Uitwerking Tentamen spm1530 5 juli 2013 14-17 uur
Aanwijzingen:
• U mag gebruik maken van:
– schrijfmateriaal – rekenmachine
– formuleblad en periodiek systeem (afgedrukt achteraan dit tentamen).
• Lees de vragen vooraf door en deel de beschikbare tijd in voor beantwoord- ing van de vragen.
Ommezijde is antwoordvel meerkeuzevragen.
De uitwerking van dit tentamen beslaat 25 vragen, op 17 pagina’s.
Daaronder zijn 22 meerkeuzevragen (40punten) en twee open vragen (50punten).
Het totaal aantal te behalen punten was 100. U startte met 10 punten.
Met de BONUSVRAAG kunt u 10 extra punten verdienen.
Toelichting meerkeuzevragen
• bij elke deelvraag is slechts ´e´en antwoord juist.
• Een foute keuze geeft aftrek van1/3van het puntenaantal.
• Aanvinken van meer dan ´e´en vakje per vraag wordt gerekend als een foute keuze
• Als u het antwoord niet weet en D – blanco kiest, volgt g´e´en puntenaftrek!
Naam:
Studienummer:
Vraagstuk A B C D punten score
1 2
2 2
3 2
4 2
5 2
6 2
7 1
8 1
9 1
10 1
11 2
12 2
13 2
14 2
15 2
16 2
17 2
18 2
19 2
20 2
21 2
22 2
Totaal 40
– begin van de vragen –
Figure 1: Schema van een integrated raffinaderij
Een aantal meerkeuzevragen hebben betrekking op bovenstaande figuur 1. Deze geeft een overzichtsschema van een complexe raffinaderij. Dit type raffinaderij staat bekend als een in- tegrated raffinaderij.
1. (2 punten) Aardolies worden gekarakteriseerd als ”‘licht”’ of ”‘zwaar”’. Voor een integ- rated raffinaderij zoals gegeven in fig. 1 geldt dat:
A. Uit lichte olies toch relatief veel zware producten kunnen worden gemaakt B. Uit zware olies toch relatief veel lichte producten kunnen worden gemaakt C. Geen van deze uitspraken is juist
D. blanco
2. (2 punten) De volgende uitspraak is juist: ’De flexibiliteit van een een integrated raffinaderij is ...
A. ... hoog; inzet van conversie-processen maakt dat het aandeel ”‘zware produc- ten”’ klein kan blijven’
B. ... hoog; de inzet van conversie-processen vraagt dat de inzet van ”‘zware ruwe oliesoorten”’ klein moet blijven’
C. ... laag omdat de inzet van conversie-processen om een nauwkeurig waterstofbal- ans vraagt’
D. blanco
3. (2 punten) Europese raffinaderijen produceren traditioneel te veel benzine, dat ge¨exporteerd wordt naar de Verenigde Staten. Door de crisis in Europa is de vraag naar motorbrandstof- fen met 10% gedaald. Om toch aan de gelijkblijvende Amerikaanse vraag naar benzine te voldoen zal een ”integrated”’ raffinaderij meer benzine maken ...
A. .. door een andere pakket aan ruwe olies in te kopen en te verwerken B. .. door meer nafta in haar conversie-eenheden te verwerken tot benzine C. ... en de extra diesel en LPG opslaan op de raffinaderij voor betere tijden D. blanco
4. (2 punten) Ten opzichte van een integrated raffinaderij wordt een hydroskimming raffinaderij gekenmerkt door
A. het geheel ontbreken van conversieprocessen
B. een grotere productie van zware stookolie en asfalt (per ton ruwe olie) C. geen van beide bovenstaande kenmerken
D. blanco
5. (2 punten) De werking van elke olieraffinaderij vraagt om de uitvoering van chemische reacties van koolwaterstoffen.
A. Inderdaad; vrijmaken van en reactie met waterstof is altijd nodig benzine van voldoende kwaliteit te kunnen maken
B. Dit klopt niet; er zijn ook raffinaderijen waar all´e´en fysische scheiding van kool- waterstoffen, destillatie, plaatsvindt
C. Dit klopt niet; als de eisen t.a.v. ontzwaveling minder streng zijn dan in de EU is chemie in de raffinaderij niet nodig.
