Wat is drinkbaar water?

Met een wereldwijde drinkwatercrisis in het verschiet, maken oude en nieuwe technologieën optimaal gebruik van bestaande waterbronnen

“Drinkbaar water” betekent simpelweg water dat veilig te drinken is, en dat wordt schaarser in de wereld. Het toenemende gebruik zet de zoetwatervoorraden wereldwijd onder druk, en een schijnbaar eindeloze lijst van verontreinigende stoffen kan eens drinkbaar water in een gevaar voor de gezondheid veranderen of het gewoon esthetisch onaanvaardbaar maken.

Van de meer dan 2 miljard mensen die thuis niet over drinkbaar water beschikken, hebben 844 miljoen zelfs geen basisdrinkwatervoorziening, waaronder 263 miljoen die 30 minuten per reis moeten reizen om water te halen. Ongeveer 159 miljoen mensen drinken onbehandeld oppervlaktewater. Onveilig drinkwater is een belangrijke oorzaak van diarree, waaraan jaarlijks ongeveer 800.000 kinderen onder de 5 jaar overlijden, meestal in ontwikkelingslanden, maar naar verwachting zullen 90 landen er niet in slagen het doel van universele dekking tegen 2030 te bereiken.

Wat maakt water ongeschikt om te drinken?

De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) deelt drinkwaterverontreiniging in als organisch, anorganisch, radiologisch en microbiologisch, en omvat maatregelen voor de aanvaardbaarheid van smaak, geur en uiterlijk.

• Organische verontreinigingen zijn chemische stoffen op koolstofbasis, waaronder oplosmiddelen en pesticiden, die worden geïntroduceerd via landbouwafval of industriële lozingen. Zij kunnen verantwoordelijk zijn voor een reeks ernstige gezondheidsproblemen, van kanker tot ontregeling van de hormoonhuishouding.
• Radiologische bedreigingen zijn onder meer radon, cesium, plutonium en uranium. In Noord-Amerika is radon de belangrijkste oorzaak van longkanker bij niet-rokers en de belangrijkste milieuoorzaak van kankersterfte in het algemeen.
• Anorganische verontreinigende stoffen, zoals minerale zuren, anorganische zouten, metalen, cyaniden en sulfaten, blijven in het milieu achter. Zware metalen kunnen bij de mens neurologische problemen veroorzaken, vooral bij ongeborenen en kinderen, en bio-accumuleren ook in sommige voedingsmiddelen. Arsenicum kan kanker, huidletsels, hart- en vaatziekten, diabetes en cognitieve stoornissen veroorzaken. Algenbloei als gevolg van nutriënten zoals fosfor en stikstof kunnen ook cyanotoxines in het drinkwater brengen.
• Door water overgebrachte ziekteverwekkers, waaronder bacteriën, virussen, protozoa en parasieten, worden gewoonlijk via uitwerpselen in het water gebracht en kunnen een scala van ziekten veroorzaken, van milde gastro-enteritis tot potentieel dodelijke diarree, dysenterie, hepatitis, tyfus, cholera en cryptosporidiose. Miljoenen mensen worden ook besmet met tropische ziekten die door water worden overgebracht, waaronder trachoom, de meest voorkomende oorzaak van vermijdbare blindheid.

Ook bedreigend voor drinkwater zijn zogenaamde “opkomende verontreinigende stoffen” of “verontreinigende stoffen van opkomend milieuprobleem”, waaronder farmaceutische producten die via riolering en afspoeling van veehouderijen worden binnengebracht.

Turbiditeit (onhelderheid veroorzaakt door vermengde deeltjes) kan water een onaanvaardbare smaak, geur of aanblik geven. Of troebel water schadelijk is of gewoon onaantrekkelijk, hangt af van het aanwezige materiaal. Voor een effectieve drinkwaterbehandeling is het van belang het bronwater zorgvuldig te analyseren en de behandeling vervolgens af te stemmen op de specifieke wateromstandigheden en -normen.

Waterbehandeling voor drinkbaarheid

Veel beproefde waterbehandelingsprocessen worden vandaag de dag nog steeds gebruikt in primaire behandelingsfasen. De geschiedenis van waterbehandeling gaat duizenden jaren terug, tot de Minoïsche beschaving, rond 1700 v. Chr., en de oude Egyptenaren, die voor het eerst aluinflocculatie en sedimentatie gebruikten om water te zuiveren, rond 1500 v. Chr.

Sedimentatie is het laten bezinken van deeltjes in troebel water. Aluin en andere “kleverige” additieven, polyelectrolyten genaamd, helpen bij het bezinkingsproces door flocculatie, of het aan elkaar kleven van deeltjes tot “vlokken”. Flocculatie en sedimentatie met klarders is gebruikelijk in waterzuiveringsinstallaties.

Het inzicht in de microbiologie dat ontstond met het werk van Dr. John Snow en Louis Pasteur in de jaren 1800 had grote implicaties voor de waterzuivering. Onderzoek verbond troebelheid met ziekteverwekkers, en zandfilters werden voor het eerst gebruikt voor de behandeling van een openbare watervoorziening in 1829 in Londen. Gemeentelijke watersystemen in de Verenigde Staten volgden in het begin van de 20e eeuw, en het proces van filtratie met lagen zand, grind en houtskool is vandaag de dag nog steeds wijdverbreid.

