van
Reeds zijn in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen de voordrachten van
de volgende cursussen: 1. Filtratie, 2. Vervaardiging van buizen voor transport- en
distributieleidingen, 3. Winning van grondwater, 4. Waterzuivering, 5. Hygienische
aspecten van de drinkwatervoorziening, 6. Het transport en de distributie van leidingwater, 7. Keuze, aantasting en bescherming van materialen voor koud- en warmwaterleidingen, 8, 9 en 10. Enige wetenschappelijke grondslagen der waterleidingtechniek I, II en III, 11 Radioactiviteit, 12. Het grondwater, 13. De Rijn, 14. Nieuwe
ontwikkeling in de waterleidingtechniek op fysisch, chemisch en biologisch gebied,
15. De watervoorziening en de industrie, 16. Gebruik van moderne statistische
methoden, 17. Kunstmatige infiltratie, 18. De biologie van de watervoorziening,
19. Snelfiltratie, 20. Physische technologie van de waterzuivering, 21. Van goed naar
beter water.
Woord vOOraf
Graag geef ik gevolg aan het verzoek van de voorzitter van uw Commissie
deze 22e vakantiecursus voor Drinkwatervoorzieningte openen.
Voor veel ingenieursfuncties is het noodzakelijk een breed overzicht te hebben
van de mogelijkheden die wetenschap en techniek bieden voor het eigen vakgebied.
De snelle ontwikkeling van wetenschap en techniek maakt dat men zich hiervan voortdurend op de hoogte zal moeten blijven stellen. Cursussen als deze
bieden hiertoe een uitstekende gelegenheid.
De onderwerpen die in de afgelopen jaren aan de orde zijn geweest bieden een
zeer gevarieerd beeld, waarmee ik de cornmissie graag wil complimenteren.
Post-doctoraal onderwijs in velerlei vorm zal in toenemende mate een plaats
gaan innemen, zowel in de vorm van orienterings- en refreshment-cursussen,
als in de vorm van systematische bijscholing en omscholing en het zal mede
van invloed zijn op het onderwijs aan de Technische Hogeschool.
U weet dat door de afdeling der Weg- en Waterbouwkunde reeds enkele jaren
geleden is besloten tot een ingrijpende herziening van het studieprogramma die
thans in de propaedeuse is doorgevoerd. Na de propaedeuse zal de studie voor
civiel-ingenieur uiteenvallen in verschillende richtingen, waarbij men kan
denken aan een functionele splitsing en aan een territoriale splitsing.
Een functionele splitsing wil zeggen naar de taak van de ingenieur: zoals de
onderzoeker of de constructeur, wat dus inhoudt een meer theoretische en een
constructieve richting, terwijl t.z.t. ook aan een organisatorische richting zou
kunnen worden gedacht.
Bij de territoriale splitsing worden onderscheiden:
- de waterbouwkunde met de hydrologie
- de planologie en de verkeerskunde met inbegrip van de wegbouw- en spoorwegbouwkunde
- de civiele bouwkunde en
- de civiele gezondheidstechniek.
Voor u is in het bijzonder de richting civiele gezondheidstechniek van belang.
Uw toekomstige cotlega's zullen voor een belangrijk deel uit deze studierichting voortkomen. Maar op het terrein van de civiele gezondheidstechniek zal
ook door anderen worden gewerkt:
de onderzoeker, de constructeur, de hydroloog, de bouwtechnicus. Er zal eers
zekere taakverdeling gaan optreden, waarbij de vraag rijst: ,,wie doet wat".
Wie verricht in het algemeen een hydrologisch onderzoek, of wie bouwt er nu
straks die watertoren of reinwaterkelder? Als op elk gebied van de techniek
zal slechts in samenwerkingsverband iets tot stand kunnen worden gebracht.
Een bezinning op de taak van degenen die in de richting civiele gezondheidstechniek zullen afstuderen en daarmee op de vraag welke kennis en vaardigheden men hen zou willen bijbrengen, lijkt op zijn plaats.
De voorgenomen splitsing maakt het mogelijk reeds bij de kandidaatsstudie
in belangrijke mate de aandacht op het gekozen vakgebied te richten, terwijl
in de eindstudie ruime mogelijkheden tot verdieping van de kennis aanwezig
zijn, waarbij ook de medische, chemische en biologische aspecten van de gezondheidstechniek de aandacht krijgen.
In de toekomst zal men ongetwijfeld een nauwe verwevenheid kunnen verwachten tussen dit eindonderwijs in de richting civiele gezondheidstechniek
en het post-doctoraal onderwijs.
Nieuw in te stellen colleges kunnen van belang zijn voor ingenieurs uit de praktijk. Anderzijds moet men in universitaire programma's niet streven naar volledigheid op de verschillende vakgebieden. Men kan beter de jonge mensen
sneller laten afstuderen en voor zover men later daaraan de behoefte voelt
post-doctoraal onderwijs te laten volgen.
Als ik het goed heb komt de vakantiecursus Drinkwater de eer toe de eerste
vorm van post-doctoraal onderwijs in de civiele techniek te zijn geweest.
Uw wederom grote opkomst bewijst hoe zeer deze cursussen in de wereld van
de civiele gezondheidstechniek van belang worden geacht en op prijs worden
gesteld. Dat verheugt de afdeling der Weg- en Waterbouwkunde natuurlijk zeer.
Ik wens de organisatoren ook met deze 22e cursus veel succes toe.
De voorzitter van de afdeling der Weg- en Waterbouwkunde
Prof. ir. A. L. Bouma
L. Huisman:
Design for Installations of water Purification
In the past, designing of a water supply installation was often an
oneman job and was mostly done by intuition, water purification in
particular being considered an art rather than a science. After the
rapid technological changes of the past decades, this is no longer
feasible with as consequence, that future designs have to be based on
the latest scientific and technical developments and have to be prepared by a team of experts in the various fields. Such a procedure,
however, is only possible after the design process itself has been
separated in various components with a most important item:
orientation and fact finding, analyses, shaping and growth of ideas,
synthesis and finally scrutinumg and verification. With regard to the
preparatory phases of the above mentioned process, fixing the design
capacity in one of the most important aspects, as average value
(lesson I), for peak consumption (lesson 2) and as reliable yield
(lesson 3). Analysis of the problem on hand varies from one case to
another. In lesson 4 and 5, the evalution of the relevent factors will
be shown for a ground-water supply and for a surface water supply
respectively. One of the crucial factors in the last phase concerns
the cost price of the water delivered to the consumers. In lesson 6,
the influence of the design on this price will he discussed.
C. VAN DER VEEN :
Futural water consumption
In order to build water supply units it is necessary to estimate the
future demand. Once that is known a decision can be taken when
and to what extend new units are to be built.
Often extrapolation methods are applied in which a certain trend
observed in the past is extended to the future. Mathematical formulae
are used which coincide with the past and, it is hoped, predict the
future. Such extrapolation methods often have appeared to be a too
rough instrument.
In this paper a method is proposed, based on econometric studies.
Water demand is expressed as a function of a number of determinants
such as: number of houses, number of cars iuld sanitary installations,
growth of industry, etc. For each different determinant a relevant
relation with water demand is determined from statistical data. The
sum of all influences is compriced in a model that gives the total
water demand.
The influence of the price on the demand of water is taken into
account. Also the technological possibilities to reuse water in industry.
Such a model has the advantage that the factors influencing the
water demand are made explicitly visible. They are subject to major
policy decisions in the future. The model therefore serves less as an
instrument to look into the future than as a guiding plan to shape the
future. Only part of the police decisions, such as price and quality of
the produced water, are in the hands of the water supply industry.
As an example this method is used to estimate water demand in the
Netherlands in 1980 and 2000. It is calculated that tpe 750 million
m3 water supplied by Public Waterworks in 1967 will Increase with a
factor 1,8 to 1360 million m3 in 1980 and with a factor 4 to 3000
million m3 in 2000. Further statistical research is necessary to increase
the accuracy of the results. Even so the prediction for the year 2000
remams a guess.
K. D. VENHUIZEN:
Variation in water consumption
The study of the variation in water demand for domestic and industrial purposes is in fact the base to design the capacity of installations for recovery, purification, pumping and transport. The variation per hour, per day and per week is studied for the municipal
waterworks of Amsterdam and calculations are carried out to determine the amount of reservoir capacity for a constant water production per day and per week. Of course the total costs of production
of the water are a function of the necessary investments and of the
running costs, which vary with this reservoir capacity and justify
further investigations to a water supply based on week fluctuations
in the reservoirs.
C. J. VAILLANT:
Production capacity and reliability
Although production capacity and reliability of water purification
plants are strongly interacting factors, initially both factors have to
be analysed seperately. Before one can evaluate the maximum production capacity of a given plant design, the capacity of each individual
unit or subsystem must be determined on the basis of experience in
the past (e.g. pilotplant) as a function of the working conditions (e.g.
temperature of the water) and the required water quality, withhout
taking into account any important safety factor.
Modem methods in the field of reliability engineering would enable
the design engineer to determine theoretically the reliability of a
designed plant in a quantitative way only if the probability distribution of the water consumption is given and all failure rates, as we1
as the capacities of the composing units and other components (e.g.
valves) of the system are known.
As in practice failure rates are not available and, therefore, must be
estimated, a numerical prediction of the reliability of a plant will
never give accurate values upon which a decision can be made.
However, the applied theory may offer the opportunity to compare
alternative designs which contain different numbers or sizes of units
or have a different configuration of the units. On the basis of such
a relative comparison, especially when a sensitivity analysis is executed by means of a computer, decisions can be made in a more
objective way. The theoretical approach has also advantage that a
better insight in the reliability problem is acquired. Some of these
theoretical methods are described.
A. J. N. HORSTMEIER:
The design abstracting and treatment of groundwater
The program of requirements should be brought into harmony
with what is possible. This is the task for waterengineer and architect.
Requirements should be made about quantity, place, technics, social
needs for operation team, esthetics and economics. These requirements
should be detailed for each of the main parts of design: prise-d'eau,
filterplant, storage, pumping capacity, level scheme. Mentioned are
the modern ways of reconnaissance to find the right location for the
prise-d'eau. Modem drilling and modern materials for well-construction are dealth with. Questions about aeration, open filters or pressure filters, multilayer-filters, e t ~ .should be answered by erecting
an experimental installation.
The way of operation: by hand or automatically, filters in the open
air or in the main building is an economical problem.
Storage : Reinforced concrete or steel.
Pumps: horizontally or vertically ; conventional pumps or submersible pumps. Steps to meet the required quantities: electrically driven
or engine driven, emergency power. Level scheme and time table.
TJ. HOFKER:
Intake and treatment of sudacewater
The character of a treatment plant for surface water is determined by
the quality and the quantity of the available raw water on one side
and the requirements related to the drinkimg water on the other side.
The intake and treatmentpart consist of a number of unit operations.
Separation of intake and treatment is rather difficult as purification
is applied frequently in units belonging to the intake.
Raw water can be stored, if necessary, in open reservoirs or in closed
systems, in combination with infiltration.
Storage in open reservoirs is able to receive a wide spectrum of raw
water qualities. A disadvantage in comparison with closed storage is
the absence of equalisation of the watertemperature.
The history of the Rotterdam waterworks shows a number of systems
of waterpurification, successively adapted to the deteriorating quality
of the raw water withdrawn from the river Rhine. The biological as
well as the chemical purification systems are of current interest, provided the raw water i s suitable.
The efficient design of units of a purification plant is also of great
importance. In this case, principal attention has been paid to the
use of chemicals, sedimentation and rapid filtration.
P. L. KNOPPERT:
Costs of construction of water treatment plants
An investigation has been done on the relation between the designfactors and the costs of construction and operation of water treatment
plants.
1. A clear relation has been found between the plant size and the
construction costs of conventional surfacewater treatment plants
and of groundwater treatment plants.
2. There is a same kind of relation between the size of man-made
pumped storage reservoirs and the construction costs.
3. The most economic way of power supply is evaluated, regarding
also the security.
4. Importance profit and costs of automation is described.
5. Some examples are given of the influence of different ways of
amortisation on the cost price of the water.
PROF. IR. L. HUISMAN
Technische Hogeschool Delft
Het ontwerpen van zuiveringsinstallaties
algemene inleiding
Deze 22e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening is
gewijd aan het ontwerpen van installaties voor winning
en zuivering van grond- en oppervlaktewater, ter voorziening van bevolking en industrie met drink- en gebruikswater. Nog altijd geschiedt dit ontwerpen veelal
langs intu'itieve weg, op basis van de grote hoeveelheid
statische vakkennis, waarover de betrokken ingenieur
beschikt. De maatschappij van vandaag is echter niet
meer statisch, doch toont een steeds toenemende dynamiek, waarbij enerzijds voortdurend nieuwe mogelijkheden worden geopend, en anderzijds voortdurend
nieuwe eisen worden gesteld. Wat gisteren als laatste
technische ontwikkeling werd begroet, is vandaag achterhaald en voldoet morgen niet meer aan de verlangens
van een steeds veeleisender maatschappij. Een intu'itieve
benadering van het ontwerpproces door CBn persoon is
hiermede ontoereikend geworden en voor de toekomst
zal dan ook tot rationalisering en tot werken in teamverband moeten worden overgegaan. Dit is echter eerst
mogelijk als het ontwerpproces zelve in overzienbare
componenten is ontleed. In deze inleiding zal daartoe
een poging worden gedaan.
Zeer in het kort kan ontwerpen worden omschreven als
het proces, waarbij uitgaande van het programma van
eisen de meest bevredigende vorm van de gezochte installatie wordt verkregen, waarmede in het onderhavige
geval onder alle omstandigheden voldoende water van
goede kwaliteit tegen een niet te hoge prijs kan worden
geleverd. Hoe beknopt en onvolledig deze definitie ook
is, toch kunnen hierin reeds de 3 essentiele componenten
worden onderscheiden:
a. de analyse, d.w.z. het nagaan van wensen en mogelijkheden, het verzamelen van eisen en gegevens;
b. de synthese om wensen en mogelijkheden optimaal
met elkaar in overeenstemming te brengen;
c. de toetsing om met zekerheid te constateren dat het
resultaat der synthese, het ontwerp, ook inderdaad zo
goed mogelijk aan de te stellen eisen voldoen.
Bij een wat verdergaande onderverdeling [1], wordt de
analyse voorafgegaan door de processen van orientatie
en voorbereiding en de synthese door die van ideevorming en rijping.
De laatstgenoemde onderverdeling volgend, heeft de
orientatie allereerst tot doel om na te gaan of er eigenlijk we1 een ontwerpprobleem is, of het niet mogelijk is
dit vraagstuk geheel te elimineren. Bij uitbreiding van
een oppervlaktewaterwinning bij voorbeeld, zouden
ook nieuwe zuiveringsinstallaties moeten worden gebouwd, doch deze behoeven niet te worden ontworpen
wanneer het extra benodigde water als oeverfiltraat
wordt gewonnen of wellicht nog beter, wanneer het
en gros van een naburig bedrijf wordt betrokken.
Overigens dient deze fase om de principiele mogelijkheden voor de nieuwe watervoorziening na te gaan
en voor zover niet direct op kwalitatieve, kwantitatieve of economische overwegingen verworpen, hiervoor
de beschikbare gegevens te verzamelen. Bij de voorbereidingsfase worden enerzijds de ontbrekende gegevens
verzameld, zo nodig door eigen metingen, anderzijds het
programma van eisen opgesteld. Voor waterzuiveringsinstallaties betreffen deze eisen primair de hoeveelheid
en de hoedanigheid van het additioneel benodigde drinken gebruikswater. Kwaliteitseisen voor drinkwater behoeven intussen niet door de ontwerper zelf te worden
opgesteld; dit is reeds voor hem gedaan in de vorm van
de eisen van de Waterleidingwet, de aanbevelingen van
de Vewin, de kwaliteitseisen voor drinkwater uit oppervlaktewater als neergelegd in Grondslagen Basisplannen
no. 4, terwijl bij nog open gebleven vraagpunten, de
kwaliteitseisen van de World Health Organization, van
de United States Public Health Service en van vele andere instanties kunnen worden geraadpleegd. Voor de
in de toekomst benodigde capaciteit is de ontwerper we1
geheel aansprakelijk en niemand kan deze verantwoordelijkheid van hem overnemen. Ir. van der Veen zal in
zijn voordracht laten zien, hoe de toekomstige waterbehoeften systematisch kunnen worden geraamd, terwijl
ir. Venhuizen op het in dit verband even belangrijke
probleem van de variatie van het waterverbruik in
samenhang met het bergingsvraagstuk zal ingaan. Onder
de industriele produktiemiddelen kenmerken waterleidingbedrijven zich intnssen door de hoge bedrijhzekerheid. Ir. Vaillant zal aangeven welke eisen ten aanzien
van het produktievermogen hieruit voortvloeien. Het
programma van eisen betreft intussen niet alleen het
kwantitatief en kwalitatief veilig leveringsvermogen,
doch taI van andere aspecten moeten hierbij worden beschouwd. Afhankelijk van de omstandigheden kunnen
dit zijn overwegingen van hydrologie, hydrografie en
hydraulics, van constructie, bouwphysica, klimaatbeheersing en rationele uitvoering, van machinale, elektrische en elektronische installaties, van onderhoud en bediening, van economie en kostprijs, van aesthetica en
architectuur en van nog vele andere. De heer Horstmeier zal laten zien hoe deze aspecten bij de winning en
zuivering van grondwater moeten worden geevalueerd,
terwijl ir. Hofker deze taak toevalt ten aanzien van de
winning en zuivering van oppervlaktewater. Nimmer
mag echter worden vergeten, dat door de stormachtige
ontwikkeling van techniek en wetenschap op het gebied
van de watervoorziening, niemand het gehele terrein
meer kan overzien en voor een optimaal resultaat samenwerking van deskundigen noodzakelijk is. Reeds bij de
voorbereidingsfase moeten deze deskundigen worden
aangetrokken en ingeschakeld en bovenal doeltreffend
worden begeleid om als team te kunnen functioneren.
Het programma van eisen als resultaat van de voorbereidende fase is intussen alleen bruikbaar voor het eigenlijke ontwerpproces, wanneer het enerzijds volledig en
uitputtend is en zich anderzijds beperkt tot eisen welke
relevant zijn, zoveel mogelijk onafhankelijk van elkaar
en teruggebracht tot de meest essentiele betekenis. Een
nauwgezette formulering van deze eisen is tenslotte een
belangrijk hulpmiddel om persoonlijke voorkeuren te
vermijden, om een objectieve probleemstelling te verkrijgen. Mits ook de intussen verzamelde gegevens van
voldoende omgang en diepgang zijn, is het ontwerpprobleem nu in principe oplosbaar. Een intuitieve oplossing,
op grond van vroeger opgedane ervaring, wordt ongetwijfeld bet snelst verkregen, is zeker bruikbaar, doch
behoeft niet optimaal te zijn en zal waarschijnlijk de
laatste ontwikkelingen op het gebied van techniek en
wetenschap niet omvatten. Maar zekerheid van een
optimale oplossing kan worden verkregen door een methodische analyse van eisen en gegevens, door het opsporen van relatiepatronen op grond waarvan het totale
vraagstuk in een aantal zoveel mogelijk onafhankelijke deelproblemen kan worden gesplitst [2]. Mits
deze deelproblemen niet te omvangrijk zijn, kunnen
hiervoor gemakkelijk verschillende oplossingen worden aangegeven. Dat dit weer grotendeels intuitief
geschiedt, langs de weg van ideevorming en rijping
is eenvoudig niet te vermijden. Door het naast elkaar
stellen van verschillende mogelijkheden, door een objectieve analyse van de daaraan verbonden voor- en
nadelen, is het nu echter we1 mogelijk CCn of enkele
oplossingen aan te geven welke optimaal aan het
gestelde deelprobleem voldoen. De oplossing van het
ontwerpprobleem als geheel is intussen niet de som van
de oplossingen der deelproblemen. Sommige combinaties
zullen immers elkaars nadelen versterken, andere elkaars
voordelen en wederom moet een aantal mogelijkheden
worden geanalyseerd. Pas na deze synthese kunnen de
meest aantrekkelijke ontwerpen worden aangewezen en
een definitieve keuze worden gemaakt. Vooral bij een
watervoorziening van grotere omvang tenslotte, zal met
de ontwerpprocedure langere tijd zijn gemoeid. In die
periode kunnen de feitelijke omstandigheden zich hebben
gewijzigd en een toetsing van het uiteindelijk gekozen
ontwerp is dan ook noodzakelijk om zekerheid te hebben, dat het ontwerp met de laatst bekende gegevens en
eisen in overeenstemming is. Zeer in het bijzonder betreft deze toetsing de kostprijs, welke in sterke mate
door het ontwerp wordt bepaald, zoals door ir. Knoppert
als laatste spreker zal worden toegelicht.
Ontwerpen is in wezen het nemen van deskundige beslissingen. Met voldoende fantasie gewapend kan immers
voor elk probleem een aantal oplossingen worden aangegeven. Sommige hiervan zullen in het gegeven geval
minder aantrekkelijk zijn en verder buiten beschouwing
kunnen blijven, doch de keuze tussen de overblijvende
mogelijkheden is vaak bijzonder moeilijk. Deze keuze
mag eerst worden gemaakt in het kader van het grotere
geheel, als ook de mogelijke oplossingen van verwante
problemen bekend zijn. Persoonlijke voorkeur behoort
bij deze keuze slechts een ondergeschikte rol te spelen
en primair zal de keuze moeten worden gebaseerd op
een objectieve analyse van voor- en nadelen. Een grote
vakkennis, ook van de laatste ontwikkelingen op het
gebied van techniek en wetenschap is hierbij onmisbaar.
Om deze vakkennis op peil te houden en uit te breiden
is post-akademiaal onderwijs noodzakelijk, waaraan deze
22e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening weer een
belangrijke bijdrage kan geven.
Literatuur
1. Oosterhoff, J. Architect en Constructarcr, Intreerede TH Delft,
26 januari 1966.
2. Knikkink, H. Evaluatie van een o~ztwerpmetl~odiek,
afstudeerontwerp TH Delft, februari 1969.
IR. C. VAN DER VEEN
Directeur Gemeentewaterleidigen Amsterdam
Systematische raming van het toekomstig waterverbruik
1. Inleiding
Voor het ontwerpen van waterzuiveringsinstallaties is
het nodig te weten hoe groot deze moeten zijn en op
welke tijdstippen zij gereed moeten komen. Dit vraagt
een inzicht in het in de toekomst te verwachten waterverbruik.
In dit artikel zullen methoden worden besproken die een
systematische raming mogelijk maken.
Daarbij wordt een nieuwe methode geintroduceerd, die is
ontleend aan de econometric. In deze methode worden
alle factoren die op het waterverbruik invloed hebben
op een gewogen wijze in een verbruiksformule samengevat. Door afzonderlijke extrapolatie van deze factoren
naar de toekomst ontstaat een prognoselijn.
Dit artikel beperkt zich daarbij tot een prognose van het
kwantitatieve verbruik.
Zeker zo belangrijk bij het ontwerpen van zuiveringsinstallaties is het zich een denkbeeld te vormen van de
eisen, die men in de toekomst aan de kwaliteit van het
water zal stellen.
Zal men water verlangen met optimale hardheid, van
grote helderheid, volstrekt kleurloos en waarin smaak-
en reukstoffen radicaal verwijderd zijn? Ongetwijfeld zal
de prijs van het water verhogen.
Of neemt men genoegen met goedkoop water, nog
bruikbaar maar van tweede of derde kwaliteit?
Zal een differentiatie naar diverse kwaliteiten ontstaan,
zoals nu a1 het geval is met het gedeeltelijk bereide water
dat de NV WRK levert aan de industrie?
Kwaliteit en kwantiteit raken elkaar: de kwaliteit en de
daarmede samenhangende prijs van het water zullen het
verbruik be'invloeden. In het vervolg zal blijken dat ik de
kwaliteitsverwachting door middel van de prijs in de
verbruiksraming heb verwerkt.
Teneinde mijn beschouwingen te verlevendigen heb ik
het opgestelde model gekwantificeerd voor het toekomstig waterverbruik in Nederland. Daarbij is Nederland
als CCn voorzieningsgebied beschouwd. Dit was het gemakkelijkst omdat van Nederland als geheel de meeste
statistische cijfers bekend zijn, die men bij het kwantificeren nodig heef t.
Dezelfde methode kan men echter toepassen voor een
willekeurig voorzieningsgebied.
Veel van hetgeen in de volgende hoofdstukken wordt be-
handeld, is mij geiinspireerd door dat ik lid ben van de
Werkgroep Waterverbruik onder leiding van ir. C Biemond. Aan hem en de leden van de Comrnissie betuig
ik gaarne mijn hartelijke dank.
Een compliment spreek ik uit jegens ir. E. H. A. Hofkes,
die de methodiek der determinanten heeft ontwikkeld en
numeriek uitgewerkt en ook verder vele belangrijke
suggesties heef t gedaan.
2. Systmatische toekomstverkenning
De moderne mens ziet de noodzaak van toekomstverkenning. De groeiende bevolking vraagt om voldoende
voorzieningen in de toekomst: huizen, wegen, recreatiegebieden, water en werkgelegenheid. Het tot stand brengen van ieder van die voorzieningen vraagt tijd. De benodigde tijd neemt toe naarmate de maatschappij ingewikkelder wordt. Wie vroeger zin had een huis te bouwen kocht een stuk grond en bouwde daarop zijn huis.
Langer dan een jaar behoefde het niet te duren.
In een schaars bevolkt land is een dergelijke gang van
zaken aanvaardbaar. Met een stijgende bevollcingsdichtheid zal men echter het gebruik van de grond beter moeten regelen, zodat het totaal van bebouwing met open
ruimten en verbindingen voldoet aan eisen van doelmatigheid. Dit vraagt om regels en procedures, die naarmate zij de in het geding zijnde belangen zuiverder afwegen, tijdrovender zullen zijn.
Dit geldt mede voor waterwinningen en waterzuiveringsinstallaties, vooral wanneer deze beslag leggen op ruimte
in een dichtbevolkt gebied. Andere belangen dienen te
worden afgewogen alvorens de ruimtelijke bestemming
wordt vastgelegd. Dan volgt nog koop van de grond,
voorbereiding en uitvoering van de werken en het gangbaar maken van de installaties. Wanneer dit tien jaar
duurt, moet men ook tien jaar v66r de behoefte acuut
is met de plannen een aanvang nemen. Vaak zal deze
periode langer zijn. Verlies aan maatschappelijk kapitaal
moet worden vermeden door de nodige investeringen op
het juiste moment te verrichten.
Dit vraagt om een systematische toekomstverkenning.
Nu is het voorzien van toekomstige ontwikkelingen in
onze tijd niet gemakkelijk. Op vele gebieden doen zich
stroomversnellingen voor. Sommige tendensen zoals procesautomatisering en electronische informatieverwerking,
zijn onderkend; hun toekomstige invloed is nog moeilijk
te peilen.
Nieuwe mogelijkheden zulleh hun invloed uitoefenen.
Dezelfde factoren, die toekomstverkenning moeilijk
maken, hebben ook de belangstelling er voor snel doen
groeien. Steeds grotere kapitalen zijn nodig om de geavanceerde technologie toe te passen op het produktieproces, verkeer en vervoer, informatieverwerking enz.
De hoge investeringen kunnen slechts terugverdiend
worden via intensief en massaal gebruik over een voldoend lange periode. Onjuiste beleidsbeslissingen kunnen
leiden tot grote kapitaalsverliezen.
De mens moet de toekomst verkennen, omdat bij het
handelen in het heden een richtsnoer voor de toelcomst
meer dan ooit nodig is. De mens wil de toekomst ook
verkennen, omdat het in zijn aard ligt zijn lot zoveel
mogelijk zelf te willen bestemmen.
Systematische verkenning van de toekomst is behalve
doel ook middel. Op verkenning volgt immers planning,
dat wil zeggen op de gebeurtenissen vooruit lopen en
deze betnvloeden door tijdige beslissingen.
Systematische toekomstanalyses zijn opgesteld door
research instituten (de zgn. think tanks) in de Verenigde
Staten. Onder andere: ,,The year 2000" (New York,
1967) en het Randrapport [I] (Santa Monica, 1964),
waarin deskundigen zich uitspreken over toekomstige
ontwikkelingen op hun vakgebied. In Engeland verscheen
,,Profiles of the Future" (London, 1962) en ook in ons
land hebben dergelijke publicaties het licht gezien: ,,Nederland en de wereld op weg naar het jaar 2000" (Hilversum, 1968), de Tweede Nota over de Ruimtelijke
Ordening in Nederland (Den Haag, 1967) en ,,Rotterdam 2000+". Symptomatisch was de oprichting (in 1968)
door het KIvI van de stichting ,,Toekomstbeeld der
Techniek", die haar eerste ,,publicatie ten behoeve van
de toekomststudies" presenteerde. Het systematisch en
kwantitatief verkennen van de toekomst gaat voort.
Zo werkt het Nederlands Economisch Instituut in opdracht van de regering aan een integrale studie over de
ontwikkeling van het verkeer en vervoer tot het jaar
2000.
Middelpunt van een systematische toekomstverkenning
is de mens in zijn toekomstige situatie. Hoe zal hij leven,
welke gewoonten zal hij hebben, welke en hoe groot
zullen zijn behoeften zijn en hoe zal hij in deze behoeften
trachten te voorzien?