D. blanco
6. (2 punten) Zoals aangegeven in 1 betreft de belangrijkste milieumaatregel de verwijdering en terugwinning van zwavel. De volgende uitspraak is juist: ’De terugwinning van zwavel in een olieraffinaderij...
A. ...verloopt op een vergelijkbare manier als bij kolencentrales B. ... werkt op basis van chemische ontsluiting met waterstof
C. ... leidt tot productie en afzet van grote hoeveelheden zwavelwaterstof, H2S.
D. blanco
7. (1 punt) Zware stookolie is (onterecht) niet weergegeven als product van de ’integrated’
raffinaderij in figuur 1. De gemiddelde kooktemperatuur in de kookpuntsfracties uit ruwe olie is als volgt:
A. nafta > kerosine > zware stookolie B. kerosine > nafta > zware stookolie C. zware stookolie > kerosine > nafta D. blanco
8. (1 punt) Monomeren zijn de bouwstenen van polymeren (kunststoffen, harsen, plastics).
De volgende stoffen zijn monomeren:
A. propeen en 2-propanol
B. propeen en propaanglycol (1,3-dipropanol) C. propaan en propaanglycol (1,3-dipropanol) D. blanco
9. (1 punt) Verhoudingsformules zeggen iets over het moleculair gewicht van van organische verbindingen ...
A. ... voor zover het monomeren betreft
B. ... dat wil zeggen, alle organische verbindingen C. ... voor zover het polymeren betreft
D. blanco
10. (1 punt) De volgende structuurformule met een dubbele binding is juist:
A. H3C CH3
B. H3C CH CH2
C. H3C CH C CH3
D. blanco
11. (2 punten) Bij de juiste structuurformule van 2,2-dimethyl-3-hexeen is het zo dat A. er zich g´e´en dubbele binding direct naast een methylgroep bevindt
B. de langste koolstofketen in het molecuul 7 koolstofatomen bevat C. er meer dan ´e´en dubbele binding is
D. blanco
12. (2 punten) Vaak wordt bij de weergave van koolwaterstoffen de waterstofatomen weggelaten omdat dat eenduidig is te doen. De molmassa van C C C C, waarin dit is gedaan, is:
A. 54 [gram/mol]
B. 56 [gram/mol]
C. 58 [gram/mol]
D. blanco
13. (2 punten) De volgende uitspraak is juist:
A. Benzine bevat geen koolwaterstoffen
B. De structuurformule en molecuulformule van zuurstof bevatten allebei twee O-atomen
C. Dubbele bindingen hebben geen noemenswaardige rol in de reacties waarbij plastics worden gemaakt
D. blanco
14. (2 punten) De volgende uitspraak over zuren is juist:
Als je een mix van zwakke en sterke zuren oplost, dan ...
A. ... kun je de pH berekenen door te starten met het zwakke zuur B. ... kun je de pH berekenen door te starten met het sterke zuur C. ... maakt de bijdrage van het zwakke zuur per definitie niet uit D. blanco
15. (2 punten) De volgende uitspraak over zuren en basen is juist. Als je een mix van een zwak zuur met een sterke base oplost, dan ...
A. ...is het resultaat een basische oplossing B. ...is het resultaat een zure oplossing
C. ...is aanvullende informatie nodig om te bepalen of het resultaat een zure of basische oplossing is
D. blanco
16. (2 punten) Onder welke conditie is een pH-berekening kwadratisch, maar kan de kwad- raat wel veilig worden vermeden?
A. Als kan worden aangenomen dat het gedeelte van een zwak zuur of een zwakke base dat daadwerkelijk oplost relatief klein is
B. Als er naast een zwak zuur of een zwakke base ook een sterk zuur of een sterke base wordt opgelost
C. Als er alleen sterke zuren of basen worden opgelost D. blanco
17. (2 punten) Wanneer zure depositie plaatsvindt in een meer waar een buffer aanwezig is, dan is het zo dat
A. De pH gedurende lange tijd niet of nauwelijks waarneembaar daalt, om ver- volgens ineens snel te dalen
B. De pH gedurende lange tijd niet of nauwelijks waarneembaar stijgt, om vervol- gens ineens snel te dalen
C. De pH niet of nauwelijks zal veranderen, ook niet na zeer lange tijd D. blanco
18. (2 punten) Luchtverontreiniging is als volgt te classificeren als primair resp. secundair:
A. CFK = primair; afbraak ozonlaag = secundair B. SO2= primair; zomersmog = secundair C. SO2= primair; roet = secundair
D. blanco
19. (2 punten) De volgende emissies draagt bij aan zure regen:
A. NO2, SO2en roet B. NO2, roet en NH3 C. NO2, SO2en NH3 D. blanco
20. (2 punten) Het Ozon Depletion Potential (ODP) kan worden uitgedrukt als het aantal molen ozon afgebroken per mol van stof S. Voor CFK’s loopt het ODP uiteen van 100 tot wel 10.000. Dit komt omdat:
A. de mate van absorptie van UV-straling door CFK’s verschilt B. sommige CFK’s stabiel zijn ´en vooral veel fluorradicalen afgeven
C. de stabiliteit van CFK’s en het aantal halogeenradicalen per molecuul verschilt D. blanco
21. (2 punten) Afbraak van c.q. het gat in de ozonlaag is ernstig omdat ...
