SEPTEMBER 2006, JAARGANG 35, NR. 9 TVVL MAGAZINE Jaargang 35 nr. 9 TVVL Magazine september 2006 Themanummer: Innovaties in Sanitaire Technieken Waterkwaliteit en waterbehandeling Het rendement van een regenwateropvangsysteem De intelligente watermeter OFFICIEEL ORGAAN VAN DE NEDERLANDSE TECHNISCHE VERENIGING VOOR INSTALLATIES IN GEBOUWEN TVVL Bezoek de TVVL website: www.tvvl.nl
Waterkwaliteit en waterbehandeling Water is onderdeel van ons dagelijkse leven, zowel privé als in de werkomgeving. Met water maken we ons zelf en materialen schoon en we gebruiken het onder andere als transportmiddel, als koelmiddel en als warmtetransportmiddel. Omdat water in Nederland vrijwel overal beschikbaar en van een goede kwaliteit is, wordt er niet vaak bij stil gestaan wat de eigenschappen ervan zijn en hoe we het water dienen te gebruiken. Feitelijk zijn dit wel belangrijke aspecten voor gebruik in een technische omgeving. De in water opgeloste stoffen kunnen namelijk zeer snel neerslaan en onherroepelijke schade veroorzaken. Omdat voorkomen altijd beter is dan genezen (lees vervangen, is kennis van de kwaliteit met de bijbehorende behandelingsmethode noodzakelijk. - door ing. A. van de Vijver* De primaire levensbehoefte is water; plantaardige producten bestaan meestal voor 90 % uit water en het lichaamsgewicht van de mens bestaat voor ongeveer 2/3 deel uit water. Water is op aarde in een kringloop aanwezig en de totale hoeveelheid bedraagt bijna 1,4 miljoen km 3. Ruim 97 % hiervan is zout of brak water en in feite onbruikbaar. De overblijvende hoeveelheid (bijna 3 % ligt permanent opgeslagen als ijs op de poolkappen en in gletsjers. In de wolken bevindt zich ook altijd water, echter er blijft uiteindelijk slechts 0,014 % over als potentieel drinkwater. Ing. A. van de Vijver De beschikbaarheid van water bedraagt in Nederland zo n 90 miljard m 3 en ongeveer 10 % hiervan bevindt zich in de bodem. Ons drinkwater wordt voor circa 70 % uit grondwater geproduceerd en voor ongeveer 30 % uit oppervlaktewater. EIGENSCHAPPEN VAN WATER Bij water maken we onderscheid in natuurkundige en scheikundige eigenschappen evenals biologische aspecten. De natuurkundige eigenschappen hebben een directe relatie met de kringloop van water: Temperatuur: als geen enkele andere stof zet water van 4 C uit bij verhoging en verlaging van die temperatuur. Doordat water dat bevriest uitzet, kunnen leidingen barsten en dienen die daartegen te worden beveiligd (vorstvrij dan wel isolatie. Opgewarmd water heeft een groter volume dan koud(er water, waarmee in afgesloten ruimten terdege rekening dient te worden gehouden. Het plaatsen van een veiligheidsklep is dan een eerste vereiste. Aggregatietoestanden: in de natuur kan alleen water tegelijkertijd in drie verschillende toestanden voorkomen. Allereerst de vaste vorm (ijs, sneeuw en hagel, als vloeistof en ten slotte in gasvorm (meestal waterdamp. Kringloop van water. - FIGUUR 1- * Vestigingsleider Eurowater BV te Nieuwegein 8 SANITAIRTECHNIEK
Kalkafzettingen (ketelsteen in een leiding. - FIGUUR 2- Oplossend vermogen: doordat water een groot oplossend vermogen heeft, lossen veel stoffen op in water. Om deze reden komt water nauwelijks in zuivere vorm voor. Warmte opnemend vermogen: in verwarmingsinstallaties wordt water gebruikt als transportmiddel vanwege het grote warmte opnemend vermogen. Opgeloste zouten en gassen evenals organische stoffen zorgen voor de scheikundige eigenschappen van water, waarvan de belangrijkste als volgt kunnen worden samengevat: Hardheid: de hoeveelheid kalk die in het water is opgelost, bepaalt de hardheid van het water. Kalk bestaat uit calcium- en magnesiumzouten; hoe meer van deze zouten opgelost zijn in water, des te harder is het water. De totale hardheid is opgedeeld in de tijdelijke en de blijvende hardheid. De tijdelijke hardheid is de waterstofcarbonaat hardheid, die verdwijnt na langdurig koken. Blijvende