De m e a t toegepaste methode om een beeld van de toekomstige mens en zijn situatie te verkrijgen, gaat uit van
de mens aIs vrager naar middelen om in zijn behoeften
te voorzien. De mens zelf, hoe gelukkig of ongelukkig
hij zal zijn, is niet in maat en getal te vangen.
Het ramen van een specifieke behoefte, bijvoorbeeld de
behoefte aan het hebben van een auto, aan het doorbrengen van een vakantie in het buitenland, aan het genieten van een academische opleiding, aan het verbruiken van elektrische energie, wordt in ons land niet centraal gedaan (zoals in communistische landen), maar
door de betreffende producenten onder invloed van het
marktmechanisme. De autofabrikanten schatten het
aantal te leveren auto's, de reisbureaus, het aantal buitenlandse vakanties, de universiteiten en hoge scholen
het aantal studenten en de elektriciteitsbedrijven het aantal te leveren kilowatt-uur. Het gevaar, verbonden aan
ramingen per specifieke behoefte, is het ontbreken van
onderlinge consistentie. Dikwijls worden impulsen, die
vanuit andere sectoren op een bepaalde behoefte inwerken, niet voldoende onderkend.
Het is daarbij de vraag of de toekomstige maatschappij
zich zal blijven ontwikkelen in de richting die thans is
ingeslagen, namelijk die van een verbruiksmaatschappij.
Daarbij wordt de rijkdom afgemeten naar de keuze die
de verbruiker kan maken uit door de maatschappij vervaardigde produkten: auto's, woningen, wasmachines,
radio's, muziekinstrumenten, kleding enzovoorts. Het
verlies aan andere rijkdommen: zuivere lucht, rein water,
een stil plekje in het bos, rust etc. wordt daarbij niet geteld.
Het ziet er naar uit dat dit beeld verschuift. In de wereld
van 1925 was een auto een genot, omdat er maar enkele
waren. Vandaag is een stil plekje natuur waardevol [2].
Het is niet te verwonderen dat ook in het verleden het
ramen van toekomstige ontwikkelingen een zeer moeilijke opgave is gebleken. Voordat ik u meeneem naar
onze eigen sector, voor een beschouwing over het ramen
van het toekomstig waterverbruik, wil ik u met enkele
voorbeelden aangeven op welke een glibberig terrein
wij ons gaan begeven.
Raming van de toekornstige aantallen studenten
aan universiteiten en hogescholen
(op basis van gegevens uit het rapport)
aantal studenten aer 100.OM) inwoners
I
Afb. 1
- Rapport
I
,,De toekornst der academiscl~gegradueerden".
3. Ramingen uit het verleden
Ik ga daartoe een dertig jaar terug.
Hoe werd in de veertiger jaren de ontwikkeling tot 1970
voorzien? In 1948 gold als officiele raming voor de omvang van de bevolking in Nederland: ruim 12 rniljoen in
1970 en ongeveer 13 miljoen in 1980. Het Nederlands
Economisch Instituut raamde toen, dat het personenautobezit in ons land zich zou stabiliseren op 450.000,
omstreeks 1970.
Deze prognose werd algemeen overdreven gevonden;
ongemotiveerd zouden Arnerikaanse verhoudingen op
Nederland overgebracht zijn. Inmiddels verstoppen 1,5
miljoen personenauto's de Nederlandse wegen, in 1980
zullen het er 4 miljoen zijn en voor 2000 moet men met
6 B 7 miljoen auto's worden gerekend.
Ruim 30 jaar geleden gaf bet groeiende aantal studenten
aan universiteiten en hogescholen grote zorg. De commissie-Limburg bracht na zorgvuldige studie een rapport
uit. ,,De toekomst der academisch gegradueerden". Uitgaande van de maatschappelijke behoefte aan academici,
zoals zij die voorzag, kwam de commissie tot een sombere conclusie: ultimo 1939 zouden in totaal 4400 academici zonder werk zijn, 1 op elke 5 B 6. Bijzonder ongunstig waren de vooruitzichten voor chemici, en voor
ingenieurs waren ze nauwelijks beter. De commissie
pleitte voor maatregelen om de toevloed van studenten
te beperken, opdat de ontwikkeling, die zich aftekende,
niet verder zou gaan in een ongewenste richting.
De cijfers, waaruit de ontwikkeling zich aftekende, zijn
aangegeven in afb. 1. De invloed van de gehanteerde
officiele bevolkingsprognose (10 B 11 miljoen in 2000)
is gelimineerd door het aantal studenten per 100.000
inwoners te nemen.
Wagen wij ons, door extrapolatie op basis van de toenmalige cijfers, aan een (voor die tijd) gedurfde prognose
voor het aantal studenten in 1965, dan wijst de lijn aan:
300 per 100.000 inwoners, bij een bevolking van 12,2 miljoen dus 36.600 studenten. I n 1965 waren 64.300 studenten ingeschreven. En onder het aantal academici, dat
sedert 1935 ongeveer verdrievoudigd is, bestond geen
belangrijke werkeloosheid. Integendeel!
Hoewel in 1947 a1 voorzien werd, dat het inkomen per
hoofd van de bevolking belangrijk zou toenemen, kon
niemand bevroeden hoe spectaculair het aantal vakanties,
doorgebracht in het buitenland, zou toenemen.
Toen de Rijksdienst voor het Nationale Plan in 1947
een onderzoek naar de vakantiebesteding instelde, bleek
4 % der vakantiegangers voor vakantie naar het buitenland gegaan te zijn. Bij een ruimer inkomen, betere reismogelijkheden en minder reisbelemmeringen, zou deze
groep vakantiegangers nog belangrijk groeien, aldus de
analyse van het onderzoek. We1 tot 15 %. In 1968 heeft
ongeveer 40 % van alle vakantiegangers de vakantie in
het buitenland doorgebracht!
Ook voor de groei van de energiebehoefte zijn rarningen
opgesteld. Nog in 1958 gold als een verantwoorde
raming, rekening houdend met bevolkingsgroei en toename van inkomen per hoofd van de bevolking, een
groei der energiebehoefte met 3 B 3,5 % per jaar, dat wil
zeggen een verdubbeling in 20 k 25 jaar. In Nederland
was het energieverbruik in 1958 rond 218.000 miljard
Kgcal. In 1968 was het rond 450.000 rniljard Kgcal. De
stijging bedroeg de afgelopen 10 jaar dus ca. 10 % per
jaar. Wijs geworden, heeft het Centraal Planbureau in
1965 de groei van de energiebehoefte over de periode
1965-1970 op 55 % (gemiddeld dus 11 %) geraamd. Binnenkort zal de werkelijke verbruiksstijging bekend worden.
Het laatste voorbeeld brengt ons dicht bij ons eigen
vakgebied, dat der watervoorziening. Immers, de elektriciteitsbedrijven vormen evenals de waterleidingbedrijven een stuk infrastructuur, meer voorwzarde voor dan
deelnemer aan verdere economische groei.
In het rapport van de Commissie Drinkwatervoorziening
Westen des Lands ((1940) werd het waterverbruik voor
het gehele land in het jaar 2000, bij een bevolking van
12 miljoen, geraamd op rond 700 miljoen m3. Voor het
westen des lands voorzag de commissie een waterverbruik van 385 miljoen m3 in 2000. Het is anders gegaan.
Afb.2 - De czcnzulatieve extrapolafie functie (de waarde varz de
r
factor ( I
+ -)t
100
Ramingen van d e
toekomstige watewerbruiken
(rapport C.C.D. 1965)
in rniljarden ml
bij een gerniddelde ontwikkeling
-
Afb.3 - Cer~traleComrnissie voor Drinkwatervoorzier~ing.
Afb. 4
In 1968 leverden de waterleidingbedrijven ongeveer de
genoemde hoeveelheden af, 776 miljoen m3 in het gehele
land en 394 miljoen m3 in het westen des lands.
De ontwikkeling is veel sneller gegaan dan destijds kon
worden voorzien.
Een ander bekend rapport, de Watervoorziening van
Amsterdam 1948, raamde de levering van het bedrijf
der Gemeentewaterleidingen in 1968 op maximaal rond
70 miljoen m3, het eerdere rapport 1940 wees naar 60
miljoen m3. Het bedrijf leverde 81 miljoen m3 in 1968.
Welke les valt nu hieruit te trekken?
Zeker niet dat de explosieve ontwikkeling over de laatste
dertig jaar zich over een volgende even lange periode
zonder meer zal voortzetten. Het is mogelijk, maar niet
noodzakelijk. Dit hangt af van de factoren, die op het
toekomstige waterverbruik van invloed zijn. Hoe zijn
deze te onderkennen.
V, = waterverbruik in basisjaar
4. De extrapolatie methode
Vele ramingen worden opgesteld met de methode van
extrapolatie. Zoals bekend, wordt hierbij de trend in
een reeks cijfers uit het verleden doorgetrokken naar de
toekomst. Bij raming van het toekomstig waterverbruik
wordt eerst de ontwikkeling van het verbruik in het verleden geanalyseerd; vervolgens wordt de gevonden trend
vloeiend in de toekomst voortgezet. Hierbij kan men de
volgende formule gebruiken:
waarin:
V, = waterverbruik t jaar voor of na het basisjaar
Gemeerztewaterleidingetz Amsterdam.
r
= factor, die groei van het waterverbruik per jaar
t
= aantal jaren v66r of na het basisjaar
aangeeft
In afb. 2 is de factor (1
+ -)
r
t voor verschillende
100
waarden van r getekend.
De afb. 3 en 4 geven als voorbeeld verbruiksprognoses
van de Centrale Commissie voor Drinkwatervoorziening
en Gemeentewaterleidingen in Amsterdam. U ziet, dat
de factor r een verschillende waarde is gegeven, afhankelijk van de beschouwde perioden.
Het is we1 aardig om op te merken, dat op basis van
dezelfde reeksen verbruikscijfers uit het verleden ook
prognoses opgesteld kunnen worden volgens de formule:
v, =
v
+
1
lop-q.t
waarin:
V, = waterverbruik t jaar v66r of na het basisjaar
V = absolute topwaarde, waartoe het waterverbruik
in de toekomst zal naderen
p, q = factoren, die het verloop van het waterverbruik
als functie van de tijd beschrijven
= aantal jaren v66r of na het basisjaar
t
NB = Is de grootte van het waterverbruik in het basisjaar Vb,dan volgt de waarde van p uit:
v
1
+ lop
=
Vb (V en Vb bekend)
ratarrerbruik
per jaar
Afb. 5
- De logistieke exfrapolatie fu~tctie.
Op zich is deze formule (afb. 5) nog niet zo gek, want
het is redelijker te veronderstellen, dat het waterverbruik
uiteindelijk een eindwaarde zal naderen dan steeds sneller naar oneindig zal gaan.
Met betrekking tot deze wijze van raming moet worden
opgemerkt, dat - welke formule ook gebruikt wordt het resultaat niet meer biedt dan indirecte informatie.
Het waterverbruik is geen functie van de tijd zelf, maar
van bevolkingsomvang, gebruiksgewoonten, de econornische activiteit, die ieder een ontwikkeling tonen, die we1
tijd nodig heeft, maar ook zelf weer geen functie van de
tijd zijn.
Verder is het onderkennen van de trend in een reeks
verbruikscijfers zeer moeilijk. Er zijn conjunctuurschommelingen, seizoensinvloeden en toevallige factoren. De
trendlijn, die uiteindelijk aan de reeks verbruikscijfers
wordt ontleend, blijft steeds enigszins arbitrair gekozen.
Daar komt nog bij, dat het resultaat van elke extrapolatie belnvloed kan worden door de (willekeurige) lengte
van de reeks verbruikscijfers, en vooral door het (willeIteurig) eindpunt van die reeks.
Deze bezwaren zijn natuurlijk onderkend. Men heeft gepoogd eraan tegemoet te komen door de extrapolatielijn
zoveel te verleggen, dat daarin de verwachte versterkte
invloed op het waterverbruik van bepaalde factoren tot
uitdrukking kwam. Dit leidt a1 gauw tot een gespreide
raming, BCn voor de gemiddelde ontwikkeling, 6Bn voor
de minimale en CCn voor de maximale.
Een raming is op zichzelE interessant, maar niet alleen
zalig makend. Van nog meer belang is een voldoende
inzicht in de factoren die het toekomstig verbruilc bepalen. Daartoe is een extrapolatie methode niet zonder
meer geschikt, daar de afzonderlijke factoren, die het
waterverbruik bepalen niet zichtbaar worden. Dit gebeurt we1 in de zogenaamde determinanten-methode, die
ik thans zal toelichten.
5. De determinanten methode [3]
Het is nodig de termen, die in het verdere betoog zullen
worden gebruikt, scherper te omlijnen.
Onder water versta ik kwaliteitswater, dat wordt verbruikt als drinkwater, voor hygienische doeleinden en
voor verzorging en in industriele toepassingen, waarbij
uitgezonderd wordt het grootste deel van het koelwater.
Tot kwaliteitswater wordt slechts dat (geringe) deel van
he koelwater gerekend, dat uit de openbare voorziening
wordt geleverd 6f dat voor of na gebruik als koelwater
ook nog voor niet-koeldoeleinden toepassing vindt.
Met deze ,,praktijk" term kwaliteitswater worden dus uit
de soorten verbruikswater die afgezonderd, waarvoor de
waterleidingbedrijven nu of in de toekomst ,,in de
markt" zijn.
Met waterbehoefte wordt bedoeld: de totale vraag naar
kwaliteitswater, indien dit water kosteloos en ongelimiteerd ter beschikking zou staan. Waterverbruik is de hoeveelheid water, die werkelijk afgenomen wordt door de
bevolking, de industrie, de bedrijven en ten behoeve van
de openbare dienst.
Deze termen zijn niet identiek en moeten niet willekeurig worden gebruikt.
Zoals in elke behoefte zal in de behoefte aan water zover
voorzien worden als de beschikbaarheid, bij redelijk geachte kosten, toestaat. De mate, waarin water beschikbaar gesteld wordt en tegen welke prijs is een beleidskeuze. In hoeverre door waterverbruik aan de waterbehoefte tegemoet gekomen wordt, is een consumentenkeuze. Wij weten, dat de behoefte vrijwel altijd groter
was en is dan het verbruik, maar het is moeilijk te zeggen hoeveel groter. Het verbruik kan een trendbreuk
vertonen, als de waterverbruikers besluiten voortaan hun
waterbehoefte voor een groter deel te gaan dekken. Een
beeld van een dergelijke trendbreuk geeft afb. 6.
Uit het voorgaande volgt, dat het toekomstige waterverbruik op twee6rlei wijze wordt be~nvloed:
1, door de ontwikkeling van de waterbehoeften;
2. door de mate waarin aan de waterbehoefte tegemoet
zal worden gekomen.
Een voorbeeld, dat dit mechanisme goed illustreert, is het
parkeren van auto's in een city. Wanneer daaraan geen
beperking wordt opgelegd, blijkt het verbruik aan parAfb. 6 - Gemeentewaterleidi~zgenAnzsterdam.
De tre~zdbreukomstreeks 1950 (en de gevolgerz voor de prognoses
1940 en 1948).
Afb. 7
- Oriderscheid tussen waterbehoefte en waterverbruik.
Afb. 8
- Onderscheid tussert waterbehoefte en waterverbruik.
keerruimte zeer groot te zijn. Iedereen komt met zijn
auto naar de stad. Voorziet men evenwel de parkeerruimte van parkeermeters dan daalt het parkeerruimteverbruik.
Men kan dit effect overtrekken door een te hoge prijs in
rekening te brengen. Dit geldt voor parkeren en evenzeer
voor het leveren van water.
In afb. 7 is het onderscheid tussen waterbehoefte en
waterverbruik schematisch verduidelijkt. Aangegeven is
hoe na een trendbreuk het waterverbruik in hogere mate
aan de waterbehoefte tegemoet is gaan komen.
I n afb. 8 is een geval afgebeeld, waarbij het verbruik
enige tijd achterbleef bij de stijgende behoefte. Dit geldt
bijvoorbeeld voor een waterleidingbedrijf met vier pompstations, dat enige tijd CCn pompstation moet missen.
Met moeite kan het bedrijf de totale levering constant
houden. Het verbruik zal dat jaar nagenoeg constant
blijven. Wie daaruit conclusies trekt voor de toekomst,
is op glad ijs. De behoefte zal gewoon doorgroeien, en
de spanning tussen waterbehoefte en waterverbruik zal
toenemen.
Met behulp van de begrippen waterbehoefte en waferverbruik laat zich nu een systematiek voor raming van
de toekomstige ontwikkeling opbouwen, die de deternzinanten methode wordt genoemd. Hierbij wordt gebruik
gemaakt van instrumenten der kwantitatieve economie,
de econometric.
De vraag is daarbij in hoeverre water, in de zin zoals wij
dat hier beschouwen, een economisch goed is dat gehoorzaamt aan de wetten van de economie.
De economie is de leer van de behoeften en de schaarse
middelen om in die behoeften te voorzien. Water is een
schaars artikel.
Naast deze algemene eigenschap, die het met vele andere
goederen deelt, heeft water nog een bijzondere eigenschap. Hoe de waterbehoefte zich ook ontwikkelt, in een
deel zal altijd moeten worden voorzien. Dit deel is als
drinkwater, als water ter bereiding van spijzen en voor
hygienische doeleinden, onvervangbaar. Het is niet onderworpen aan een normale consumentenkeuze; het zal
verbruikt worden tegen welke prijs het ook beschikbaar
wordt gesteld. Voor dit basis-gedeelte van het waterverbruik gelden de normale economische wetten niet.
Water in die functie is niet een economisch goed.
Dit basis-gedeelte van het waterverbruik is geen statische
grootheid.
Wat 50 jaar geleden nog als ,,extrau werd beschouwd,
wordt thans als noodzakelijk ondervonden. Met de toenemende eisen, die de mens aan zijn verzorging stelt en
die door de ontwikkelende hygignische inzichten worden
ondersteund, zal ook het basis-gedeelte van het waterverbruik in absolute zin stijgen. In relatieve zin zal het
echter in het totale verbruik een minder belangrijke
plaats gaan innemen. Om de gedachten te bepalen: het
zal momenteel in de orde van 70 l/inw. dag liggen.
De prijsinvloeden over het verbruik van 70 tot 100
l1inw.d zullen zeer klein zijn; de geringe invloed van
tariefsverhogingen wijst duidelijk in die richting. Het
verbruik van water tussen 100 en 200 11inw.d. zal meer
prijsgevoelig zijn, en het verbruik tussen 200 en 300
11inw.d. nog meer. Het verbruik voor huishoudelijke
doeleinden bij rond 500 1linw.d. zal wellicht belangrijk
door de hoogte van de waterprijs zijn be'invloed [4].
Zo tekent zich een vraagschaal af naar kwaliteitswater
voor huishoudelijk verbruik, die aan de voet volkomen
inelastisch is (zuiver bepaald door hygienische noodzaak)
- Prijselasticiteit van he! huishoudelijk waterverbruik.
Afb. 10 - Prijselasticiteit van het waterverbruik door een (bepaalde) industriele verbruiker.
Afb. 9
I
1
-
-
prij..laatioitait
(in%)
____II:l
.
/.
/'
/.
/'
/.
/'
wat~rvorbruik
(in m3 par eenhei
/.
./.
(
a
i
-
produllt)
20
Prijselasticiteit is de mate, waarin het wate~erbruik toeneemt bij een verlaging van de waterprus met 1 % (resp. de
verrnindering van het wate~erbruik bij een prijsverhoging van
1 '%A\
en in toenemende mate prijselasticiteit vertoont. In afb. 9
is deze gedachtenconstructie in tekening gebracht.
Voor het industriele waterverbruik laat zich een soortgelijke vraagschaal afleiden, per industriele afnemer
(afb. 10).
Bij groeiend waterverbruik neemt derhalve de prijselasticiteit toe. Het water voegt zich in zijn produktie en
afzet meer en meer in het geheel van economische relaties, waar onderlinge afweging van nuttigheden en kosten
plaatsvindt. De waterleidingbedrijven worden dan een
bedrijfstak, die zijn serie produkten (de verschillende
soorten kwaliteitswater) aanbiedt naast en in concurrentie met andere produkten [ S ] .
D e Nederlandse waterleidingbedrijven verkeren thans
in een overgangsfase van een in hoofdzaak sociaal georienteerde groep gezondheidszorginstituten naar een
sociaal-economische bedrijfstak.
Indien als uitgangspunt wordt aangehouden, dat in de
toekomst ruimer in de gedifferentieerde waterbehoeften
voorzien zal (worden dan nu gebeurt en daarnaast de
groei van de waterbehoefte wordt afgeleid uit de algemene economische ontwikkeling in de toekomst, dan is
een verantwoorde en logische benadering gekozen voor
het opstellen van een raming van het waterverbruik.
Ik kom nu toe aan het concretiseren van deze benadering. Daartoe betreden we het terrein van de econometrie. Onze landgenoot Tinbergen heeft op dit gebied
baanbrekend werk verricht, dat internationale erkenning
heeft gevonden en in 1969 met de Nobel-prijs voor
economic geeerd werd.
De macro-economische verlcenningen van het Centraal
Planbureau en de meerjarenplanning van veel grote bedrijven bedienen zich van econometrische middelen.
Bij deze aanpak wordt de grootheid, waarvan de raming
gewenst wordt (in ons geval de toekomstige waterbehoefte) gevat in een model, dikwijls een stelsel vergelijkingen. Daarin worden de verschillende determinanten
opgenomen.
Als voorbeeld moge dienen de zgn. consumptievergelijking uit het model 1961 van het Centraal Planbureau:
C = 0,64 LB
0,17 ZB
0,46
p, - 0,16 A C
0,05 cr - 0,63
waarin:
C
= waarde van de consumotie
=
beschikbaar inkomen uit loondienst
LB
ZR
- = beschikbaar inlcomen uit overigc bronnen
a p, = verandering in het consumptieprijspeil
A C = verandering in waarde der consumptie in de
voorgaande periode
cr
= omvang der liquiditeiten
+
+
+
+
Voor dc eenvoud zijn vertragingsinvloeden uit de formule weggelaten.
Dz inodelvergelijking bevat geen termen voor de absolute
grooite der economische variabelen, maar alleen verschillen tussen opeenvolgende jaren, als percentages.
Waar dus het differensen-symbool A staat, is sprake van
een tweode afgeleide.
De formulc geeft interessante kwantitatieve informatie,
die gebruikt wordt bij de vaststelling van het macroeconomische beleid van de regering en bij de belastingpolitielc. Bijvoorbeeld: indien het beschikbaar inkomen
uii loondienst LB met 1 % groeit, werkt 0,64 % door in
een toename van de waarde der consumptie. Bij 1 %
groei van het beschikbaar inkomen uit overige bronnen
zal slechts 0,17 % in de consumptiestijging optreden.
Ik hoop, dat dit voorbeeld een idee geeft in welke richting een determinanten-model voor de raming der toelcomstige waterbehoeften kan worden ontwikkeld. In de
volgende hoofdstukken waag ik een poging een dergelijk
model in theoretische zin op te bouwen en te kwantificeren.
6. Het gebruikte determinanten-model
Determinanten, in econometrische zin, zijn veranderingen
in de factoren die het waterverbruik bepalen.
Deze komen voor in een determinanten-model, dat is
een vergelijking, waarin de samenhang tussen een aantal
economische grootheden kwantitatief is vastgelegd.
In appendix A wordt het determinanten-model beschreven. Op deze plaats volsta ik met een korte aanduiding,
die voor het volgen van het betoog voldoende is.
i =n
1
' = a
X b, xi
i=l
Y = het waterverbruik
a = een constante
b i = een parameter (wegingsfactor)
xi = een waterverbruik bepalende factor
Voor een gegeven tijdstip in het verleden (basisjaar) is
het verbruik bekend. Door een analyse komt men tot een
keuze van de voornaamste waterverbruik bepalende factoren x i en hun gewicht b,. Men kan dan het waterverbruik naar deze factoren splitsen en opschrijven en a als
restfactor invoeren.
Een prognose betekent een groei A Y van Y in een tijd
a t.
i =n
AY =
Z
b, ( A X , )
i=l
waarin:
A lr = de groei van het waterverbruilc
n xi = determinant (groei van waterverbruik bepalende
factor)
Hierna worden de determinanten met D aangegeven. Als
de determinanten bekend zijn, is het mogelijk a Xr te
calculeren.
De zin van het invoeren van determinanten is vooral
aanwezig wanneer de determinanten in de toekomst een
verloop zullen vertonen dat afwijkt van hun huidige
trend. Daartoe moeten de determinanten afzonderlijk
worden geanalyseerd. Voor de verschillende determinanten zijn afzonderlijk ontwikkelingen te verwachten zodat
de onderlinge verhoudingen zullen verschuiven.
Het zijn deze factoren die de determinantenmethode
docn verschillen van een trendextrapolatie.
b. Indelirzg van de ~1aterver.bruikersin cat ego riel;?^
De volgende indeling van de waterverbruikers in categorieen is gelcozen:
A. in de sector wonen:
de gezinshuishoudingen
B. in de sector verzorging:
de verzorgingseenhedenl)
C. in de sector diensten:
de zakelijke aansluitingen')
1)
2)
nadere gegevens: c onder B
nadere gegevens: c onder C
D. in de sector industrie:
de industriele afnemers
E. in de sector tuinbouw veeteelt:
de bijzondere agrarische verbruikers
+
De indeling sluit aan bij die van de Werkgroep Waterverbruik (Biemond), welke het volgende onderscheid
maakt: Huishoudelijlc verbruik, Commercieel en Openbaar verbruik, Industrieel verbruik en Bijzonder agrarisch verbruik. Zolang alleen over de verbruikszijde van
de watervoorziening wordt gesproken, blijven lekverlieZen en eigen verbruik van het bedrijf, buiten beschouwing.
Voor elk der genoemde categorien wordt nu een serie
vergelijkingen opgezet. Indien de vergelijkingen onderling consistent zijn, kan het totale toekomstige waterverbruik worden gevonden door sommatie van de verkregen uitkomsten.
I n vergelijking wordt dit:
A Y = a D(A)
P D(B) y D(C)
E D(E)
waarin: A = sector wonen, etc.
+
+
+
D (waterbehoef te (verzorging)) =
e l . D (aantal verzorgingseenheden
groep I
winkels, warenhuizen, caf& restaurants,
hotels, kappers);
ea . D (aantal verzorgingseenheden
groep I1
onderwijsinstellingen, verplegingsinrichtingen, rusthuizen, openbare en culturele gebouwen);
e3 . D (aantal verzorgingseenheden
groep 111
zwembaden, wasserijen, wasserettes, fonteinen, plantsoenen, sportvelden);
f~ . D (gemiddelde waterbehoefte per verzorgingseenhdd groep I);
fa . D (gemiddelde waterbehoefte per verzorgingseenheid groep 11);
f3 . D (gemiddelde waterbehoefte per verzorgingseenheid groep 111);
g . D (algemeen verzorgingspeil (correctiefactor).
+ a D(D) +
c. De vergelijkingen voor raming van de toekomstige
ontwikkeling der waterbehoeften
A. sector wonen
ui tgangspunten:
- deel van her beschikbaar inkorilen per hoofd, besten~d
voor woongenot;
- groei aantal huishoudingen.
D (waterbehoefte huishoudelijk) =
ax . D (aantal vooroorlogse woningen);
a2 . D (aantal naoorlogse woningen);
f bl . D (waterbehoefte per vooroorlogse woning);
ba . D (waterbehoefte per naoorlogse woning).
+
+
+
p.m.
D (waterbehoefte per vooroorlogse woning) =
c l . D (gemiddelde woningbezetting);
ca . D (sanitaire voorzieningen);
c3 . D (bestand van wate~erbruikstoesteIlen);
c4 . D (aantallen aansluitingen op centrale warmwatervoorziening);
c5 . D (aantal auto's per 1000 inwoners);
C6 . D (aantal tuinen per 1000 woningen);
CT . D (waterbeschaving (correctiefactor)).
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
C. sector diensten (vervoer en verkeer, handel, communicatie)
uitgangspunten:
- groei vervoer erz verkeer;
- groei handel;
- groei totale dienstensector.
D (waterbehoefte (zakelijk)) =
h . D (aantal zakelijke aansluitingen
vervoersinrichtingen,
handelsinrichtingen,
kantoren, laboratoria en communicatiebedrijven);
i . D (gemiddelde waterbehoefte per zakelijke
aansluiting);
k . D (waterverbruiksintensiteit in de dienstensector (correctiefactor)).
+
+
+
D. sector industrie (produktie)
uitgangspunten:
- groei bruto binnenlands produkt in volumina);
- ontwikkeling van de technologie van het waterverbruik in de industrie.
D (waterbehoefte (industrieel)) =
l1 . D (produktievolume chemische industrie);
12 . D (produktievolume olieraffinage);
l3 . D (produktievolume metallurgische industrie);
l4 . D (produktievolume papier- en strokarton
industrie);
l5 . D (produktievolume voedings- en genotmiddelen industrie);
Is . D (produktievolume overige industrie);
m . D (waterverbruiksintensiteit van de industriele
produktie (correctiefactor)).