A. daardoor de opwarming van de aarde versnelt
B. de ozonlaag schadelijke, energierijke UV-straling van de zon tegenhoudt C. dat betekent dat ozon juist meer zal bijdragen aan zomersmog
D. blanco
22. (2 punten) Afbraak van c.q. het gat in de ozonlaag is ernstig omdat ...
A. daardoor de opwarming van de aarde versnelt
B. de ozonlaag schadelijke, energierijke UV-straling van de zon tegenhoudt C. dat betekent dat ozon juist meer zal bijdragen aan zomersmog
D. blanco
OPEN VRAGEN
23. (25 punten) Broeikaseffect.
Figure 2: Gemiddelde maandelijkse CO2-concentratie
(a) In de bovenstaande figuur1is de zwarte lijn de CO2-concentratie gecorrigeerd voor seizoens- variatie, de rode lijn geeft het werkelijk maandelijks gemiddelde weer (op basis van de metin- gen). Op 9 mei 2013 lag de op Mauna Loa, Hawaii gemeten concentratie van CO2 voor het eerst gedurende een hele dag boven de 400 [ppm]. CO2 ”is niet het enige ‘long lived green- house gas’ dat een rol speelt bij het broeikaseffect: [de concentratie van] CH4 is maar liefst 140% boven het pre-industri¨ele niveau; ozon en de CFK’s doen ook mee.”2
i. (1 punt) Wat wordt bedoeld met ”het pre-industri¨ele niveau”? (van CO2, CH4en andere broeikasgassen)
Antwoord:
Pre-industrieel = voor het begin van de Industri¨ele Revolutie, omstreeks 1750.
Met de verbetering van de door Newcomen in 1712 uitgevonden stoommachine door James Watt in 1763-1775 kwam een aantrekkelijke bron van (mechanische) arbeid beschikbaar voor het aandrijven van machines, het begin van een onstuimige indus- tri¨ele ontwikkeling - de Industri¨ele Revolutie.
ii. (2 punten) Benoem de koolstofbronnen die de atmosferische CO2-concentratie van 280 [ppm] in het pre-industri¨ele niveau naar 400 [ppm] hebben doen oplopen
1bron:http://www.esrl.noaa.gov/gmd/webdata/ccgg/trends/co2_trend_mlo.pdf
2Reactie Bob Brand, http://www.nrc.nl/klimaat/2013/05/10/gedemoniseerd-kooldioxide-overschrijdt-een-grens/
Antwoord:
Dat zijn
• Onttrekking en gebruik van fossiele energiedragers
• Verandering van landgebruik
• Productie van cement
iii. (1 punt) Het totaal aan koolstof uit de bronnen bedoeld in b) zou leiden tot een een CO2-concentratie van 450-460 [ppm]. Waarom is de atmosferische concen- tratie momenteel toch slechts 400 [ppm]?
Antwoord:
Een groot deel van de CO2is in de loop der tijd opgenomen en opgeslagen in de oceanen.
iv. (2 punten) Leg uit, onder meer aan de hand van de ’snelle koolstofcyclus’, dat de rode lijn in de bovenstaande figuur een jaarcyclische variatie te zien geeft.
Antwoord:
In de snelle koolstofcyclus nemen planten CO2 uit de atmosfeer op, die ze met water en zonlicht omzetten in (hun) biomassa. Als planten sterven en verteerd wordt dezelfde biomassa uiteindelijk weer omgezet in CO2en water, met uitzondering van een klein deel dat uiteindelijk fossiliseert.
