• kenmerk: de natuurlijke functies van het deel van de waterkringloop waarop is aangesloten blijven grotendeels onaangetast
2 onttrekken met impact
• kwantiteit: gebruik en retour aan grote waterkringloop • kwaliteit: bij retour (sterk) verslechterd
• voorbeeld: proceswater van een papierfabriek; watergebruik van een (middel)grote stad • zowel door onttrekking als teruggave (lozing) komen de functies van het deel van de
water-kringloop waarop is aangesloten onder druk te staan 3 (3) (Finale) consumptie
• kwantiteit: onttrekking aan hydrologische kringloop, g´e´en of slechts klein deel retour aan de lokale/regionale kringloop
• kwaliteit: als er een gedeelte retour, dan is de kwaliteit meestal slecht
• voorbeeld (kleine vervuilde retourstroom) watergebruik kalimijnen in Frankrijk; brijn glastuin-bouw;
• voorbeeld (geen retour): grond- of oppervlaktewateronttrekking voor irrigatie; aquifers in Au-strali¨e; het Aralmeer in Rusland
• de natuurlijke functies van water(systemen) kunnen niet (meer) vervuld worden; landbouw, vis-serij stopt door verdroging, verlaging grondwater; het natuurlijk gevormde systeem verdwijnt of gaat te gronde
De eerste situatie is er een van een kleine gemeenschap, die gebruik maakt van natuurlijke hulpbron-nen op zodanige schaal en manier dat er geen grote, blijvende of onherstelbare schade ontstaat aan het systeem waaruit wordt geput.
De tweede situatie is kenmerkend voor economie¨en die gekenmerkt worden door snelle (industri¨ele) ontwikkeling en/of bevolkingsgroei. De onttrekking van water wordt steeds groter, terwijl de effecten van grootschalige onttrekkingen vaak langzaam en later zichtbaar en merkbaar worden. De lozing van afvalwater is eerst lokaal, maar neemt geleidelijk steeds grotere vormen aan. De overlast en gezond-heidseffecten van watervervuiling worden eerst voor lief genomen, maar raken steeds meer mensen. De belangen van vervuilers, gebruikers van water, bewoners, werknemers en eigenaars lopen heel vaak uiteen. Het kan gaan om verschillende gemeenschappen aan de loop van een rivier, om industri¨ele bedrijven waar de eigenaars, werknemers of aandeelhouders elders wonen en leven. Veelal manifes-teren problemen zich in volle hevigheid terwijl wet- en regelgeving en concurrerende technologie nog moet worden ontwikkeld. Na de Tweede Wereldoorlog is in Europa, de Verenigde Staten en Japan veel industrie snel tot ontwikkeling gekomen, en zijn steden snel gegroeid. Vanaf de jaren ’80 is er veel technologie en wetgeving ontwikkeld om de vervuiling sterk te verminderen en verstoorde watersys-temen te revitaliseren. De rivier de Theems is daarvan een goed voorbeeld. In Nederland zijn overal geavanceerde rwzi’s geplaatst, industri¨ele awzi’s gebouwd en zijn diverse industriesectoren ingrijpend gesaneerd. Overigens herhaalt de geschetste ontwikkeling zich in de BRIC-landen (Brazili¨e, Rusland, In-dia, China) en andere landen met sterke economische groei – eerst ongebreidelde ontwikkeling, daarna end-of-pipe en schoonmaken, en ten slotte echt schone technologie en systemen gebruiken.
De derde situatie beschrijft in een notedop de uitdaging in deze 21eeeuw. Een van de centrale thema’s op het 2-jaarlijkse Wereld Water Forum is of we afstevenen op een wereldwijde watercrisis, en hoe deze af te wenden. Door de sterke groei van de bevolking en welvaart ontstaat op veel plaatsen in de wereld waterschaarste. Grondwatervoorraden (o.a. in aquifers) die decennia zijn gebruikt hebben her en der het probleem gemaskeerd, dan wel de noodzaak op korte termijn aan oplossingen te werken verkleind. Andere watersystemen zijn sterk vervuild geraakt, terwijl overal ter wereld de vraag naar water toeneemt - met name voor de land- en tuinbouw, maar ook voor de industrie, en de bevolking.