+
+
+
+
+
+
+
D (waterbehoefte per naoorlogse woning) =
d l . D (gemiddelde woningbezetting);
dz . D (sanitaire voorzieningen);
d3 . D (bestand van waterverbruikstoestellen);
de. D (aantal aansluitingen op centrale warmwatervoorziening);
d5. D (aantal auto's per 1000 inwoners);
d6 . D (aantal tuinen per 1000 woningen);
d7 . D (waterbeschaving (correctiefactor)).
E. sector bijzonder agrarisch verbruik (tuinbouw, veeteelt)
B. sector verzorging
uitgangspunten:
- deel van het besteedbaar inkomen per hoofd door
particulieren c.q. de overheid bestenld voor verzorging in de ruimste zin;
- groei van de bevolking.
D (waterbehoefte (bijzonder agrarisch)) =
nl . D (aantal ha tuinderij);
n2. D (aantal stuks vee, aangewezen op veedrenkinrichtingen);
01. D (beregening per ha tuinderij);
02 . D (waterverbruiksintensiteit in de tuinbouw en
veeteelt (correctiefactor)).
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
d. De vergelijkingen voor raming van de toekoinstige
ontwikkeling der waterverbruiken
A. sector verzorging
D (waterverbruik (huishoudelijk)) = p . D (waterbehoefte (huishoudelijk)) - q . D (waterprijs voor verbruik in woningen in rekening gebracht.
B. sector verzorging
D (waterverbruik (verzorging)) = r . D (waterbehoefte (verzorging)) - s . D (waterprijs voor verbruik in
verzorgingseenheden in rekening gebracht).
C. sector diensten
D (waterverbruik) = t . D (waterbehoefte (zakelijk))
- u . D (waterprijs voor verbruik t.b.v. zakelijke doeleinden in rekening gebracht).
D. sector industrie (excl. koelwater)
D (industrieel waterverbruik) = v . D (waterbehoefte
(industrieel)) - w . D (recirculatie);
D (recirculatie) = x . D (waterprijs voor industrieel
verbruik in rekening gebracht c.q. kostprijs water uit
y . D (technologic van het watereigen winning)
verbruik in de industrie);
D (industrieel waterverbruik uit de openbare voorziening) = A .D (totaal industrieel waterverbruik) B . D (hoeveelheden water uit eigen winning;
D (hoeveelheden water uit eigen winning) = - C . D
(waterprijs, kostprijs water uit eigen winning); - D
. D (waterprijs, voor industrieel verbruik in rekening gebracht);
E . D (hoeveelheden water, in aanmerking
komend voor eigen winning (binnen beperkingen door
lozingsvoorwaarden en grondwaterbeheersvoorschriften)).
+
+
E. sector bijzonder agrarisch verbruik
D (waterverbruik (bijzonder agrarisch)) =
F .D
(waterbehoef te (bijzonder agrarisch)) - G . D (waterprijs voor bijzonder agrarisch verbruik in rekening
gebracht).
+
e. De vergelijking voor de groei van het totale waterverbruilc
De groei van het totale waterverbruik voor de categorieen A, B, C, D en E gezamenlijk volgt nu door gewogen sornrnatie van de groei der waterverbruiken in de
afzonderlijke sectoren:
D (totale water verbruik) =
CI
. D (huishoudelijk);
p . D (verzorging);
y . D (zalcelijk);
cr . D (industrieel);
E . D (bijzonder agrarisch).
+
+
+
+
+
7. De kwantificering van het determinanten-model
Voor het lcwantificeren van het determinanten-model,
dat wil zeggen voor het in cijfers bepalen van determinanten en parameters, zijn vele analyses nodig. Per determinant dient een prognose van de toekomstige ontwikkeling te worden samengesteld.
Een belangrijk hulpmiddel daarbij zijn de publilcaties van
gespecialiseerde instellingen, zoals het Centraal Bureau
voor Statistiek, het Centraal Planbureau, het Ministerie
van Volkshuisvesting en Ruimtelijke Ordening en hun
buitenlandse zusterinstellingen.
Het is verstandig, waar mogelijk, de cijfers van deze
gespecialiseerde instellingen aan te houden en geen
eigen bewerking van de basisgegevens uit te voeren.
Voor de determinanten, die op de watervoorziening betrekking hebben kan gebruik worden gemaakt van de
cijfers uit de rapporten va nde Centrale Commissie voor
Drinkwatervoorziening (1965) en de Werkgroep Waterverbruik Basisplannen (1970).
Ook aan de ,,Statistkche Overzichten" van de Vereniging van Exploitanten van Waterleidingbedrijven in
Nederland kan menige cijferwaarde ontleend worden;
hetzelfde geldt voor soortgelijke publikaties van buitenlandse zusterverenigingen, zoals de Verein Deutscher
Gas- und Wasserfachmannern, de Verein Deutscher
Gas- und Wasserwerke, de British Water Works Association en de American Water Works Association.
De beschikbare gegevens zijn in het determinanten-model
ingevoerd. Op een aantal punten, waar speciaal (statistisch) onderzoek de nog ontbrekende waarden moet leveren, zijn voorlopig geschatte cijfers opgenomen. Dit geldt
met name voor de parameters, die de onderlinge afweging van de determinanten verzorgen.
In eerste instantie is het determinanten-model geijkt op
de nationale verhoudingen. Weliswaar is een raming van
de toekomstige waterverbruiken voor geheel Nederland
geen relevante informatie voor de afzonderlijke waterleidingbedrijven, maar zeer vele van de gebruikte cijfers
voor determinanten en parameters zijn momenteel alleen
voor geheel Nederland beschikbaar.
Hier volgt een voorbeeld, waaruit de berekeningswijze
van de determinanten en parameters blijkt. Berekend
worden : de determinanten D (aantal vooroorlogse woningen) en D (aantal naoorlogse woningen), alsmede de
parameters a1 en a%.
per I januari 1968
aantal vooroorlogse woningen :
:
aantal naoorlogse woningen
totale woningvoorraad
bouwprogramma 19693) :
af: afbraak4)
1.900.000
1.600.000
3.500.000
125.000
10.000
netto-nieuwbouw 1969 : 115.000
gemiddelde uitbreiding nettonieuwbouw5)
(periode 1970-1980):
netto-nieuwbouw 1970-1980:
afbraakprogramma krotwiningen
1969:
plus: extra afbraak"):
totale afbraak 1969:
afbraakprogramma 1970-1980:
12.000
10.000
22.000
4 % per jaar
(bouwbeleid)
115.000-170.000 pj.
22.000- 40.000 pj.
(saneringsbeleid)
Gereedgekomen in de 12-maandsperiode dec. '68-nov. '69
124.809 woningen (CBS) ; in aanbouw genomen 122.609 en uitgegeven vergunningen, excl. nieuw uitgegeven intrekkingen
i28.612.
9 Verkeersdoorbraken en ander bestemmingen bouwgrond.
6) Ingecalculeerd relatieve stijging der bouwkosten: 1 % per jaar.
3)
Uit de ~bovenvermeldevoorraadmutaties vooroorlogse en
naoorlogse woningen volgen (grafische oplossing):
D (aantal vooroorlogse woningen) = - 1,s % per jaar
6 % per jaar
D (aantal naoorlogse woningen) =
(periode 1970-1980)
+
leeftijdsverdeling van de woningen per 1januari 1968
bouwperiode
% van de voorraad
v66r 1906
20
21
1906 ,t/m 1930
13
1931 t/m 1945
46
1946 t/m 1967
100
In 1968 gold dus: a1 = 0,54 en ap = O,46.
Uit deze beginverhouding en de bovenvermelde voorraadmutaties vooroorlogse en naoorlogse woningen volgen (grafische oplossingen):
a1 = 0,44 (gemiddeld voor periode 1970-1980);
ap = 0,56 (gemiddeld voor periode 1970-1980).
8. Qroeve van een watewerbruiksraming met het
determinanten-model
Zuiver als vingeroefening - meer niet - is met het op
deze wijze voorlopig en globaal gekwantificeerde model
(geijkt op nationale verhoudingen) een raming uitgevoerd. Hierbij is een trendmatige stijging van de waterprijs voor alle categorieen van verbruikers aangehouden
van 1,s % per jaar voor 1970-1980 en 1 % per jaar voor
1980-2000. Bij een voortgaande waardevermindering van
de gulden in het huidige tempo betekent dit een absolute
stij~ingvan de waterprijs van ca. 5 % per jaar. De bereIcening leverde als uitkomsten:
D (huishoudelijk waterverbruik) =
3,3 % per jaar (1970-1980)
2,5 % per jaar (1980-2000)
D (waterverbruik verzorging)
=
4,l % per jaar (1970-1980)
3,8 % per jaar (1980-2000)
D (zakelijk waterverbruik)
4,s % per jaar (1970-1980)
4,9 % per jaar (1980-2000)
=
D (industrieel waterverbruik)
4,8 % per jaar (1970-1980)
3.7 % per jaar (1980-2000)
D (bijzonder agrarisch verbruik) =
3,O % per jaar (1970-1980)
1,2 % per jaar (1980-2000)
Bij de berekening van het groeitempo van het totale
waterverbruik, r a p . het groeitempo van het waterverbruik uit de openbare voorziening, uit de groeitempi per
sector, bleken de volgende parameters (wegingsfactoren)
te gelden:
Resultaten:
D (totale waterverbruik)
3,9 % per jaar (1970-1980)
3,2 % per jaar (1980-2000)
D (waterverbruik uit de openbare voorziening) =
4,6 % per jaar (1970-1980)
4,l % per jaar (1980-2000)
Deze groeitempi zijn afgeleid voor het zgn. netto-waterverbruik, d.w.z. het waterverbruik exclusief de lekverliezen, spuiverliezen en eigen verbruiken Het is gebruikelijk ramingen voor het toekomstig 'waterverbruik te
betrekken op het bruto-waterverbruik, zijnde het totale
beroep op de waterbronnen. Het berekende groeiverloop
voor het netto-waterverbruik zou ook gelden voor het
bruto-waterverbruik, indien bet aandeel lekverliezen,
spuiverliezen en eigen verbruik onveranderd zou blijven.
Ik hoop, dat dit aandeel in de toekomst verminderd kan
worden, maar ik houd hier rekening met een onveranderd aandeel. Dan kunnen ramingen voor het toekomstige waterverbruik berekend worden op basis van
de bruto-waterverbruik - cijfers van 1967, vermeld in
de brief aan de Tweede Kamer van Staatssecretaris
Kruisinga over de basisplannen (november 1969):
Ramingen (exclusief koelwater)
bruto waterverbruik totaal
1980
= 1375 (1,039)13 =
= 1375
bruto waterverbruik totaal
1,656
= 2280 mln m3
2000
= 2280 (1,032)20 =
= 2280
1,881
= 4300 mln m3
bruto waterverbruik uit de openbare voorziening
1980 = 756 (1,046p = 1360 rnln m3
bruto waterverbruik uit de openbare voorziening
2000 = 1360 (1,041)20 = 3050 mln m3
Overzicht van de uitkomsten:
hoeveelheden kwaliteitswater6)
bruto waterverbruik totaal
bruto waterverbruik uit de
openbare voorziening,
incl. halffiltraat
openbare voorziening in %
van het bruto waterverbruik
totaal
1375
2280
4300
(100 %) (166 %) (310 %)
756
1360
3050
(100 %) (180 %) (400 %)
55%
60%
70%
9. Kritische nabeschouwing
Voor tal van zaken is het nodig toekomstprognoses te
maken. Water maakt daarop geen uitzondering.
De zin van een dergelijke blik in de toekomst is het
coordineren van de maatregelen die vandaag moeten
worden genomen om de toekomst veilig te stellen. Het
geheel van die maatregelen wordt verwerkt in planning.
Planning is het reserveren van mogelijkheden en het aansturen op het benutten van die mogelijkheden. Planning,
volgens professor Pen [6], is macro-economische stuurkunst.
Een toekomstvisie en een raming van het waterverbruik
in de toekomst, is niet 10s te maken van de toekomstige
planning en het beleid dat daarin tot uitdrukking komt.
Het toekomstige tariefbeleid zal op het waterverbruik
van invloed zijn. Het belasten van verbruikt water door
heffingen bij lozing eveneens. De woningbouw-politiek
6)
Geen koelwater, zie blz. 10.
zal uitmaken hoeveel nieuwe woningen zullen worden
gebouwd en van welk niveau de sanitaire voorzieningen
zullen zijn. Het industriebeleid is van beslissende invloed
op het waterverbruik en op de plaatsen waar dit plaatsvindt .
Een raming is daardoor niet een schatting van wat er in
de toekomst gaat gebeuren, in de zin van staren in een
kristallen bol, maar houdt mede in een gericht beleid.
Een deel van dit beleid hebben de waterleidingbedrijven
in eigen hand, bijvoorbeeld door de toe te passen tarieven. Voor een gericht nationaal beleid is het daarom
urgent dat een landelijk coherent tariefstelsel tot stand
komt. Daarnaast hebben zij invloed op de kwaliteit van
het af te leveren water, waardoor ook het verbruik zal
worden be'invloed. De kwaliteit kan naar enkele soorten
water zijn gedifferentieerd. Ook een juiste voorlichting
is een beleidsinstrument van de waterleidingbedrijven (de
image van het water!).
Een deel van het beleid ligt buiten onze directe macht,
zoals de woningbouw- en industrialisatiebeleid. Hier
moeten wij uitgaan van de denkbeelden die in die sfeer
heersen en het beleid dat daaruit voortvloeit.
Men komt voor de vraag:
welk deel van het nationaal inkomen is beschikbaar voor
de watervoorziening, in welke mate kan water beschikbaar gesteld worden en tegen welke prijs? Het antwoord op deze vraag zal gegeven moeten worden door
de waterverbruikers en, namens hen, door de beleidsinstanties.
Een raming blijft daardoor, hoe wetenschappelijk ook
van opzet, als toekomstvoorspelling een sprong in het
duister. Als beleidsinstrument is het uiterst waardevol
omdat het mede de doeleinden vaststelt waarnaar men
streeft.
I n dit opzicht heeft het determinanten-model in principe
een voorsprong op andere methoden. Het onderscheidt
op een gewogen wijze d e factoren die tot de raming bijdragen. Door deze factoren te varieren kan men de relatieve invloed daarvan vaststellen. Door statistisch onderzoek kan men de berekening verfijnen en regelmatig,
bijvoorbeeld om het jaar, zoals het Centraal Economisch
Plan corrigeren en aanpassen.
I n Amsterdam wordt thans gewerkt aan een determinanten-model voor het eigen voorzieningsgebied. Het lijkt
mij gewenst ook voor ,,het voorzieningsgebied" Nederland een determinanten-model te gaan hanteren, in de
zin zoals ik hiervoor heb uiteengezet.
10. Conclusie
Ik wijs er met nadruk op, dat de gevonden uitkomsten
niet meer zijn dan de allereerste resultaten, verkregen
met een nog onvoldoende uitgewerkt model.
In deze voordracht ging het ook niet om de uitkomsten,
maar om de systematiek der ramingen.
Aan een systematische raming van het toekomstige
waterverbruik bestaat grote behoefte. Aanbevolen wordt
gebruik te maken van de determinanten-methode, waarbij de factoren die het waterverbruik bepalen in een
stelsel vergelijkingen zijn gevat: het determinanten-model,
Deze vergelijkingen kunnen worden geijkt op het heden
en doorgetrokken naar de toekomst door de determinerende factoren met behulp van de statistiek te analyseren
en te schatten.
Deze schattingen gaan uit van het in de toekomst te
voeren beleid. Zij houden rekening met de geplande
toekomstige ontwikkeling.
Een prognose krachtens een determinanten-model wordt
daarmee vooral een beleidsinstrument, meer dan een
schouwen in de nevelen van de toekomst.
Als zodanig moet de raming regelmatig aan de heersende
inzichten worden aangepast.
Het ligt op de weg van de bedrijven, die gezamenlijk de
waterindustrie vormen, deze taak op zich te nemen.
Appendix A
Toelichting op het gebruikte determinanten-model.
Het waterverbruik o p een gegeven tijdstip t Y , is een
functie van een aantal waterverbruik bepalende factoren
Xi
i
Y , = a +
n
Z
bi.xi
i = l
=
a = een constante
bi = parameter (wegingsfactor)
,
waarbij
In de tijd A groeit Y, met A Ir,,
i = n
n Y, = z bi (A xi)
i = l
n xi = determinant
Door te werken met determinanten in een dergelijke
groei formule ontstaan eenvoudige lineaire vergelijkingen.
Een waterverbruik bepalende factor xi zal, naar wij aannemen, volgens een exponentiele functie groeien.
xi = (1
r) tx,
en:
A xi = rtx,
+
waarin
r = accres per jaar
t = tijd in jaren
voorbeeld:
accres
tijd
groeiwaarde
= 3,25 % (per jaar)
= 15 jaar
= 61,6 %
De algemene determinanten vergelijking luidt:
A Y, = CY D(A)
P D(B)
y D(C)
a D(D)
E D(E)
waarin CY t / m E parameters (wegingsfactoren zijn en
D(A) t / m D(E) determinanten, resp. voor
A wonen
B verzorging
C diensten
D industrie
E tuinbouw en veeteelt
+
+
+
+
+
Ieder van de 5 determinanten is opgebouwd uit onderdeterminanten. Bijvoorbeeld voor de sector wonen geldt:
waarin
D(A) = a ~ D ( p ) a2 D(q)
b~ D(r)
bz D(s)
D(p) = determinant vooroorlogse woningen
D(q) = determinant naoorlogse woningen
D(r) = determinant waterbehoefte per vooroorlogse
woning
D(s) = determinant waterbehoefte per naoorlogse
woning
+
+
+
IR. K. D. VENHUIZEN
Variatie in het waterverbruik per dag, per week
en per jaar gekoppeld aan het bergingsvraagstuk
,,Uren, dagen, weken, jaren
Vlieden door eel1 kelder heen"
Mijn oprechte dank wil ik uitspreken voor de zeer waardevolle gegevens en
suggesties, welke ik van vele bedrijven tnocht ontvangen. Twee van tnijn
oud-tnedewerkers, de heren Hendriks en Blij, dank ik voor het vele reken-,
teken- en denkwerk dat zij voor rnij hebben verricht.
1. Inleiding
Het meten en bestuderen van de
variatie van het waterverbruik in de
tijd is BCn van de boeiendste onderwerpen, waaraan een waterleidingtechnicus zich kan wijden. Niet alleen
is het onderwerp boeiend, doch in
feite het fundament voor het ontwerpen van waterwinnings-, waterzuiverings- en watertransportinstallaties.
In de waterketen van bron tot kraan
voert elke capaciteitsbepaling allereerst tot de bepaling van het verbruikspatroon van het voorzieningsgebied. Het wisselende waterverbruik
van uur tot dag, van dag tot week,
van week tot jaar en door de jaren
heen, heeft ons alles te vertellen over
de huishoudelijke- en industriele activiteiten van de mens in dat voorzieningsgebied. Het vertelt ons hoe vroeg
hij opstaat, hoe laat hij naar bed gaat
en welk televisieprogramma hem interesseert.
Duidelijk is ook het karakter van het
voorzieningsgebied te herkennen, zoals een intercommunaal-, stedelijk- of
recreatief gebied ons toont. De variatie in het weekverbruik geeft naast
seizoensinvloeden duidelijk een beeld
van de vakantieactiviteiten, terwijl de
jaarvariaties ons iets vertellen over
droge- of natte jaren, over economi-
sche opbloei of teruggang en over
oorlog of vrede.
Ter illustratie van het bovenstaande
geeft afb. 1 een max. dagkromrne van
Texel in het PWN-voorzieningsgebied
met twee duidelijk van elkaar gescheiden pieken, welke blijkbaar samenhangen met strandbezoek.
Afb. 2 geeft een dagkromme van
Amsterdam op 5 maart 1969, de dag
waarop de wedstrijd Ajax-Benfica
werd gespeeld. De duur van de wedkomt duidelijk tot uiting door
vergelijking met de dagkromme van
CCnweek tevoren. In afb. zijn voor
de jaren 1908 t / m 1968 de max. en
min. uurleveringen in het eigen distributiegebied van Amsterdam procentueel vergeleken met de gemiddelde
uurleveringen, terwijl afb. 4 hetzelfde
weergeeft voor de max. en min. daglevering in procenten t.0.v. de gem.
daglevering voor de jaren 1896 t / m
1968. Tenslotte geeft afb. 5 voor Amsterdam in absolute waarden de max.,
gem. en min. daglevering in de jaren
1896 t/m 1968. De invloed van de
Afb. 1
slot vail pug. 16
De determinanten D(r) en D(s) zijn dan weer samengesteld uit nog meer andere determinanten bijvoorbeeld:
D(r) = CxD(1)
CzD(2) f C3D(3)
C4D(4) f
CsD(5)
CsD(6)
C7D(7)
waarin
D(1) = determinant gemiddelde woningbezetting
D(2) = determinant sanitaire voorzieningen
D(3) = determinant bestand ~waterverbruikstoestellen
D(4) = determinant aansluitingen centrale warmwatervoorziening
D(5) = determinant aantal auto's per 1000 inwoners
D(6) = determinant aantal tuinen per 1000 inwoners
D(7) = determinant waterbeschaving (correctiefactor)
Tenslotte volgt de determinant voor het verbruik uit:
D (verbruik) = pD (behoefte) -q D (prijs)
+
+
+
+
+
Literatuur
1. Report on a long-range forecasting study Rand Corporation,
Santa Monica, California, USA.
2. Hueting, R. ESB 21 januari en 1 april1970.
3. De systematiek is ontleend aan: ,,The demand of electricity in
the United States". A study in econometrics. C. Kaysen en
F. M. Fischer, Cambridge (MIT en Harvard) 1962.
4. Warford, J. J. Hoofdstuk ,,Water Supply" in ,,Public Enterprice" edited by R. Turvey. Penguin Modem Economics X 59.
5. Biemond, C. ,,De toekomstige o~zt~vikkeli~zg
van de waterleidingbedrijven". Water 49 (1965) p. 321 t/m 324.
6. Pen, J. Modeme Economie, p. 191. Aula-Boeken, UtrechtAntwerpen.
oorlogen 1914-1918 en 1940-1945 is
daarin duidelijk te herkennen.
-...- - --
-
vroensdag 26februar1 1969
woensdag 5 rnaart 1969
10
10
5
5
7
8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 i0 21 22 23 24 1
2
3 4
5
-
Afb. 2 Verloop van de uurlevering op 5 maart 1969, AJAX-BENFICA
vergelekerz met 26 februari 1969.
Y.
'~11
MAXIMUM EN hjlNIMU!d wRLEtERlNG IN % V A GEMIODELDE SuRLmRlNG
IN EIGEN DISTRIBIIIIEGEBIED
6
uren
(Radioverslag),
/
300
300
I
Afb. 3
Afb. 4
'I*
160
I
I
I
I
MAXIMUM DAGLEVERINGIN % VAN GEMIDDELDE DAGLEVERING
IN ElGEN DlSTRlBUTlEGEBiED
1
I
MINIMUM DAGLEVER~NGIN VAN G ~ ~ I D D E L DDA~NERING
E
IN EIGEN DISlRlBUIlEGEBIED
1dW
I
I
1910
1920
I
l?30
I
I
I
I
I
190
19W
1950
1970
10
Speelt de variatie in het jaarverbruik
meer een rol bij d e raming van de
toekomstige waterbehoeften, waarover ir. van der Veen heeft gesproken, de dagelijkse- en wekelijkse fluctuaties binnen het jaar zijn een spel
van waterproduktie en waterdistributie, waarbij de berging een belangrijke
rol vervult nl. het afvlakken van het
produktieproces. Daarnaast kan de
reinwaterberging, welke bij voorkeur
dicht bij het voonieningsgebied moet
zijn gelegen, een belangrijke rol vervullen indien zich calamiteuze omstandigheden voordoen, zoals brandbestrijding, breuk van een transportaanvoerleiding of het uitvallen van
de energievoorziening.
Voor het afvlakken van de dagelijkse
variaties in het waterverbruik kan
daarbij gebruik worden gemaakt van
reservoirs, welke op dagfluctuatie
zijn ingesteld, terwijl het ook mogelijk
is om deze variaties over een langere
periode, bv. een week op te vangen in
een grotere reservoirinhoud gebaseerd
op weekfluctuatie.
De keuze dagfluctuatie of weekfluctuatie in reinwaterreservoirs hangt van
vele factoren af, doch zal met name
een kostenvraagstuk zijn. Interessant
is in dit verband te vermelden, dat de
watervoorziening van Kopenhagen in
1965 een gemiddeld dagverbruik had
van 260.000 m3jetm. terwijl de beschikbare
reservoirinhoud
toen
230.000 m3 bedroeg, hetgeen overeenkomt met bijna 90 % van het gem.
dagverbruik.
Contrasterend met dit beeld in de
watervoorziening van
Jerusalem,
waar men in 1964 de beschikking had
over een dienst-reservoirinhoud van
128.750 m3 (waaman 100.000 m3 als
open reservoir uitgevoerd) en een
privb-reservoirinhoud van 250.000 m3.
Bij een jaarverbruik van 12,s milj. m3
komt deze reservoirinhoud van
378.750 m3 overeen met een voorraad
van circa 11 etm., welke in nauwe
relatie staat tot klimatologische omstandigheden.
Tot slot van deze algemene inleiding
nog een enkel woord over het meten
van het waterverbruik als zodanig.
Aangezien het verbruikspatroon maatgevend is voor de dimensionering van
dure kunstwerken. behoeft het nauwelijks betoog dat de metingen zo
uitgebreid mogelijk en zo nauwkeurig
mogelijk dienen te geschieden.
Veelal nog onbekende factoren in het
waterverbruik, zoals bv. lekverliezen
bij onbemeterde voorzieningsgebieden,
vragen om een grondig onderzoek.
Voorts dient het meten te geschieden
met meetinstrumenten, welke een zo
klein mogelijke procentuele fout bezitten.
2. Literatuur
Hoewel over het onderwerp ,,variatie
in het waterverbruik en het begingsvraagstuk" door mij geen uitgebreid
literatuuronderzoek is verricht, zijn
een aantal belangrijke studies in dit
verband te noemen.
Op het IWSA-congres 1955 te Londen heeft de Zweed Hilding Bjorkland in zijn generaal rapport, getiteld
,,Design and construction of service
reservoirs and towers", 0.a. mededeling gedaan over de watervoorziening
van Stockholm. Daarin heeft hij een
grafiek getoond, zoals aangegeven in
afb. 6. In deze grafiek is op de verticale as uitgezet de verhouding topdag/topcapaciteit in procenten en op
de horizontale as de verhouding reservoircap./topcapaciteit, eveneens in
procenten. Met topcapaciteit bedoeld
hij het maximale vermogen van de
produktiewerken per etm.
Vervolgens toont hij een grafiek, zoals aangegeven in afb. 7, waarin t.0.v.
dezelfde procentuele verdeling als op
de horizontale as van afb. 6, op de
verticale as staat weergegeven de verhouding A W / A R, waarin A W de
capaciteitsuitbraiding in m3/etm. van
de werken voorstelt en A R de capaciteitsuitbreiding van de reservoirs in
m3. Daarbij zijn de eenheidsprijzen
resp. gesteld op a. Kronen per m3/
etm. aan werken en b. Kronen per
m3 aan reservoirinhoud (a. = 250 en
b. = 100).
De minimum totaalkosten worden
dan fblijkbaarbereikt indien
a. A W = b. A Rdus A W / A R = 0,4
Tabellarisch geeft Bjorkland de resp.
kosten van werken en reservoirs alsook de totaalkosten weer, zoals deze
, m3
mmo
soo om
lw
0
Afb.
1955,
staan in tabel I. Door een rekenfout Afb. 6 - (3e IWSA Congres-~or~den
zijnerzijds worden de werkelijke mini- bb. 200).
mum totaalkosten niet gevonden bij
40 % reservoircap. doch bij 50 %
reservoucap., hetgeen in het gegeven
2
voorbeeld neerkomt op 45 % reservoirinhoud t.0.v. de max. daglevering
,m
en dus een vrij hoge waarde is.
Toch zijn er tegen de gevolgde methode we1 bedenkingen aan te voeren.
Dat blijkt nl, duidelijk uit de onderste grafiek van afb. 7.
Worden er betrekkelijk goedkope
reservoirs gebouwd, waarvan mogelijk
de onderhoudskosten hoog zijn, dan
zal het minimum aan totaalkosten
*I.
meer naar rechts schuiven. Worden er
top UP
d.e.t. betrekkelijk dure reservoirs gebouwd, waarvan mogelijk de onderhoudskosten laag zijn, dan zal het
minimum aan totaalkosten meer naar
links schuiven.
De naar mijn mening enig juiste me- Afb. 7 - 3e W S A Coi~gres-Londen1955).
thode is om de investeringen aan werAW
ken en reservoirs, gesplitst naar levensbR
duur, door middel van de methode
2.8
van rente en afschrijving uit te druk26
211
TABEL I
Leverings Percentage
Werken
cap.
res. cap.
cap.
kosten
ms/etm.
%
m3/etm.
in kr.
100.000
100.000
100.000
100.000
100.000
100.000
100.000
100.000
100.000
100.000
*
0
10
20
22
30
40
50
60
70
100
153.840
122.450
103.730
100.000
96.890
93.280
90.090
87.710
85.910
81.960
minimum totale kosten
38.460.000
30.612.500
25.932.500
25.000.000
24.222.500
23.320.000
22.522.500
21.927.500
21.477.500
20.490.000
Reservoirs
cap.
kosten
m3
in kr.