De productie van biomassa op land is (veel) groter dan die in zee. Omdat het noordelijk halfrond van onze planeet een veel groter landoppervlak kent dan het zuidelijk halfrond, varieert de CO2-opname uit de atmosfeer door planten daarom met de seizoenen. In ons winterhalfjaar neemt de CO2-concentratie in de atmosfeer toe; de plantengroei aldaar stagneert, terwijl de opname door planten op het zuidelijk halfrond onvoldoende is om de CO2-uitstoot bij te benen. In ons zomerhalfjaar neemt de CO2-concentratie vervolgens weer af:
in onze zomer is er kennelijk zoveel plantengroei op het Noordelijk halfrond dat zelfs een deel van winterse CO2-uitstoot wordt opgenomen en vastgelegd, en ook nog eens wordt gecompenseerd voor het effect dat warmer zeewater minder CO2kan bevatten.
(b) Het broeikaseffect en het versterkt broeikaseffect be¨ınvloeden de energiebalans van de aarde.
In haar ’Samenvatting voor beleidsmakers’ gebruikt het IPCC het begrip ”Radiative Forcing”
om de verschillende invloeden van de mens op de energiebalans van de aarde samen te vatten en te kunnen vergelijken. Zo is bijvoorbeeld het effect van de oplopende CO2-concentratie te vergelijken met de veranderende aanwezigheid van CH4, lachgas (N2O) en CFK’s in de atmosfeer.
i. (4 punten) Teken een zo eenvoudig mogelijk maar correct systeemdiagram waarmee u de energiebalans van de aarde uitlegt. Licht kort toe en benoem tenminste de drie belangrijkste energiestromen.
Antwoord:
Zie college 2 sheet 4
ii. (3 punten) Verklaar kort wat het begrip ”Radiative Forcing” (RF) inhoudt en geef aan in welke eenheid ze wordt uitgedrukt.
Antwoord:
Uit het dictaat, blz. 16: ”‘Radiative Forcing RF is de afwijking op de aardse energiebalans (in [W/m2]) van een fenomeen dat het gevolg is van menselijke activiteiten”’
iii. (1 punt) Broeikasgassen kennen een positieve RF. Noem minstens ´e´en ontwikke- ling of effect met een negatieve RF.
Antwoord:
Als een bepaald fenomeen of ontwikkeling een negatieve RF heeft, dan zal de aarde daardoor (enigzins) afkoelen. Dit is op te maken uit de figuren op sheet 22 en 23 van college 2 (figuur 2.6 dictaat, blz. 17). Voorbeelden van dergelijke ontwikkelingen als gevolg van menselijke activiteiten zijn:
• Verwoestijning door overmatige begrazing en/of klimaatverandering.
• Uitstoot die a¨erosolvorming en daarmee wolkvorming bevorderen; vol- gens sheet 22 valt hieronder: sulfaat; koolwaterstoffen ontstaan bij de (onvolledige) verbranding van fossiele brandstoffen respectievelijk bio- massa.
iv. (3 punten) Wat is de GWP-100 en waarom is de GWP-100 van het broeikasgas water gelijk aan nul?
Antwoord:
Dictaat blz. 25: ”‘Het GWP wordt uitgedrukt in het effect van het brengen van 1 ton van de stof in de atmosfeer t.o.v. het brengen van 1 ton CO2 in de atmosfeer over een vaste tijdspanne”’. Voor het GWP-100 is die tijdspanne 100 jaar. De GWP-100 van water is gelijk aan nul omdat door allerlei mechanismen in de atmosfeer de waterdampconcentratie constant is; of de mens meer of minder water in de atmosfeer brengt maakt dus niet uit op een tijdspanne van 100 jaar. Zie ook blz. 18 dictaat, ”‘Waterdamp koppeling”’.
(c) 450 [ppm] wordt gezien als de zogenaamde 2-graden grens. Volgens klimaatwetenschap- pers kan het klimaat ’op hol slaan’ als we hierboven komen. Momenteel bestaan bij klimaat- wetenschappers al grote zorgen over de opwarming van de Noordpool, die lijkt te versnellen
onder meer door de zogenaamde ijs-albedo koppeling.
i. (1 punt) Noem naast verdere temperatuurstijging minstens twee gevolgen van het versterkt broeikaseffect op de oceanen
Antwoord:
• Als de temperatuur van het oceaanwater stijgt dan zal het water uitzet- ten, waardoor de zeespiegel zal stijgen.
