Drinkwaterfabriek

Inleiding:
De Palestijnen in de Gaza-strook gebruiken grondwater om drinkwater te produceren. Dit grondwater is zo slecht dat er geen drinkwater van te maken is. Door de slechte kwaliteit van het drinkwater komen er mensen met nierproblemen in het ziekenhuis terecht. De Palestijnse autoriteit wil iets doen aan dit probleem. Zij wil overschakelen op zeewater als grondstof voor de productie van drinkwater. Daarom laat zij enkele ingenieursbureau’s een ontwerp maken voor een fabriek die drinkwater maakt uit zeewater. De fabriek moet aan de volgende specificaties vodoen:
1. de fabriek moet goed drinkwater leveren;

2. de fabriek moet genoeg drinkwater leveren om de gehele Palestijnse bevolking in de Gaza-strook te voorzien;
3. de fabriek moet goedkoop zijn (de Palestijnen zijn een arm volk), dit wil zeggen dat de bouwkosten redelijk moeten zijn, terwijl exploitatie en onderhoud weinig mogen kosten.
(Als opdracht heb ik gekregen om dus een ontwerp te maken van een drinkwater fabriek die aan de 3 eisen moet voldoen.)

Wat zit er in drinkwater?
Drinkwater bevat, net als elke andere stof, kleine hoeveelheden bacteriën. De meeste van deze bacteriën komen veel voor en zijn over het algemeen niet schadelijk. Chloor wordt soms toegevoegd aan drinkwater om bacteriegroei in de drinkwaterleidingen tegen te gaan. Daarom bevat drinkwater soms ook kleine hoeveelheden chloor.
Water bestaat voor een groot gedeelte uit mineralen en andere anorganische bestanddelen, zoals calcium. Als u wilt weten welke stoffen zich in uw drinkwater bevinden om te weten of het veilig genoeg is om te drinken, kunt u een speciale instantie vragen om uw drinkwater te testen. Uiteraard wordt de kwaliteit van het drinkwater ook gecontroleerd door het drinkwaterbedrijf.

Welke gevaren bedreigen het drinkwater?
Er zijn een aantal problemen die de kwaliteit van drinkwater kunnen bedreigen. Hier zullen er een aantal genoemd worden.
Het water kan besmet zijn met de coliform bacterie. Deze bacterie behoort tot een groep micro-organismen die normaliter gevonden worden in menselijke uitwerpselen en in de uitwerpselen van andere warmbloedige dieren en in oppervlaktewater. Wanneer in het drinkwater deze bacteriën gevonden worden, kan dit erop wijzen dat het water besmet is. Bijvoorbeeld met water dat gebruikt is om stallen mee schoon te maken. De aanwezigheid van deze bacteriën wijst erop dat er ook ziekteverwekkende micro-organismen, pathogenen genoemd, op dezelfde wijze in het drinkwater kunnen komen, als er geen actie wordt ondernomen. Daarom moet drinkwater vrij zijn van de coliform bacterie.

Gisten en virussen kunnen ook de waterkwaliteit in gevaar brengen. Het zijn microbiologische verontreinigingen, die doorgaans in oppervlaktewater worden gevonden. Voorbeelden zijn Giardia en Cryptosporidium. Giardia is een eencellige die darmproblemen veroorzaakt. Cryptosporidium is een parasiet die gezien wordt als een van de belangrijkste oorzaken van diaree bij mensen. Zelfs bij gezonde individuen met een normaal werkend immuunsysteem duurt de ziekte een paar dagen, terwijl men lijdt aan diarree, overgeven buikkramp en koorts. Mensen met een verzwakt immuunsysteem kunnen lijden aan veel zwaardere symptomen, zoals een cholera-achtige ziekte.


Nitraat in drinkwater kan cyanose veroorzaken, een verkleining van de capaciteit van het bloed om zuurstof te dragen. Dit is vooral gevaarlijk bij kinderen jonger dan 6 maanden.

Lood kan in het drinkwater terechtkomen, via de koperen pijpleidingen waar het water door vervoerd wordt. Wanneer het water door de pijpen stroomt, lossen kleine deeltjes lood op in het water, zodat het water verontreinigd raakt met lood. Lood is een giftige stof die snel door het menselijk lichaam wordt opgenomen, vooral bij jonge kinderen. Dit leidt tot loodvergiftiging.

