Drinkwater is water dat geschikt is om door de mens gedronken te worden. Oorspronkelijk was bijna al het zoete water dat zich op de continenten bevond hiervoor geschikt.
Mens en dier konden in het algemeen zonder gevaar het water uit de natuur gebruiken. Wel kwam het voor dat de verspreiding van m.n. tyfus en cholera via het drinkwater tot grote epidemieën geleid heeft. Lucht-, water- en bodemverontreiniging, een verhoogde verstedelijking, een steeds groeiende wereldbevolking en een intensivering van vele activiteiten hebben ervoor gezorgd dat men nog maar nauwelijks een stukje ongerepte natuur en zuiver water vindt. Enerzijds stijgt de vraag naar drinkwater, terwijl anderzijds de bronnen van zuiver drinkwater steeds schaarser worden. Daarom is de mens op zoek gegaan naar bronnen van betrouwbaar drinkwater of water dat d.m.v. een behandeling drinkbaar gemaakt kan worden. De drinkwatervoorziening is langzamerhand uitgegroeid tot een industrie.De kwaliteit van drinkwater beïnvloedt de gezondheid van de gebruiker. Het drinkwater moet verder ook een zekere esthetische waarde hebben ten aanzien van kleur, geur en smaak. Water bestemd voor consumptie moet dan ook voldoen aan een aantal eisen. Deze worden opgesteld door de Wereldgezondheidsorganisatie. Men onderscheidt internationale normen en Europese normen (zie tabel 1). De eerste zijn minimum vereisten, waaraan overal ter wereld moet worden voldaan om een elementaire hygiëne te waarborgen. De tweede reeks is aanzienlijk strenger en garandeert een consumptie zonder enige risico’s.
Het water mag uiteraard geen ziektekiemen bacteriën en virussen -, noch toxische stoffen bevatten. Het moet kleurloos, reukloos en helder zijn en een frisse smaak hebben. Deze smaak houdt verband met de temperatuur en het gehalte aan opgeloste zuurstof. De concentratie van scheikundige stoffen die ziekten kunnen veroorzaken en/of in de hand werken, zoals nitraten, fluoriden en sulfaten, moet binnen zekere grenzen gehouden worden, evenals de concentratie van stoffen die de gebruikswaarde, de genietbaarheid en de houdbaarheid van het drinkwater verminderen.
Drinkwater wordt in hoofdzaak gebruikt voor huishoudelijke doeleinden. Dit huishoudelijk verbruik is niet alleen afhankelijk van de bevolkingsgrootte, maar ook van de leefgewoonten, de klimatologische omstandigheden, de levensstandaard en de mate waarin verspilling plaatsvindt. Deze invloeden komen het duidelijkst tot uiting, als men het drinkwaterverbruik beschouwt per inwoner en per dag (zie tabel 2). Het verbruik in de vs is 2—5 maal hoger dan in de Europese landen. Er zijn dan ook belangrijke verschillen tussen de verschillende landen, verder tussen de steden en het platteland, tussen woongebieden en vakantieoorden, tussen geïndustrialiseerde landen en ontwikkelingslanden. Slechts een te verwaarlozen gedeelte van het geproduceerde drinkwater wordt echt gedronken.
Het grootste deel wordt benut voor het onderhoud van de woonruimte en van gebruiksvoorwerpen en voor de persoonlijke hygiëne. Comfort brengt eveneens een verhoogd verbruik met zich mee.
Kwaliteitsnormen voor drinkwater.