• Een gevolg van het versterkt broeikaseffect is dat de oceanen meer ener- gie (warmte) zullen opnemen. Niet alleen stijgt daardoor de tempera- tuur, ook de verdamping uit de oceanen zal toenemen, en er kunnen meer en krachtiger stormen ontstaan
• Door het afsmelten van het zeeijs op en rond de Noordpool kan de ther- mohaliene circulatie be¨ınvloed worden.
ii. (1 punt) Beschrijf twee gevolgen van het versterkt broeikaseffect op de hydrolo- gische kringloop (mondiaal of regionaal).
Antwoord:
• De oceanen zullen meer energie (warmte) opnemen. Niet alleen stijgt daardoor de temperatuur, ook de verdamping uit de oceanen zal toene- men, waarmee de hydrologische kringloop intensiveert (meer verdamp- ing, meer neerslag, run-off etc.)
• Regionaal kunnen neerslagpatronen veranderen - als de mate van ver- damping, wolkvorming en luchtstromingen verandert, kan in sommige gebieden (zeer veel) neerslag gaan vallen, terwijl andere gebieden juist te maken kunnen krijgen met extreme droogte.
• Als de thermohaliene circulatie zo wordt be¨ınvloed dat onze warme golfstroom afneemt, dan zal het neerslagpatroon in Noord-West Europa waarschijnlijk veranderen (minder verdamping op de Atlantische Oceaan dus minder aanvoer van vochtige lucht).
iii. (3 punten) Leg de ijs-albedo koppeling kort uit Antwoord:
Zie ook dictaat blz. 9 en blz. 18. De ijs-albedo koppeling betreft in hoofdzaak het zeeijs rond de Noordpool. Als dit ijs smelt, neemt de albedo ter plaatse af (”‘De albedo van de aarde is gedefinieerd als de reflectiefactor voor zon- licht, gemiddeld over de aarde”’- blz. 9). Daardoor zal ter plaatse nog meer warmte worden vastgehouden, waardoor via het zeewater nog meer zeeijs zal smelten, etcetera. Andersom, als het zeeijs aangroeit, zal de albedo toenemen, waardoor ter plaatse nog minder warmte van de zon wordt geabsorbeerd, waardoor nog meer zeeijs zal ontstaan etcetera.
iv. (3 punten) Welke andere destabiliserende koppeling in het klimaatsysteem kan getriggerd worden door de opwarming van het uiterste noorden van Canada en Siberi¨e? Licht kort toe.
Antwoord:
Dat is de koppeling met permafrost in toendragebieden (dictaat blz. 22). In deze gebieden is de bodem tot soms wel enkele meters bevroren. In de per- mafrost bevinden zich enorme hoeveelheden biomassa (veenachtig materiaal;
daarin een enkele vaak bijzonder goed geconserveerde mammoet). Door op- warming ontdooit de permafrost, waardoor de biomassa zowel a¨eroob (met zuurstof uit de lucht) als ana¨eroob (zonder zuurstof uit de lucht) zal gaan af- breken, waarbij gigantische hoeveelheden methaan en CO2 in de atmosfeer zullen komen. Daardoor wordt het broeikaseffect verder versterkt, en zal de permafrost nog verder ontdooien etcetera.
24. (25 punten) Waterkwaliteit verbetert langzaam
De waterkwaliteit in het gebied van het Hoogheemraadschap van Delfland is nog niet goed. Dit beeld van de afgelopen jaren wordt bevestigd in de Waterkwaliteitsrapportage 2012. (...). [Deze rapport- age] ... bevestigt het beeld van de afgelopen jaren dat de waterkwaliteit verbeterd moet worden. Dit wordt in het gebied van Delfland vooral veroorzaakt door meststoffen (stikstof en fosfaat) en bestrijd- ingsmiddelen. (...) Delfland [heeft] in 2012 met het project Juist (nu) aansluiten met gemeenten en de glastuinbouwsector een belangrijke stap gezet om emissies van meststoffen en bestrijdings- middelen te reduceren. Eind 2012 was negentig procent van de glastuinbouwbedrijven aangesloten op de riolering of in procedure. (...) Alleen door dergelijke stappen kan de waterkwaliteit verbeterd worden3.