Legionella is een bacterie die snel groeit wanneer water voor een langere periode een temperatuur tussen de 30 en 40 °C heeft. Deze bacterie kan samen met andere luchtdeeltjes ingeademd worden wanneer dit water verdampt wordt. Deze legionellabacterie kan koorts veroorzaken, die ook wel bekend staat als de Pontiac koorts, daarnaast kan het ook een de dodelijke ziekte Legionella veroorzaken.

Hoe wordt de drinkwaterkwaliteit bewaakt?
Elk land heeft speciale normen voor het drinkwater. Deze schrijven voor welke stoffen in drinkwater mogen zitten en wat de maximaal toegestane hoeveelheden van deze stoffen zijn. Deze normen worden maximale verontreinigingsniveaus genoemd. Voor elke verontreiniging die schadelijke effecten kan hebben op de menselijke gezondheid worden deze niveaus bepaald. Ieder drinkwaterbedrijf heeft zich aan deze normen te houden. Wanneer water gezuiverd wordt om het geschikt te maken als drinkwater, wordt het getest op een aantal gevaarlijke verontreinigingen. Daarna kan men bepalen hoeveel en welke verontreinigingen er verwijderd moeten worden om aan de normen te voldoen en welke zuiveringsstappen men hiervoor moet volgen.

Wat is destillatie?
Destillatie is een scheidingstechniek, waarbij meerdere stoffen van elkaar worden gescheiden, op basis van verschil in kookpunten.
Wanneer twee of meer vloeibare stoffen, die met elkaar gemengd zijn, gescheiden dienen te worden, kan men dat doen middels verdamping. Als de vloeistoffen verschillende kookpunten bezitten, zal de vloeistof met het laagste kookpunt als eerste overgaan in de gasfase. In het mengsel blijft dan meer achter van de vloeistoffen met een hoger kookpunt.
Nadat de verdamping van een van de vloeistoffen uit het mengsel heeft plaatsgevonden, wordt de damp omhoog getransporteerd door een speciale kolom, de destillatiekolom, en gecondenseerd. Condensatie wil zeggen dat een gas wordt afgekoeld, zodat het weer een vloeistof wordt. De vloeistof stroomt weg in een opvangvat.
Dan is de scheiding compleet en kan de afgescheiden vloeistof worden gebruikt bij verschillende processen, afhankelijk van het vooraf gestelde doel van de destillatie.

Wat is waterzuivering?
Waterzuivering staat voor het vrijmaken van water van elke onzuiverheid die het kan bevatten, zoals verontreinigingen of micro-organismen.
Waterzuivering is geen eenzijdig proces, het zuiveringsproces beslaat meerdere stappen. Welke stappen gevolgd dienen te worden, is afhankelijk van het soort onzuiverheden die in het water aangetroffen worden. Deze kunnen zeer verschillen.

Stappen van de productie van drinkwater uit zeewater.