0
12.245
20.746
22.000
29.067
37.312
45.045
52.626
60.137
81.960
0
1.224.500
2.074.600
2.200.000
2.906.700
3.731.200
4.504.500
5.262.600
6.013.700
8.196.000
16
Totale
kosten
in kr.
38.460.000
31.837.000
28.007.100
27.200.000
27.129.200
27.051.200
27.027.000*
27.190.100
27.491.200
28.686.000
12
08
a4
o
o
m
a
81
lli
rn
--
120
iu)%
R t s rap
TT
ZzS
-
w
,
I
Afb. 9 - Verbruiksmodulatie, aanvoer en voorraad. De aanvoercapaciteiten zij zo gekozen
dat met een reinwaterberging van 15 % van het etmaalverbruik kan worden volstaan.
I
1
Afb. 8
ken in ct./m3 en daar dan bij op te
tellen de kosten in ct./m3 aan energie,
onderhoud, bediening enz. Ik kom
daar in het verloop van de les nog
nader op terug.
Interessant is ook een artikel van
Eberhard Miiller in ,,Gas und Wasserfach" van 4 maart 1960, over de
,,Neue Reinwasserbehalter der Hamburger Wasserwerke". Daarin beschrijft hij de weekfluctuaties in de
reservoirs van het bedrijf Baurs-Berg,
we&e een inhoud hebben van 7 %
van het weekverbruik. Bovendien is
op het laagste reservoirpeil, dat op
zaterdagmiddag valt, altijd nog een
reserve-voorraad voor storingen aanwezig van circa 19.000 m3 water.
I n de 17e Vakantiecursus in Drinkwatervoorziening van januari 1965
geeft ir. Biemond, in zijn les ,,Enkele
speciale vraagstukken van ondergrondse voorraadvorming", een vergelijkende becijfering tussen een transportsysteem met reservoirs gebaseerd
op resp. dagfluctuatie en weekfluctuatie. Indien de transportafstand tussen wiagebied en voorzieningsgebied
voldoende groot is, blijkt een reservoirinhoud op basis van weekf luctuatie kostenbesparend te zijn.
3. Studie bij Gemeentewaterleidigen Amsterdam
In de afgelopen 5 jaar is bij Gemeentewaterleidingen Amsterdam veel
studie verricht ter analysering van het
verbruikspatroon en bestudering van
het bergingsvraagstuk. Aanleiding
daartoe was in eerste instantie het afvlakken van het produktieproces. Met
name was het streven erop gericht te
komen tot een constant nafilterbedrijf, dat daarmee ten zeerste is gediend.
Bij nadere bestudering bleek het
vraagstuk echter niet alleen filtertechnische kwaliteiten te hebben, doch
ging het accent meer en meer in de
richting van financieel-economische
aspecten. Hoewel de studie nog niet
geheel is afgerond, zijn de thans beschikbare gegevens bepaald hoopgevend voor de toekomst.
In de nu volgende paragrafen zal deze
studie nader worden besproken.
3. H e f topdagenonderzoek
Als eerste studie betreffende het bergingsvraagstuk is voor het eigen voorzieningsgebied van Amsterdam over
de jaren 1955 t/m 1964 een onderzoek verricht naar het verbruikspatroon van 25 topdagen (zie afb. 8).
Daaruit zijn een aantal interessante
gegevens naar voren gekomen nl.:
1. de verhouding topverbruik/gem.
dagverbruik varieerde van 120,O %
tot 142,7 % met een gemiddelde waar1961
1964
ma
115,s
115,l
di
106,3
107,O
wo
103,4
104,O
de van 131 %;
2. het theoretisch benodigde bergingspercentage varieerde van
18,O % tot 23,7 % met een gemiddelde waarde van 21,l %, alles t.0.v. de
gemiddelde daglevering.
Indien dit bergingspercentage grafisch
wordt uitgezet tegen het topdagpercentage, dan blijkt de spreiding rondom een met de methode van de kleinste vierkantjes geconstrueerde rechte
lijn bizonder gering te zijn.
Rekening hondend-e met het hoogste
bergingspercentage van 23,7 %, behorende bij een 133,2 % topdag, is het
meest veilige theoretische bergingspercentage voor een 150 % topdag te
stellen op 23,3 % (zie Stockholm).
Het veel gehanteerde pralctische bergingspercentage ad 25 % van de max.
daglevering lijkt volgens deze becijfering we1 erg krap, aangezien de onwetendheid over de te verwachten topdag groter is dan 1,7 %.
Om deze onwetendheid te kunnen benaderen zijn de jaren 1961 en 1964
statistisch bewerkt door bestudering
van de procentuele verdeling van de
dagen in de week - lopende van
maandag t/m zondag - waarbij het
gemiddelde dagverbruik in de week
op 100 % is gesteld. Daarnaast zijn de
weeksommen procentueel vergeleken
met het gemiddelde weekverbruik per
jaar.
Daaruit zijn de volgende gegevens
ontstaan:
3. in de jaren 1961 en 1964 waren de
percentage voor maandag t/m
zondag a.v.
103,6
105,2
106,s
107,3
87,s
85,3
77,3
76,3
%
%
4 . frequentieverdelingen van deze
percentages geven aan, dat de
relatieve fout circa 7,5 % bedraagt,
welke boven de theoretische berging
een extra berging vraagt.
5. het maximum weekverbruik ligt
globaal 15 % hoger dan het gemiddeld weekverbruik.
Om deze redenen lijkt een praktische
berging van 113 deel van het max.
dagverbruik ad 150 %, overeenkomende met het in voorraad hebben van
een halve gemiddelde dag, noodzake-
TABEL I1 - Totaal Leiduin
+ Weesperkarspel + Hilversunz
% dag
jaar
% dag
1946
1947
1948
1949
1950
1951
1952
1953
1954
1955
1956
1957
1958
1959
1960
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968
totaal
gemiddeld
130,6
145,O
136,3
135,6
14Q,5
122,9
134,5
133,8
129,4
135,O
127,s
143,7
133,8
142,l
136,l
135,l
139,s
137,l
133,3
126,3
132,9
124,9
128,6
3085,l
134.1 %
1 dag
later
datum
4 juli
3 iuni
30 juli
5 sept.
5 juni
18 juni
7 juli.
29 juni
10 mei
22 aug.
7 mei
17 juni
16 juni
9 juli
9 mei
5 juni
18 juni
10 juni
25 mei
21 juui
10 juni
6 okt.
26 aug.
118,3
126,3
105,4
118,l
136,7
119,3
127,7
132,4
126,7
131,O
115,8
140,7
114,O
114,l
126,5
123,7
114,O
117,7
119,5
110,8
104,O
103,4
117,2
lijk ter verkrijging van een constante
aanvoer per uur.
Uiteraard is dit cijfer sterk afhankelijk van de grote plaatselijke verschillen in het verbruikspatroon en aanvoerpatroon. Voor het district Hoofddorp van het PWN is bij een niet constante aanvoer per uur een bergingscapaciteit van 15 % van het etmaalverbruik voldoende, zoals blijkt uit
afb. 9. Zou de aanvoer in dit geval
constant zijn geweest, dan zou de benodigde berging 21,6 % moeten bedragen, welk cijfer dan goed overeenkomt met het theoretische bergingscijfer van Amsterdam.
Hoe sterk een topdag in het door
Amsterdam bediende gebied aan de
maandag is gebonden, moge blijken
uit tabel 11.
Met een enkele onderbreking in 1959
zijn van 1949 tot 1966 de topdagen
steeds op msandag gevallen.
Daarin komt de laatste jaren echter
enige verandering, zoals blijkt uit de
jaren 1966 en 1967. Mogelijk is het
toenemend gebruik van was- en afwasmachines daaraan niet vreemd.
Het is ook om die reden dat door mij
een enquete is gehouden, waarin een
25-tal betrelckelijk willekeurig gekozen
bedrijven van Nederland zijn vertegenwoordigd. De uitkomsten van
deze enquCte zijn in tabel I l I weergegeven. Voor de jaren 1966, 1967 en
1968 zijn daarin vermeld de data van
de topdagen, de betreffende dag in de
week alsmede het topdagpercentage en
weke dag
donderdag
disdag
vrijdag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
donderdag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
maandag
vrijdag
vrijdag
maandag
het bergingspercentage t.0.v. de gemiddelde dag.
Uitdrukkelijk zij hier gesteld dat doze
enquete slechts een globaal beeld kan
geven van de onderzochte bedrijven.
Een en ander hangt nl. nauw samen
met het te voeren produktieregime en
het verbruikspatroon van het voorzieningsgebied, waarin plaatselijk sterke verschillen kunnen bestaan. Ook
zijn sommige verschillen te verklaren
uit de aanwezigheid van meegetelde
eigen berging bij grote industrieen.
Uit deze enquete zijn enige opmerkelijke punten te noemen:
1. in 1966 hadden zeer veel bedrijven omstreeks 10 juni een topdag
(of was het vanwege de vrijdag hier
mogelijk een ,,tobbe-dag"?).
2. in 1968 vie1 het merendeel van de
topdagen op maandag en hadden
een 8-tal bedrijven langs de oostgrens
van Nederland eenzelfde topdagdatum op 22 april.
3. Haarlem en het PWN ,,bespreken" hun topdag blijkbaar van tevoren, hoewel ook Maastricht mogelijk in het ,,gesprek" deelt.
4. de topdagpercentages varieerden
in genoemde jaren van 119 % tot
227 %.
5. de bergingspercentages varieerden
van 21 % tot 156 %.
Overigens blijft hier van toepassing
hetgeen Hilding Bjorkland op het
IWSA-congres van 1955 in dit verband aanhaalde als een uitspraak van
C. A. Risbridger op het Parijse congres van 1952:
,,it ,is rather surprising to find such
wilde variations in practice not only
throughout the whole of the territory
covered by the contributors to this
subject, but also within some individual countries. I t is certainly interesting to record that no undertaking has
volunteered the information that its
present capacity has proved to be inadequate".
Hoewel het topdagenonderzoek ons
veel informatie kan verschaffen over
de mogelijke datum en de procentuele
grootte t.0.v. het gemiddeld dagverbruik, de theoretisch mogelijke waarde en de kans van overschrijding daarvan kan worden gevonden door het
tekenen van een frequentieverdeling
van het waterverbruik op waarschijnlijkheidspapier.
Zo heeft ir. van Nes in het jaarverslag
Afb. 10
I
1963 van de NV Waterleidingmaatl82.5L'l. rnax qemeten 15-9'63
180
schappij ,,Drenthe9' een dergelijke
I
I
I I I I I I I I I
GdldLetde uurdering ii%
over 25 topdagen vanaf 1955t1m 1964
frequentieverdeling laten opnemen,
welke staat weergegeven in afb. 10.
De gemiddelde overschrijdingskans
estileerd v e r b ~ i
per jaar over de periode 1958 tlm
1962 staat daarin uitgezet tegen het
waterverbruik per etmaal en per 7daagse som in relatie tot het voortschrijdend gemiddeld jaarverbruik.
Een 1-malige overschrijding per jaar
leidt aldus tot een topdagpercentage
van 139 % en een topweekpercentage
van 129 %. Bij een l-malige overschrijding per 10 jaar zouden deze
percentages resp. bedragen 155 % en
142 %. Hieruit blijkt duidelijk dat de
keuze van overschrijdingskans een
aanmerkelijke invloed heeft op de te
investeren bedragen aan winnings-,
uur 07 08 W 10 11 12 n 14 15 I6 I7 I8 l9 20 21 22 23 24 01 02 03 04 05 06 07
zuiverings- en transportmiddelen.
Evenzeer blijkt er het verschil uit tus- Afb. 11
sen topdagpercentage en topweekpercentage, waarop in de volgende para- mule voor berging bij constante uur- centage als instelwaarde en een bepaalde kelderinhoud. Daarbij kan
grafen nader zal worden terugge- aanvoer in de dag:
tevens rekening worden gehouden met
komen.
jaarverbruik . 1,s
berging =
. 800 % een eventuele correctie van de vorige
dag. Er blijkt bv, uit, dat bij een in3.2 Constante uuraanvoer in de dug
365 .24
stelwaarde van 125 % nog een aanen de berging
jaarverbruik
voerafwijking van
of - 10 % moUit de in 3.1 behandelde verbruiksgelijk is bij een keldervulling van
patronen, zoals die in afb. 8 zijn getekend, is een gemiddeld verbruiks- welke waarde neerkomt op een halve 600 % van de max. mogelijke uuraanpatroon samengesteld waarvan afb. 11 gemiddelde dag aan voorraad, het- voer.
een beeld geeft. Er blijkt uit dat van geen ook onder 3.1 werd gevonden. Is
3.3 Constante dagaanvoer in de week
7-20 uur het verbruik boven het ge- het topdagpercentage lager dan 150 %,
en de berging
dan
is
ook
het
benodigde
bergingsrniddeld uurverbruik in de dag ligt en
In hoofdstuk 3.2 is er van uitgegaan,
van 20-7 uur daar beneden. Met dit percentage evenredig lager.
verbruikspatroon, behorende bij een Ter illustratie van wat voor de prak- dat de reservoirs zijn ingesteld op
berekend
topdagpercentage
van tijk mogelijk is geeft afb. 12 een beeld dagfluctuaties d.w.z. e k e dag een peil131 %, is het linker gedeelte van tabel van de bepaling van de toelaatbare variatie ondergaan tussen max. en
IV samengesteld, waarbij de constan- marge van het waterverbruik, beho- min. peil. Het is echter ook mogelijk
te uuraanvoer op 100 % is gesteld. rende bij een bepaald geschat dagper- de toevoer van water naar de reserUit de tabel blijkt dat deze constante
Afb. 13 - Waferleven~tg en waterverbruik
uuraanvoer slechts mogelijk is, indien
12 - Maxinncn~toelaatbarn hoger ($) Leiduin-Amsterda~n via kelders varz Hallom 7 uur een theoretische berging van Afb.
of lager (-) verbruik per etntaal in % t.0.v. straat en Amstelveenseweg (genliddeld waar514,39 % van de uuraanvoer aanwe- de aanvoer.
den van 4 weken in t~zaart1969).
zig was. Na 20 uur moet deze verbruikte berging weer worden opgevuld.
Aangezien voor de beschouwde periode 1955-1964 het max. topdagpercentage op 150 % is gesteld, is de theoretisch benodigde berging bij een 150 %
topdag te stellen op 150/131 .514,39
= 589 % (op 11 mei 1959 is een gemeten waarde bereikt van 569 %).
Ter bepaling van de praktisch benodigde berging is aangenomen, dat
een mogelijke afwijking van 10 % van
het geschatte dagverbruik kan optreden, waardoor de praktische (veilige)
berging overeenkomt met 589
240
= 829 % van de constante uuraanvoer.
Met enige afronding komt deze berging overeen met de praktische for-
+
+
voirs zo te doen plaatsvinden, dat de
aanvoer over de gehele week constant
is en alleen van week tot week wijzigt.
Uiteraard vraagt dit een grotere
reservoirinhoud, welke in dit hoofdstuk zal worden gedimensioneerd.
Dat deze aanvoer in de praktijk allerminst constant is bij reservoirs ingesteld op dagfluctuatie blijkt duidelijk
uit afb. 13, waarin als gemiddelde
waarden van 4 weken in maart 1969
de verbruiksfluctuaties, de aanvoerTABEL IV
fluctuaties en de reservoirfluctuaties
zijn weergegeven voor de toevoer van
duinwater naar de distributiepompstations aan de van Hallstraat en de
Amstelveenseweg.
De getekende gemiddelde aanvoer
van afb. 13 is in afb. 14 nog eens opnieuw weergegeven, om de uiterste
waarden binnen de genoemde 4 weken
tot uitdrukking te brengen.
Belangrijk bij de bepaling van de benodigde reservoirinhoud gebaseerd
- Bereker~ir~g~r~ir~irrzzi~rz
bergir~girl
gebaseerd op weekfluctuatie is het
verbruikspatroon van de dag in de
week.
Voor ons rekenschema is aangehouden de procentuele dagverdeling van
het jaar 1961, zoals deze in hoofdstuk
3.1 is vermeld.
In dit verband moet er we1 op worden
gewezen, dat een dergelijke procentuele verdeling aan wijziging onderhevig kan zijn en regelmatig dient te
worden bestudeerd. Zo geeft afb. 15
% varl de corzstarlte ziuraarlvoer per dag en per week
benodigde berging bij constante aanvoer per dag
duidelijk aan, dat de stad Amsterdam
aan het ,,vervlakkenWis. De 5-daagse
werkweek heeft een tendens tot het
gaan naar eenzelfde percentage, terwijl hetzelfde met de weekend-dagen
het geval is.
Evenzeer is het belangrijk de weekvariatie in het jaar te bestuderen, om
daaruit het max. weekverbruik vast
te kumen stellen (zie ook 3.1).
In ons rekenschema is aangehouden
een max. weekpercentage van 120 %
(in de week van 26-6 t / m 2-7 van
1961 is een waarde van 116,2 voorgekomen). De weekvariaties zijn bovendien nog eens weergegeven in afb. 16
voor 1967 en in afb. 17 voor 1968 en
tonen aan, dat de variaties zich zelfs
beperken tot 10 %.
Met de bovengenoetnde gegevens is
het rechter gedeelte van tabel IV
samengesteld en is de theoretisch benodigde berging te becijferen op
1322,19 % van de constante uuraan-
benodigde berging bij constante aanvoer per week
voer, behorende bij een berekend
weekgemiddeld
percentage
van
112,7 %. Voor een 120 % week is de
theoretische ,berging dus 120/ 112,7 .
1322,19 % = 1407,8 % van de constante uuraanvoer. Met elk % hoger
of lager weekverbruik is een hoeveelheid gemoeid van 168 % van de constante uuraanvoer.
Daar de berging t.g.v. de verbruiksvariatie op vrijdag minimaal is, kan
echter worden volstaan met een hoe-
-
Afb. 14 Waterverbruik
Leiduirt-Amsterdam in kelders vmt Hallstraat en Amstelveenseweg.
Afb. 16 - Tijdlijn van het waterverbruik per week i n eigeil distributiegebied in
weekgentiddelde in het jaar 1967.
veelheid van 517.168 % = 120 %
van de constante uuraanvoer. Bij een
aangenomen afwijking van 5 % is dus
een extra berging noodzakelijk van
600 %, waardoor k t praktische bergingspercentage op rond 2000 % van
de constante uuraanvoer komt.
welke waarde neerkomt op een gemiddelde dag aan voorraad.
Is het weekpercentage lager dan
120 %, dan is ook het benodigd bergingspercentage evenredig lager.
Een constante aanvoer per week
vraagt dus in ons voo~beeldvan Amsterdam een verdubbeling van kelderinhoud t.0.v. een constante aanvoer
per dag. Daar staat tegenover dat het
leveringsvermogen van zuiverings- en
transportmiddelen is vergroot met een
factor 1501120 = 1,25, terwijl de constantheid invloed heeft op de jaarlijkse kosten.
Een vergroting van 25 % van de capaciteit kan dus worden gerealiseerd
door uitbreiding van de winmiddelen
in de prise d'eau en van de berging
in het voorzieningsgebied.
Een enkel woord over het type reservoirs is hier we1 op zijn plaats. In
afb. 18 is weergegeven het verbruiks-
Afb. 15 - Waterverbruik in eigen distributiegebied van elke dug in de week in % t.0.v.
het daggemiddelde in het jam (= 100 %).
Periode 1961 t / m 1968.
Afb. I7 Tijdlijn van het waterverbruik per week in eigen distributiegebied in % f.0.v. het
weekgemiddelde in het jaar 1968.
Dit bergingspercentage komt overeen
met de formule voor berging bij constante dagaanvoer in de week:
jaarverbruik . 1,2
berging =
.a000 %
365 .24
jaarverbruik
-
365
q' t.0.v. het
patroon in het voorzieningsgebied van
Amsterdam van het gemiddelde van
4 willekeurige aaneensluitende weken
in 1968.
Uitgaande van een constante aanvoer
per week en sen reservoirinhoud gebaseerd op weekfluctuatie is in afb.
19-boven de reservoirfluctuatie bepaald met een beginvulling, welke
75 % bedraagt van de totale reservoirinhoud. Deze beginvulling kan
niet 100 % zijn om de mogelijkheid
open te houden een 3 % lager verbruik dan was geraamd nog aan het
einde van de week te kunnen bergen.
Ook mag deze vulling niet geringer
zijn om een 3 % hoger verbruik dan
was geraamd nog te kunnen leveren
op vrijdag. De genoemde ruimteresersering bij meer of minder .afname
-
weekverbru~k 1961 1968
-gerniddeld
weekverbrulk 1958
-
moet dus in beginsel aanwezig zijn om
weekfluctuatie mogelijk te maken.
Een schattingsfout in het weekverbruik van 3 % blijkt dan haalbaar.
In afb. 19-onder zijn de bijbehorende
verblijftijden in de reservoirs berekend en wordt een waarde van 24 uur
niet overschreden.
Hoewel deze max. verblijftijd voor de
meeste bedrijven geen probleem zal
opleveren, zal een bedrijf dat oppervlaktewater produceert er goed aan
doen de reservoirs als doorstroomreservoirs uit te voeren, waarmee de
kans op ,,dood" water en/of nagroei
wordt verrneden.
1
H-lheid
x,
1
m a
1soa
o
7Dr)17l3r)19RSl 7~1917BB17Bl917B!317
TCTC+!
cksd24 3esd6q \nidag latadq 2ondq
hid
h?
4. Energie- en kostenvraagstuk
-
Afb. 18 - Doorstroomreservoirs
bruik-spafroon.
Afb. 20
- -
Zoals in hoofdstuk 2 a1 is uiteengezet
bij de bespreking van het Stockholm-
- Ei~ergieverbrrtikbij variar~t-en constant trar~sport.
voorbeeld, speelt het kostenvraagstuk
een belangrijke rol bij de bepaling van
de meest gewenste reservoirinhoud.
Als onderdeel van dit kostenvraagstuk
is het energieverbruik van belang en
zal daarover in de volgende paragraaf
een korte uiteenzetting worden gegeven.
4.1 Energieverbruik en berging
Dat bij enige transportafstand tussen
het zuiveringsbedrijf en het voorzieningsgebied er een nauw verband bestaat tussen berging en energieverbruik behoeft geen betoog.
In deze paragraaf is uitgerekend in
welke verhouding het energieverbruik
bij een berging nu1 staat t.0.v. het
energieverbruik bij een berging, welke
op een constante uuraanvoer in de
dag is afgestemd.
Dit energieverbruik per tijdseenheid
is in afb. 20 afgeleid en geeft de algemene f ormule:
Over het etmaal is het energieverbruik
dan
24
A . q 0 3 24
ZE,=. Z: a,3
0
F2
0
In afb. 20 is bovendien een willekeurig verbruikspatroon van Amsterdam
getekend en is van uur tot uur het
verbruik in procenten uitgerekend.
Indien er bij het voorzieningsgebied
geen berging aanwezig is, zal het
watertransport door de leidingen het
waterverbruik in de stad op de voet
moeten volgen.
Met de genoemde formule is dan uit
-
Afb. 19 Doorstroornreservoirs. Reservoirvulliizg en verblijjtijd.
v, = stroomsnetheid
q, = kwantum per tijdseenheid
qo = constant kwantum per tijdseenheid binnen 1 etmaal
E, = energieverbruik op tijdstip t
h, = energiehoogte
F = transportoppervlak
A = constante
h,
=
A . vtz
9, = V,
Stel
.F dus E,
q, =
a,
=q,
. qo dus E,
A
.
. ht
=- q 3
=
-. at3
FZ
A
.so3
FZ
24
A . q03 24
dus E: E, = - Z at3 dus
(
.
0
Fz
'
0
(
Et)variant
24
0
(
0
'
0
at3)variant
24
Et)eonstant
('
0
40
- - = 1,67
24
at3)constant
b. energieverbruik bij winning, zuivering, transport en distributie;
c. bedieningskosten van de installaties;
d. onderhoud van terreinen, gebouwen, installaties, leidingen enz.;
e. exploitatiekosten;
zoals
filterschoonmaak, filtermateriaal, chemicalien.
Het is niet mijn bedoeling a1 deze
bouwstenen van de kostprijs hier uitputtend te behandelen. Ir. Knoppert
Afb. 21 - BeY~zvloedirzg waterprijs per n13 zal daarover in zijn les stellig uitvoeribij gelijkblijvelld filterbedrijf c.a. ell toener?zerlde kelderillhoud t.g.11. rerzte en af- ger zijn.
schrijvirlg (6 qr50 jaar) (e.~ploitatiekoste~l Voor de afronding van mijn betoog
zijrl bztitell besclzortwi~lggelaterl).
is een begroting van de kostprijs als
functie van de berging echter onontbeerlij k.
te rekenen dat
I n het voorbeeld van afb. 21 heb ik
A . qo3
24
mij evenwel beperkt tot de bei'nvloeZ E,=.40
ding van de waterprijs per d door
F2
0
alleen rente en afschrijving.
Wordt daarentegen nabij het voorzie- Uitgaande van een bedrijf met een
ningsgebied zoveel reservoirinhoud jaarcapaciteit van 9 milj. mY (1000
gebouwd dat de uuraanvoer de gehele m3/uur) bestaande uit
dag constant is, dan is het energiever1 ruwwaterpompstation;
bruik
1 v66rfilter;
24
A . qo3
1 nafilter
Z E,=.24
1 reinwaterpompstation;
0
F
2
1 transportleiding van ca. 30 km.
Uit deze becijfering blijkt dat een is voor een rentevoet van 6 % en een
uuraanvoer in de dag 67 % minder afschrijvingstennijn van 50 jaar een
energieverbruik vraagt dan een aan- globale becijfering gemaakt van de
voer, welke zonder berging fungeert. kostprijs bij een berging aan het einBergingsvergroting is dan ook altijd de van de transportleiding van resp.
energiebesparend.
J
J
J
De voorgaande beschouwing kan in- - - en - (J = jaarcapaciteressante aspecten bieden bij de leve885' 730
365
ring van water aan grootverbruikers teit)
via een reservoir, ook a1 is het water- Uit de afb. blijkt, dat een vergroting
verbruik van deze grootverbruiker
J
J
constant in het etmaal.
van de berging van - naar Vindt de voeding van het reservoir
885
730
van de grootverbruiker nl. uitsluitend kostenverhogend werkt, om daarna
plaats gedurende de nachturen (ener- flink te dalen bij een berging gebagiekosten dan laag), dan zal daarvoor seerd op weekfluctuatie.
in principe het verbruikspatroon van
de stad ten gunste worden be'invloed Het kostprijsverschil tussen het beginen zal energiebesparing het gevolg en eindpunt van de grafiek bedraagt
in het gegeven voorbeeld 0,86 cent/
zijn.
m3.
Een bijkomstig groot voordeel is de
Tenslotte nog een enkel woord over
onderbroken levering aan de grootde andere kostenfactoren:
verbruiker via een reservoir.
ad. b zoals in 4.1 is uiteengezet zal
het energieverbruik afnemen bij
4.2 Het kostenvraagstuk en de
toenemende
berging en dus kostenbeberging
sparend zijn;
Het is na bestudering van de voorgaande hoofdstukken we1 duidelijk, ad. c de installaties v66r de berging
zullen minder flcctueren bij verdat het bergingsvraagstuk nauw vergroting van de reservoirinhoud en dus
bonden is met de kostprijs.
een besparing aan bedieningskosten
Dezc kostprijs is opgebouwd uit:
geven;
a. rente en afschrijving van de ge- ad. d het onderhoud aan gebouwen
investeerde bedragen;
en installaties zal bij de win-
ning en zuivering mogelijk een afname, doch bij de berging een toename
van kosten kunnen geven;
ad. e een constanter bedrijf zal 0.m.
minder nafilterschoonmaak vragen en als zodanig kostenbesparend
zijn in de exploitatie.
Ongetwijfeld zullen de genoemde factoren meer of minder gewicht in de
schaal leggen en van geval tot geval
moeten worden bekeken.
Het is echter naar rnijn stellige overtuiging van grote waarde een onderzoek in te stellen naar de mogelijke
kostenbesparing, welke door vergroting van de reinwaterberging bij of
binnen het voorzieningsgebied is te
bereiken.
Een totale kostprijsbesparing van mogelijk 1 centlrnz op een bedrijf met
een jaarcapaciteit van 100 milj. m3
levert per slot een jaarlijkse besparing
van 1 milj. gulden op, welke de moeite
van het overdenBen waard is.
5. Conclusies
Met de volgende conclusies is de inhoud van deze les over het verbruikspatroon en de waterberging samen te
vatten:
1. Onder het motto ,,meten doet weten" is een zo uitgebreid mogelijk
meetprogramma van bron tot kraan
noodzakelijk voor een zo gedifferentieerd mogelijk onderzoek naar het
waterverbruik.
Daarbij moet aan de meettechniek de
hoogste graad van nauwkeurigheid
worden toegekend.
2. De bestudering van het waterverbruik dient regelmatig te geschieden om wijzigingen in het patroon
vast te stellen en ,,koerscorrecties"
aan te brengen. De koppeling aan het
bergingsvraagstuk is daarbij fundamenteel.