(a) (2 punten) Het bovenstaande persbericht gaat vooral in op de chemische waterkwal- iteit. Welke andere typen waterkwaliteit zijn er?
Antwoord:
Fysisch en biologisch(ecologisch)
(b) In het persbericht wordt de glastuinbouw genoemd als bron van meststoffen (stikstof en fosfaat).
i. (1 punt) Waarom zijn meststoffen een probleem?
Antwoord:
Meststoffen leiden al snel tot eutrofi¨ering, overbemesting. Daardoor ontstaat overmatige planten- en algengroei. Uiteindelijk gaat daardoor de natuurlijke ecologie van het watersysteem te gronde, omdat door bedekking met bijv.
kroos geen licht meer intreedt, waardoor onderwaterplanten dood gaan. (Al- genbloei kan bij hogere temperaturen ook blauwalg zijn, dat het water giftig maakt voor mens en dier).
ii. (2 punten) Beschrijf kort via welke andere route(s) de meststof stikstof in het wa- tersysteem van Delfland terechtkomt.
Antwoord:
• als bestanddeel van zure regen; de stikstofdepositie in Nederland is nog steeds aanzienlijk (zie college 6 sheet 10)
• via run-off, en daarmee van diffuse bronnen, in casu de landbouw in het gebied, die ook stikstofhoudende (kunst)mest gebruikt
3Persbericht Hoogheemraadschap van Delfland, 1 juli 2013
• ten slotte (niet behandeld) maakt een deel van Delfland deel uit van het zogenaamde veenweidegebied in Nederland, een groot gedeelte van het Westen van Nederland. Het veen in de bodem geeft daar voortdurend stoffen, ook stikstof, af aan het water in het gebied.
(c) Het oppervlaktewatersysteem van Delfland maakt deel uit van ’de grote waterkrin- gloop’. De glastuinbouwbedrijven gebruiken in hoofdzaak regenwater als gietwater in hun bedrijven. Zomers wordt bij gebrek aan voldoende neerslag zoet water uit het Brielse meer aangevoerd per pijpleiding.
i. (2 punten) Beschrijf de plaats van het oppervlaktewatersysteem van Delfland in de grote waterkringloop
Antwoord:
Het oppervlaktewatersysteem van Delfland maakt ”‘run-off”’ naar zee van een (groot) deel van het hemelwater dat valt in Delfland mogelijk. Anderzijds, als zoet water van elders wordt aangevoerd, maakt het systeem onttrekking van zoet water aan de grote waterkringloop mogelijk.
ii. (2 punten) Hoe verhoudt het project ”Juist (nu) aansluiten” zich tot deze krin- gloop? Licht kort toe.
Antwoord:
Met dit project wordt een deel van het hemelwater dat via tuinbouwkassen loopt onttrokken aan de grote waterkringloop, om alvorens daaraan te worden teruggegeven te worden gezuiverd in de awzi.
iii. (2 punten) Is het beschreven gebruik van regenwater als gietwater een voorbeeld van duurzaam watergebruik? Waarom(niet)?
Antwoord:
Duurzaam watergebruik is watergebruik dat niet ten koste gaat van water- gebruik van toekomstige generaties, en ’equity’ en dat ’diversity’ bevordert (in ieder geval niet vermindert). Dit alles is hier het geval: het regenwater valt en wordt nuttig gebruikt; was dat niet het geval, dan werd het via opper- vlaktewater afgevoerd. Enige niet-duurzaam aspect is dat door het gebruik inzijging als grondwater (’recharge’) wordt verminderd, en wellicht (bij de kust) zoute kwel verder zal oprukken. Verdeling (equity) en verscheidenheid (diversity) is neutraal - zolang er in het oppervlaktewatersysteem voldoende water aanwezig is (en zoet water kan worden aangevoerd) gaat het gebruik niet ten koste van anderen, zij hebben ook beschikking over zoet water; zolang het oppervlaktewatersysteem op peil blijft, zal de (bio)diversity niet noemens- waardig worden be¨ınvloed.