hardheid heeft betrekking op de calcium en magnesiumionen, die na langdurig koken nog in oplossing blijven. De hardheid van water wordt meestal uitgedrukt in Duitse hardheidsgraden ( dh en kan qua kwaliteit als volgt worden onderverdeeld: Hardheid in dh Typering - TABEL 1-0-3 Zeer zacht 3-9 Zacht 9-14 Vrij hard >14 Hard In analyses van water wordt de hardheid ook wel uitgedrukt in millimol (mmol per liter, waarbij 1 mmol overeenkomt met 5,6 dh. Corrosie kan verregaande gevolgen hebben. - FIGUUR 3- Zuurgraad: de zuurgraad van het water wordt weergegeven als ph-waarde en deze waarde ligt tussen 1 en 14. Water met een ph van 7 is neutraal, een phwaarde kleiner dan 7 betekent water met een zuur karakter en water met een ph-waarde hoger dan 7 is basisch. Water met een zuur karakter kan metalen in installaties aantasten en bij een basisch water kan een beschermende werking optreden. Corrosie: een ongewenste aantasting van een metaal door een chemische of elektrochemische reactie met stoffen uit de omgeving. Het functioneren van een installatie wordt aanzienlijk beperkt door corrosieschade, waarbij de kosten voor onderhoud en vervanging aanzienlijk kunnen oplopen. Er zijn diverse specifieke soorten corrosie, waarbij materialen en omgevingsinvloeden een rol spelen bij de soort corrosie (put-, contact- en galvanische erosie. Ook bacteriën kunnen afzettingen en corrosie veroorzaken. Biologische aspecten. Bacteriën zijn een belangrijke schakel in de omzetting van planten- en dierenresten in kooldioxide (CO 2 en water (H 2 O. Schadelijke en ziekteverwekkende micro-organismen moeten tot een minimum worden beperkt om het welzijn van de mens maar ook de technische installaties te beschermen. De meest bekende en tevens meest gevreesde soort is de legionella bacterie, die zichzelf razendsnel kan vermeerderen in (warm waterinstallaties. Bij langdurig stilstaan van water met temperaturen tussen 15 C en 50 C treden de meeste problemen op. Maar ook afzettingen en dode hoeken dienen te worden voorkomen, omdat dit ideale broedplaatsen zijn voor bacteriën. WATERKWALITEIT Ondanks de goede kwaliteit van het leidingwater in Nederland, worden we in de praktijk toch geconfronteerd met problemen als gevolg van de waterkwaliteit. Dit komt vooral doordat de watervoerende delen van technische installaties vragen om een specifieke kwaliteit van het water. Hierbij is het van belang dat verstoppingen, afzettingen en corrosie dienen te worden vermeden, om een effectieve en efficiënte bedrijfsvoering mogelijk te maken. Om dit te bereiken, dient er waterbehandeling en -conditionering plaats te vinden. WATERBEHANDELING Met waterbehandeling wordt bedoeld: het toevoegen of onttrekken van stoffen aan het water, met als doel de samenstelling van het water zodanig te wijzigen dat de gewenste waterkwaliteit wordt bereikt. Wanneer externe stoffen aan het water worden toegevoegd, spreekt men over conditionering. Uitgangspunt voor de behandeling van water is een complete en actuele analyse van het te behandelen water. Het totaal aan opgeloste zouten wordt weergegeven als elektrisch geleidingsvermogen en meestal uitgedrukt in microsiemens per centimeter (= µs/cm. Om met de opgeloste zouten (ionen te kunnen calculeren, worden deze vertaald in een zogenaamde ionenbalans. Hierbij dienen de positieve ionen (de kationen in balans te zijn met de negatieve ionen (de anionen. De chemische rekeneenheid is hierbij de milli equivalent per liter (meq./l., ofwel het aantal milligrammen per liter van de betreffende stof gedeeld door het equivalentgewicht. KATIONEN Calcium (Ca Magnesium (Mg ANIONEN Waterstofcarbonaat (HCO 3 Chloride (Cl Natrium (Na Sulfaat (SO 4 Kalium (K Silicaat (SiO 2 Tabel met enkele kat- en anionen in een ionenbalans. - TABEL 2- Er zijn een aantal basismethoden en apparatuur waarmee water kan worden behandeld, waarbij onderstaand in het kort de mogelijkheden worden toegelicht. TVVL Magazine 9/2006 9
