Water is bij 20 °C en 1000 mbar atmosferische druk een kleur- en reukloze vloeistof. Behalve als vloeistof komt het ook in de vaste en gasvormige aggregatietoestand voor als respectievelijk ijs en waterdamp.
Water is de meest voorkomende stof op aarde; ca. 70 % van het aardoppervlak is bedekt met water. Dit betreft hoofdzakelijk het zoute water in de zeeën en oceanen. Zou men dit gelijkmatig over de aarde uitsmeren, dan komt dit neer op een laag van 2500 m dikte. Zoet water is er veel minder. Schattingen over de hoeveelheid hiervan lopen uiteen, maar waarschijnlijk bedraagt de hoeveelheid zoet water ongeveer 2,5 % van de totale watervoorraad. Het grootste deel hiervan is gestold tot poolkappen en gletsjers.
Wat overblijft is 500000 km3 zoet water. De helft hiervan is te vinden in de grote meren van de wereld, zoals het Bajkalmeer en de Canadese meren. Van de andere helft is ca. 50 % grondwater; als men het kleine beetje waterdamp in de lucht niet meerekent, blijft voor alle rivieren, plassen, beken, sloten, vaarten en kanalen ruwweg 125000 km3 over. Dat is minder dan 0,01 % van al het water op aarde.In geografisch opzicht is de verdeling van het water zeer ongelijk: naast moerassige gebieden komen uitgebreide woestijngebieden voor, waar water nagenoeg ontbreekt. Buiten beschouwing blijft de hoeveelheid water die chemisch is gebonden in mineraal gesteente en de relatief zeer geringe hoeveelheid biologisch gebonden water in plantaardige en dierlijke organismen.
De hydrologische kringloop Het water op aarde is voortdurend in beweging. Door verdamping vanuit open water, het landoppervlak en de vegetatie komt het in de atmosfeer. Van hieruit keert het in de vorm van neerslag (regen, sneeuw, dauw) naar het aardoppervlak terug. Van de neerslag die op het land terechtkomt zal, afhankelijk van de plaatselijke omstandigheden, een bepaald gedeelte direct verdampen en een ander deel in de bodem wegzijgen. Daarvan wordt via het plantendek (kruiden, gras, struiken, bomen) een deel opgenomen en verdampt (evapotranspiratie). De rest komt bij het grondwater terecht.
Overtreft de neerslag de verdamping en de wegzijging, dan vindt ook bovengrondse afvoer naar oppervlaktewateren plaats. Het grondwater komt uiteindelijk als bron- of kwelwater in beken, sloten, plassen en rivieren terecht, vanwaar het naar zee wordt afgevoerd.
Ook vanuit oppervlaktewateren kan wegzijging in de bodem plaatsvinden. Tijdens de kringloop vindt vaak tijdelijke opslag plaats in b.v. meren, grondwater en sneeuwdek.
De energie voor de hydrologische kringloop wordt geleverd door de zon. De soortelijke warmte van water (d.i. de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 g water 1 °C op te warmen) is in vergelijking tot verbindingen van een even groot molecuulgewicht zeer hoog. De enorme hoeveelheid water in de zeeën en oceanen fungeert daarom als een efficiënte buffer voor de zonnewarmte die iedere dag de aarde bereikt. Zonnewarmte wordt daar opgeslagen en geleidelijk weer afgestaan aan de omgeving. Ook het verdampen van water kost warmte. Bij het omgekeerde proces, condensatie, komt een gelijke hoeveelheid warmte vrij.
Het smelten van ijs kost eveneens warmte. Dezelfde hoeveelheid warmte komt vrij bij het bevriezen van water.
Al deze processen, die onafgebroken overal op aarde plaatsvinden, vormen met elkaar de kringloop van het water. Zij zorgen ervoor dat uit zout water weer zoet water ontstaat (zouten verdampen nl. niet mee) en dat ook hoog gelegen gebieden van water worden voorzien. Per seconde wordt in de kringloop ca. 850000 m3 water meegenomen.
Diverse functies van het water Water is een essentieel element voor het voortbestaan van het leven op aarde. Hoe belangrijk dit element is, wordt duidelijk als men bedenkt dat vrijwel alle levende organismen voor meer dan de helft uit water bestaan. Het menselijk lichaam bestaat voor ca. 70 % uit water; sommige organismen, zoals kwallen en bepaalde soorten waterplanten, bevatten zelfs meer dan 95 % water.