(d) In het gebied van Delfland is ongeveer 3000 hectare glastuinbouw, terwijl gemiddeld een be- drijf 15 hectare beslaat en er zo’n 10 mensen per bedrijf wonen cq. werken. De hoeveelheid neerslag in Delfland is 850 [mm] per jaar. Naast de glasopstanden worden ook de woonhuizen en bedrijfspanden op het riool aangesloten. Dit riool brengt het afvalwater naar een afvalwa- terzuiveringsinstallatie (awzi) die all´e´en afvalwater uit het glastuinbouwgebied verwerkt en zo is afgestemd op de bestrijdingsmiddelen die in het afvalwater zitten. De BOD ten gevolge van
bestrijdingsmiddelen bedraagt 1 [mg/l]. De inrichting van deze awzi is niet anders dan van andere awzi’s.
i. (3 punten) Beschrijf kort het proces gebruikt in c.q. de inrichting van de awzi.
Antwoord:
• voorzuivering - verwijdering van zand, grof materiaal en eventueel vet
• biologische zuivering - in een installatie met geschikte configuratie (bijv.
grote, ondiepe bassins) wordt het afvalwater in contact gebracht met micro-organismen, terwijl eveneens voldoende zuurstof (uit lucht) wordt ingebracht. Daartoe stroomt het water langzaam, heeft een voldoende verblijftijd, en steeds voldoende zuurstofgehalte
• slibverwijdering en recycling - een deel van de aangegroeide micro- or- ganismen wordt verwijderd en afgevoerd als slib; een deel wordt gere- cycled naar de bassins
• nabezinking en eventuele tweede en derdetrapszuivering voor N- en P- verwijdering
• effluent naar oppervlaktewater
ii. (2 punten) Beargumenteer uw schatting om hoeveel v.e. het gaat voor alle glastu- inbouwbedrijven.
Antwoord:
• een v.e. is een vervuilingseenheid, de hoeveelheid vuillast in afvalwater die ´e´en persoon per jaar produceert
• we laten het bedrijfsafvalwater buiten beschouwing (daarover is immers verder niets gegeven)
• er zijn 3000/15 = 200 bedrijven, met dus 2000 ∗ 10 mensen die daar wonen en werken; dus een eerste schatting is 2000 v.e.
iii. (4 punten) Hoeveel water wordt jaarlijks naar de awzi gevoerd afkomstig van de glastuinbouw? Maak geschikte aannames!
Antwoord:
• In de omschrijving is aangegeven dat de glasopstanden, huizen en bedrijf- sgebouwen aangesloten zijn op het riool
• Dat betekent (aanname) dat al het hemelwater dat op kassen valt, na gebruik als gietwater, wordt afgevoerd naar het riool, minus een tweetal verliezen: de verdamping door de planten in de kas, en de afvoer van water vervat in de producten.
• Met name voor tomaten kan dit een flink percentage zijn, afhankelijk van de inrichting van het watersysteem in de kas (recycling gietwater) tot wel 75-80% van het gebruikte water.
• Een gemiddelde Nederlander gebruikt zo’n 100-150 [m3/jaar].
• Neem nu aan dat het verlies door teelt en producten 30% is, dan komt 70% van het hemelwater op het riool
• Met 850 [mm/jaar] valt er 0,85 [m3/m2/jaar].
• 70% daarvan is 0,6 [m3/m2/jaar].
• Op 3000 hectare, ofwel 3000 ∗ 100 ∗ 100 = 30.000.000 [m2], is dat dus 18 miljoen [m3/jaar].
• Daarbij komt nog 2000 ∗ 150 = 300.000 [m3/jaar]. In de schatting is dat te verwaarlozen.
• Een duidelijke eerste schatting is dus zo’n 20 miljoen [m3/jaar] (18 mil- joen suggereert een te grote precisie...)
iv. (3 punten) Leg uit hoe u een schatting kunt maken van de hoeveelheid bestrijd- ingsmiddelen [kg/jaar] (u hoeft de berekening niet uit te voeren!).
Antwoord:
• De BOD, het Biological Oxygen Demand, is gegeven als 1 [mg/l], of 1 [g/m3].
• Met de schatting van de hoeveelheid afvalwater in de voorgaande vraag weten we de hoeveelheid afvalwater
• Daarmee weten we de totale BOD per jaar, BODj.
