking filtratie/ desinfectie 54

55 Prestatieverschillen filters stap 4 ow (4) opslag coagulatie flocculatie bezinking filtratie/ desinfectie kosten ruimtegebruik --> rapid gravity filter flexibiliteit zuiverheid --> slow sand filter 55

56 Desinfectie stap 4 ow (5) opslag coagulatie flocculatie bezinking filtratie/ desinfectie ozon, UV of chloor verwijderen bacteriën en virussen 56

57 Drinkwaterbereiding Drinkwaterzuivering: uitschakeling van micro-organismen en virussen desinfectie met hoge niveaus ozon (micro-org.) naschakeling actief kool filter (micro-org) doorstraling met UV of röntgen (virussen) Technieken leiden ook weer tot nevenproducten & extra eisen: filtratie: fouling door (te) grote deeltjes etc. pesticiden + ozon/peroxide --> bromaat 57

58 Bedreigingen voor schoon drinkwater ~ 30% drinkwater uit oppervlaktewater (drinkwaterbereiding erg kwetsbaar) lozingen, calamiteiten, depositie van verontreinigingen uit de lucht, klimaatverandering ~ 25% van het grondwater onvoldoende geïsoleerd (gevoelig voor verontreinigingen in de bodem) drinkwater niet voor alle verontreinigingen regelmatig bemonsterd 58

59 Drinkwaterbereiding Drinkwaterzuivering: steeds slechtere kwaliteit van de grondstof maakt technische zuivering noodzakelijk ontharden: bij beperkt zoutgehalte met NaOH ontzilten (Rijnwater) - oud=verdampen / nieuw: membraanfiltratie aanwezigheid residuen landbouw in grondwater pesticiden: oxidatiestap met combinatie van peroxide en ozon via vorming hydroxyl-radicalen (!) fosfaat en nitraat 59

60 Schoon drinkwater? gebruik van de natuurlijke waterkringloop is zeer intensief gaat de draagkracht van natuurlijke ecosystemen te boven: gebruiksniveau ligt boven de zgn. carryingcapacity daarom industriële installaties nodig in de kleine waterkringloop. veel mensen gebruiken een industrieel product 60

61 Ontzilting met membraan-installatie: tegenstroom-principe 61

62 Afsluitend: filmpjes Deze filmpjes geven een goede samenvatting Waste water Drinking water 62

63 Prestatie van beluchtingssystemen Versproeiing (bijv. Dresdner-beluchters): matige verwijdering CO 2, veel verwijdering H 2 S Cascades: weinig verwijdering CO 2, veel verwijdering CH 4 (bij hoge cascades) en H 2 S Torenbeluchters: veel verwijdering CO 2, CH 4, H 2 S en microverontreinigingen Putbeluchters: weinig verwijdering CO 2, veel verw. H 2 S Plaatbeluchters: veel verwijdering CH 4 en H 2 S Compressorbeluchters: weinig verwijdering CO 2 en H 2 S bron: Drinkwater principes en praktijk, De Moel e.a., SDU,