3. De meest economische waterberging dient te worden vastgesteld
aan de hand van de totale kostprijs
per m3, waarin rente, afschrijving,
energie, bediening, onderhoud en exploitatie zijn verdisconteerd. Berging
op basis van weekfluctuatie is een
nadere bestudering alleszins waard.
4. Daar de kostprijs parameter is
voor de bepaling van de meest
economische waterberging, is een goede nacalculatie van eminent belang
voor het verkrijgen van betrouwbare
cenheidsprijzen. Deze eenheidsprijzen
dienen te worden samengesteld in een
nauwe samenwerking tussen financiele-, bouwtechnische- en bedrijfstechnische krachten.
[R.C. VAILLANT
International Courses in Hydraulic and Sanitary Engineering, Delft
Produktievermogen en bedrijfszekerheid
Wanneer men de gang van zaken bij het ontwerpen van
een waterzuiveringsinstallatie nagaat, komt men spoedig
tot de conclusie, dat het ontwerpende team - verder te
noemen: de ontwerper - niet alleen over grote kemis
en ervaring, een gezonde visie en voldoende creatief vermogen moet beschikken, maar evenzeer over eigenschappen, welke het in staat stellen om uit de vele mogelijkheden en combinaties van mogelijkheden een aantal reele
alternatieven te destilleren, welke een nader onderzoek
waard zijn.
In de verschillende fasen van het (voor)ontwerp zal de
ontwerper zich een schema als weergegeven in afb. 1
min of meer bewust voor ogen houden. Het schema
toont een aantal aspecten en factoren, welke bij elk ontwerp een rol zullen spelen. De moeilijkheid voor de ontwerper is, dat de factoren elkaar onderling sterk kunnen
beinvloeden.
Waterverbruik (verbruikspatroon), ,,design period" (het
tijdvak, dat verloopt tot de volgende uitbreiding in bedrijf is gesteld), produktievermogen en bedrijfszekerheid
zijn daarvan voorbeelden.
Bij het afwegen van voor- en nadelen en het zoeken naar
een aanvaardbaar compromis zal men uiteraard streven
naar optimalisering. In alle gevallen zal men daarbij ook
het beleid op wat langere termijn moeten betreltken. Men
zal tevens trachten te onderzoelten hoe de verschillende
oplossingen zich zullen gedragen, indien in de toekomst
de omstandigheden zich eens zouden wijzigen. Soms zal
men dan de voorkeur geven aan een oplossing, welke
een betrekkelijk vlakke optimaliseringskromme vertoont,
boven een oplossing, welke alleen in een beperkt gebied
optimale resultaten levert, doch daarbuiten snel ongunstiger wordt, m.a.w. men kiest dan binnen het raam der
mogelijkheden de oplossing, welke ook bij veranderde
omstandigheden niet te ver van het theoretisch optimum
verwijderd is.
Bij de optimaliseringsprocedure wordt zoveel mogelijk
gebruik gemaakt van quantitatieve gegevens en veronderstellingen. Een van die quantitatieve gegevens is het
produktievermogen van de installatie.
Er zal evenwel slechts weinig van het optimaliseringsprincipe terechtkomen, wanneer de ontwerper bij het
bepalen van de afmetingen van de te bouwen installatie
een zodanige veiligheidsmarge in acht neemt, dat de
feitelijke produktiecapaciteit in de praktijk, zelfs bij een
redelijke mate van bedrijfszekerheid, enige tientallen
procenten hoger blijkt te liggen dan het produktievermogen, waarvoor de installatie is ontworpen. Het gevolg
van een dergelijlte overdimensionering zal zijn, dat de
berekende optimaliseringskromme niet meer representatief is voor het betreffende ontwerp. De kans, dat de
juiste keuze uit de beschikbare alternatieven wordt gedaan, neemt aanzienlijk af.
Niemand zal bezwaar hebben tegen het in achtnemen
van een redelijke veiligheidsmarge, doch er dient te worden gewaakt tegen accumulatie van veiligheidsmarges en
veiligheidsfactoren. Produktievermogen en bedrijfszekerheid dienen dan ook aanvankelijk afzonderlijk te worden
geanalyseerd en pas in een later stadium van het ontwerpproces op elkaar te worden afgestemd. Alleen op
deze wijze zal een harmonieus ontwerp tot stand kunnen
komen.
In het volgende zullen enige aspecten van produktievermogen en bedrijfszekerheid worden behandeld.
1 . Produktievermogen
Onder produktie van drink- en/of industriewater wordt
over het algemeen verstaan het systeem van handelingen,
dat erop gericht is het ruwe water te wimen en daarna
zodanig te bewerken, dat het geschikt is voor aflevering
aan de verbruikers. Water is pas gereed voor aflevering
aan de verbruiker, wanneer het behalve aan zekere kwaliteitseisen ook nog voldoet aan de eis van voldoende
druk.
Dat behalve de waterwinningsmiddelen en de zuiveringsinstallatie ook het hogedruk pompstation tot de produktie-installatie wordt gerekend is daarom alleszins begrijpelijk. Doorgaans wordt evenwel ook de reinwaterberging, voorzover deze op het terrein van de zuiveringswerken is gelegen, tot de produktie-installatie gerekend.
Afb. I - Wisselwerkbzg tzrssen verscl~illeizdefactoren in de ontwerpfase.
I
Afb. 2
- Druk als furrctie van belastir~g.
Wij komen hierdoor in grote moeilijkheden bij de definiering van het begrip produktievermogen.
Er dient een duidelijk verschil te worden gemaakt tussen
produktievermogen en leveringsvermogen.
Onder produktievermogen van een produktie-installatie
(zuiveringsinstallatie) zou ik willen verstaan de hoeveelheid water in m3/h van aanvaardbare kwaliteit, welke
gemiddeld over eerz bepaalde tijdsduur maxirnaal kan
worden gewonnen en gezuiverd. Of voldoende reinwaterberging beschikbaar is om a1 het geproduceerde water
op te slaan moet buiten beschouwing blijven.
Onder leveringsver~nogenvan een produktie-installatie
zou men dan kunnen verstaan de hoeveelheid water in
m3/h van aanvaardbare kwaliteit en voldoende druk,
welke gemiddeld over een bepaalde tijdsduur maximaal
aan het leidingnet kan worden afgeleverd. Of de verbruikers dit aanbod kunnen adsorberen en of het leidingnet
voldoende capaciteit heeft, is in dit verband niet relevant.
In deze omschrijvingen is de toevoeging ,,over een bepaalde tijdsduur" van essentiele betekenis. Beschouwt men
het produktievermogen over een korte periode, bijvoorbeeld CBn uur, dan kan dit enige procenten hoger liggen
dan het produktievermogen over een periode van twee
of meer etmalen. Wij zouden het produktievermogen,
bepaald over een periode van CCn enkel uur en onder
gunstige omstandigheden, d.w.z. in de veronderstelling,
dat alle onderdelen van de produktie-installatie (tot aan
de reinwaterberging) naar behoren functioneren het
rnaxirnum produktievermogen (uit te drukken in m3/h)
kunnen noemen. Wordt de periode, waarover het gerniddelde van de produktie wordt bepaald, zolang genomen, dat een volledige cyclus kan worden afgewerkt
van filterspoelingen en andere regelmatig terugkerende
processen, welke de produktie tijdelijk verminderen, dan
zouden we dit gemiddelde simpelweg het produktieverrnogen van de installatie kunnen noemen.
Soms zullen wij in verschillende seizoenen van het jaar,
bijvoorbeeld bij een wisselende samenstelling van het
ruwe water, verschiUende waarden van het produktievermogen constateren. In dat geval dienen wij duidelijk
te vermelden, op welk seizoen het opgegeven produktievermogen betrekking heeft.
Principieel is, dat bij het bepalen van het produlctievermogen de grootte van de reinwaterberging buiten beschouwing blijft. Dit is niet het geval bij het leveringsvermogen. Het leveringsvermogen van een produktie-installatie (derhalve inclusief reinwaterberging) kan - en
moet - over een korte periode (bijvoorbeeld CCn uur)
enige malen groter zijn dan het produktievermogen. Over
een aanmerkelijk langer tijdvak gerekend, zullen doorgaans leveringsvermogen en produktievermogen gelijk
worden, omdat het leveringsvermogen over een langer
tijdvak uiteindelijk beperkt wordt door de maximaal te
produceren hoeveelheid water. Soms wordt het leveringsvermogen betrolcken op een lange periode (bijvoorbeeld
CCn jaar) gelimiteerd door de capaciteit van de waterwinplaats (grondwater) of de hydrologische situatie van
een rivier of meer (oppervlakte water). Het is dan ook
noodzakelijk duidelijk aan te geven, op welke tijdsduur
en eventueel op welk seizoen het leveringsvermogen
wordt betrokken. Tenslotte dient te worden bedacht, dat
het leveringsvermogen over een tijdvak van bijvoorbeeld
CCn etmaal ook sterk afhankelijk zal zijn van het afnamepatroon van het betrokken voorzieningsgebied.
Een produktie-installatie bestaat uit meerdere produktiefasen (bijvoorbeeld winning, lagedrukpompstation,
coagulatie, filtratie, desinfectie enz.). Elke fase is doorgaans weer samengesteld uit een aantal afzonderlijke
eenheden. welke ~arallelwerken.
Bij de eigenlijke zuiveringsfasen worden meestal eenheden gebruikt van onderling gelijke afmetingen en
capaciteit. Voor de pompfasen is dit over het algemeen
niet het geval.
Teneinde het toelaatbare maximum en gemiddeld produktievermogen van een ontworpen installatie zo goed
mogelijk te voorspellen is kennis van de gedragingen van
de afzonderlijke eenheden onder uiteenlopende omstandigheden noodzakelijk.
Soms kunnen de daarvoor noodzakelijke basisgegevens
gemakkelijk worden verkregen, hetzij op grond van gedocumenteerde offertes (bijvoorbeeld Q-H-krommen van
pompen), hetzij op grond van ervaring en theorie capaciteit en drukverliezen in buisleidingen, kanalen enz.).
Het geven van een betrouwbare voorspelling van de toelaatbare capaciteit van de eigenlijke zuiveringsfasen is
daarentegen veel moeilijker.
Indien men niet beschikt over een reeds in bedrijf zijnde
installatie van hetzelfde type, dat moet worden beschouwd, of, zo dit we1 het geval is, de omstandigheden
anders zijn, is men aangewezen op de resultaten van een
proefinstallatie op technische schaal.
Weliswaar kunnen theorie en laboratoriumproeven een
belangrijke bijdrage leveren bij het samenstellen van het
voorontwerp, en richting geven aan verder onderzoek,
doch de realiteit gebiedt op te merken, dat alleen proeven op werkelijk technische schaal uiteindelijk de gegevens en criteria kunnen verschaffen, waarop het definitieve ontwerp kan worden gebaseerd.
Afb. 3
- Kwaliteit als furtctie van belasting.
zuivering
I
-
belasting
Voor een enigszins betrouwbare capaciteitsbepaling van
filters is n.m.m. een proefinstallatie met een vermogen
van minirnaal 10 k 20 mS/h noodzakelijk. Voor coagulatie- en bezinkingsprocessen zou ik zelfs een groter vermogen van de proefopstelling willen aanbevelen, omdat
hier schaaleffecten een nog belangrijker rol spelen. Ook
met desinfectieprocessen en met proefnemingen op het
gebied van ontsmaking zal men langdurig moeten experimenteren op behoorlijke schaal, voordat verantwoorde
conclusies kunnen worden getrokken. Evenals voor een
pomp, welke bij een bepaald debiet een bepaalde opvoerhoogte (te vergelijken met de ,,kwaliteit9' van het afgeleverde produkt) kan leveren (afb. 2), zal meestal uit de
waarnemingsresultaten van de betreffende zuiveringsfase
een verband kunnen worden afgeleid tussen de capaciteit
per eenheid van oppervlakte (of eventueel per eenheid
van inhoud) en de kwaliteit van het effluent of het zuiveringsrendement.
betasting
I
1
t
to
ti
t2
I
t3
,tijd
norm
Doorgaans zal de restconcentratie van stoffen, weIke
tijdens de zuivering moeten worden verwijderd, toenemen bij toenemende capaciteit. In afb. 3 geven de krommen a en b zulk een verband weer. Kromme a is in het
algemeen representatief voor filters: een relatief grote
toeneming van de filtratiesnelheid (oppervlaktebelasting)
resulteert in een slechts relatief geringe of soms zelfs geheel verwaarloosbare toeneming van de restconcentratie
in het filtraat. Krornmen van het type b worden gevonden voor coagulatie- en bezinkingsprocessen. Hierbij is
over het algemeen het doorslagpunt duidelijker te bepalen, want een kleine toeneming van de oppervlaktebelasting veroorzaakt meestal reeds een aanmerkelijke
toeneming van de restconcentratie in het effluent. Overigens zal men steeds moeten bedenken, dat het zuiveringsrendement van een deelbehandeling of van het gehele zuiveringsproces als zodanig mede kan worden beinvloed door fluctuaties van de oppervlaktebelasting,
welke het gevolg zijn van de nu eenmaal noodzakelijke
afsternming van de produktie op het waterverbruik.
Een tijdelijke verhoging bijvoorbeeld van de filtratiesnelheid van een filter kan aanleiding geven tot zodanig
verhoogde concentraties van een bepaalde stof in het
effluent, dat de norm wordt overschreden (afb. 4, geval
I). Soms ook leidt een kortstondige verhoging van de
filtratiesnelheid, in feite een ,,overbelasting" zijnde, net
niet tot overschrijding van de norm afb. 4, geval 11). Ook
kan zich het geval voordoen (afb. 4, geval 111), waarbij
zich na een aanvankelijke ongewenste verhoging van de
restconcentratie C , in het filtraat een zeker herstel manifesteert, nadat zich een nieuw evenwicht heeft ingesteld.
In a1 deze gevallen is sprake van een zekere naijling, welk
verschijnsel zich ook bij coagulatieprocessen kan voordoen.
In omstandigheden als van geval I11 kan wellicht met
succes gebruik worden gemaakt van het recirculatieprincipe. Hierbij wordt een deel van het filtraat naar de
ruwwatertoevoer teruggevoerd, waardoor het mogelijk is
de werkelijke filtratiesnelheid bij wisselende produktie
constant te houden en daarmede het hydrodynamische
evenwicht in het filter op eenzelfde peil te handhaven.
In de afvalwaterzuiveringstechniek wordt recirculatie
veelvulig toegepast, in de waterleidingstechniek zijn
slechts incidentele toepassingen bekend, welke evenwel
goede resultaten leveren.
Tenslotte moet worden gewezen op het niet te loochenen
Cf = restgehatte in fittraat
Afb. 4 - Kwaliteit als fu~zcrievan tijd en belasting: ~zaijli~~gsverscl~ij~~sele~r.
feit, dat - anders dan bijvoorbeeld bij de beproeving
van een pomp - de reproduceerbaarheid van metingen
en experimenten zelfs bij constante samenstelling van
het ruwe water dikwijls te wensen overlaat. Weliswaar
kan, hoe meer waarnemingen ter beschikking staan, een
des te beter inzicht worden verkregen omtrent de meest
waarschijnlijke ligging en vorm van de ,,capaciteits-kwaliteitskrornrne", maar desondanks blijft ,,eliminatieY'van
eventuele uitschieters uit een waarnemingsreeks een
hachelijke zaak, vooral indien men geen verantwoorde
verklaring voor de incidentele afwijkingen kan geven.
Omdat in de praktijk steeds meerdere eenheden parallel
zullen functioneren, is evenwel de kans, dat bij meer
dan 66n eenheid gelijktijdig incidentele tekortkomingen
in het effluent zullen optreden, doorgaans gering. Bij
de interpretatie van waarnerningen zal men dan ook het
beginsel moeten huldigen, dat enig risico aanvaardbaar
is bij de vaststelling van het toelaatbaar maximum produktievermogen op grond van proeven op semi-technische schaal. Veel moeilijker wordt het een schatting van
de toelaatbare maximum capaciteit te geven, indien het
beschikbare ruwe water niet van constante samenstelling
Afb. 5
Invloed van de watertemperatuur
biologische filters
spaarbekkens
bezinkiigsinrichtingen
flocculatie-, coagulatieinrichtingen
desinfectiesystemen
koolfiiters
snelfilters
ontgassingssystemen
beluchtingssystemen
+++
+++
+++
++
++
+
+
(+)
-
In dit overzicht betekent:
- lager rendement, c.q. capaciteit bij hogere temperatuur
hoger rendement, c.q. capaciteit bij hogere temperatuur
+
/
Invloed van de watertemperatuur
/
viscositeit
weerstandsverliezen
bezinksnelheid
leactiesnelheid (chemisch)
reactiesneiheid (biologisch)
oplosbaarheid van gassen
oplosbaarheid van vaste stoffen, doorgaans
adsorptiesnelheid
adsorptievermogen
kalk-koolzuurevenwicht
+(+I
++
-
verschuift
In dit overzicht betekent:
- verlaging bij hogere temperatuur
+ verhoging bij hogere temperatuur
Afb. 6
en temperatuur is. Met deze moeilijkheid kampen alle
oppervlaktewaterbedrijven in meer of mindere mate.
Gesloten buffering (kunstmatige infiltratie) en open buffering (spaarbekltens), zonder welke thans in Nederland
oppervlaktewinning ondenkbaar is geworden, hebben we1
een duidelijk afvlakkend en egaliserend effect op de
kwaliteit van het water, maar vooral bij de toepassing
van spaarbekkens zullen seizoensinvloeden duidelijk
merkbaar blijven. De werking van spaarbekkens is immers afhankelijk van biologische processen, welke voora1 door de watertemperatuur worden bei'nvloed.
De temperatuur van het water speelt in veel opzichten
een min of meer belangrijke rol. Afb. 5 geeft hiervan
een schematisch overzicht.
Voor ons is het meest van belang, dat bij hoge temperaturen:
- de bezinksnelheid toeneemt als gevolg van de lagere
kinematische viscositeit van het water;
- biologische processen (afbraak van ammoniak en
organische stoffen) sneller en beter verlopen als gevolg van verhoogde biologische activiteiten.
Een samenvatting van de invloed van de watertemperatuur op verschillende deelbehandelingen is gegeven in
afb. 6.
Voorlopig is nog geen reele oplossing te geven om de
verminderde biologische activiteit in spaarbekkens gedurende ltoude-perioden en alle gevolgen van dien (verrninderde capaciteit en zuiveringsrendement) te cndervangen.
Voor biologische filters zou in principe een halt kunnen
worden toegeroepen aan vermindering van het zuiveringsrendement door verwarming van het ruwe water met
bijvoorbee!d aardgas. De kosten hiervan zouden kunnen
worden geraamd op gemiddeld 1 a 2 cent per afgeleverde jaar-my Bedrijven met langzame filters doen er voorts
verstandig aan de filters voor het ingaan van de winter
schoon te maken. De biologische werking kan bij water
met een temperatuur van 5 a 6" C nog vrij spoedig worden hersteld, terwijl dit niet het geval is bij nog lagere
watertemperaturen. Een en ander is uitgebeeld op afb. 7.
In verband met dit verschijnsel zou men zich kunnen
afvragen of niet zelfs een intermitterend werkende opwarming van het water (bijvoorbeeld slechts gedurende
enkele wen per etmaal of enkele dagen per week) een
bijdrage tot vermijding van een teruggang van het zuiveringsrendement van langzame filters zou kunnen leveren.
De toelaatbare maximum capaciteit van bezinkingssystemen loopt bij afnemende watertemperatuur duidelijk
terug. Dit is ook het geval bij coagulatie-inrichtingen.
Hier heeft men evenwel de mogelijkheid de dosering van
chemicalien aan te passen aan de omstandigheden. Voora1 het doseren van coagulatiehulpmiddelen is een efficiente methode om capaciteitsverlies in koudere perioden
tegen te gaan.
Bij desinfectieprocessen dient men terdege rekening te
houden met de noodzaak tot langere verblijftijden bij
lagere temperaturen van het water. Voor breekpuntchloring wordt doorgaans de verblijftijd van het water in de
contactreservoirs bij 0" C anderhalf maal zo groot gekozen als bij een watertemperatuur van 20 " C .
Hoewel men op grond van laboratoriumproeven en
mathematische filtratietheorieen anders zou verwachten,
is de invloed van de temperatuur van het water op capaciteit en zuiveringsrendement van snelfilters met hier te
lande gebruikelijke filtratiesnelheden van 4 tot 8 m/h in
de praktijk niet of nauwelijks merkbaar. Deze constatering wordt 0.m. bevestigd door een aantal waarnemingen
aan de voorfilters te Leiduin [I], aan schrijver dezes welwillend door de Gemeeentewaterleidingen van Amsterdam ter beschikking gesteld. IJzer en ammoniak worden
bij temperaturen van 2" C en bij aldaar gebruikelijke
snelheden van ca. 5 a 7 m/h in vrijwel dezelfde mate
verwijderd als in warmere perioden.
Het is echter niet ondenkbaar, dat bij hogere filtratiesnelheden (boven 10 ?I 12 m/h) de ongunstige invloed van
lagere watertemperaturen op het zuiveringsrendement
van snelfilters in de praktijk merltbaar zal worden.
Intussen zal uit het bovenstaande we1 duidelijk zijn geworden, dat in het merendeel der gevallen het aanleggen
van objectieve maatstaven bij de aanname van een toelaatbare maximum capaciteit van een bepaalde zuiveringseenheid van gegeven constructie en afmetingen
illusoir is, zelfs indien wordt beschikt over een lange
reeks van waarnemingen. De persoonlijke visie en ervaringen van de ontwerper, derhalve grotendeels subjectieve
maatstaven, zullen de doorslag blijven geven. Het is
evenwel belangrijk te onderkennen, dat bij de opgave
van de toelaatbare maximum capaciteit slechts een
uiterst geringe veiligheidsmarge (enige procenten) in aanmerking mag worden genomen. Is eenmaal de toelaatbare maximum produktiecapaciteit van een ontworpen
installatie op bovengenoemde wijze bepaald, dan moet
worden nagegaan, bij welk nominaal vermogen een voldoende mate van bedrijfszekerheid naar verwachting
kan worden gerealiseerd.
Bedrijfszekerheid
2. Algernene oprverkingen
De bedrijfszekerheid van een produktie-installatie is 0.m.
afhankelijk van de volgende factoren:
- de plaatselijke omstandigheden;
het algemeen bedrijfsbeleid;
het waterverbruik en de wisselingen daarvan in de
tijd;
- beschikbaarheid en hoedanigheid van het ruwe water;
- kwaliteit van de gebruikte materialen en wijze van
uitvoering;
- ouderdom en staat van onderhoud van de installatie;
-
trent de absolute mate van bedrijfszekerheid zal men
niet kunnen verkrijgen, maar het zou reeds een winstpunt
zijn, indien wij bij machte waren de bedrijfszekerheid van
alternatieve ontwerpen beter met elkaar te vergelijken.
temperatuur
OCI
Zulks zou in principe mogelijk zijn met behulp van mathematische bedrijfszekerheidsmodellen, welke met een
computer worden doorgerekend. De theorie van deze
werkwijze kan worden ontleend aan het vakgebied van
de ,,reliability engineering", dat de laatste jaren vooral
in de Verenigde Staten een enorme ontwikkeling heeft
doorgemaakt. De specialisten, die op dit gebied werkzaam zijn, zijn voornamelijk betrokken bij rnilitaire en
ruimtevaartprojecten. Met name de vliegtuigfabrieken
en de elektronische industrie hebben een enorme stoot
gegeven tot de verdere ontwikkeling en vooruitgang van
deze jonge tak van wetenschap. Zonder computers zou
zulk een ontwikkeling ondenkbaar zijn geweest.
I
restconcentratie
I
I
restconcentrat ie
schoon rnaak
I
I
Afb. 7 - Invloed van het tijdstip van sclzoonnzaak op het rendenzent van ket langzame filter.
bekwaamheid, ervaring, improvisatievermogen en niet
te vergeten de arbeidsvreugde en loyaliteit van het
leidinggevend, bedienend en overig uitvoerend personeel;
- de kwaliteit van het ontwerp.
-
In het volgende is gezien het onderwerp van deze cursus
voornamelijk aandacht geschonken aan de zo belangrijke
invloed van het ontwerp op de bedrijfszekerheid. De ontwerper dient dan ook terdege rekening te houden met de
eisen ten aanzien van de bedrijfszekerheid. Elke exploitant van een zuiveringsinstallatie staat immers machteloos, indien niet reeds in de ontwerpfase aan de verschillende aspecten van de bedrijfszekerheid voldoende aandacht is besteed.
In het ontwerp moet dan ook een gamma van mogelijkheden worden opgenomen, welke de latere gebruiker van
de installatie in staat stellen de gevolgen van een eventueel optredend defect in enig onderdeel geheel te ondervangen of althans tot aanvaardbare proporties terug te
brengen.
In het ontwerpstadium zal een systematische analyse met
betrekking tot de bedrijfszekerheid niet mogen ontbreken. De moeilijkheid bij een dergelijke analyse is, dat
objectieve gequantificeerde criteria voor de bedrijfszekerheid geheel ontbreken, terwijl richtlijnen voor het bereiken van een voldoende bedrijfszekerheid, voor zover
zij voorhanden zijn, over het algemeen zeer summier zijn.
Zulks is ook begrijpelijk, wanneer men bedenkt, dat de
ornstandigheden van plaats tot plaats en van dag tot dag
kunnen verschillen en quantitatieve gegevens over de
storingskansen van pompen, filters, afsluiters e.d. niet
of in onvoldoende mate beschikbaar zijn. Men dient zich
dan ook te realiseren, dat een meer objectieve en theoretische benadering van het bedrijfszekerheidsvraagstuk,
waarbij de bedrijfszekerheid quantitatief wordt bepaald,
voorshands alleen mogelijk is op grond van een groot
aantal aannamen en veronderstellingen. Uitsluitsel om-
Wij zullen onze kennis dan ook voornamelijk moeten
ontlenen aan beschouwingen en theorieen in de genoemde vakgebieden, want schrijver dezes is er niet in geslaagd
literatuur te achterhalen, welke specifiek betrekking heeft
op de theorie van de bedrijfszekerheid van zuiveringsinstallaties. Men zou op het eerste gezicht geneigd zijn te
oordelen, dat bedrijfszekerheidstheorieen voor verschillende vakgebieden elkaar we1 niet veel zullen ontlopen.
Inderdaad is dit ook het geval, zolang het de principiele
benadering van het bedrijfszekerheidsvraagstuk betreft.
Zodra evenwel op details van berekeningswijzen wordt
ingegaan, blijkt, dat de mathematische uitwerking, waarbij veelvuldig wordt gebruik gemaakt van exponentiele
functies, minder toegankelijk is voor niet-specialisten in
,,reliability engineering". Schrijver heeft dan ook gemeend de mathematische berekeningswijzen op een
eenvoudiger leest te moeten schoeien, omdat deze voor
velen beter te begrijpen zijn en mede daardoor gemakkelijker een beter inzicht in het bedrijfszekerheidsvraagstuk
wordt verkregen.
De daaruit voortvloeiende grotere onnauwkeurigheid in
de resultaten moet dan op de koop toe worden genomen.
Gebruik makend van de mathematische bedrijfszekerheidstheorie zullen wij in principe in staat zijn om te
komen tot een meer objectieve en daarom meer verantwoorde keuze uit alternatieve ontwerpen dan mogelijk
is op grond van alleen een sterk subjectieve analyse van
de bedrijfszekerheid, welke is gebaseerd op intuitie, technisch gevoel en ervaring van de ontwerper.
Zolang evenwel de basisgegevens geheel of gedeeltelijk
ontbreken of de nauwkeurigheid daarvan te wensen overlaat, zullen we van de mathematische theorie niet meer
mogen verwachten dan een controle- en correctiemiddel
op intuitie, technisch gevoel en ervaring van de ontwerper.
Het voordeel van de toepassing van de mathematische
bedrijfszekerheidstheorie moet daarom eerder worden
gezocht in de bevordering van een gezond denkproces
bij de ontwerper en van een meer systematische en minder gevoelsmatige aanpak van het vraagstuk dan in de
misschien in theorie bestaande mogelijkheid van een
quantitatieve voorspelling van de bedrijfszekerheid.
Uitdrukkelijk wordt gesteld, dat het alleen zin heeft om
ons te gaan wijden aan de mathematische bedrijfszekerheidstheorie, wanneer wij het bovenstaande steeds goed
voor ogen houden.
van het systeem op een bepaald tijdstip in de toekomst.
Bedrijfszekerheid is:
Voorbeelden van
1. kans, dat systeem naar behoren zal
functioneren
Onbemande
raketten
gedztre~tdetijdvak T
(geen reparatie)
,,Reliability"
2. kans, dat systeem naar behoren functioneert
op tijdstip t~ 6n
na t l gedurende tijdvak T
(gem reparatie).