Zeewater wordt uit het zee gepompt en door leidingen vervoerd naar het fabriek. Bij het binnenkomen van de fabriek passeert het de viswering. Dit is een rooster waarop elektrische spanning staat om vissen tegen te houden. Daarna passeert het water de grofvuilrooster. Dit houdt grote stukken vuil tegen, zoals hout of plastic. Vervolgens komt het water in de microzeven. Hier worden algen uit het water gezeefd.
Hierna wordt het water in een tank opgeslagen en vanuit daar wordt m.b.v. een pomp het zeewater opgepompt door een buis. Omdat er op de Gaza-strook de zon veel schijnt zal er gebruik worden gemaakt van een zonnetoren. Hiermee zal de hoogste temperaturen worden bereikt met een absorber in een toren, die beschenen wordt door een veld vol met spiegels, die ieder afzonderlijk om twee assen draaien om de weerkaatste zonnestralen op de toren gericht te houden.
(De overdag opgevangen hitte van de zon kan goed opgeslagen worden in een voorraadvat met bv. gesmolten zout. Die warmte kan dan ’s avonds en ’s nachts gebruikt worden om stoom en electriciteit te produceren. Tijdens langdurige periodes zonder zon kunnen branders worden ingeschakeld die aardgas verstoken. De roestvrijstalen buis met een diameter 8 cm is bedekt met een spectraal selectieve laag die optimaal maakt is op 400oC. Deze laag absorbeert de kortgolvige zonnestralen (de zon is immers een zwarte straler met een temperatuur van 6000 Kelvin). De laag reflecteert echter de langgolvige infra-rood straling die een zwarte straler van 400oC uitzendt.).
Zo wordt het zeewater die door de buis stroomt gevormd tot stoom.** De stoom wordt doorvervoerd naar de condensor. Daar zal de stoom condenseren door de koelwater die erlangs stroomt om de buis van de stoom heen en daarna weer los zodat het koelwater weer kan afkoelen en opnieuw langs de stoom kan stromen. Wanneer de stoom condenseert ontstaat er zoet water die door wordt vervoerd tot de roerwerken.
Hier wordt ook een chemicaliëndosering aan het water toegevoegd namelijk ijzerzout. Die sluit vuil in die nog door de microzeven kon en vormt vlokken. Andere vuil, zoals eiwitten en zeepresten hechten zich aan de vlokken. Wanneer het water te zuur is na het toevoegen van ijzerzout, wordt er kalmelk aan toegevoegd. De zuurgraad moet ongeveer 7 zijn, anders ontstaan er geen vlokken! Vlokken gaan samenklonteren. In de slibbezinking zakken de vlokken naar beneden en worden ze verwijderd. Vervolgens wordt het water door lagen zand gefiltreerd in het dubbellaagsfilter. Als laatste stap gaat het door het actieve koolfilter. Bestrijdingsmiddelen, kleur-, geur- en smaakstoffen hechten zich aan actieve kool, waardoor ze uit het water verwijderd worden. Vervolgens gaat het water voor opslag naar de reinwaterkelder.

**Klein deel van de stoom wordt door vervoerd naar een turbine en zo naar de generator waardoor er elektriciteit ontstaat die de fabriek zelf kan gebruiken om constant aan het werk te zijn.
Het ontwerp van de fabriek
-

Nawoord
Na het uitvoeren van deze opdracht ben ik meer te weten gekomen over drinkwaterfabrieken, hoe ze te werk gaan enz. Ik heb ongeveer 2 dagen gedaan om alle informatie te verzamelen en er iets van te maken. Ik moest veel kiezen tussen verscheidene methodes, omdat er bijv. verschillende manieren zijn om te filtreren. Maar uiteindelijk is het me gelukt om de juiste te kiezen volgens mij. En ik vond een goede manier om de buis waarin de stoom wordt vervoerd te verwarmen door de zonnetoren. Omdat er veel zon schijnt in die landen is dat ook beter, want het is beter voor het milieu.

Voldoet het fabriek aan de 3 eisen?
1. de fabriek moet goed drinkwater leveren: Hier voldoet het fabriek aan. Het produceert water die aan alle normen en waarden voldoet.
2. de fabriek moet genoeg drinkwater leveren om de gehele Palestijnse bevolking in de Gaza-strook te voorzien: Hier voldoet het fabriek dagelijks aan. Het fabriek kan grote hoeveelheden tegelijk produceren en opslaan om zo door te voeren naar de huizen of watertapplaatsen.
3. de fabriek moet goedkoop zijn (de Palestijnen zijn een arm volk), dit wil zeggen dat de bouwkosten redelijk moeten zijn, terwijl exploitatie en onderhoud weinig mogen kosten: Het fabriek voldoet hier ook aan. De bouwkosten zijn redelijk zoals u ziet met wat voor methodes ik werk en de onderhoud en exploitatie kosten weinig, omdat de fabriek niet echt de energie kosten moet betalen. Omdat het fabriek zelf al energie zelf produceert dus ook zelf gebruik van kan maken. Dus bedrijfskosten zijn zo veel minder.

Bronvermelding
http://www.lenntech.com/water-zuivering-FAQ.htm
http://www.lenntech.com/continu-zandfilter.htm
http://www.gezen.nl/wordpress/?page_id=9
De Chemieboek blz. 57/58