parameter internationale norm Europese norm mogelijk effect bij het niet voldoen aan de norm temperatuur <= 25 °C onfrisse smaak PH <= 9,5 geen agressiviteit corrosie chloriden < 500 mg/l onaangename smaak, corrosie sulfaten < 250 mg/l < 250 mg/l maagdarmaandoening indien gecombineerd met magnesium en natrium magnesium < 50 mg/l natrium < 150 mg/l kalium < 12 mg/l aluminium < 0,2 mg/l droogrest bij 180 °C < 1500 < 1500 vrij kooldioxide geen agressiviteit corrosie zuurstofverzadiging < 45 mg/l > 75% onfrisse smaak nitraten < 50 mg/l reductie tot nitriet nitrieten < 0,1 mg/l methemoglobinemie bij zuigelingen ammonium < 0,5 mg/l groei van micro-organismen, corrosie, problemen bij het chloren Kjeldahl-stikstof < 1 mg/l groei van micro-organismen oxideerbaarheid door KMnCV < 5 mg O2/I2 totale hardheid > 60 mg Ca/13 oplossen van zware metalen alkaliteit > 30 mg HCO3-/14 agressiviteit, corrosie geëmulgeerde en opgeloste koolwaterstoffen < 10 µg/l fenolen < 1 µg/i < 0,5 pg/i onaangename smaak anionische detergenten pg laurylsulfaat/l < 200 pg/i onaangename smaak, geur en schuimvorming ijzer totaal < 300 µg/l < 200 µg/l onaangename smaak, verkleuring en groei van bacteriën mangaan < 50 µg/l < 50 µg/l onaangename smaak, verkleuring en bleekschade fosfor (P2O5) < 5 mg/l fluor < 0,7-1,5 µg/l < 1,5 µg/l (bij 8-12 "C)
< 0,7 µg/l (bij 25 30 °C) fluorose arseen < 50 µg/l < 50 µg/l toxisch cadmium < 10 µg/1 < 5 µg/l toxisch cyanide < 50 µg/l < 50 µg/l toxisch chroom (VI) < 50 µg/l toxisch chroom totaal < 50 µg/l toxisch kwik < 1 µg/i < 1 µg/l toxisch nikkel < 50 µg/l toxisch lood < 50 µg/l < 50 µg/l toxisch barium < 100 µg/l maag-darmaandoeningen antimoon < 10 µg/l toxisch seleen < 10 µg/l < 10 µg/l toxisch biociden < 0,1 µg/l biociden totaal <0,5 µg/l polycyclische aromaten < 0,2 µg/l kankerverwekkend totale coliformen <= 4/100 ml 0 fecaele coliformen 0 0 fecaele Streptococcen 0 0 sulfietreducerende clostridia <= 1/20 ml totale kiemen <= 10/ml bij
37 °C
<=100/ml bij 22 °C Naast het huishoudelijk heeft men ook een industrieel en agrarisch drinkwaterverbruik. De industrie gebruikt drinkwater in het produktieproces als proceswater, daar waar de kwaliteit van oppervlakte- en grondwater onvoldoende is. In de landbouwsector wordt drinkwater vnl. ingeschakeld in de voeding en verzorging van de dieren (zie tabellen 2 en 3).
Waterverbruik voor huishoudelijke activiteiten per persoon per dag, in Nederland en in België.
activiteit België Nederland liter liter koken en drinken 5 4 afwas 14 10 was 11 22 persoonlijke hygiëne 45 34 toilet en schoonmaak 50 33 overige doeleinden 5 1 totaal 130 104 Bronnen Zeewater, zilt en brak water zijn onbeperkt beschikbaar. Zij bevatten echter grote hoeveelheden zouten en moeten derhalve volledig ontzilt worden, wat veel energie vraagt en dus kostbaar is. Deze bron zal daarom slechts aangeboord worden, als er onvoldoende zoet water voorhanden is.
Neerslagwater is in ruime mate aanwezig op de meeste continenten. Het kan echter slechts in beperkte hoeveelheden opgevangen worden en is niet geschikt om zonder behandeling als drinkwater te fungeren.
Bij de doorgang door de atmosfeer neemt het nl. tal van schadelijke stoffen op, zoals roet, radioactieve deeltjes, organische en anorganische stoffen afkomstig van de menselijke activiteiten die bijdragen tot de luchtverontreiniging. Boven steden, industriezones en verkeerswegen en tijdens onweren kunnen zuren gevormd worden. Neerslagwater is dan ook meestal zuur. Bovendien vertoont het een tekort aan natuurlijke mineralen.
Grondwater is een van de voornaamste bronnen van drinkwater. Het is regenwater dat in de aardlagen dringt en daarin vastgehouden wordt. Het neerslagwater infiltreert door waterdoorlatende lagen (zand, grind, krijt) en wordt opgehouden door ondoorlatende lagen, zoals rotsgesteenten en kleilagen. De eerste watervoerende laag of aquifer wordt de freatische laag genoemd. Hier bereikt het waterpeil een bepaalde hoogte, grondwatertafel of freatisch waterpeil genaamd. De onderliggende aquifers zijn de artesische lagen.
Het grondwater migreert met een bepaalde snelheid — centimeters tot kilometers per dag — naar lagergelegen punten. Men onderscheidt dan: bronwater, dat voorkomt op plaatsen waar de ondoorlatende laag aan de oppervlakte komt; putwater uit freatische en artesische lagen; duinwater, afkomstig uit de ‘zoetwaterlens’, gevormd door het verschil in dichtheid tussen zoet en zout water. Kalkgesteenten vertonen barsten en scheuren, die grote hoeveelheden water kunnen doorlaten. Mijngangen en galerijen kunnen in zulke gevallen gebruikt worden voor de waterwinning. Naast dit kringloopwater bevatten de diepe aardlagen soms aanzienlijke hoeveelheden water, die tijdens het ontstaan van sedimenten werden ingesloten. Dit kan juveniel water (afgescheiden uit het magma) zijn of connaat of fossiel water (ontstaan door de afbraak van levende organismen in vroegere tijden).