Het grote oplossend vermogen van water voor zeer vele en veelsoortige stoffen stelt plant en dier in staat voedings- en afvalstoffen intern te transporteren.
Een andere belangrijke functie van water is de temperatuurregulatie voor levende organismen. De temperatuur in het lichaam van de mens en van sommige zoogdieren wordt op peil gehouden door o.a. transpiratie, waarbij door verdamping warmte wordt onttrokken. Landdieren die maar weinig water uit de omgeving kunnen opnemen, hebben een speciale bescherming nodig tegen vochtverlies. Hiertoe dient b.v. een waterdichte hoornlaag op de huid of een chitinepantser (insekten), vergaande onttrekking van water aan de faecaliën of aanpassing van de ademhalingsorganen. Bij de planten speelt de verdamping door de bladeren een belangrijke rol bij de temperatuurregulatie. De constante sapstroom van de wortels naar de bladeren verleent de plant bovendien een zekere stevigheid.
Water vormt het leefmilieu van waterorganismen. Belangrijke factoren zijn hier o.a. de lichtdoorlaatbaarheid, de geringe en/of zeer langzame wisseling van temperatuur (in het bijzonder in grote watermassa’s), verticaal en horizontaal transport door stromingen, oplosbaarheid van zuurstof en voedingsstoffen.
Water dient ook als drinkwater voor landdieren en de mens. Hoe belangrijk dat is blijkt uit het feit dat de mens het zonder voedsel gemiddeld enige weken kan uithouden, maar zonder water sterft hij binnen enkele dagen.
Het water speelt verder een belangrijke rol als klimaatfactor. Niet alleen de temperatuurregulerende werking van zeeën en oceanen is van belang, ook de relatief geringe hoeveelheid atmosferisch water oefent grote invloed uit op het klimaat. Een wolkendek vermindert b.v. de warmte-instraling van de zon en beperkt ’s nachts de afkoeling door warmte-uitstraling. Het vocht in de atmosfeer absorbeert infrarode straling en draagt zo bij tot verwarming van de atmosfeer.
Een speciaal aspect van water wordt gevormd door zijn rol bij erosie (kapotvriezen van gesteenten, golfslag, uitslijping en transport van erosieprodukten over grote afstanden).
Behalve al deze natuurlijke functies is er een aantal dat in het bijzonder met de behoeften van de mens samenhangt. Water is altijd essentieel voor het menselijk leven geweest. Nederzettingen ontstonden veelal daar waar goed water werd aangetroffen, b.v. bij meren en plassen, in rivierdalen of in de buurt van natuurlijke waterbronnen. Droogde een bron na verloop van tijd op, dan ging men op zoek naar een nieuwe vestigingsplaats met een (voorlopig) voldoend grote voorraad. Behalve oppervlaktewater werd ook grondwater als drink- en irrigatiewater gebruikt. Waar het grondwater dit toeliet, groef men drinkwaterputten. Vaak werden ingenieuze installaties voor de bevloeiing van landbouwgronden ontworpen.
De oudste overblijfselen van waterleidingsystemen voor de drinkwatervoorziening zijn gevonden in het Nabije Oosten en in India (ca. 3000 v.C.). Ook in China, Egypte en Zuid-Amerika zijn vormen van watervoorziening voor irrigatie en huishoudelijk gebruik aangetroffen die uit een ver verleden stammen.
De grootste prestaties op het gebied van de drinkwatervoorziening in de oudheid zijn geleverd door de Romeinen. Het dagverbruik van water moet toentertijd in Rome ca. 1 mln. m3 water hebben bedragen. Alleen steden als New York en Chicago evenaren het Romeinse waterverbruik van 2000 jaar geleden, en dit komt nog hoofdzakelijk door het feit dat de industrie in deze steden enorme hoeveelheden water nodig heeft.
Grote rivieren, kanalen en meren worden door de mens al van oudsher gebruikt als transportmedium. De ‘waterwegen’ zijn vooral in Nederland een bekend begrip. Stromend water (‘witte steenkool’) wordt ook gebruikt als energiebron. Aanvankelijk installeerde men hiervoor vele watermolens; later wekte men elektriciteit op d.m.v. stuwdammen.
Water heeft voor de mens ook een landschappelijke en recreatieve functie. Bovendien beseft men steeds meer dat water een algemeen ecologische functie heeft.