,,Interval reliability"
3. kans, dat systeem naar behoren functioneert
op willekeurig tijdstip t (in gegeven
tijdvak T)
,,Pointwise Availability"
(reparaties toegestaan)
4. dat deel van gegeven tijdvak, gedzwende hetwelk systeem naar verwachting naar behoren zal functioneren
,,(Interval) Availability''
(reparaties toegestaan)
Maanvoertuigen
Machinefabriek
Bij verdere beschouwing van de gegeven definities blijkt,
dat de eerste twee niet in aanmerking komen voor gebruik in de waterleidingtechniek, omdat de mogelijkheid
van reparatie wordt uitgesloten. Definities 3) en 4) leveren beide dezelfde numerieke waarden in een concreet
geval. Omdat de vierde definitie in waterleidingkringen
het meest zal aanspreken, zal deze in het navolgende
worden gehanteerd. Op praktische gronden ware voor
toepassing in de waterleidingtechniek de duur van het
tijdvak, waarop de berekende bedrijfszekerheid betrekking heeft, te stellen op 66n jaar. Daarmede is de bedrijfszekerheid A als volgt gedefinieerd:
het aantal tijdseenheden binnen een jaar, dat de
installatie naar verwachting naar behoren zal
functioneren
A = het aantal tijdseenheden van een jaar
Op overeenkomstige wijze kan de storingskans a worden
gedefinieerd:
Radarinstallaties
Elektrische
centrales
Zuiveringsinstallaties
Afb. 8 - E~tigedefirzities van bedrijfszekerheid uit de Amerikaanse
literatuur.
3 . H e t begrip bedrijfszekerheid
Bij raadpleging van de literatuur op het gebied van de
bedrijfszekerheid blijkt, dat er verschillende omschrijvingen bestaan van het begrip bedrijfszekerheid. Dit verschijnsel is te verklaren op grond van de omstandigheid,
dat de omschrijving ten nauwste samenhangt met de
aard van het object, waarvan de bedrijfszekerheid wordt
ondenocht. Somtijds is in het geheel geen mogelijkheid
tot reparatie aanwezig (onbemande raketten), soms slechts
in beperkte mate (bemande ruimtecapsules), soms bestaat
de mogelijkheid van preventief onderhoud (bijvoorbeeld
in een machinefabriek), waarbij eventuele storingen
slechts leiden tot enig economisch aanvaardbaar geacht
produktieverlies.
De voornaamste definities van bedrijfszekerheid, welke
in de Amerikaanse literatuur werden aangetroffen, zijn
in verkorte vorm weergegeven in afb. 8. Bij alle definities
is sprake van een kans of mathematische verwachting,
welke betrekking heeft op het naar behoren functioneren
-
A f b . 9 Voorbeeld 1. Systeent bestaande uit ponzpaggregaat en
energievoorziening.
het aantal tijdseenheden binnen een jaar, dat de
installatie naar verwachting niet naar behoren zal
functioneren
a =
het aantal tijdseenheden van een jaar
Per definitie is derhalve: A
+ a = 1.
Overeenkomstige definities kunnen worden gegeven voor
de bedrijfszekerheid en de storingskans van onderdelen.
Ter aanvulling diene, dat een onderdeel ,,naar behoren
functioneert", indien het betreffende onderdeel potentieel
in staat is zijn taak naar behoren te vervullen. Een
pomp, welke geen defect vertoont, wordt derhalve geacht ,,naar behoren te functioneren", zelfs indien door
een stagnatie in de energielevering geen water kan worden verpompt.
4. Bedrijfszekerheidsberekeningen
In het navolgende is nagegaan, hoe in principe de berekening van de bedrijfszekerheid zou kunnen worden
opgezet voor installaties, welke nog in het ontwerpstadium verkeren.
AUeen door sterke schematisering en vereenvoudiging
van de reele situatie is het mogelijk met behulp van de
grondregels van de waarschijnlijkheidsleer en kansberekening tot een resultaat te komen.
Bij berekeningen en voorspellingen van de bedrijfszekerheid wordt in de eerste plaats als uitgangspunt gekozen,
dat van elk onderdeel (component) of samenstel van
onderdelen (een eenheid) of samenstel van gelijksoortige
eenheden met dezelfde functie een subsysteem) een duidelijke taakomschrijving (met vermelding van kwaliteit
en capaciteit) kan worden gegeven. Bovendien wordt
doorgaans aangenomen, dat 0.m. aan de volgende hypothesen wordt voldaan:
a. het optreden van een storing in een of ander onderdeel wordt zuiver door het toeval bepaald;
I
!
pornpaggregaat
'
I
b. storingen van onderdelen zijn ,,onafhankelijke gebeurtenissen" in de zin, welke daaraan in de waarschijnlijkheidsleer wordt gegeven;
c. de storingskans van enig onderdeel gedurende de beschouwde periode van 66n jaar is constant;
6. Systeenl met n ongelijke eenheden, zonder reserve
Formule ( 1 ) wordt in de literatuur dikwijls in een meer
algemene vorm geschreven:
i =n
(4)
As = 1 7 (1 -ai)
i=l
waarin
en a i
I
I
A f d . 10
- Voorbeeld 2. Systeem met 3 eenheden, warnvan 1 reserve.
d. de invloed van gepland preventief onderhoud op de
bedrijfszekerheid is te verwaarlozen;
e. aan elk onderdeel, eenheid of subsysteem kan een
,,onafhankelijkeVstoringskans worden toegekend, op
grond van waarnemingen of schattingen.
Met betrekking tot de veronderstellingen d) en e) moet
het volgende worden opgemerkt.
Preventief onderhoud wordt veelal uitgevoerd om de
kans op storingen op ongelegen ogenblikken zoveel mogelijk te verminderen. Daarom zal de gebruiker het preventief onderhoud zodanig plannen, dat dit buiten de
piekuren valt. De beschikbare reserve wordt derhalve
tijdelijk kleiner, waardoor de mate van bedrijfszekerheid
buiten de piekuren ongunstig wordt beinvloed; doch
tijdens piekverbruiken wordt de bedrijfszekerheid juist
vergroot door preventief onderhoud. Daarom is hypothese d) alleen aanvaardbaar, indien de geschatte storingskans van onderdelen, welke preventief onderhoud
behoeven, wordt vastgesteld, alsof geen preventief onderhoud plaats vindt.
In navolgende paragrafen is een aantal eenvoudige berekeningsmethoden gegeven, welke bij de analyse van de
bedrijfszekerheid van een systeem van belang kunnen
zijn. De theorie is toegelicht met een aantal voorbeelden.
5 . Systee~nnter n gelijke eenheden, zonder reserve
De n gelijke eenheden hebben alle een gelijke produktiecapaciteit C en een gelijke ,,onafhankelijkemstoringskans
ax. De verlangde prestatie is de continue levering van W,
waarbij (n - 1) C < W 5 nC.
Het beschreven systeem zal derhalve alleen zijn taak
naar behoren vervullen, wanneer alle n eenheden geen
defect vertonen en voor produktie beschikbaar zijn.
De kans, dat een eenheid naar behoren functioneert
(m.a.w. de bedrijfszekerheid A1 van een eenheid) is:
A1 = 1-a1
De bedrijfszekerheid A, van het systeem (m.a.w. de kans,
dat alle n eenheden hun taak naar behoren vervullen) is
op grond van de vermenigvuldigingsregel uit de waarschijnlijkheidsleer:
=
onafhankelijke storingskans van de ide eenheid.
De formule geldt, zolang de verlangde prestatie alleen
kan worden geleverd, indien alle n eenheden naar behoren functioneren. Derhalve geldt zij ook voor seriesystemen en serieparallelsystemen zonder reserve.
De benaderingsformule voor de storingskans a, wordt:
7 . Parallelsystee~nmet n gelijke eenheden, waarvan
kkn reserve
De n gelijke eenheden hebben alle een gelijk produktievermogen C en een gelijke onafhankelijke storingskans
al. De verlangde prestatie van het systeem is de continue
levering van W, waarbij (n - 2) C < W 5 (n - 1) C.
Het beschreven systeem zal zijn taak naar behoren vervullen in de volgende toestanden.
1. n eenheden functioneren naar behoren;
2. (n - 1) eenheden functioneren naar behoren.
De kans K,-1 op toestand 2 is:
De kans K,-1 op toestand 2 is:
A, kan nu worden verkregen door optelling van K, en
K,-l (optelregel uit de waarschijnlijkheidsleer):
+
A, = (1 -al)n
nal (1 -alp-1
Bij benadering is voor kleine waarden van al:
n (n - 1) a12
a, %
8. Parallelsystee~nmet n gelijke eenheden,
waarvan r reserve
Formules (6) en (7) zijn bijzondere gevallen van het meer
algemene geval, waarin het systeem bestaat uit n gelijke
eenheden, waarvan r eenheden als reserve staan opgesteld. Elke eenheid heeft wederom een produktievermogen C en een onafhankelijke storingskans al.
De verlangde prestatie W voldoet aan (n -r - 1)
C < Wl(n-r)C.
De algemene formule wordt dan:
Voor kleine waarden van a1 wordt de benaderingsformule
voor de storingskans a, van het systeem:
De storingskans a, van het systeem is dan:
a, = 1 -(1 -al)n
of bij benadering voor kleine waarden van al:
a,
* nal
waarin
n ! = n (n-1) (n-2)
en per definitie: o ! = 1.
.... X I
Derhalve:
Met de benaderingsformule hadden we gevonden:
1
Aangenomen kansverdel~ngwaterverbrulk 3C<W<4C -+f(w) = 0.90
4c<w:5c
-f(w)=O,lO
Voorbeeld 3 (afb. 11)
Gevraagd te berekenen de bedrijfszekerheid A, en de
storingskans a, van een systeem, bestaande uit 5 pompaggregaten (elk met een capaciteit C) met onafhankelijke
storingskansen a1 = 0,001.
De gevraagde prestatie W voldoet gedurende 10 O/o van
de tijd aan 4 C < W 5 5 C en gedurende 90 O/o van de
tijdaan 3 C < W 5 4 C .
Afb. 11 - Voorbeeld 3. Systeem nzet 5 eenhederz, waarvan 1 reserve
gedurende 10 % van de tijd.
Door substitutie van r = o en r = 1 in formule (9) worden respectievelijk formules (3) en (7) teruggevonden.
9. Voorbeelden en toepassingen van voorgaande theorie
Voorbeeld 1 (afb. 9)
Gevraagd te berekenen de bedrijfszekerheid A, en de
storingskans a, van een systeem (met produktiecapaciteit
C), dat bestaat uit twee ongelijke subsystemen Si en S2
(bijvoorbeeld een pompaggregaat en zijn energievoorziening) met onafhankelijke storingskansen a1 = 0,001,
resp. a2 = 0,005. De gevraagde prestatie W kan alleen
worden geleverd, indien beide subsystemen hun taak
naar behoren vervullen. Voorts is steeds o W C.
Oplossing:
Het betreft hier een serie-systeem.
Formule (4) geeft de gevraagde uitkomst
A, = (1 -ai) (1 -az) = 0,999 x 0,995 = 0,994005
Derhalve:
a, = 1 -A,
=
0,005005
Benaderingsformule (5) geeft als resultaat:
a, = a1
+ a2 = 0,006
Voorbeeld 2 (afb. 10)
Gevraagd te berekenen de bedrijfszekerheid A, en de
storingskans a, van een systeem (met totale produktiecapaciteit 3 C), dat bestaat uit 3 gelijke eenheden El,
E2 en E3, elk met een capaciteit C en met een onafhankelijke storingskans a1 = 0,Ol. De gevraagde prestatie
W kan alleen worden geleverd, indien tenminste 2 van
de 3 eenheden naar behoren functioneren.
Voorts is steeds: C < W 5 2 C.
Oplossing:
Het betreft hier een parallel-systeem.
Gedurende 10 "/o van de tijd geldt:
a,5 = 0,005 (formule 3)
derhalve Ass = 0,995
Gedurende 90 O/o van de tijd geldt
a,g = 10-5 (formule 7)
derhalve A,g = 0,99999
De bedrijfszekerheid A, van het systeem onder de vigerende omstandigheden kan worden berekend met behulp van de produkt- en optelregel uit de waarschijnlijkheidsleer:
A,
=
0,10 Ass
+ 0,90 A,g
derhalve
A, = 0,999491 en
a, = 509 x 10-6
Voorbeeld 4 (afb. 12)
Door toevoeging van Ckn extra-eenheid aan het systeem
van voorbeeld 3 wordt de bedrijfszekerheid van het
systeem aanmerkelijk bevorderd.
In dit geval is n
=
6 en wordt volgens formule (9):
a,5 = 15.10-6
en a,4 = 2.10-8
Afb. 12 - Voorbeeld 4. Systeem met 6 eenheden, waanrart 2 reserve
gedurende 90 % van de tijd en 1 reserve gedurende 10 % van de
tijd.
I
Oplossing:
Het betreft hier een parallel-systeem.
Pas formules (6) en (7) toe met n = 3 of formules (8)
en(9) met n = 3 e n r = 1.
We vinden:
A, = 0,993
+ 3 .0,01 (0,99)2 = 0,999702
a,=1.518 lo-"
Aangenomen kansverdeling
waterverbruik:
3C<W<~C--f(~)=0.90
LC<W~SC+~(W)=O,~O
zodat
A , = 0,10 (1 - 15.10-6)
derhalve
A, = 1 - ,518.10-6 en
a, = 1,518.10-6
+ 0,90 (1 -2.104)
De storingskans van dit systeem is ongeveer 335 maal zo
klein als die van het systeem van voorbeeld 3.
10. Serie-parallelsystemen tnet reserve
Onder een serie-parallelsysteem wordt verstaan een
systeem, dat is samengesteld uit een serieschakeling van
een aantal subsystemen, welke elk afzonderlijk weer
bestaan uit een parallelschakelingvan eenheden.
Indien elk subsysteem is samengesteld uit een aantal
onderling gelijke eenheden met gelijk vermogen en gelijke storingskans, kan de bedrijfszekerheid worden berekend voor elk individueel subsysteem met behulp van
de bekende formules.
Indien bovendien sprake is van een zuivere serieschakeling van subsystemen, waarbij alle subsystemen naar behoren moeten functioneren om het systeem in staat te
stellen de gevraagde prestatie te leveren, zal met formule (4) de bedrijfszekerheid van het systeem kunnen
worden berekend.
Voorbeeld 5 (afb. 13)
Van het systeem van afb. 13 wordt verlangd, dat continu
een capaciteit 4 C beschikbaar is.
De bedrijfszekerheid AI van subsysteem St, bestaande
uit 3 gelijke eenheden, elk met capaciteit 2 C en storingskans ax, is voor W = 4 C:
De bedrijfszekerheid AII van subsysteem 2, bestaande
uit 5 gelijke eenheden, elk met capaciteit C en gelijke
storingskans a4, is voor W = 4 C:
AII
=
1-
10a42
A,,
1-3a12-10a42
= A,.
=
+ 3Oa12 a42
Voor kleine waarden van a1 en a4 kan de laatste term
gevoegelijk worden verwaarloosd, zodat
11. Procentuele reserve
Overeenkomstig de gangbare opvatting wordt de procentuele reserve hier gedefinieerd als de verhouding tussen de totale capaciteit van de reserve-eenheden en de
totale capaciteit van de overige eenheden.
Voor een systeem, bestaande uit n gelijke eenheden,
waarvan r als reserve staan opgesteld, bedraagt derhalve
de procentuele reserve R:
R = -
r
X
- Voorbeeld 5. Systeein bestaande uit 2 subsysteii~eit.
kansen a, berekend. Enige resultaten zijn gegeven in
tabel I.
Duidelijk blijkt, hoezeer de storingskansen van diverse
systemen uiteenlopen ondanks een gelijke procentuele
reserve. Dikwijls geeft een kleinere procentuele reserve
een hogere bedrijfszekerheid. Men zij dus uiterst voorzichtig in het hanteren van de procentuele reserve als
maatstaf voor de onderlinge vergelijking van de bedrijfszekerheidvan in aanmerking komende alternatieven.
TABEL I
zodat de bedrijfszekerheid A, van het systeem kan worden berekend uit
A,
A,
Afb. 13
100 %
n-r
Voor een aantal systemen, elk bestaande uit een aantal
gelijke eenheden met gelijke onafhankelijke storingskans
a1 = 0,01, zijn met behulp van formule (9) de storings-
- (voor a1 = 0,Ol)
totaal aantal
eenheden n
aantal reserve
eenheden r
procentuele
reserve R in %
storingskans
systeem voor
a1 = 0,01 a,
5
4
10
8
15
12
30
12. Parallelsystenlen van ongelijke eenheden inet reserve
Zolang het gaat om systemen en subsystemen bestaande
uit gelijke eenheden, is de bedrijfszekerheid op betrekkelijk eenvoudige wijze met behulp van de gegeven formules te berekenen.
Moeilijker wordt het berekeningen uit te voeren, indien
het systeem niet of niet geheel uit gelijke eenheden bestaat, waarvan bovendien een aantal als reserve is opgesteld. In dergelijke gevallen kan voor niet te grote systemen met succes gebruik worden gemaakt van een ,,probability tree" (,,waarschijnlijkheidsnetwerk"). Systernatisch wordt nagegaan, in welke toestanden het systeem
kan verkeren. De kans op het optreden van elke toestand
TABEL I1
- (voorbeeld 6)
Alternatieve oplossing (zonder netwerk)
Dezelfde uitkomst hadden we gevonden, indien El en E2
tezamen als een subsysteem SI was beschouwd en E3 als
subsysteem S2.
Het subsysteem S1 heeft een bedrijfszekerheid AI voor
een capaciteit van 300 m3/h:
Kans op toestand
en een storingskans aI:
Het subsysteem Sz heeft een bedrijfszekerheid AII voor
een capaciteit van 300 m3/h:
en een storingskans aII:
wordt berekend, waarna de bedrijfszekerheid kan worden
berekend door optelling van de kansen op alle toestanden, waarin het systeem de verlangde prestatie nog kan
leveren. In het volgende voorbeeld is deze methode toegepast.
Voorbeeld 6 (afb. 14)
Een systeem, bestaande uit 3 eenheden El, Ez en E3 met
gelijke functie, doch met verschillend vermogen (resp.
100, 200 en 300 m3/h) en met storingskansen van resp.
ax, a2 en a3 moet continu een debiet leveren van 300
m3/h. Het waarschijnlijkheidsnetwerk van het systeem
is weergegeven in de afbeelding. De bij de takken van
het netwerk geplaatste symbolen El, E2 en E3 betekenen,
dat El, Ez en E3 naar behoren functioneren.
De notaties El, Ez en E3 hebben betrekking op de toestand, waarin de betreffende eenheden wegens een storing niet beschikbaar zijn voor produktie.
De kans op het optreden van toestand 1 (derhalve El E2
E3), waarin alle 3 eenheden naar behoren functioneren,
wordt genoteerd als Pr {EI E2
.
~ 3 ) Pr
{EI E2 E ~ )
kan berekend worden met de produktregel:
Op overeenkomstige wijze kunnen de kansen op het optreden van de overige toestanden worden berekend. Voor
de onderhavige voorbeeld zijn de resultaten van deze
berekening samengevat in tabel 11.
Uit de tabel blijkt, dat het systeem alleen naar behoren
kan functioneren als het verkeert in 66n der toestanden
1, 2, 3, 5 of 7. De kans op het optreden van 66n dezer
toestanden, m.a.w. de bedrijfszekerheid A, van het systeem wordt gevonden door optelling van de kansen op
het optreden van deze toestanden. Dit levert:
Het systeem kan alleen zijn taak niet vervullen, indien
beide subsystemen SI en S2 zijn gestoord, derhalve is de
storingskans a, van het systeem
Opnterkingen
Toepassing van deze ,,netwerkrnethodeWlijkt op het eerste gezicht ook aantrekkelijk voor de berekening van
meer ingewikkelde systemen. Hieraan zijn evenwel grote
praktische bezwaren verbonden. Het voornaamste bezwaar is, dat het aantal toestanden in het netwerk exponentieel toeneemt met het aantal eenheden. Voor een
systeem met 10 eenheden, bedraagt het aantal toestanden
reeds 210 = 1024, voor een systeem met 33 eenheden ca.
10 miljard!
Een ander bezwaar is, dat ondanks een systematische
aanpak de kans op vergissingen en rekenfouten vrij groot
is. Het verbruik van een computer kan vooral het eerste
bezwaar niet ondervangen, omdat het aantal gegevens,
dat moet worden ingevoerd zeer groot is, en deze een
aanzienlijke voorbewerking moeten ondergaan.
Aan beide bezwaren kan gedeeltelijk worden tegemoet
gekomen door gebruik te maken van de hierna te beschrijven ,,matrix-methode".
13. Matrix-methode
Bij de ,,matrix-methode" voor de berekening van de bedrijfszekerheid worden de kansen op toestanden, welke
optreden ten gevolge van meer dan 2 gelijktijdig optredende defecten aan verschillende onderdelen van de
installatie, verwaarloosd. De invloed van de verwaarlozing van deze kansen op de uitkomsten zal later worden besproken.
De storingskans a, kan worden gevonden door optelling
van de kansen op het optreden van de toestanden 4, 6
en 8, waarin het beschikbare vermogen Meiner is dan de
gevraagde capaciteit van 300 m3/h. Dit levert:
De ontwikkelde methode heeft het voordeel, dat zij niet
alleen een systematische aanpak bevordert, doch ook, dat
computerberekeningen van verschillende ontwerpen met
behulp van hetzelfde computerprogramma kunnen worden uitgevoerd.
De kans op het optreden van 6611 der toestanden 1 tot en
a, = 1 .
met 8 is 1, want A,
De werkwijze, welke bij de matrix-methode wordt gevolgd, kan het beste worden beschreven aan de hand van
+
mers aan elke plaats in de matrix kan een kans worden
toegekend.
De kans op de toestand van kolom 3, rij 2 is bijvoorbeeld:
en de kans op de toestand van kolom 5, rij 3 is:
Stelt men (1 -al) (1 -a2) (1 -aa) = A,, dan is de
bedrijfszekerheid A, van het systeem voor een verlangde
prestatie van 300 m3/h te herleiden tot de volgende vorm:
"Probability tree"
Voorbeeld 8
Zie voor de gegevens voorbeeld 5 en afb. 13.
De matrix wordt:
Afb. 14
Component Storingskans ldefect
ofeenheid
- Voorbeeld 6. Systeen~met 3 or~gelijkeeenhede~z.
1
2
3
2 defecten
4 5 6
7
8
een tweetal voorbeelden, welke reeds in het voorgaande
met de conventionele methode werden doorgerekend.
Voorbeeld 7
Zie voor de gegevens: voorbeeld 6 en afb. 14.
De matrix is in dit geval
Kolom
rij
1
2
3
1
2
3
Compo~
~
nent of Storings- bij 6611
kans
defect
eenheid
E1
~2
E3
a1
a2
a3
500
400
300
4
5
6
Toestand
~
bij
~ combinatie
t
~
van twee defecten
El
E2
E3
300
200
100
De bedrijfszekerheid A, van het systeem is voor de continu
prestatie W = 4C:
~ verlangde
d
a2
-
-
In kolom 1 is de codering van de betreffende component
aangegeven. Kolom 2 geeft de bij het betreffende onderdeel behorende onafhankelijke storingskans. In kolom 3
is de beschikbare capaciteit van het systeem aangegeven
in het geval van een defect van de in de betreffende rij
in kolom 1 vermelde eenheid. In de kolornrnen 4 tot en
met 6 is hetzelfde geschied, doch thans voor combinaties
van defecten aan 2 componenten.
+51 -a2
+ 15
+
(1 -a d (1 - a21
Door de systematische opstelling van de gegevens, welke
in de vorm van de matrix aan de computer worden toegevoerd, is de computer in staat de bedrijfszekerheid van
het systeem op snelle en nauwkeurige wijze te berekenen
met behulp van een geschikt computerprogramma. Im-
A,
waarin A, = (1 -a ~ (1) ~a2)5
De gevonden uitkomsten zijn bijzondere vormen voor
de algemene formule, welke bij de matrix-methode wordt
toegepast:
In kolom 5, rij 3 betekent 100 derhalve, dat het systeem
bij gelijktijdig optredende defecten van E 2 en E 3 slechts
100 m3/h kan leveren.
Wordt zoals in het onderhavige geval, een minimale
prestatie gevraagd van 300 m3/h, dan moeten voor de
berekening van de bedrijfszekerheid van het systeem
alleen die toestanden in aanmerking worden genomen,
waarin een capaciteit van 300 of hoger staat vermeld.
]
i=n
+ i x= l
k=n
(Fik
k=l
(1 -ai) (1 -a,J
I)
A,, (10)
waarin:
n
i
k
a,
= het aantal componenten, welke bij de berekening
in beschouwing wordt genomen;
de ide component van het systeem;
= de kde component van het systeem;
= de storingskans;
=
winning
I
beluchting
filtratie
LO
58
18
66
de samenstellende componenten bekend worden verondersteld en de opstelling van de matrix uitvoerbaar is.
Is dit laatste niet het geval, dan kan dit knelpunt worden
omzeild door een verdergaande vereenvoudiging en schematisering. Met opoffering van enige nauwkeurigheid
kan dikwijls het samenvoegen van een aantal componenten tot nieuwe eenheden of subsystemen uitkomst brengen. Zo is het mogelijk het systeem van afb. 15a met
83 componenten terug te brengen tot het model van afb.
15b met slechts 27 componenten, zonder a1 te veel afbreuk te doen aan de nauwkeurigheid van de uitkomst.
desinfectie
I
A f b . 15 - a. Adode1 bestani1de lrit 83 coiilporleiztei1; b . Sterk vermodel (27 cori~poi~eizteiz)
varl oorsproi~kelijks)~steeni.
eeit~ao~tdigd
Fi
=
F,,,
=
1, indien een defect aan de ide component geen
invloed heeft op het naar behoren functioneren
van het systeem (anders F, = 0);
1, indien een combinatie van defecten van de
componenten i en k geen invloed heeft op het
naar behoren functioneren van het systeem (anders F i , = 0), tenvijl F,, = 0 voor 5 k;
Deze algemene formule leent zich uitstekend voor programmering op de computer. ECn moeilijkheid blijft bestaan: het voorbewerken van de gegevens, welke in de
matrix moeten worden opgenomen. Dit is voor grotere
systemen een omslachtig werk. Voor een systeem, dat
uit n componenten bestaat, bevat matrix ongeveer
1
(- n V n) elementen. Voor een systeem met bijvoor2
beeld 10 componenten is dit geen bezwaar, doch voor
een systeem met 50 elementen moeten reeds ca. 1300
gegevens worden voorbewerkt. Gesteld, dat drie varianten in zulk een geval worden geanalyseerd, dan betekent
dit, dat 3900 maal moet worden nagegaan, welke capaciteit nog beschikbaar is, wanneer CCn of een combinatie
van twee storingen van componenten zouden optreden!
Toch levert de matrix-methode ten opzichte van de netwerk-methode reeds een zodanige besparing, dat zij in
veel gevallen met succes zal kunnen worden toegepast.
De nauwkeurigheid van de matrix-methode is uiteraard
kleiner dan die van de netwerk-methode. Verwaarlozing
van de kans op het optreden van combinaties van storingen van meer dan twee componenten zal over het algemeen leiden tot een theoretisch te pessimistische schatting
van de bedrijfszekerheid.
14. Toepassir~gsr~~ogelijkheden
van de r?1atrin--rnethode
De matrix-methode kan in principe worden toegepast
op elk willekeurig systeem, mits de storingskansen van
Een andere mogelijkheid tot vereenvoudiging is uiteraard
alleen die elementen in de matrix op te nemen, welke een
relatief grote kans hebben. Alle niet ingevulde elementen
verkrijgen dan de waarde 0. Dit betekent, dat een groot
aantal combinaties (in veel gevallen het merendeel) van
twee defecten niet in beschouwing wordt genomen. Ook
hier wordt aan nauwkeurigheid ingeboet. Welke methode
men ook kiest, steeds zal blijken, dat degene, die wordt
belast met het opstellen van de matrix, aan inzicht zal
winnen en tot bepaalde conclusies zal kunnen komen,
welke voor de ontwerper van nut kunnen zijn.
Is de matrix eenmaal opgesteld, dan biedt de matrixmethode de mogelijkheid om op zeer eenvoudige en
snelle wijze de computer te laten nagaan, welke invloed
de storingskans van bepaalde onderdelen heeft op de
bedrijfszekerheid van het onderzochte systeem.
Zulk een onderzoek op gevoeligheid van het systeem
voor variaties in de storingskans van componenten kan
tot interessante resultaten leiden, zoals uit de volgende
paragraaf zal blijken.
15. Koppelingselerne~lten
Tot dusverre hebben wij steeds verondersteld, dat eenheden van een systeem of subsysteem naar believen kunnen worden bij- en afgeschakeld. De bedrijfszekerheid
van de koppelingselementen (afsluiters en afsluitercomplexen, kanalen en leidingen) werd daarbij steeds buiten
beschouwing gelaten en niet in de berekening opgenomen, m.a.w. de storingskans van deze toch zeer essentiele koppelingselementen werd steeds 0 gesteld.
Hoewel op zichzelf de kans op het optreden van een
defect in een koppelingselement relatief klein is ten opzichte van de kans op andere storingen, kan zij niet geheel worden verwaarloosd, te meer niet, omdat in veel
gevallen de gevolgen van zulk een storing zeer ernstig
kunnen zijn en het beschikbare produktievermogen aanzienlijk kan worden gereduceerd.
Vermeerdering van het aantal koppelingselementen betekent meer schakelmogelijkheden en vermindering van
de gevolgen van een storing in CCn of meer eenheden,
doch tegelijkertijd wordt de kans op storingen van het
systeem door een defect in CCn der koppelingselementen
groter. Er is dus sprake van een optimaliseringsprobleem,
dat in principe kan worden opgelost met behulp van een
gevoeligheidsonderzoek van de in aanmerking komende
varianten.