• Met de algemene afbraakreactie van een koolwaterstof met zuurstof kun- nen we de hoeveelheid koolwaterstof per BOD uitrekenen:
• CxH2yO2z+ (x+y-z)O2→ 2xCO2+ yH2O
• daaruit volgt voor KK, kilogram koolwaterstof per kilogram zuurstof:
• KK = (M(koolwaterstof) / M(zuurstof)) / (x+y-z)
• waarbij M staat voor molgewicht
• neem bijvoorbeeld x=1, y=1 en z=0,5 en vul in om KK te berekenen
• De schatting voor de hoeveelheidbestrijdingsmiddelen per jaar wordt nu
• BSj[kg] = BODj[kg] * KK
(e) (2 punten) De laatste zin uit het persbericht suggereert dat ”de waterkwaliteit” in Del- fland nu zal gaan verbeteren. Echter, de verwachting is dat het nog lang zal duren voordat verbetering van de waterkwaliteit daadwerkelijk zichtbaar en meetbaar wordt.
Leg uit.
Antwoord:
De glastuinbouw is vanaf de jaren ’50 in de vorige eeuw tot ontwikkeling geko- men. Ze heeft, net als in andere landbouwsectoren, vanaf de jaren ’60 en ’70 veel chemische bestrijdingsmiddelen gebruikt. Deze stoffen en hun residuene, afbraak- producten, zijn jarenlang op het oppervlaktewatersysteem geloosd. Daar zijn ze deels afgevoerd naar zee, maar deels hebben deze stoffen zich gehecht aan bodem- deeltjes. De waterbodems in Delfland zijn in de loop der tijd dus tot reservoir van vervuilende stoffen geworden. Als de lozing stopt, zal zogenaamde nalevering uit deze bodems nog jaren doorgaan, wat verbetering van de chemische water- kwaliteit in de weg staat. Daarnaast is het bekend dat herstel van de ecologie in watersystemen ook jaren vergt.
25. (10 punten (bonus)) In het college is ”‘het agro-industrieel complex”’ in Nederland be- sproken. Licht kort toe welke sectoren hierbij behoren, analyseer kort de situatie waarin ten minste twee van deze sectoren zich momenteel bevinden, en geef uw visie op innova-
tie en duurzame ontwikkeling in deze sectoren. Wat is hun potentie om bij te dragen aan de kracht van de B.V. Nederland in de 21e eeuw door agrificatie respectielijk ”‘biobased economy”’ denkt u?
Antwoord:
Van de bonusvraag is bewust g´e´en uitwerking opgenomen.
– Einde van de vragen –
Formuleblad
• Energie [J]:
Ekin= 12m · v2 Q = Cp· m · ∆T Wmax= Qh·(Th− Tc)
Th
Qc= Qh− Wmax = Qh· Tc
Th E = 2, 31 · 10−19·Q1.Q2
r
• Avogadro [moleculen/mol]:
NAvogadro= 6, 022 ∗ 1023
• Straling:
S = k · T4[W/m2])
k = 5, 67 · 10−8[W/m2/K−4] λpiek = c
Tpiek ν = c/λ[s−1J]
c = 3, 000 · 108[m/s]
E = h · ν[J]
h = 6, 62608 · 10−34[J · s]
• Heisenberg:
∆x · ∆(m · v) ≥ h 4π
• Ideaal gas:
P · V = n · R · T
R = 8, 31451[J/(K · mol)]
1[atm] = 101, 235[J]
118 1A8A 12 H21314151617He 1.0082A3A4A5A6A7A4.003 345678910 LiBeBCNOFNe 6.9419.01210.8112.0114.0116.0019.0020.18 1112131415161718 NaMgAlSiPSClAr 22.9924.31345678910111226.9828.0930.9732.0735.4539.95 192021222324252627282930313233343536 KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr 39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.3869.7272.5974.9278.9679.9083.80 373839404142434445464748495051525354 RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdIn Sn Sb Te I Xe 85.4787.6288.9191.2292.9195.94(98)101.1102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3 555657727374757677787980818283848586 CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTl Pb Bi PoAtRn 132.9137.3138.9178.5180.9183.9186.2190.2192.2195.1197200.6204.4207.2209(209)(210)(222) 878889104105106107108109110111112 FrRaAcUnqUnpUnhUnsUnoUneUunUuuUub (223)226(227) 5859606162636465666768697071 CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 140.1140.9144.2(145)150.4152.0157.3158.9162.5164.9167.3168.9173.0175.0 90919293949596979899100101102103 ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr 232.0(231)238.0(237)(244)(243)(247)(247)(251)(252)(257)(258)(259)(260)
Figure 3: Periodiek systeem der Elementen