De bescherming van het waterecosysteem dient dan ook bij de doelstellingen van waterkwaliteitsbeheer een belangrijke plaats in te nemen.
Beïnvloeding door de mens Door ingrepen in de natuurlijke toestand heeft de mens het water zowel in kwantitatieve als in kwalitatieve zin beïnvloed. Dit gebeurde reeds in vroeger eeuwen door b.v. opstuwing van het water ten behoeve van bevloeiing, droogleggen van moerassen, aanleggen van dijken en inpolderingen. In latere tijden kwamen daar nog bij: aanleg van havens, aanleg van stuwmeren ten behoeve van de energievoorziening en irrigatie, winning van grondwater ter voorziening in de waterbehoefte van bevolking en industrie, graven van kanalen, regulatie van de afvoer van rivieren en afsluiting van zeearmen. De gevolgen hiervan kunnen ingrijpend zijn. Het onttrekken van water aan de bodem kan leiden tot verlaging van de grondwaterspiegel en zo tot beïnvloeding van de vegetatie. Nadat b.v. de Aswandam in Egypte was gebouwd, ondervond men de vergaande gevolgen hiervan voor het milieu.
Het vruchtbare slib wordt nl. in het stuwmeer tegengehouden en komt niet meer in de benedenstrooms gelegen landbouwgebieden. Voorts komen nu in het rivierwater vele tot het geslacht Bilharzia behorende botwormen voor, wat het uitbreken van de gevreesde ziekte schistosomiasis bij de bevolking veroorzaakte. Aanleg van zeehavens heeft soms geleid tot verder binnendringen van zout water in riviermonden. Het wegvallen van het tij en de eventuele verzoeting in afgesloten zeearmen kunnen zowel het leven in het water als de vogelstand ingrijpend wijzigen.
Het kanaliseren van rivieren door het aanleggen van stuwen en het afsnijden van bochten (in b.v. de Maas) heeft tot gevolg dat karakteristieke van het water afhankelijke leefgemeenschappen verdwijnen en ook het landschap sterk wordt beïnvloed. Voorts kunnen ook ingrepen die niet in de eerste plaats hierop zijn gericht de waterhuishouding sterk beïnvloeden (ontbossing, aanleg van wegen, uitbreiding van stedelijke gebieden).
Waterverontreiniging Van waterverontreiniging is sprake wanneer oppervlakte- of grondwater door menselijk toedoen een dusdanige verandering van samenstelling of hoedanigheid heeft ondergaan, dat het niet of minder geschikt is geworden voor de doeleinden waarvoor het oorspronkelijk kon worden gebruikt. Deze definitie sluit de beïnvloeding van de waterkwaliteit door natuurlijke invloeden (zoals bladval, oplossen van minerale bestanddelen uit de bodem, afvoer van natuurlijke erosieprodukten, uitlogen van humuszuren) uit, maar omvat wel b.v. temperatuurverhoging (thermische verontreiniging). In verreweg de meeste gevallen ontstaat waterverontreiniging doordat verontreinigende stoffen die zijn opgelost in huishoudelijk en industrieel afvalwater, worden geloosd, door uitloging van afvalhopen, afvoer van drainwater van landbouwgronden e.d.
Maar ook neerslag vanuit verontreinigde lucht kan een bron van waterverontreiniging zijn (verzuring van Scandinavische meren).
Waterverontreiniging is overigens niet iets dat alleen tegenwoordig voorkomt. In geschriften uit de 16e eeuw wordt al melding gemaakt van de vervuiling van de Rampevaart in Noord-Holland. In het gebied tussen Overveen en Santpoort hadden zich Vlaamse blekers gevestigd, omdat het zachte duinwater daar uitermate geschikt was voor het bleken van linnen. Het vuile water werd op de Rampevaart geloosd, tot grote woede van de Haarlemse brouwers die hetzelfde water voor hun bier gebruikten.
De beïnvloeding van de waterkwaliteit blijft meestal niet beperkt tot de ongewenste eigenschappen van de aan het water toegevoegde stoffen (b.v. kleur, giftigheid of reuk). Ten gevolge van omzettingen (transformatie) en/of reacties met andere in het water aanwezige stoffen (interactie) treden ook secundaire verontreinigingsverschijnselen, zoals stank en algenbloei, op. Naar de aard van de verontreinigende stoffen en de wijze waarop zij de waterkwaliteit beïnvloeden kan men deze als volgt indelen.