Het grondwater kan van zeer uiteenlopende kwaliteit zijn. Dit geldt vooral voor het water uit de freatische lagen. De verontreinigingen daarin zijn afkomstig van de intensieve landbouw en van menselijke, dierlijke en industriële afvalprodukten (→ grondwaterverontreiniging). Artesisch water is daarentegen zuiverder en rijker aan mineralen. Fossiel water kan zout zijn, zoals in het geval van mariene afzettingen. Het water uit mijngangen bevat soms grote hoeveelheden mijngesteenten (kolenpoeder, ijzer enz.).
Oppervlaktewater is water dat aan de oppervlakte van de continenten naar zee vloeit. Het is meestal zoet, al kan het dicht bij de kusten en in warme streken brak tot uiterst zout zijn (Dode Zee, Groot Zoutmeer). Het kan rechtstreeks benut worden (rivierwater) of geput worden uit natuurlijke of kunstmatige meren (stuwmeren, spaarbekkens en waterreservoirs). De kwaliteit van dit oppervlaktewater is nauw verbonden met de aanpak van het afvalwaterprobleem. Uit de tabellen (5 en 6) van de herkomst van het drinkwater wordt duidelijk dat men in de toekomst steeds vaker een beroep zal moeten doen op oppervlaktewater om aan de drinkwaterbehoefte te kunnen voldoen. Daarom dient de afvalwaterzuivering en andere bestrijdingen van waterverontreinigingen grote aandacht te krijgen.
Jaarlijks drinkwaterverbruik in Nederland per sector.
sector 1965 1980 2000 mln. m3 mln. m3 mln. m3 huishouding 446 685 834 industrie 132 118 316 commercieel, 95 260 430 openbaar, agra- risch en recreatief totaal 673 1063 1580 Tabel 4. Jaarlijks drinkwaterverbruik in België per sector. sector 1965 1980 2000 mln. m3 mln. m3 mln. m3 huishouding 286 450 700 industrie 50 150 200 agrarisch 50 70 80 totaal 386 670 980 Afvalwater kan in theorie zodanig gezuiverd worden, dat het geschikt wordt voor de drinkwatervoorziening. De daarvoor nodige zuiveringstechnieken zijn echter dermate complex en duur, dat men slechts in uitzonderlijke gevallen zijn toevlucht neemt tot afvalwater als bron van de drinkwatervoorziening.
Het smeltwater van de gletsjers en van de poolkappen kan eveneens worden gebruikt. Bij het invriezen van zeewater voltrekt zich een scheiding tussen zout en zoet water. Drijvende ijsbergen kunnen dan ook in aanmerking komen als bron voor drinkwater, en zij zijn dan ook het onderwerp van studie.
Bereiding Om aan de kwaliteitsnormen voor drinkwater te voldoen, zal het gebruikte water hoe dan ook moeten worden gezuiverd. Verschillende zuiveringstechnieken worden op grote schaal toegepast. In eerste instantie kan men de zuiveringsmechanismen benutten die in de natuur voorkomen: de zelfreiniging in waterlopen en de biologische zuivering in de bodemstructuren. Dit wordt toegepast in toevoerkanalen, lagunes en spaarbekkens en door bevloeiing van zandgronden en duingebieden. Langzame zandfilters, open of overdekt, zijn hiervan een kunstmatig alternatief. Deze systemen vergen echte grote oppervlakten, zodat men nieuwere en snellere technieken heeft ontwikkeld.
Onder de klassieke methoden onderscheidt men: de chemische coagulatie en flocculatie — een vlokvorming onder inwerking van chemische stoffen (aluminium- en ijzerzouten, actieve silica en organische polymeren) —, de bezinking van de gevormde vlokken en het afscheiden van de niet bezonken deeltjes op snelle zandfilters. Deze filters bestaan uit verscheidene lagen, b.v. fijn zand en hydroantraciet. Het betreft een fysischchemische zuivering, daar ook opgeloste bestanddelen en bacteriën in het filter worden tegengehouden. De filters verstoppen na verloop van tijd of raken verzadigd van vlokdeeltjes. Bij het overschrijden van de zuiveringscapaciteit van het filter zal het afloopwater troebel worden, wat doorslag van het filter wordt genoemd. Om dit te regenereren voert men dan periodiek een opwaartse spoeling door met water en lucht.
De werking en de regeneratie van dergelijke systemen gebeurt meestal volautomatisch. Om de doorslag van bacteriën op te vangen worden daarna soms langzame zandfilters ingeschakeld. Men kan echter niet altijd vermijden dat een aantal bacteriën, larven, sporen of virussen, hoe weinig ook, doorbreken. Deze kunnen tot ontwikkeling komen in de drinkwaterdistributiesysternen. Dit verschijnsel wordt nagroei genoemd. Desinfectie of sterilisatie van het drinkwater is dan ook noodzakelijk.