10.2 Duurzaam Watergebruik
De afgelopen jaren is er steeds meer aandacht gekomen voor duurzaam watergebruik. Duurzaamheid is in de definitie van de Commissie Brundtlandt
”voorzien in onze behoefte zonder dat dat ten koste gaat van de mogelijkheid voor toekomstige generaties om in hun behoeften te voorzien” (Brundtland, 1987)
Hoofdstuk 10. Waterketen
Vertaald naar wateronttrekking, watergebruik en de lozing van afvalwater betekent dit voor:
• voor onttrekking heeft van de twee typen bronnen oppervlaktewater de voorkeur
• voor gebruik betekent dat inzet op waterbesparing, effici¨ent en effectief irrigeren en produceren • lozing kan en mag alleen na zuivering, en wel zo dat het ontvangende watersysteem zijn functies
kan blijven vervullen
Immers, oppervlaktewater (rivieren, meren, beekjes) wordt voordurend ververst in de grote water-kringloop, terwijl grondwater slechts zeer langzaam wordt aangevuld
Voor afvalwater geldt dat alleen als de hoeveelheid beperkt is reiniging in natuurlijke systemen kan volstaan. Grotere hoeveelheid (steden, fabrieken) vragen om industri¨ele afvalwaterzuivering.
Hoofdstuk 11
Waterkwaliteit
Waterkwaliteit is belangrijk vanwege de functies die water vervult, maar ook de functies van wa-tersystemen hangen rechtstreeks samen met waterkwaliteit. Wawa-tersystemen vormen de habitat van planten en dieren. In de loop der tijd hebben zich vele regiospecifieke ecosystemen ontwikkeld - de voorkomende soorten planten en dieren zijn een functie van grootte, diepte, mate van stroming, zuur-stofrijkdom, bodem en stoffen die de bodem uitwisselt met het water, en ten slotte de aanwezigheid van waterleven zelf. Uit gezonde, natuurlijke watersystemen met een gezond ecosysteem kan zonder meer schoon, veilig drinkwater worden gewonnen.
De menselijke beschaving heeft zich in Eurazi¨e verspreid vanuit het stroomgebied van de Eufraat en de Tigris. Menselijke nederzettingen, later steden, ontwikkelden zich veelal op plaatsen met een ge-schikte waterhuishouding voor landbouw, of ontwikkelden zich als havenstad of vanuit een nederzet-ting bij een doorwaadbare plaats van een rivier. Vele jaren was de waterkwaliteit in en rond stedelijke nederzettingen slecht. Dit kwam doordat afvalwater ongezuiverd werd geloosd, en men nog een be-perkt begrip had van de verspreiding en overdracht van ziektes via menselijke uitwerpselen. In de 17e
en 18eeeuw was het daarom gebruikelijk om, in plaats van water, licht bier te drinken, ook voor (jonge) kinderen. Het brouwproces doodt veel, zo niet alle ziekteverwekkers. In Delft waren langs de grach-ten in die tijd vele brouwerijen gevestigd, die overigens het smerige water uit de Schie of de grachgrach-ten gebruikten.
In de 19een 20e eeuw is door de bevolkingsgroei, industrialisatie en welvaart de druk op veel wa-tersystemen verder toegenomen - veel afvalwater van dorpen, steden en bedrijven werd ongezuiverd geloosd, met desastreuze effecten op de waterkwaliteit en waterleven. In het Noorden en Oosten van het land waren de aardappelmeelfabrieken berucht - zij loosden veel voedselrijk afvalwater op de sloten en kanalen – een enorme organische belasting van relatief kleine, langzaam ververste watersystemen. Overal in NoordWest Europa en ook in de VS veroorzaakten papierfabrieken grote watervervuiling -de productie van papier uit hout vraag zeer veel water, verbruikt aggressieve chemicali¨en en leidt tot een hoge organische belasting van het afvalwater.
Vanaf ±1850 kwam in Nederland de sanitatie (van stedelijk afvalwater) op gang, terwijl vanaf de jaren ’70 ook de eisen aan industri¨ele waterzuivering sterk werden verhoogd. Tegenwoordig is > 99% van de huishoudens aangesloten op het riool, en geldt voor de lozing van industrieel afvalwater een vergunningenstelsel.
De Kaderrichtlijn Water van de EU1 geeft verdere voorschriften voor chemische waterkwaliteit en ecologische waterkwaliteit – de eerste is voorwaarde voor de laatste. Als watersystemen een gezonde ecologie hebben, zal het water natuurlijk gezuiverd worden en van goede kwaliteit zijn.