1. Organische biodegradeerbare (afbreekbare) stoffen. Deze stoffen kunnen als voedsel voor bacteriën dienen. In zuurstofhoudend water worden deze stoffen door aërobe bacteriën afgebroken, waarbij tenslotte anorganische verbindingen en een kleine hoeveelheid humusachtig slib ontstaan. Dit verschijnsel wordt wel het zelfreinigend vermogen van het water genoemd. Bij dit mineralisatieproces wordt de in het water opgeloste zuurstof gebruikt. Bij overbelasting met biodegradeerbare organische stoffen zal het zuurstofverbruik de opname uit de atmosfeer overtreffen en ontstaat zuurstofgebrek (anaërobie). De zonder hinderlijke bijverschijnselen verlopende aërobe afbraak maakt dan plaats voor anaërobe. Rotting gaat gepaard met stank, zwarte verkleuring van het water en vissterfte.
2. Sterk reducerende verbindingen. Ook deze stoffen veroorzaken een zuurstofloosheid van het water. De zuurstof wordt nu niet op biochemische wijze gebonden, maar gaat een chemische binding aan met de verontreinigende stof (voorbeelden zijn sulfiden en ferrozouten).
3. Organische niet-biodegradeerbare (persistente) verbindingen. Deze stoffen kunnen niet of slechts uiterst langzaam door bacteriën worden opgenomen en afgebroken. Zij leiden dus niet tot zuurstofuitputting, maar worden ook niet op natuurlijke wijze opgeruimd. Sommige van deze stoffen zijn betrekkelijk onschuldig, andere zijn zeer schadelijk (DDT, PCB’S e.d.). Deze laatste verbindingen zijn niet alleen zeer giftig, maar kunnen zich tevens in het lichaamsvet van levende organismen ophopen (accumulatie). De giftige werking van deze stoffen komt dan pas tot uiting bij organismen die bovenaan een voedselketen staan (b.v. viseters zoals de zeehond en de aalscholver).
4. Anorganische zouten. Een teveel aan deze zouten leidt tot verzilting. Typische zoetwaterorganismen verdwijnen, het water wordt corrosiever, zout van smaak, en ongeschikt als sproei- en gietwater voor land- en tuinbouwgewassen. Bij aanwezigheid van sulfaten kan in anaëroob milieu het stinkende waterstofsulfide ontstaan. Een bekend voorbeeld is de verontreiniging van de rivier de Rijn door lozingen van o.a. de Franse kalimijnen.
5. Onoplosbare stoffen. Deze kunnen in waterlopen, slibbanken of drijflagen voorkomen, afzettingen veroorzaken in leidingen, en o.a. de kieuwen van vissen verstoppen. Bekend zijn de rampzalige gevolgen voor watervogels van drijvende olievelden op zee.
6. Minerale nutriënten. Deze stoffen komen van nature in een bepaalde hoeveelheid in het oppervlaktewater voor. Zij vormen de voedingsstoffen voor waterplanten, algen en wieren. Een overmaat aan mineralen leidt echter tot eutrofiëring van het water. De voedselrijkdom leidt dan tot verstoring van het waterecosysteem. Vele plantesoorten verdwijnen en enkele soorten verschijnen massaal (b.v. algenbloei). De belasting van het oppervlaktewater met fosfaten en nitraten (wasmiddelen, kunstmest, dierlijke mest) heeft o.a. in Nederland en België reeds geleid tot aantasting van uit natuurwetenschappelijk oogpunt zeer waardevolle watergebieden.
7. Giftige stoffen (zoals zware metalen, cyaniden, chromaten, pesticiden) maken het water niet alleen ongeschikt voor direct gebruik, maar schaden ook de waterorganismen, o.a. de bacteriën die de zelfreiniging bewerkstelligen. Ook radioactieve stoffen rekent men tot deze groep.
8. Ziekteverwekkende organismen zoals enkele soorten bacteriën, virussen en bepaalde protozoën maken water voor direct gebruik ongeschikt.