Maar desinfecterende middelen zoals chloor in Amerika en ozon in Europa speelden de grootste rol bij het beëindigen van epidemieën van door water overgebrachte ziekten zoals tyfus, dysenterie, en cholera. Tegenwoordig wordt gemeentelijk water routinematig voorgechloreerd om algen en biologische groei te voorkomen, of gechloreerd in de laatste fasen van de waterbehandeling. Chlorering in combinatie met beluchting wordt ook gebruikt om opgelost ijzer te verwijderen, en beluchting verwijdert op doeltreffende wijze vluchtige organische verbindingen (VOC’s). Andere desinfectiemethoden zijn ultraviolet licht (UV) en aanpassing van de pH-waarde.

Moderne waterbehandelingen

In de moderne tijd heeft de vooruitgang in de technologie voortgebouwd op de basis van oudere behandelingen. Zo zijn aërobe processen lange tijd de steunpilaar geweest van de afvalwaterbehandeling, met name voor rioolwater en andere afvalstromen met een hoog gehalte aan organische of biologisch afbreekbare stoffen. In aërobe processen breken micro-organismen die gedijen in zuurstofrijk water organische verontreinigende stoffen af en verwijderen zij nitraten.

De nieuwste en meest efficiënte aërobe behandeling is te vinden in de membraan-aerosie biofilmreactor (MABR), die tot 90% minder energie verbruikt voor beluchting, de meest energie-intensieve fase van biologische behandeling. In de MABR vindt gelijktijdige nitrificatie-denitrificatie plaats in één tank met een spiraalvormig gewonden luchtdoorlatend membraan. De beluchting vindt plaats bij bijna atmosferische druk. MABR, dat bekend staat om zijn hoge effluentkwaliteit en energiebesparing, is beschikbaar als retrofit van bestaande installaties, maar ook in kleine, verpakte systemen die geschikt zijn voor gedecentraliseerde zuiveringsstrategieën. Decentralisatie plaatst kleinere installaties dicht bij de plaats van gebruik, waardoor de behoefte aan enorme, regionale installaties en de dure pijpleidingnetwerken die voor veel regio’s financieel buiten bereik liggen, verdwijnt.

Andere waterzuiveringsprocessen waarbij membranen worden gebruikt, hebben sinds de jaren zeventig en tachtig van de vorige eeuw grote vooruitgang geboekt, onder meer bij omgekeerde osmosefiltratie. Moderne filtratie in omgekeerde osmose (RO) wordt bereikt door water onder druk door een membraan te persen dat semi-permeabel is op moleculair niveau om ongewenste oplosmiddelen uit te sluiten.

Een veelgebruikte manier waarop RO wordt gebruikt bij de productie van drinkbaar water is door middel van ontzilting. De vooruitgang in het midden van de jaren 2010 heeft de energie- en kostenefficiëntie ervan verhoogd. Moderne ontziltingsinstallaties produceren ongeveer 50% van het drinkwater van Israël. Hogere terugwinningspercentages en een lager verbruik van energie en chemicaliën hebben ontzilting veel minder duur gemaakt. Nu is ontzilting beschikbaar in schaalbare en snel inzetbare Smart Packaged-opties die geschikt zijn voor decentralisatie.

Anaerobe vergisting, een biologisch behandelingsproces dat berust op microben die gedijen in afwezigheid van zuurstof, wordt nu gebruikt voor het verwijderen van organisch materiaal en sporen van organische verontreinigingen (TOC’s) die door menselijke activiteit worden gegenereerd. TOC’s hopen zich op door biomagnificatie en bioaccumulatie in organismen en veroorzaken onomkeerbare schade bij mens en dier door verstoring van het endocriene systeem en het veroorzaken van tumoren.

Tijdens het anaerobe vergistingsproces breken micro-organismen organische verbindingen af, waarbij een biogas ontstaat dat voor het grootste deel uit methaan bestaat. Afval-energiesystemen kunnen ook worden geïnstalleerd om het methaan op te vangen en te gebruiken om energie op te wekken.

Ionenuitwisseling, een chemisch proces waarbij ongewenste opgeloste ionen worden uitgewisseld tegen gelijksoortig geladen ionen, wordt op grote schaal gebruikt voor potabilisatie in processen zoals waterontharding, demineralisatie, dealkalisatie, deionisatie en desinfectie. Gespecialiseerde ionenuitwisselingsharsen gericht op specifieke verontreinigingen zoals nitraten, perchloraat en uranium zijn ook steeds populairder geworden voor de productie van drinkwater.

De toekomst van drinkwater

De vraag naar zoet water wereldwijd zal naar verwachting tussen 2000 en 2050 met 55% toenemen, en onlangs hebben NASA-wetenschappers vastgesteld dat de zoetwatervoorraden sneller worden gebruikt dan ze worden aangevuld. Jay Famiglietti, een senior hydroloog bij de NASA, heeft gewaarschuwd: “Het waterpeil daalt over de hele wereld. Er is geen oneindige voorraad water.”

Drinkbaar water is van fundamenteel belang voor het menselijk leven, en we kunnen verwachten dat het in de nabije toekomst een steeds groter probleem zal worden.