Primair wordt water gebruikt als drinkwater, voor voedsel- en drankenbereiding, voor irrigatie en gietwater in land-en tuinbouw, en als proceswater, koelwater en medium in de industrie. Minstens zo belangrijk is water voor persoonlijke hygi¨ene, huishoudelijk gebruik (wassen) en afvoer van menselijke urine en ontlasting via de riolering (transportmedium). Watersystemen hebben een belangrijke functie bij het voorkomen van overstromingen (van rivieren) door het bieden van afvoer en bergingsmogelijkheid van hemelwater; in veel landen hebben watersystemen een belangrijke functie voor de zoetwatervoor-ziening ter overbrugging van perioden van droogte (seizoenen), en voor de natuurlijke zuivering van
1Richtlijn 2000/60/EG, http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32000L0060:nl: HTML
11.1. Waterverontreiniging en Waterkwaliteit
oppervlaktewater (rivieren, duinwater); onze rivieren zijn cruciaal voor transport, energie-opwekking, visserij en recreatie.
11.1 Waterverontreiniging en Waterkwaliteit
Water moet van voldoende kwaliteit zijn wil zich een gezond ecosysteem kunnen handhaven en om het voor door mensen gewenste doeleinden aan te kunnen wenden. Dit leidt tot een definitie van waterver-ontreiniging:
Waterverontreiniging is de aanwezigheid van vreemde substanties in de betreffende
”soort” water (rivier, drinkwaterbron, etc.) zowel organisch, anorganisch, radiologisch als bacterieel, zodat het water (zonder ingrij-pen) of watersysteem niet langer zijn functie kan vervullen.
In deze definitie herkennen we drie typen water(systeem)kwaliteit: (1) fysische aspecten
(2) chemische aspecten (3) biologische aspecten
Deze zijn relevant voor watersystemen in relatie tot de functie die die systemen vervullen - onder meer als reservoir voor onttrekking van water voor de bereiding van drinkwater, irrigatie en gietwater, maar ook als gezond ecosysteem op in, op of bij te recre¨eren of te wonen.
11.1.1 Fysische Aspecten van Waterkwaliteit
De fysische aspecten van waterkwaliteit zijn: • helderheid, doorzicht
• kleur, geur en smaak • temperatuur
• zuurstofgehalte • radiologie
Helderheid en doorzicht worden in hoofdzaak bepaald door de fysieke gesteldheid van de water-bodems, en voor rivieren de mate van erosie in het stroomgebied. In Nederlandse wateren kan de aanwezigheid van teveel (wit)vis (zoals brasem) er bijvoorbeeld toe leiden dat water vertroebelt, om-dat brasem bij het voedsel zoeken de waterbodem omwoelt. De temperatuur is belangrijk, omom-dat ze bepalend is voor het maximale zuurstofgehalte van water. De maximale hoeveelheid zuurstof opgelost in water neemt af als de temperatuur toeneemt. Ze bedraagt slechts 2.7 [mg/l] voor water van 20◦C , terwijl voor 1 [mg] biomassa (CH2O) 9 [mg] zuurstof nodig is. Al het leven in het water verbruikt zuurstof; zuurstofsuppletie (toevoer) gebeurt door diffusie uit de lucht – dit gaat beter als het water in beweging is, wervelt zoals in snelstromende beken; ook waterplanten spelen een belangrijke rol in de zuurstofhuishouding. Overdag assimileren groene waterplanten immers kooldioxide uit de lucht, waarbij ze zuurstof afgeven aan het water. In verhoudingsformule:
CO2+H2O−−−→ CHlicht 2O + O2
Waterplanten gedijen als de (chemische) samenstelling van het water goed is (zuurgraad, aanwezig-heid van essenti¨ele mineralen, en helderaanwezig-heid). Als de waterkwaliteit verandert, zal ook de onderwa-tervegetatie veranderen. In het ergste geval gaat zij te gronde, bijvoorbeeld bij sterke eutrofi¨ering met stikstof en fosfaat. Dan ontstaan gunstige condities voor groen- en blauwalgen, die het licht wegvan-gen. Ook de temperatuur heeft een sterke invloed, vanwege de invloed op de zuurstofhuishouding – ’s nachts hebben planten netto zuurstof nodig.