FILTRATIE Om vaste en zwevende deeltjes uit water te verwijderen kan gebruik worden gemaakt van een kaarsen- of zakkenfilter. Dergelijke filters worden veelvuldig toegepast om pompen en kleppen, maar ook nageschakelde waterbehandelingsapparatuur, te beschermen tegen beschadiging en/of vervuiling. De kaarsen en zakken kunnen eenvoudig worden uitgewisseld of zijn reinigbaar. Afhankelijk van het te behandelen water dient een keuze te worden gemaakt in de filter fijnheid, waarbij de fijnheid wordt uitgedrukt in micron (µ. ONTHARDING Ter voorkoming van kalkafzettingen (ketelsteen, dient het water te worden onthard. De meest effectieve en efficiënte wijze van ontharding is via een ionenwisselaar, waarbij de calcium- en magnesiumionen daadwerkelijk uit het water worden verwijderd. Hierbij worden natriumionen uitgewisseld met de calcium- en magnesiumionen. De mate van ontharding wordt enerzijds bepaald door de toepassing (al dan niet consumptief en anderzijds door de technische installatie(s. Bepaalde materialen en/of installaties zijn namelijk niet geschikt voor volledig onthard water en dienen te worden gevoed met deels onthard water. Deels onthard water wordt verkregen door onbehandeld water bij te mengen aan volledig onthard water. Ook is het mogelijk om zowel een uitgang met volledig als deels onthard water te verkrijgen. Bij centrale ontharding gelden speciale voorschriften, waarbij de geldende Vewin-werkbladen dienen te worden gevolgd (o.a. tegenstroombeveiliging. TOEPASSING Boiler Stoomketel Vaatwasmachine Autowasstraat Omgekeerde osmose RESTHARDHEID 4 dh < 0,1 dh (= volledig onthard < 2 dh < 2 dh < 0,1 dh (= volledig onthard Aanbevolen hardheid voor enkele toepassingen. - TABEL 3- ONTZOUTING Door water te ontzouten ofwel te demineraliseren wordt demiwater verkregen. De conventionele manier via ionenwisseling met behulp van een kation- en anionwisselaar wordt steeds minder toegepast en wel vanwege de relatief hoge exploitatiekosten (handling en opslag van zoutzuur en natronloog. Wel worden deze systemen toegepast in situaties waar over een zeer goede waterkwaliteit moet worden beschikt (< 1 µs/cm of bij lagere afnames met behulp van een mengbeddemi. Hierbij zijn de kat- en anionharsen opgenomen in één kolom. Tegenwoordig wordt er meer en meer gebruik gemaakt van omgekeerde osmose, wat een membraanfiltratie techniek is (hyperfiltratie. Bij deze techniek wordt het water langs semipermeabele membranen gevoerd, waarbij nagenoeg enkel de waterstof- (H en de hydroxilionen (OH de poriën kunnen passeren en de zouten afgevangen worden (o.a. natrium (Na, chloride (Cl. Met deze techniek kan via een ééntraps systeem technisch demiwater worden geproduceerd (10-20 µs/cm Filterpatronen. - FIGUUR 4- Zakkenfilters - FIGUUR 5- Waterontharder. - FIGUUR 6- Automatische demi. - FIGUUR 7- Mengbed demi. - FIGUUR 8- Omgekeerde osmose installatie. - FIGUUR 9-10 SANITAIRTECHNIEK
en via een tweetraps systeem kan demiwater met een kwaliteit < 5 µs/cm worden geproduceerd. Indien over water met een zeer lage geleiding moet worden beschikt (0,1-1 µs/cm, dan kan dit worden bereikt door naschakeling van een mengbeddemi of een elektro-de-ïonisatie (EDI. Bij een EDI-installatie wordt gebruik gemaakt van semipermeabele membranen en mengbed hars in speciale compartimenten. Door het plaatsen van een gelijkstroom met elektroden over de compartimenten, worden de ionen aangetrokken door het potentiaalverschil naar de tegengestelde elektrode. Deze ionen verlaten het water via de harsen en passeren de semipermeabele membranen. Ook deze membranen laten geen water door en de verwijderde ionen worden apart verzameld en afgevoerd. Met behulp van EDI kunnen zeer lage geleidbaarheden (16-18 Mohm = 0,056-0,0625 µs/cm, zeer lage silicaat- en organicagehaltes (TOC en uiterst lage kiemgetallen (kve worden verkregen. Demiwater heeft een hoog oplossend vermogen en kan weer snel verontreinigd