Aan de hand van afb. 16a zal een en ander worden toegelicht.
Ontwerp A bevat een serieschakeling van 3 deelbewerkingen (bijvoorbeeld: pomp, beluchting, filtratie), waarbij voor elke deelbewerking slechts CCn eenheid van vol-
doende capaciteit beschikbaar is. Aan elke eenheid is
een onafhankelijke storingskans toegekend. Elke storing
aan CCn der eenheden resulteert in een niet kunnen voldoen aan de verlangde prestatie. Voorts is aangenomen,
dat de onderlinge verbindingen en de toe- en afvoerlijn
een storingskans 0 hebben. Onderwerp B bevat een
parallelschakeling van 3 produktielijnen, welke elk zijn
opgebouwd uit de 3 deelbewerkingen. Om de verlangde
prestatie te leveren, zijn doorgaans slechts 2 produktielijnen noodzakelijk. Teneinde C6n of meer produktielijnen te kunnen af- of bijschakelen zijn aan het begin
en aan het eind van het systeem afsluitercomplexen
(koppelingselementen) nodig, welke een bepaalde storingskans a hebben. Een enkele storing van 6611 der eenheden resulteert slechts in een gedeeltelijk vermogensverlies, terwijl zich gevallen kunnen voordoen, waarin
zelfs het tegelijkertijd optreden van 2 storingen nog geen
aanleiding tot stagnatie in de levering behoeft te geven
(bijvoorbeeld, wanneer deze 2 storingen in dezelfde produktielijn voorkomen). Een enkel defect aan BCn der
koppelingselementen houdt evenwel in, dat de installatie
niet meer de verlangde prestatie kan leveren.
De ontwerpen C en D bevatten 4 resp. 6 koppelingselementen. De schakelmogelijkheden zijn groter. Het
systeem D is zelfs niet gevoelig voor een combinatie van
2 storingen, mits deze niet plaats vinden binnen hetzelfde
subsysteem, waartoe gelijksoortige eenheden behoren.
Met het grotere aantal koppelingselementen is de bedrijfszekerheid van het systeem evenwel gevoeliger geworden voor een storing van een koppelingselement.
storingskans
systeem
(log -schaal)
I
I
-
a:
storingskans ,,koppelingselement'
(log. schaal)
I
Afb. I6 - a. ModeNera van de 4 onderzochte sysienzen; b. Sforingskansen van de 4 systemen als functie van de storingskans van
een koppelingdenzent.
In de grafiek van afb. 16b zijn de storingskansen van de
systemen op logarithmische schaal afgezet als functie van
de storingskans a van een koppelingselement.
Voor ontwerp A wordt een rechte lijn gevonden, omdat
dit systeem geen koppelingselementen bevat.
een belangrijk hulpmiddel zijn bij de bepaling van het
aantal produktielijnen en van plaats en aantal van eventuele onderlinge verbindingen, alsmede bij de keuze van
het te gebruiken type afsluitorgaan.
Voor de systemen B, C en D worden krommen gevonden,
welke voor grote waarden van a asymptotisch naderen
tot de lijnen onder 45" C.
16. Reservoirs
Hoewel theoretisch misschien de mogelijkheid bestaat om
met behulp van de wachttijden- en voorraadtheorie [2]
de invloed van de aanwezigheid van reservoirs op de
bedrijfszekerheid quantitatief te benaderen, is schrijver
dezes er niet in geslaagd een bn~ikbaremethode te vinden, waarmede in de praktijk kan worden gewerkt.
voor o < a < a1 verdient ontwerp D de voorkeur;
voor a1 < a < a2 verdient ontwerp C de voorkeur;
voor a2 < a < a3 verdient ontwerp B de voorkeur.
Ontwerp A verdient alleen voor relatief grote waarden
(a > a3) de voorkeur.
Terzijde zij opgemerkt, dat de figuur een enigszins vertekend beeld geeft van de door de computer berekende
resultaten. Dit is uitsluitend gedaan terwille van de overzichtelijkheid van de grafiek.
Het model, dat met de computer werd geanalyseerd,
leverde waarden voor al, a2 en a3 welke dichter bij elkaar lagen dan in de grafiek is aangegeven. De algemene
tendens, welke uit de grafiek naar voren komt, was evenwe1 duidelijk aanwezig.
Men dient zich voortdurend te realiseren, dat de plaats
en onderlinge groepering van eenheden en koppelingselementen grote invloed kunnen hebben op de bedrijfszekerheid van het ontworpen systeem.
Bij grotere installaties, waar de totale capaciteit meestal
gemakkelijk (en zonder veel extra kosten) over meer dan
de gebruikelijke twee produktielijnen kan worden verdeeld, kan een analyse van de gevoeligheid van het
systeem voor de storingskans van de koppelingselementen
Het is dan immers noodzakelijk, dat niet alleen de gemiddelde storingskans van de aan de reservoirs voorafgaande fasen kan worden berekend - hetgeen, zoals we
hebben gezien, slechts bij grove benadering mogelijk is doch bovendien, dat de kansverdeling van de duur der
individuele storingen ter beschikking staat!
Omdat hieraan in redelijkheid niet kan worden voldaan,
wordt hier slechts volstaan met de opmerking, dat het
merendeel van alle storingen van korte duur, welke in
de eigenlijke produktiefase optreden, kan worden overbrugd door een beroep te doen op de aanwezige voorraad gereed produkt, welke in reservoirs is opgeslagen.
De bedrijfszekerheid van een produktie-installatie wordt
dan ook in zeer aanzienlijke mate bevorderd door ruime
dimensionering van de reinwaterberging.
17. Theorie en praktijk, conclusies
In het voorgaande is relatief veel aandacht besteed aan
een mathematische benadering van het bedrijfszekerheidsvraagstuk. Hier zij nogmaals beklemtoond, dat een
dergelijke benadering slechts een beperkte bijdrage kan
leveren. Absolute waarde mag aan de uitkomsten van de
mathematische methoden nirnmer worden toegekend.
Vergelijking van alternatieve oplossingen is in bepaalde
gevallen we1 mogelijk en zal soms tot aanvaardbare conclusies kunnen leiden. De mathematische bedrijfszekerheidstheorie vergroot voornamelijk het inzicht in de
materie. De theorie zou voor gebruik in de praktijk aanmerkelijk in waarde toenemen, wanneer gegevens over de
storingskansen van de verschillende componenten beschikbaar zouden zijn. Voorlopig is het nog niet zo ver en zal
moeten worden volstaan met schattingen. Veel factoren,
zoals weersinvloeden, fluctuaties in de kwaliteit van het
ruwe water, bekwaamheid en improvisatievermogen van
het bedienend en onderhoudspersoneel zijn evenzeer van
invloed op de bedrijfszekerheid, doch lenen zich niet of
bijna niet tot wiskundige formulering.
Een andere complicatie is, dat objectieve gequantificeerde criteria voor de bedrijfszekerheid van zuiveringsinstallaties niet beschikbaar zijn.
Indien men de bedrijfszekerheid van een ontwerp analyseert, zal blijken, dat toetsing van het ontwerp aan de
volgende punten niet mag ontbreken:
- een ruime hydraulische opzet;
bregen een noodzakelijke uitbreiding van de installatie
uit te stellen tot een tijdstip, waarop de nominale capaciteit van de installatie reeds ruimschoots is overschreden.
Uiteraard zal elke toeneming van het waterverbruik en
elke wijziging in het verbruikspatroon invloed hebben
op de bedrijfszekerheid. Een overschrijding van het
nominale vermogen met bijvoorbeeld 5 O/o zal, zoals men
gemakkelijk met behulp van de theorie ltan nagaan, in
veel gevallen de kans op stagnatie van de waterlevering
met een factor 100 of meer kunnen vergroten. Dit houdt
in, dat de directies van waterleidingbedrijven een zeer
grote verantwoordelijkheid hebben bij het vaststellen van
het tijdstip, waarop tot uitbreiding van het produktievermogen moet worden overgegaan. Faalt men in dit
opzicht, dan is de publieke opinie hard en soms zelfs
onrechtvaardig. Het grote publiek en de industrie verwachten nu eenrnaal van een waterleidingbedrijf, dat bij
voortduring voldoende water van voldoende kwaliteit
beschikbaar is.
Gehoopt wordt, dat ook bij het nemen van een beslissing
met betrekking tot het tijdstip van uitbreiding of bij de
argumentatie daarvan het behandelde in deze voordracht op enigerlei wijze van nut zal kunnen zijn.
- een flexibele opzet, d.w.z. de mogelijkheid van aan-
passing van het systeem aan veranderende omstandigheden;
-
een doelmatige onderlinge groepering en rangschikking van onderdelen, eenheden, subsystemen en produktielijnen, waardoor afschakeling van defecte eenheden enz. mogelijk wordt zonder een te groot verlies
aan produktievermogen; afstemming van deze onderlinge rangschikking op het te verwachten verbruikspatroon;
- oordeelkundige plaatsing en goede bereikbaarheid van
de afsluitorganen;
Literatuur
- ruim gedimensioneerde reinwaterberging;
- toepassing van eenvoudige, overzichtelijke en snel te
repareren constructies;
- inbouwen van voldoende mogelijkheden tot bekorting
van de reparatieduur;
-
voldoende reservecapaciteit of snelle uitwisselbaarheid van essentiele onderdelen en eenheden (waterwinningsmiddelen, energievoorziening, pompen, desinfectie- en doseringstoestellen), vooral van die delen
van de installatie, welke geen incidentele overbelasting verdragen;
- inbouw van voldoende beveiligingen, signaleringen en
storingsmeldingen;
- de mogelijkheid om terstond op handbediening over
te gaan in het geval van een storing van de automatisering of afstandsbediening;
- feitelijke of potentiele maatregelen met het oog op
bijzondere omstandigheden (oorlog, fall-out, overstromingen e.d.), wanneer aan kwantiteit en aan
hygienische betrouwbaarheid meer waarde wordt gehecht dan aan een mg ijzer meer of minder.
18. Slotoprnerking
De aanwezigheid van een redelijke reservecapaciteit kan
de exploitant van een installatie dikwijls in de verleiding
1 . Verband tltssett filterst~elkeid, tetttperatuur ett de daarbij bereikfe resultatetz vatt pl~ysiscl~,cllenlisch en bactetiologiscl~
ot~derzoekbij de voorfilters te Leiduitt. Gemeentewaterleidingen Amsterdam, 1967.
2. Gebrztik vat1 ntodert~e statistisclze nlethodetl. Zestiende
Vacantiecursus in Drinkwatervoorzienina. 1964. Technische
Hogeschool Delft, Af'd. der Weg- en ~aterbouwkunde.
3. Barlow, R. E. and Proschan, F., Methetttatical theory o f
reliability. New York, John Wiey & Sons, Inc., 1965.
4. Bazovsky, I., Reliability theory attd practice. Englewood
Cliffs, N . J., Prentice-Hall, Inc., 1961.
5. Gnedenko, B. V., Belyayev, Yu. K. and Solovyev, A . D.,
Mathetitatical metlzods o f reliability tlzeory. New York,
Academic Press, 1969.
6. Howard, W. J., Cltaitl reliability - a sinlple failure tttodel
for cottlplex tt~echatzisttts.Rand Corp. Res. Memo RM-1058,
Mar. 27, 1953.
7. Lloyd, D. K. and Lipow, M., Reliability: tilaftagentetlt, tiletl~odsand ~t~atlteti~atics.
Englewood Cliffs, N . J., PrenticeHall, Inc., 1962.
8. Proceeditlgs 1967 Atl~t~tal
Sytitposi~ot~
otz Reliabilit)~.Washiigton, D.C., Jan. 10-12,1967.
9. Proceeditlgs 1969 Attnual Syttlposium on Reliability. Chicago,
I I I . , Jan. 21-23, 1969.
10. Roberts, N . H., Mathentatical titefl~odsit1 reliability engitleerit~g.New York, McGraw-Hill Book Company, 1964.
A. J. N.HORSTMEIER
Het ontwerp voor winning en zuivering van grondwater
1. Inleiding
Het ontwerp voor winning en zuivering van grondwater
is het werk van een groep. Deze zal een programma van
eisen moeten opmaken, ontwerptekeningen, berekeningen
en nota's moeten samenstellen en deze ontwerptekeningen, berekeningen en nota's moeten toetsen aan het
programma van eisen. In schema kan dit worden weergegeven als volgt:
en berekeningen
Deze driehoek zal enige malen doorlopen worden in het
ontwerpstadium. Soms zal wat aan de eisen moeten
worden geschaafd, maar uiteindelijk zal het ontwerp
worden aanvaard en is het ontwerpstadium ten einde.
In deze voordracht wordt eerst iets gezegd over de eisen
en daarna worden de voornaamste onderdelen behandeld
aan de hand van de' voor elk hoofdonderdeel te stellen
eisen.
Het gehele complex voor winning en zuivering van grondwater zal moeten worden ontworpen op basis van prognoses, zijnde een zeer globaal einddoel in grootte en
tijdstip. De onderdelen daarentegen moeten worden ontworpen op basis van een programma van eisen, zijnde
dit een scherp te formuleren doe1 in grootte en tijdstip.
Hiermede komt a1 meteen een eis voor het gehele ontwerp naar voren, t.w. die van flexibiliteit.
Voor elk technisch vraagstuk zijn vele oplossingen mogelijk, vaak met behulp van verschillende middelen. De
middelen kunnen geput worden uit de bestaande technieken, zij kunnen echter ook ontstaan uit de creativiteit
van de ontwerper. Het doen van een keuze uit de beschikbare middelen of de gecreeerde middelen eist een
motivering. De zin van deze voordracht is een toelichting te geven op de bestaande en bekende middelen en
daardoor behulpzaam te zijn bij het vormen van een
motivering voor elk geval apart.
In deze voordracht wordt onder grondwater verstaan
water dat bacteriologisch betrouwbaar is en dat geen stoffen bevat die het voor de drinkwaterbereiding onbruikbaar maken. In het rapport van Jongmans, Krul en Pos
in 1941 uitgebracht aan de Waterleiding Maatschappij
Zuid-Limburg is dit genoemd ,,edel grondwater".
Wanneer in deze voordracht wordt gebruikt het woord
,,pompstation" dan wordt daarmede bedoeld het gehele
complex omvattende de waterwinning, de waterbehandeling, de berging, het pompengebouw voor de levering
naar het distributiegebied en de gehele aankleve van dien.
1.1 De eisen voor het ontwerp
De eisen aan een ontwerp voor winning en zuivering
van grondwater te stellen zijn in te delen in enige groepen:
1.1.1
1.1.2
1.I .3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
Hoeveelheden
Plaats
Techniek
Sociale eisen
Esthetics
Economie
Over de hoeveelheden is in de voorgaande lessen a1
zoveel gezegd, dat ik hier niet verder op in ga.
Over de plaats wil ik slechts zeggen, dat deze be~nvloed
wordt door de plaats waar het water nodig is, door de
plaats of plaatsen waar goed grondwater is te winnen
en door de plaats of plaatsen waar een bruikbaar terrein
is te verkrijgen.
De techniek zal de leidraad moeten geven voor de winning van het grondwater en vervolgens voor de zuivering
van het gewonnen water tot drinkwater dat voldoet aan
de eisen zoals die zijn gesteld in de waterleidingwet en
het daarbij behorende Koninklijke Besluit en in de richtlijnen van de Vewin.
Onder sociale eisen versta ik de ruimten en outillage die
in het geheel moeten worden opgenomen om het personeel in staat te stellen zijn werk naar behoren te verrichten. Daaronder vallen behalve de werkplaats, de wasen toiletgelegenheden, koffie-keuken, overblijfzaal en
dergelijke. Daarnevens behoort onder de sociale eisen
de ruimte die de directie meent te moeten inrichten voor
representatieve doeleinden, zoals een hal, een vergaderkamer en dergelijke.
Over de esthetica kan slechts gezegd worden, dat van het
kapitaal van de waterleidingbedrijven ca. 75 O/o in de
grond zit en slechts 25 O/o erboven uit komt. Wanneer
aan de gebouwen en werken slechts een klein percentage
van de bouwkosten voor esthetische verzorging wordt
besteed, is dit van de totale investering een zeer luttel
bedrag. Daarnaast mag van een waterleidingbedrijf geeist worden, dat het in zijn gebouwen een symboliek van
de reinheid en de betrouwbaarheid geeft van zijn produkt.
Over de economie van het ontwerp zal in de laatste les
gesproken worden, zodat ik daar hier thans ook aan kan
voorbijgaan.
1.2 Hoofdonderdelen van het ontwerp
1.2.1 Waterwinning
1.2.2 Waterbehandeling
1.2.3 Waterberging
1.2.4 Waterlevering
1.2.5 Hoogteschema
2. Bespreking van de hoofdonderdelenaan de hand
van de eisen
Welke eisen moeten worden gesteld?
Welke middelen zijn daartoe beschikbaar of bekend?
Welke keuze?
2.1 Waterwinning
De eisen kunnen als volgt geformuleerd worden:
Water te winnen in voldoende hoeveelheid dat geschikt
is om als grondstof te dienen voor drinkwaterbereiding
en dat zodanig beschermd is of beschermd kan worden
in de grond dat de blijvende goede kwaliteit gewaarborgd
is.
2.1.1 De verkeming
Deze zal antwoord moeten geven op de vragen:
Waar?
Hoeveel?
De moderne middelen laten hier ternauwernood een
keuze toe.
Beschikbaar zijn:
het geo-hydrologisch archief van het RID;
de geo-elektrische oppervlakte metingen;
de verkenningsboringen;
de elektrische boorgatmeting;
de definitieve put;
de pompproef;
de vergunning krachtens de Grondwaterwet waterleidingbedrijven.
2.1.1.1 G e o - e l e k t r i s c h e o p p e r v l a k t e
metingen
(14e vakantiecursus 1962)
Deze stellen in staat o m geologische gegevens te verkrijgen en verschaffen een globaal inzicht over de vermoedelijke samenstelling van het water in de verschillende
paketten. In aansluiting hierop blijft een proefboring
noodzakelijk; de keuze van de juiste plaats van deze
proefboringen is door de oppervlaktemetingen echter
aanmerkelijk vereenvoudigd.
Voor een gebied van 75 krnQelden de volgende gegevens:
totale kosten incl. rapport en interpretatie: f 15.000,-.
Daarvoor verricht: rond 50 metingen.
Duur: 20 dagen.
Per krn2: f 200,-.
Aantal metingen per dag: 2%.
Inlichtingen over de aardkorst tot een diepte van 100 tot
300 m en tevens soms globaal over enkele aspecten van
het grondwater (hardheid en chloridegehalte).
2.1.1.2 D e v e r k e n n i n g s b o r i n g e n kumen aan
de hand van de resultaten van het geo-elektrisch onderzoek met grote kans op succes worden gemaakt.
Keuze uit:
pulsboren met verbuizing;
- spuitboren: boorvloeistof door boorstang omlaag;
- zuigboren: boorvloeistof door boorstang omhoog.
pulsboren
>
- is duur voor diepten
40 m;
- duurt aanmerkelijk langer dan spoelboren;
geeft op grotere diepte steeds nauwer worden gat;
- geeft een tamelijk goed beeld van de aardlagen, a1
worden de lagen tijdens het pulsen we1 door elkaar
gemengd;
- biedt de mogelijkheid van onderbreking van de werkzaamheden voor proefpompen.
-
1)
D e spoelboring is geenszins modem; reeds in 1602 is aan
Pieter Pieterszoon Enten van Houterinck octrooi verleend op
deze werkwijze.
aantal te plaatsen waarnemingsfilters afhankelijk van
diameter: 0 200 - ca. 6
0 100-ca. 3
spuitboren
- diameters tot ca. 9)200 mm;
- snelheid van boren tot 10 m per uur;
- diameter boorgat nagenoeg constant;
- herkenning aardlagen redelijk;
- onderbreken werkzaamheden zeer bezwaarlijk.
- aantal te plaatsen waarnemingsfilters als boven.
Een spuitboring 0 180 mrn, diep ca. 150 m, met 5 waarnemingsfilters, op elk waarvan zolang is gepompt dat
ca. 1.000 m3 is onttrokken, kostte anno 1969 rond
f 12.000,- inclusief eigen kosten.
zuigboren
- diameters tot 1,50 m of meer;
- snelheid 3 tot 5 m per uur;
- diameter boorgat nagenoeg constant;
- herkenning aardlagen redelijk;
- onderbreking werkzaamheden zeer bezwaarlijk;
- bestemd voor definitieve putten.
2.1.1.3 H e t e l e k t r i s c h b o o r g a t o n d e r z o e k
geeft inlichtingen over:
de diameter van het boorgat over de gehele diepte;
de scheiding tussen lagen klei, zand en veen;
de korrelgrootte van de lagen;
de hardheid en het chloridegehalte van het water.
Kosten voor een boorgat van 200 m diepte ca. f 1.000,-.
Dit elektrisch boorgatonderzoek als sluitstuk op de bestudering van de opgeboorde aardlagen geeft een zeer
scherp beeld van het profiel van de aardkorst op de
plaats van boring.
2.1.1.4 D e p o m p p r o e f moet antwoord geven op
de vraag, hoeveel water aan de winplaats kan worden
onttrokken; hoeveel water per put kan worden gewonnen; welke invloed wateronttrekking aan de bodem op de
omgeving heeft.
2.1.1.5 G r o n d w a t e r v a n b r u i k b a r e k w a l i t e i t is niet in voldoende mate in Nederland voorradig.
Dat betekent distributie van de beschikbare hoeveelheden
over de gegadigden en afweging van ieders belang daarbij. Daartoe zal de vergunning volgens de Grondwaterwet Waterleidingbedrijven de hoeveelheid moeten aangeven, waarop het waterleidinbedrijf uiteindelijk mag
rekenen. Dit gegeven is een van de belangrijke pijlers van
het ontwerp. Het kan zijn, dat de verkenning meer plaatsen aanwijst met mogelijkheden voor waterwinning. Dan
zal er moeten worden gekozen welk terrein het eerste in
exploitatie wordt gebracht.
2.1.2 Het waterwinterrein
Volledigheidshalve zij gememoreerd, dat er naast putten
onder bepaalde omstandigheden andere manieren van
winning van grondwater mogelijk zijn:
horizontale winning
- watervang onder een afdekkende laag (Landeus,
Zd.-Limburg);
- drain (duinen);
- galerij (Brussel);
- horizontale putfilters,
geboord uit een verticale
schacht (Berlijn, Dusseldorf).
Deze blijven verder buiten beschouwing, als zijnde voor
Nederland nog een uitzondering, hoewel horizontale
putten ook in Nederland denkbaar zijn, maar dan voor
grote bedrijven. De opbrengst moet bedragen 1500 m3/h
of meer, aangezien de kosten in de grootte-orde van
f 500.000,- komen te liggen; de investering bedraagt in
dat geval rond f 300,- m3/h, hetgeen overeenkomt met
de investering in verticale putten.
In het volgende is dan ook alleen een verhandeling gegeven over het middel: de verticale put. De grootte van
de eerste opzet is bekend. De opbrengst per put is bekend. Daarmede het aantal te boren putten.
2.1.2.1 D e k e u z e v a n d e t o e t e p a s s e n
materialen voor putten
Naast de van oudsher bekende:
hout,
koper en zijn legeringen,
porselein e.d.,
zijn beschikbaar:
roestvast staal,
kunststoffen, zoals
- PVC,
- polyester,
- kunsthout,
- e.a.
staal door kunststof bekleed.
Enlcele kenrnerkende grootheden van materialen, waarvan filters worden gemaakt zijn in de bovenstaande
tabel aangegeven.
Voor de kunststoffen moet de eis worden gesteld, dat er
uit medisch oogpunt geen bezwaren bestaan tegen het
contact van deze stoffen met voor de consumptie bestemd water. In het bijzonder moet voor de kankerverwekkende stoffen worden gewaarschuwd. De fabrikant
moet een certificaat van geen bezwaar bij de toegepaste
kunststof leveren ingeval er een nieuw produkt wordt
voorgesteld.
De genoemde materialen worden ook voor de stijgbuis
gebruikt. Daarnaast, voor de stijgbuis in combinatie met
een metalen filter, ook asbest-cement.
2.1.2.2 D e w i j z e v a n g e b r u i k v a n d e p u t kan
zijn als zuigput en als individueel bepompte put. Dit
laatste bij voorkeur door rniddel van een onderwaterPomp.
Met de wijze van gebruik hangt samen de putkopconstructie.
Voorkeur moet worden gegeven aan individuele bepomping:
juiste opbrengst van de put is te controleren;
scherpe controle op de afpomping bij een bepaald debiet;
terreinleidingen komen onder overdruk, zodat lekkage
aan het daglicht treedt als ,,lev. Lekkage in zuigleidingen wordt gemeld via vacuumpomp of - erger - via
bacteriologisch slechte resultaten.
Alleen als het winterrein slechts een groot aantal kleine
putten (< 10 m3/h) mogelijk maakt, zullen zuigleidingen
moeten worden geaccepteerd.
Naarmate onze bevolking groeit, is meer water nodig.
Bovendien vertoont het verbruik per hoofd jaarlijks nog
een lichte stijging. Daarnaast neemt de mobiliteit van de
bevolking toe, hetgeen leidt tot een toenemende behoefte
aan recreatieterreinen. Op zichzelf een verheugend verschijnsel.
Echter, vele terreinen die door toeristen worden bezocht
- zoals bos en heide - zijn vaak tevens terreinen waar
grondwater van goede kwaliteit is te winnen. Om de vervuiling, die het natuurlijk reinigend vermogen van de
bodem te boven gaat, tegen te gaan, zal enerzijds aan de
grenzen van het terrein duidelijk moeten worden aangegeven, dat men een waterwingebied betreedt, anderzijds zullen aan de putkopconstructie zeer hoge hygienische eisen moeten worden gesteld. Het grootste gevaar
voor bezoedeling van het grondwater treedt op in de
buurt van de putten, waar de afpomping het grootst is
en waar over de gehele hoogte van de put de grond geroerd is.
2.1.2.3 E i s e n , w a a r a a n d e p u t k o p m o e t v o l d o e n, verdienen aparte vermelding:
Bescherming bieden tegen verontreinigingen die van
maaiveld langs de putconstructie het grondwater kunnen
bezoedelen;
Fundatie bieden voor pompaggregaat bij individueel afgepompte put;
Plaats bieden aan meetinstrumenten of aan aansluitpunten voor deze instrumenten;
Zettingen van de put ten opzichte van de terreinleidingen
opvangen;
Toegang geven tot de put voor werkzaamheden;
De overgang vormen van verticale leiding (put) naar
horizontale leiding (ruwwaterleiding);
Esthetisch verantwoord element in de omgeving vormen.
Hout
orang)
Koper
(bmgperforatie)
Roestvaststaal
(brugperf.)
Bekleed
staal
kgf /cm2
ca. 10001)
2000 B 3000
5000 21 7000
1400 B 1800
ca. 1002)
ca. 150
E kgf /cmz
a.1,s x 106
1,15x 106
2,l x 106
2,l x 106
ca. 3x1012)
0,6 B 2 x 106
f 100,f 115,f 145,-
f 240,f 265,f 360,-
f 160,f 180,f 240,-
f 145,f 160,-
6-8940
6 30 qo
6-30%
6-15%
prijs ml
0 250
0 300
0 400
Openingsverhoudiig3)
-
Plastiek
@vc)
f 80,f 100,-
Polyester
-
f 230,-
f 140,4 - 10%
6%
D e opgegeven prijzen zijn van december 1969, zijn globaal en golden voor in het werk gebrachte filters. De lengte van de elementen bedraagt ca. 3 tot 5 ml ; bij PVC kan deze tot 10 m gaan. Polyester alleen in lengten van 1 en 2 m.
1) Treksterkte in de vezelrichting. Druksterkte in de vezelrichting ca. 750.
2) Bij een temperatuur van 2
0' C.
3) Dat is de totale oppervlakte van de openingen t.0.v. de totale oppervlakte van het filter.
GROFZAND
-
Afb. 1 Purkop constructie als diepe schacht op een zuigput;
boorgat diam. 1000 mm.
-
Afb. 2 Purkop uitgevoerd als kelder, waarin pomp en meetinstrument; put is artesisch.
Aan de hand van enige voorbeelden zullen deze eisen
besproken worden.
Afb. 1 geeft een putkopconstructie op een put, die geboord is met een diameter van 1000 mm en waarin een
filter van 9) 400 mm is gesteld. De afdekkende plaat
heeft een doorsnede van 2,70 m. De diepte van de schacht
is ca. 5 m. De ringvormige ruimte tussen fundatieplaat en
stijgbuis is afgesloten met een tweetal rubber ringen, zodat zettingen mogelijk zijn; er kan echter geen vuil water
binnendringen in de put.
Het boven maaiveld uitstekende gedeelte beperkt zich
tot het schachtdeksel.
De put is als zuigput in gebruik (Spitzigerberg - Duitsland).
De put in afb. 2 is beschermd tegen binnendringend oppervlaktewater door een plaat van ruime afmetingen. De
plaat is tevens fundatie voor de putkelder.
Put, putkelder, leidingwerk en pomp zijn soepel aan elkaar verbonden. Ook de overgang naar de horizontale
terreinleiding staat enige zetting toe.
Een meetschijf is in de horizontale leiding gebouwd.