In veel gebieden met menselijke (industri¨ele) activiteit neemt de temperatuur van watersystemen toe door thermische lozingen van koelwater. In Europa zijn daarom grenzen gesteld aan dit soort lozingen – kort gezegd is de Europese regelgeving en nationale wetgeving erop gericht te grote temperatuurstijging te voorkomen. Daarbij wordt een grens van 2 tot 4◦C aangehouden, afhankelijk van het watersysteem, haar karakteristiek en ecosysteem.
Hoofdstuk 11. Waterkwaliteit
11.1.2 Chemische Aspecten van Waterkwaliteit
Chemische aspecten van waterkwaliteit zijn: • zuurgraad pH
• hardheid (aanwezigheid van Ca2+en Mg2+) • zoutgehalte (aanwezigheid van chloride Cl–) • fluoride F–, nitraat NO3–en sulfaatgehalte SO42– • hoeveelheid nutri¨enten (N, P)
• metalen (ijzer Fe, koper Cu, mangaan Mn, natrium Na, Kalium K, zink Zn, Aluminium Al etc.) • toxische stoffen (Arseen As, Lood Pb, Barium Ba, Cadmium Cd, cyanide CN–, kwik Hg, selenium
Se, zilver Ag) pesticiden, dioxine etc.
De zuurgraad van water is zonder meer het belangrijkste chemische kenmerk van water omdat ze doorwerkt op andere aspecten van waterkwaliteit. Hieronder wordt dat verder toegelicht. De hard-heid van water is vooral van belang voor de werking van allerlei aparaten – met name huishoudelijke apparatuur met elektrische verwarmingselementen. Als het water te hard is dan vindt er (relatief snel) kalkafzet plaats op deze elementen. Omdat deze kalkafzet een warmteweerstand vormt, kan na verloop van tijd het element zijn warmte moeilijker afgeven. Het wordt steeds warmer en gaat op een gegeven moment stuk.
11.1.3 Biologische Aspecten van WaterKwaliteit
Biologische aspecten van waterkwaliteit zijn: • aanwezigheid van organisch materiaal
• pathogene micro-organismen (ziekteverwekkers) • microflora (algen, blauwalgen etc.)
• samenstelling en stand van het ecosysteem
Zoals aangegeven hebben natuurlijke watersystemen het vermogen om water te zuiveren, te ontdoen van organische vuillast en ziektekiemen. In het water levende micro-organismen stellen zich in de loop der tijd in op het voedselaanbod in het water, en breken dit – de organische vuillast – gegeven voldoende tijd grotendeels of geheel af. Tijd vertaalt zich in watersystemen in verblijftijd – hoe lang is het water c.q. de vuillast aanwezig in het water:
Θ = V φ Waarin: = Θ =Verblijftijd ([s]) V =Volume ([m3]) φ =Debiet ([m3/s])
Voor een rivier met min-of-meer constante dwarsdoorsnede A ([m2]) vertaalt zich die verblijftijd in meters of kilometers stroomfafwaarts van een lozingspunt (bijvoorbeeld een stad).
Door de lozing van organische vuillast (menselijke of dierlijke uitwerpselen, plantenresten, afval van voedselproductie, organisch-chemische industrie, papierindustrie, aardolieraffinage, aardappelmeelfa-brieken etc.) verandert de trofie van het water, de beschikbaarheid van voedingsstoffen in het water. In de 2ehelft van de 19eeeuw werd de situatie in Nederlandse steden onhoudbaar geacht - de steeds toe-nemende bevolking leidde tot steeds meer vuillast op de wateren; omdat ook menselijke uitwerpselen werden geloosd, was de volksgezondheid door rechtstreekse verspreiding van ziekteverwekkers in het geding. Darmbacteri¨en (zoals E.coli) leidt buikklachten, diarree en uitdroging; ook cholera-epidemi¨en kwamen voor. Allerlei ongedierte – met name ratten – kon zich vermenigvuldigen, met risico op weer andere ziekten, de beruchtste daarvan de (builen)pest of zwarte dood. Ruim anderhalve eeuw later vin-den we goed werkende riolering vanzelfsprekend. Het stedelijk afvalwater vindt zijn weg naar speciale awzi’s. Daarmee behoren in de zogenaamde ontwikkelde lande dit soort problemen grotendeels tot