raken (oplopen van de geleidbaarheid. Hiermee dient rekening te worden gehouden bij de opslag van het water. Tevens is het zo dat demiwater een zuur karakter heeft en daardoor dienen er speciale corrosieresistente materialen te worden toegepast (kunststof dan wel roestvaststaal voor leidingwerk, appendages en dergelijke. DEELONTZOUTING/DECARBONATATIE Door decarbonatatie worden de hardheid en het waterstofcarbonaat (HCO 3 verminderd, waarbij het zoutgehalte voor ongeveer 75 % wordt gereduceerd. Een EDI-installatie. - FIGUUR 11- Deze -overigens steeds minder toegepaste- techniek wordt toegepast bij stoomketels, stadsverwarmingswater en brouwerijen. ONTGASSEN De in water opgeloste gassen (kooldioxide (CO 2 en zuurstof (O 2 worden niet verwijderd door membranen. Zuurstof kan schadelijk zijn in warm watervoerende systemen (stoomketels en stadsverwarmingssystemen en kooldioxide zorgt voor een restgeleiding van water. CO 2 kan tevens negatieve invloed hebben op de werking en de exploitatiekosten van een EDI (hoog energiegebruik. Om deze redenen kan het water worden ontgast. Afhankelijk van de toepassing kan een thermische of een vacuümontgasser voor zuurstofverwijdering worden toegepast. Een andere binnen de stadsverwarming gebruikte methode is via vacuümmembraan ontgassing. Kooldioxide kan via een uitdrijftoren worden verwijderd, dan wel kan het CO 2 door een lichte dosering van natronloog (NaOH vóór een omgekeerde osmose installatie worden omgezet in waterstofcarbonaat (HCO 3. Het waterstofcarbonaat wordt vervolgens door de membranen afgevangen en afgevoerd. Principe EDI - FIGUUR 10- Voorbeeld van een totale opstelling binnen een ziekenhuis. - FIGUUR 12- Op deze simpele manier kan soms toch relatief eenvoudig de benodigde waterkwaliteit worden verkregen. UV-STERILISATIE Met behulp van ultraviolet licht kunnen bacteriën worden bestreden. Het UV-licht is bij golflengten van 250-280 nanometer ( 1 nanometer (nm = 10-9 meter (m het meest effectief voor desinfectie. Door beschadiging van de DNA-structuur worden de bacteriën geïnactiveerd. Een belangrijke voorwaarde hierbij is dat de relatie tussen de dodelijke werking en de daarvoor vereiste dosis bekend is. Deze dosis, de UV-dosis, wordt uitgedrukt in milli Joule per vierkante centimeter (mj/cm 2 en geeft de mate aan lichtblootstelling weer. Ook de doorlatendheid ofwel de transmissie van het water voor UVlicht is een belangrijke voorwaarde. EINDFILTRATIE Indien er strenge eisen worden gesteld aan de zuiverheid van het water, kan een laatste absoluutfiltratie worden toegepast. Het door UV behandelde water, wordt dan door een 0,2 micron filter ontdaan van de kleinste restsporen. TVVL Magazine 9/2006 11
BIJ DE VOORPLAAT Zuiver drinkwater is zo vanzelfsprekend dat er niet wordt stilgestaan bij de eigenschappen van leidingwater en het gebruik ervan in technische installaties. Juist dit is onze expertise, welke wij graag met u delen. Of het nu gaat om de behandeling van bron-, oppervlakteof leidingwater, bij Eurowater wordt u met raad en daad bijgestaan in uw projecten. Wij beschikken over de kennis en ervaring om het vereiste proceswater zowel technisch als financieel verantwoord te produceren. Bij gebouwgebonden toepassingen kunt u denken aan onthard water of demiwater voor bevochtigingssystemen, stoomketels en koeltorens, maar ook UV-desinfectie wordt toegepast om bacteriën reeds in de kiem te smoren. Op de voorkant van dit blad is de energiecentrale van Viborg Denemarken afgebeeld, waarin diverse waterbehandelingssystemen zijn opgenomen voor de productie van warmte (58 MW en energie (58 MW. Door een uitgekiend ontwerp alsmede de juiste selectie van waterbehandelingsapparatuur is dit een van de meest efficiente energiecentrales. Neem gerust eens contact met ons op en laat u vrijblijvend informeren! EUROWATER B.V. Grote Wade 58 3439 NS NIEUWEGEIN T : 030-6340037 F : 030-6340038 www.eurowater.nl info@eurowater.nl