In grote installaties komen chloor en ozon voor desinfectie in aanmerking. Chloren van het water wordt niet alleen toegepast om het te ontsmetten, maar ook om de nog aanwezige organische stoffen te oxideren en de ammoniumverbindingen om te zetten tot chlooramines. Deze laatste zijn echter schadelijk en worden op hun beurt door chloor omgezet tot stikstofgas. De werkwijze waarbij men juist voldoende chloor toevoegt om dit te bereiken, heet de breekpuntschlorering. Meestal voegt men nog een kleine overmaat chloor toe om de eventuele nagroei te beperken. Bij gebruik van chloor treedt een nawerking in de distributieleidingen op.
De ozonisatie heeft als voordelen: een vergaande en snellere verwijdering van kleur, smaak, geur en organische bestanddelen zonder de vorming van kankerverwekkende stoffen, wat wel het geval kan zijn bij het chloren, alsook een aanzienlijke desactivering van virussen. Nadelig zijn echter de kostprijs van de behandeling en de afwezigheid van nawerking. Bestraling met ultraviolet licht kan eveneens worden gebruikt voor de ontsmetting van water. Tegenwoordig worden ook alternatieve technieken toegepast. Te noemen zijn: de chemische oxidatie d.m.v. ozon, chloor of chloordioxide; de afscheiding door flotatie en lamellaire bezinking; de filtratie op actieve kool, die in hoofdzaak een fysischchemische absorptie inhoudt; het gebruik van snelfiltratie en directfiltratie, die de coagulatie-, flocculatie- en bezinkingsstap overbodig maken. Een aantal kleinere bewerkingen blijkt in sommige gevallen noodzakelijk: zeven (met behulp van zeven, roosters en microzeven), aëreren of beluchten, zuurgraadcorrectie.
Het water kan slechts ontdaan worden van moeilijk te verwijderen stoffen, zoals bepaalde zouten, door toepassing van demineralisatie en/of ontzilting. De eerste techniek, ontleend aan de ontharding van water, maakt gebruik van de ionenuitwisseling. Dit is de elektrochemische uitwisseling van ionen tussen het water en bepaalde synthetische harsen. De ontzilting kan geschieden door destillatie — koken van het water en opvangen van de damp — of door omgekeerde osmose of hyperfiltratie een filtratie bij hogere drukken op resp. macromoleculaire en ionaire schaal. De ontwikkeling van deze nieuwe technieken en hun combinaties, en de toepassingsmogelijkheden van nieuwe Produkten die in de waterbehandeling kunnen gebruikt worden, worden uitgewerkt en onderzocht door drinkwatermaatschappijen en openbare gezondheidsinstanties, maar ook door nationale, overkoepelende instituten, groeperingen en onderzoekscentra: KIWA (Nederland), svw (België) en WRC (Groot-Brittannië).
Tabel 5. Bronnen van drinkwater in Nederland.
bron 1965 1980 2000 mln. m3 mln. m3 mln. m3 grondwater 427 711 1080 oppervlaktewater 240 333 500 zeewater 13 pm Tabel 6. Bronnen van drinkwater in België.
bron 1965 1980 2000 mln. m3 mln. m3 mln. m3 grondwater 276 430 480 oppervlaktewater 110 240 430 zeewater — — 70 Milieu-effecten van drinkwaterwinning Ons leefmilieu heeft een zeer belangrijke en duidelijke invloed op de drinkwatervoorziening. Het omgekeerde is echter evenzeer waar. Zowel de winning als de behandeling van drinkwater beïnvloedt het leefmilieu. Het onttrekken van water uit de freatische lagen heeft een daling van de grondwaterspiegel tot gevolg. De geaëreerde zone of aëratiezone van de bodem wordt vergroot, zodat bepaalde stoffen, zoals ijzer(II), kunnen oxideren. Daardoor zal de kwaliteit van het grondwater verminderen.
Ook kan aanzienlijke schade berokkend worden aan planten, gewassen en bomen met een minder uitgebreid wortelstelsel. In duingebieden kan dit leiden tot aantasting en verarming van het duinecosysteem en tot vergroting van de erosieverschijnselen. Dammen, stuwmeren en spaarbekkens zijn ook niet altijd ecologisch of esthetisch verantwoord. De waterwinning zal belangrijke hoeveelheden water onttrekken aan de natuurlijke kringloop. Dit kan dan een lokale verstoring van het hydrografisch en hydrobiologisch evenwicht van waterlopen en drassige gebieden tot gevolg hebben. De behandeling van drinkwater geeft aanleiding tot de produktie van slib.
Dit slib is hoofdzakelijk van chemische aard en zal moeten worden behandeld en gestort. Tenslotte zal de behandeling van brak en zout water een continue verzilting van het milieu met zich meebrengen. [dr.ir.E.Van Vaerenbergh]