9. Stoffen die de fysische eigenschappen van water beïnvloeden. Ook deze zijn als verontreinigend te beschouwen. Een hoog gehalte aan zouten verhoogt het soortelijk gewicht (stratificatie). Aanwezigheid van oppervlakteactieve stoffen verhoogt de tendens tot schuimen door verlaging van de oppervlaktespanning. Een voorbeeld hiervan is de schuimvorming bij stuwen en sluizen als gevolg van in het geloosde afvalwater opgeloste wasmiddelen, een probleem dat zich m.n. tegen het eind van de jaren zestig deed gelden.
10. Stoffen die invloed uitoefenen op de pH. De waarde van de pH is van groot belang voor alle levensprocessen die zich in het water afspelen. De pH kan indirect worden beïnvloed door verontreiniging van oppervlaktewater met stikstofverbindingen. Voorbeelden zijn pH-verlaging door nitrificatie en pH-verhoging als gevolg van algenbloei.
11. Stoffen die het water kleur, reuk of smaak verlenen. Hierbij zijn niet alleen de gevolgen voor watergebruikers van belang. Ook de esthetische indruk van een wateroppervlak en de doorlaatbaarheid van licht (een voorwaarde voor het leven in het water) zijn belangrijke factoren. De hoedanigheid van water wordt mede bepaald door de temperatuur. Lozing van warm koelwater leidt tot thermische verontreiniging. Door temperatuurverhoging wordt de oplosbaarheid van zuurstof verminderd en de snelheid van bacteriële omzettingen (en het daarmee verbonden zuurstofverbruik) verhoogd, zodat eerder zuurstofnood, en dientengevolge vissterfte, optreedt.
Verontreiniging van water met één of verscheidene van bovenstaande groepen stoffen heeft tot gevolg dat dit water niet meer kan worden gebruikt voor allerlei doeleinden, zoals drinkwaterbereiding, recreatiedoeleinden, irrigatie en besproeiing en toepassing als proceswater in de industrie. Voor elk van deze doeleinden kunnen al of niet nauwkeurig omschreven kwaliteitseisen worden geformuleerd. Men begint de laatste jaren echter steeds meer te beseffen dat een goede waterkwaliteit niet alleen van belang is voor deze gebruiksmogelijkheden, maar ook voor de instandhouding van het natuurlijk evenwicht in het milieu. Reeds lang voordat kan worden gesproken van een echte verontreiniging van het oppervlaktewater is een duidelijke verarming in de soortenrijkdom van in het water voorkomende levensgemeenschappen te constateren. Deze achteruitgang van deze biologische waterkwaliteit is vooral te wijten aan eutrofiëring en thermische verontreiniging.
Bestrijding en vóórkomen van waterverontreiniging Het is verstandig om mogelijke verontreiniging van het water bij de bron aan te pakken. Om dit te bewerkstelligen zou men produktieprocessen in de industrie moeten wijzigen, afvalstoffen hergebruiken, zorgvuldig de landbouwgronden bemesten, fosfaten in wasmiddelen e.d. weren. Daarnaast dient men het afvalwater te zuiveren voordat dit op het oppervlaktewater wordt geloosd. Hiervoor zijn diverse methoden ontwikkeld, nl. mechanische, chemische en biologische zuivering. De keuze van een zuiveringsmethode is afhankelijk van het aanbod en de aard van het te zuiveren water. Met een derdetrapzuivering op een rioolwaterzuiveringsinstallatie kunnen op vrij eenvoudige wijze fosfaten uit het effluent verwijderd worden. De noodzaak tot bestrijding van de watervervuiling heeft in Nederland geleid tot de Wet verontreiniging oppervlaktewateren.
De vervuiling door een lozing wordt uitgedrukt in een aantal inwonerequivalenten (i.e.). Huishoudelijk afvalwater wordt ook steeds meer gezuiverd voordat dit wordt geloosd op het oppervlaktewater. Deze rioolwaterzuiveringsinstallaties zijn in Nederland in beheer bij de lagere overheden (zuiveringsschappen, provinciale overheid) en in het Vlaamse Gewest bij de Waterzuiveringsmaatschappij voor het Kustbekken of bij de Vlaamse Waterzuiveringsmaatschappij.
Voor de bescherming van de kwaliteit van het grondwater bestaat (nog) geen wettelijke regeling. Deze zal zijn beslag krijgen in de toekomstige Wet bodembescherming en de Meststoffenwet, aangezien bij de bestrijding van grondwaterverontreiniging het accent vooral zal dienen te liggen op het voorkomen van bodemverontreiniging. [ir.A.J.Baks]