Het opzetstuk met afsluiter is aangebracht om de stijgbuis te kunnen verlengen tot boven de stijghoogte van
het water; dit voor het geval werkzaamheden in de put
zelf moeten worden verricht, zoals het inbrengen van
apparatuur voor het sectiegewijze afpompen van de put.
Bovengronds zijn de afmetingen van de dekplaat met
toegangsluik rond 190 x 320 m.
Nu de onderwaterpompen hoe langer hoe meer toepassing vinden, is bij de Waterleiding Mij. Gelderland gestreefd naar een constructie, waarbij bovengronds niets
meer uitsteekt dan noodzakelijk is. In het bijzonder is
gedacht aan die waterwinplaatsen, die in natuurgebieden
liggen.
Dit streven heeft geleid tot de constructie zoals in afb. 3
is aangegeven.
De afsluitende plaat van 2 m x 2 m is aangebracht ter
afsluiting van de geroerde grond. Tevens doet deze plaat
dienst als fundatie voor onderwaterpomp, putkopconstructie en opzetkoker. Om deze opzetkoker wordt een
schutkoker met deksel geplaatst. In de hangpijp van de
onderwaterpomp is aangebracht een meetschijf; de meetleidingen komen in de schutkoker uit.
De schutkoker wordt tegenwoordig van polyester gemaakt.
Afb. 4 laat de fundatieplaat nog eens zien.
Afb. 5 geeft een blik op de bovenflens van de putconstructie.
2.1.2.4 D e o n d e r l i n g e a f s t a n d t u s s e n d e
p u t t e n kan als een kostenvraagstuk worden
gezien.
gunstig
grote afstanden geringe afpomping
t.g.v. minder onderlinge belnvloeding
d.w.z. lagere stroomkosten
ongunstig
meer leidingen
meer terrein
en kabels
In het algemeen geldt de regel de afstanden niet groter
te nemen dan hydrologisch noodzakelijk is.
2.1.2.5 D e t r a n s p o r t l e i d i n g e n moeten in de
uiteindelijke toestand dubbel zijn uitgevoerd. Zie overigens punt 2.3.
De verschillende methoden van beluchting zijn in de 20e
Vakantiecursus in drinkwatervoorziening in 1968 behandeld. Sedertdien zijn in H z 0 1969 nr. 22 nog publikaties verschenen van Van der Kroon en Schram, terwijl
in hetzelfde tijdschrift van 11 december 1969 over
aeratie van afvalwater is gepubliceerd. Volstaan zij met
het volgende overzicht van veel toegepaste beluchtingsmiddelen in de drinkwaterbereiding.
per 1000 m3/h
Sproeien
Cascade
Venturibuis
Putbuis of
torenbeluchter
I
Afb. 3 - Putkop in schutkoker met orldenvaterpon~p.
2.2 De waterbehandeling
Als cis van de waterbehandel@ kan gesteld worden, dat
met bet gevonden grondwater als uitgangs~unt, drinkwater wordt geproduceerd dat voldoet aan de eisen van
de wet, het koninklijk besluit en de aanbevelingen van
de Vewin.
Grondwater heeft het voordeel, dat de chemische samenstelling vrij constant is, hoewel op korte termijn we1 eens
verschillen worden geconstateerd in het gehalte aan
Con. Een dergelijk verschijnsel doet zich voor bij grondwater, dat een betrekkelijk korte tijd onderweg is geweest van regenwater tot grondwater (zandgronden zoals
Veluwe - 't Gooi). Op langere termijn wordt soms we1
verandering van samenstelling geconstateerd doordat na
exploratie het grondwater wordt aangevuld met water
van andere samenstelling (Betuwe-Lienden).
Er zijn plaatsen waar grondwater wordt aangetroffen,
dat geen behandeling behoeft en eveneens plaatsen waar
een zeer uitgebreide behandeling met inbegrip van dosering van chemicalien noodzakelijk is.
Aan het ontwerp voor een zuivering van grondwater tot
drinkwater zal altijd de ervaring met een proefinstallatie
vooraf moeten gaan, waarbij zorgvuldig moet worden
onderzocht:
de wijze van beluchting;
de wijze van filtrering; - eventueel dubbele filtratie;
de korrelgrootte van filtermateriaal; - gebroken of
ongebroken materiaal;
de samenstelling van het filterbed;
de eventuele toediening van chemicalien;
de plaats waar de toediening van chernicalien moet
plaatsvinden.
Hieronder mede te verstaan die, welke voor een eventuele ontharding nodig zijn.
2.2.1 De beluchting
medegeven als noodzakelijk is voor het
Eisen: zoveel 0%
te behandelen water;
eventueel ontgassing;
zo voordelig mogelijk.
energie per
onderhoud kglopgenomen
per jaar
zuurstof
plaatsruimte
bouwkosten
100 m2
40 m2
f 50.000,f 80.000,f 20.000,-
f 5.000,f 1.000,-
0,5 - 0,8 kwh
0,s - 0,7 kwh
0,6 - 0,7 kwh
f 10.000,-
f 1.000,-
0,2- 0,4kwh
2.2.2 De filtratie
2.2.2.1 E i s e n :
afscheiding van ongewenste verbindingen;
betrouwbaar;
hoog rendement.
De snelfiltratie is behandeld in de 19e Vakantiecursus
in drinkwatervoorziening 1967. Ook het ontwerp van de
snelfilterinstallatieis in die cursus besproken.
2.2.2.2 M i d d e 1e n
- open of gesloten filters;
- voor gesloten filters keuze uit: opstelling binnen een
gebouw of in de open lucht;
- nat of droog filter;
- filtermateriaal:
magno
zand - fijn of grof
- gebroken of ongebroken
Afb. 4
- Furtdatieulaat.
-
Afb. 5 Bovenflens van constructie volgens afb. 3: elekfrische
aanduiting voor pomp; twee peilbuizen in de ornstorting; t i n
peilbuis in de put; doorvoer voor kabel en meetleidingen; proefkraan en manometer.
zand, afgedekt met een laag anthraciet
- filterbeddikte;
- filterbodem constructie;
- filterfront:
schuifafsluiters
membraanafsluiters
manchet af sluiters
vlinderklep
zwaaiklep
filterregulateur
- wijze van bediening:
hand
hydraulisch
pneumatisch
elektrisch
combinatie van elektrisch met hydrauliek of pneumatiek
- plaats van dosering chemicalien.
2.2.2.3 V o l a u t o m a t i s c h f i l t e r b e d r i j f
1. Het filterspoelproces moet in werking worden gebracht door de weerstand van het filter.
2. Elke volgende actie mag eerst gebeuren, nadat de
vorige actie geheel voltooid is; terugmelding van een
voltooid gebeuren moet plaatsvinden.
3. Elk filter moet een apart programma kunnen krijgen.
4. Ingrijpen met de hand moet mogelijk zijn.
Ter toelichting op punt 3 nog dit:
Ogenschijnlijk is men geneigd om alle filters hetzelfde
behandelingsprogramma te geven; er moet echter rekening mede worden gehouden, dat &n van de filters een
reparatie ondergaat en, gedeeltelijk van nieuw materiaal
voorzien, weer in bedrijf wordt genomen en dan niet
direct kan werken op de capaciteit van de andere filters.
Hierbij zal zeer zeker nodig zijn, dat ook een afwijkend
spoelprogramma wordt ingesteld. Dat moet in de automatische installatie opgenomen zijn of kunnen worden.
2.2.2.4 O v e r w e g i n g e n e n e n k e l e a a n wijzigingen voor het ontwerp
Voor gesloten filters zijn tot nog toe altijd stalen ketels
gebouwd. In de toekomst zal zeker ook rekening moeten
worden gehouden met een toepassing van kunststof. Op
het ogenblik is polyester nog duur, maar prijzen kunnen
veranderen. Dan zal er ook rekening mee moeten worden
gehouden, dat de vorm gewijzigd wordt. Een voor kunststof geeigende vorm zal dan moeten worden ontwikkeld
en deze kan zeker afwijken van wat tot nog toe in metaal
gebruikelijk is geweest.
Als filtermateriaal heeft in het verleden zand en magno
zijn toepassing gevonden, heel vroeger ook cokes en andere materialen. Tegenwoordig wordt veel succes geboekt, volgens de Amerikaanse literatuur, met een laag
anthraciet ter dikte van 60 cm & 1 m op een laag zand
als filterbed.
De bedoeling is, dat het bergend vermogen van het
anthraciet uitgebuit wordt, omdat het vele malen groter
is dan dat van zand. In hoeverre of dit tot uiting komt
bij grondwaterbedrijven,moet worden afgewacht. Tevens
zal moeten blijken, of de looptijd daardoor verlengd
wordt en vooral, of de snelheid opgevoerd kan worden.
Zo dit voor nieuwe pompstations niet van een dergelijke
importantie lijkt te zijn, voor oude pompstations is het
van zeer veel belang, want het is CBn van de goedkoopste wijzen om een pornpstation uit te breiden. In dit verband zijn wij dan ook zeer belangstellend naar de proeven die op het ogenblik bij Noord-West-Brabant gaande
zijn.
Bij het woord ,,filterfront" zal niet direct meer moeten
worden gedacht aan de plaats vlak voor het filter. Voora1 voor grotere filters met zware afsluiters en een bediening door hydrauliek of pneumatiek of gecombineerd
met de elektriciteit, zal de plaats van de afsluiter zodanig
moeten zijn dat deze logisch in het geheel zit.
Bij filters, die buiten opgesteld zijn, kan daarom die afsluiter zeer goed op enige afstand van het filter zijn
omdat deze afsluiter met zijn leidingen en zijn bedieningsapparatuur een vorstvrije opstelling gegarandeerd
moet hebben. Constructie van filterfront en keuze van
afsluiters hangen dan ook nauw met elkaar samen.
Ter illustratie van het ontwerp voor nieuwe pompstations
enkele opnamen van een in aanbouw zijnde proefinstallatie op een terrein in de gemeente Nijkerk ten noorden
van Amersfoort. Hier is in ontwerp een pompstation,
dat voor een klein gedeelte zal moeten dienen voor
suppletie van water aan de bestaande voorziening, maar
waarvan een groot gedeelte dienst zal doen als proefinstallatie, omdat op dit terrein t.z.t. een pompstation
moet worden ontworpen met een uurcapaciteit van 1500
m3/u uitlopende tot 3000 m3/u en verder.
Over de dosering heeft de proefinstallatie uitsluitsel gegeven. Voor het ontwerp zal een beslissing moeten worden genomen over:
- volume dosering of gewichtsdosering;
- droge dosering of natte dosering;
- eventuele wijze van aanmaken van de chemicalien;
- het interne transport van de opslagplaats naar de
plaats van aanmaak of dosering;
- de opslagruimte.
Bovendien moet eraan gedacht worden, dat de chemicalien in droge toestanden tegenwoordig veelal in bulk
worden aangevoerd en dan met perslucht of op andere
wijze in de opslagplaatsen worden afgeleverd. Hieraan
komt geen handenarbeid meer te pas.
Voor de opslag moet rekening worden gehouden met een
mogelijke klimaatregeling om het vochtgehalte op de
juiste waarde te houden.
Bij de dosering wordt ook aan de ontharding gedacht.
Deze kan aan het eind van het proces apart worden
uitgevoerd, hetzij door middel van ionenuitwisseling het-
zij door middel van kalktoevoeging. Er is echter ook een
ontharding in combinatie met ontijzering die dan aan
het begin van het proces plaatsvindt in de spiractor.
verrninderde kwaliteit, dat echter voor vele doeleinden
en zeker voor de consumptie nog zeer goed geschikt is.
In het ontwerp behoort bij de chemicaliendosering ook
aandacht te worden besteed aan een dosering van chloor
uit hoofde van veiligheid. Deze veiligheid kan vereist
worden door oorlogsomstandigheden en tijden van spanning of oproer, maar ook een besmetting op het pompstation dan we1 in het net kunnen een chloring noodzakelijk maken.
2.4 Berging
2.4.1 De eisen aan de berging te stellen
1. De inhoud moet berekend worden in verband met de
verbruikswisselingen.
2. De inhoud moet tevens bestemd zijn om een produktieonderbreking ten gevolge van het spoelen van
filters te overbruggen; hierbij ook te berekenen de
hoeveelheid benodigd spoelwater.
3. De berging moet uit tenminste 2 delen bestaan in
verband met onderhoud, schoonmaak en dergelijke.
4. De toevoer, de afvoer en de overloop moeten op de
juiste capaciteit worden berekend. Daarbij moet in
het bijzonder gelet worden op de diameter van de
overloop; deze moet zo groot zijn, dat de maximum
capaciteit van het filterproces kan worden verwerkt,
indien de automatiek faalt.
5. Het water moet tegen besmetting beschermd zijn; in
het bijzonder te letten op de juiste constructie van de
ademhalingsopeningen, toegangsluiken, het waterslot
in de overloop en dergelijke; hieruit volgt ook de eis,
dat de bodem van de kelder hoger moet liggen dan
het grondwaterpeil.
6. Berging moet dienen om er de inschakeling en de uitschakeling van het filterproces aan te ontlenen.
7. Het water moet bij binnenkomst in de kelder eventueel een nabeluchting kunnen ondergaan.
8. Bij een laag gebruik, terwijl het filter op volle capaciteit werkt, moet voor een goede menging van het
nieuwe en het oude water worden gezorgd. Tevens
moet worden voorkomen, dat er dode hoelten in de
berging ontstaan.
Voordat ik nu afstap van het hoofdstuk Waterbehandeling, wil ik nog eenmaal wijzen op het buitengewoon
belang van het programma voor de proefinstallatie. In
dit programma moeten alle punten in het voorgaande
aangestipt een plaats krijgen.
De gegevens van de proefinstallatie zijn dan ook van
buitengemeen belang voor een goed ontwerp.
2.3 D e transportleidingen o p het terrein v a n her
pon~pstation
De eisen, waaraan de leidingen op het terrein van het
pompstation moeten voldoen, spreken voor zichzelf:
ze moeten voldoende capaciteit hebben om het water
van het ene punt naar het andere punt te geleiden;
ze moeten dubbel zijn uitgevoerd zoals ook reeds is geeist onder punt 2.1.2.5 voor de transportleidingen van
het ruwe water;
ze moeten op geeigende punten van T-stulcken zijn voorzien om de leidingen schoon te kunnen maken met behulp van een prop.
Daarnaast moet nog de eis gesteld worden, dat er een
directe verbinding is tussen de ruwwaterleiding, die het
water van het waterwinterrein aanvoert naar het filtergebouw, en de zuigleiding van de reinwaterpompen uit
de kelder. Derhalve buiten alle filters om. De noodzaak
van deze leiding komt voort uit veiligheidsoverwegingen,
die onder zeer benarde omstandigheden kunnen optreden.
Gedacht wordt weer aan oorlogsomstandigheden, ook
omstandigheden waarbij met mogelijke sabotage wordt
gedreigd, omstandigheden zoals eerder vermeld van een
fall out tengevolge van een ongeluk in vredestijd, en
tenslotte gewoon aan een rampzalig gebeuren in het
pompstation zelf.
Men staat onder dergelijke omstandigheden voor de
keuze om geen water te leveren of water te leveren van
-
Afb. 6 Pompstation in borcw waarvall de filterketels in de open
lucltt k o n ~ e ~ ~ .
111 ket geborcwtje konzen de reirt~~aterpoinpettetz de elektrische
installatie.
O p de acl~tergrondt~veeverticale filterketels, op de voorgrond
twee ketels die als berging zulle~twordeil gebrtcikt.
-
- -
-
-
Als toelichting op deze punten eerst iets over de inhoud.
Daar heeft de heer Venhuizen in zijn les over gesproken.
I k wil hieraan toevoegen, dat de hoeveelheid die vereist
wordt in verband met de wisselingen in het verbruik, niet
uitsluitend op het pompstation behoeft te worden opgeslagen. Het is zeer goed mogelijk, dat een deel, zelfs een
belangrijk deel, daarvan in het net wordt geborgen in
watertorens of andere reservoirs. Bij een eventuele berekening moet met deze reservoirs rekening worden gehouden.
De inhoud onder punt 2 bedoeld behoort echter we1 op
Afb. 7 - Dezelfde installatie als in afb. 6 van de andere zijde. Op
de voorgrond een horizo~lfalefilterketel verdeeld in twee compartimenten, elk gevoed met door een venturibuis belucht water.
Rechts de verticale ketels, die water ontvangen via een ,,toren"
beluchter.
-
--
-
-
het pompstation thuis. In het bijzonder moet bij automatische spoeling eraan gedacht worden, dat dan het filterproces op uren van hoogverbruik kan worden onderbroken. Er is dan een onderbreking in de produktie, terwijl
er tevens water onttrokken wordt aan de voorraad om
het filter te spoelen. Deze gebeurtenissen behoeven geen
ramp te zijn, als bij de inhoudsbepaling van de berging
hiermede rekening wordt gehouden.
Volledigheidshalve zij er in deze op gewezen, dat de
inhoudsbepaling moet worden gedaan tot aan de inschakelstand van het filterproces. Het kan namelijk
voorkomen, dat bij volledig automatisch werkende pompstations de kelderstand, waarbij ingeschakeld moet worden, juist bereikt is op het moment dat de verbruiken
groot gaan worden, groter dan de filtercapaciteit.
De inhoud van de schijf water in de berging tussen inschakelstand van het filterproces en uitschakelstand van
dat proces is dan niet beschikbaar. Het kan echter, dat
men hiertoe maatregelen neemt, bv. door het filterproces
in tijden dat hoge verbruiken worden verwacht, in te
schakelen op tijdklok, zodat men er we1 zeker van is,
dat op de uren dat de grote verbruiken gaan optreden
over een gevulde berging wordt beschikt.
2.4.2 De middelen
Het materiaal, waarvan de berging gemaakt wordt, is:
1. gewapend beton in traditionele uitvoering;
2. voorgespannen beton;
3. staal.
Reservoirs van traditioneel gewapend beton kunnen
rechthoekig van vorm zijn, cilindrisch als we1 veelhoekig;
voor vb6rgespannen beton en staal is de cilindervorm
het meest aangewezen.
Ook voor de bouw van reservoirs zal in de toekomst
wellicht kunststof CCnmaal toepassing vinden. De prijs
speelt hierbij een belangrijke rol.
Wordt de berging als apart gebouw uitgevoerd, en niet
als een onderdeel van bijvoorbeeld het filtergebouw, dan
wordt de keuze van het materiaal beheerst door de volgende factoren:
- grootte van het reservoir;
- hoogte van het reservoir;
- toelaatbare druk op de bodem;
- moet het reservoir - voorzover bovengronds gelegen -worden aangeaard of niet;
Afb. 8
- Kosten bouwreservoirs (medio '69).
ton
Afb. 9
- Weterinvoer via cascade en injecteur.
- de prijzen van beton en staal ,,in het werk gebracht".
Een grote hoogte (ca. 8 B 10 m) van het reservoir geeft
grote hoogteverschillen in de waterstand, waardoor de
levering van de reinwaterpompen wordt bei'nvloed; bouwkundig zou deze hoogte echter voordelig kunnen zijn.
Toepassing van traditionele beton eist:
- zodanige fundering dat slechts geringe zettingen ver-
wacht mogen worden en dat ongelijke zettingen zijn
uitgesloten;
- bekleding van de buitenzijde, dakplaat en wanden,
zodat deze tegen grote zonnewarmte zijn gelsoleerd;
(bekleding hetzij door een grondlichaam, hetzij door
aluminium platen, baksteen, e.d.);
- eventueel bescherming van de binnenzijde van de
wanden en vloer tegen agressief water.
Voor voorgespannen beton gelden de eerste en de derde
eis, niet de tweede.
Voor staal geldt de eerste eis niet; zettingen kunnen ongedaan gemaakt worden door het reservoir op te vijzelen
en met zand te onderspuiten.
Bij staal vereist bekleding van vloer, wand en dek, zowel
inwendig als uitwendig een tamelijk kostbaar procCd6,
dat zeer zorgvuldig moet worden gevolgd (ca. f 35,- m2).
De moderne verven, die voor bekleding van staal zeer
geschikt zijn, kunnen niet alle toegepast worden in drinkwaterbedrijven. De eis moet worden gesteld, dat deze
verven geen stoffen bevatten, die gevaarlijk voor de
volksgezondheid kunnen zijn. Moeten stalen reservoirs
aangeaard worden, dan zijn extra versterkingen aan de
wand nodig om te voorkomen, dat het reservoir ingedrukt wordt als het ledig is.
Samenvattend kan globaal gezegd worden dat - bij de
huidige (dec. 1969) prijzen van staal en beton - het
voordeliger is om een reservoir van 3.000 m3 inhoud te
bouwen in beton, als:
- de fundering geen bijzondere voorzieningen vereist;
- en het reservoir moet worden aangeaard (esthetische
eis);
en te bouwen in staal, als:
- zou moeten worden geheid en
- het reservoir niet behoeft te worden aangeaard.
Ajb. 10 - Afwerke~z buiterlzijde stale11 reservoir met behzrlp van
eert werktetlt.
In afb. 8 zijn prijzen van reservoirs, uitgevoerd in beton
en in staal, gegeven per m3 waterinhoud. Er zijn alleen
cijfers verzameld van reservoirs, die in de laatste drie
jaren gereed zijn gekomen.
2.4.3 Enkele suggiesties i.v.m. het ontwerp
Indien een nabeluchting van het water in de berging
noodzakelijk is, dan kan het water bij het binnenkomen
over een cascade worden geleid.
Voor een goede mening van het aangevoerde water en
het reeds aanwezige water is een injectiebuis onder in
het reservoir een doeltreffend middel. Door deze injectiebuis ontstaat een schieteffect, waardoor de inhoud van
het gehele reservoir in beweging blijft en het verse en het
aanwezige water goed wordt gemengd.
In afb. 9 is een tekening gegeven van zulk een toegepaste
constructie.
In afb. 10 is nog een opname gegeven van de afwerking
aan de buitenzijde van een stalen reservoir. Dit gebeurt
met behulp van een werktent die een hoogte heeft gelijk
aan de wand van het reservoir en een breedte heeft van
ca. 7 m. De werktent biedt de mogelijkheid om bij slecht
weer door te werken; aan de ene zijde staat een staalstraler het materiaal blank te maken, terwijl aan de andere zijde van de tent het blankgemaakte materiaal met
de eerste laag beschermverf wordt behandeld.
Tenslotte rijst de vraag, of niet Cknmaal in de verdere
of nabije toekomst een reservoir zal worden gebouwd,
waarbij de constructie wordt toegepast, zoals die voor
spaarbekkens gebruikelijk is, bv. voor het Braakmanbekken. Hier is de waterdichtheid verzorgd door een
folie van kunststof; de afdekking zal plaats kunnen vinden door een kunststofplaat op een lichte onderbouw.
Dit zal dan we1 een reesrvoir met een inhoud moeten
worden in de grootte-orde van 50.000 m3 of meer.
2.5 De waterlevering
2.5.1 Eisen:
1 . Het water in de vereiste hoeveelheden te leveren onder de daarbij noodzakelijk zijnde druk;
2. Naast het noodzakelijke leveringsvermogen moet een
reserve aanwezig zijn.
2.5.2 Middelen
1. pompen
2. elektriciteit
2.5.3 Enkele overwegingen en aanwijzingen
voor het ontwerp
In een modern ontwerp worden alleen nog centrifugaalpompen toegepast voor de reinwaterpompen.
Voor deze pompen heeft men de keuze uit horizontale
pompen, verticale pompen, dompelpompen en onderwaterpompen.
Horizontale en verticale pompaggregatenl) hebben een
beter rendement dan dompelpompen en onderwaterpompen. Daartegenover staat, dat dompelpompen en onderwaterpompen minder bouwruimte vragen.
Bij een keuze tussen horizontale en verticale pompen
gelden de overwegingen, dat bij verticale pompen
- rninder bouwoppervlak nodig is;
- de motor in geval van buisbreuk in de pompenruimte
langer droog blijft;
- voor reparatie aan de pomp, eerst de elektromotor
moet worden gelicht, hetgeen de werkzaamheden verlengt.
Enige voorbeelden voor het opstellen van de reinwaterpompen geven de af beeldingen 11 t / m 13.
Als vierde mogelijkheid: een onderwaterpomp in de reinwaterberging hangen en daarmede direct het water onder
druk het net in pompen.
Daarmede vervalt de pompenruimte in het ,,pompengebouw".
Voor grote onderwaterpompen met een gunstig rendement moet een dergelijke oplossing zeker worden overwogen.
Het rendement van de onderwaterpompen mag ongunstiger zijn dan van een bovenwaterpomp; daar staat een
aanmerkelijke besparing aan kosten voor bouwruimte
en zuigleidingen tegenover.
Deze gedachte leidt ook tot de overweging om het pompengebouw boven op het eerste te bouwen reinwaterreservoir te zetten.
In ieder geval moet boven de pompen en boven de daarbij behorende hulpstukken zoals afsluiters, keerkleppen
e.d. een kraanbaan worden aangebracht met een hef- en
1)
Pomp en elektromotor samengebouwd.
Afb. I 1
-
OpsteNing verticale pomp.
die in geval de hoeveelheidsbesturing faalt, zorgen, dat er
toch pompen blijven lopen. De hierbij enige tijd te lage
druk zou kunnen worden afgeleverd, zal moeten worden
geaccepteerd.
Bij de bespreking over dit ontwerp is er van uitgegaan,
dat het pompstation op het openbare elektriciteitsnet zal
worden aangesloten en dat elektriciteit zal worden gebruikt als energiebron. Ook als de omstandigheden zodanig zijn, dat eigen energie opgewekt moet worden,
zoals bv. in Rotterdam bij het pompstation Berenplaat
het geval is, dan zal nog veel energie omgezet worden in
elektrische energie, omdat deze zich zeer gemakkelijk
laat verplaatsen en zeer soepel is toe te passen.
De elektrische energie is te krijgen voor het aandrijven
van een motortje van een scheerapparaat, maar ook voor
het aandrijven van een motor van enkele duizenden pk's.
Ze is verkrijgbaar in spanningen, die variben van 10.000
Volt via 3.000 Volt naar 380 Volt en 220 Volt.
Afb. 12
- Opstelling verticale pomp.
transportvermogen, dat is afgestemd op het gewicht van
de uiteindelijk te plaatsen pompen.
In het geval de pompen in een ha1 worden opgesteld
moet rekening worden gehouden met een buisbreuk en
inundatie dientengevolge. Teneinde de schade in zo'n
geval te beperken, kan op een ge6gende hoogte een
nooduitlaat in de wand van de ha1 worden aangebracht.
Bovendien moeten alle schakelaars, meetapparatuur en
verdere voor water kwetsbare toestellen die op de muur
van de ha1 moeten worden aangebracht, boven het peil
van deze nooduitlaat worden gemonteerd.
Het aantal pompen en de wijze van besturing hangen
van de aard van het verzorgingsgebied af en van de gehele of gedeeltelijke automatisering van het bedrijf.
Is in het verzorgingsgebied berging aanwezig, dan kan de
besturing plaatsvinden op de waterstand van deze berging. De waterstand kan overgebracht worden via een
kabel, waarna de standen gebruikt worden om een reinwaterpomp in- en uit te schakelen.
Bevindt zich in het verzorgingsgebied geen berging, dan
blijft de keuze om de pompen te besturen door middel
van de druk in de uitgaande leiding of door middel van
de hoeveelheid die gevraagd wordt.
Besturing door middel van drukschakelaars komt in aanmerking, als het pompstation nabij het verzorgingsgebied
ligt en met dit verzorgingsgebied door zware leidingen is
verbonden. Onder dergelijke omstandigheden zal de druk
steeds binnen tamelijk nauwe grenzen varieren.
Ligt echter het pompstation - zoals bij streekwaterleidingen veelal het geval is - ver van zijn verzorgingsgebied af, dan zal rekening moeten worden gehouden
met drukverliezen in de transportleidingen. Vanzelfsprekend zijn deze drukverliezen groter naarmate de
hoeveelheden te verpompen water groter worden en de
afstanden groter worden. Dan zal ook niet meer gewerkt
kunnen worden met samenlopende pompen. In dat geval
is hoeveelheidsbesturing op zijn plaats.
Aangezien uit een oogpunt van veiligheid de hoeveelheidsbesturing iets minder betrouwbaar moet worden geacht dan de drukbesturing, is het noodzakelijk om over
de drukbesturing een of twee drukschakelaars te zetten,
In het voorgaande is reeds gesproken over het gebruik
van de elektriciteit voor het overbrengen van commando's, voor het overbrengen van informaties en voor het
leveren van de energie voor de pompen.
Aan de ruimte, waar de elektrische installatie zal moeten
worden opgesteld, moet veel aandacht worden besteed,
want dit zal het hart van het hele bedrijf worden. Zeer
zeker naarmate de automatie toeneemt.
In navolging van het bedrijf op olieraffinaderijen is we1
eens gedacht aan het opstellen van de reinwaterpompen
in de open lucht. In onze klimaatzone op 52" N.Br. moet
echter van iets dergelijks worden afgezien. In tijden van
laagverbruik zullen toch een aantal pompen stilstaan,
terwijl er zich water in bevindt. Bij vorst moeten er dan
zeer uitgebreide en ook kostbare maatregelen worden
getroffen om bevriezing van de pompen tegen te gaan.
Bovendien brengt plaatsing in de open lucht mede, dat er
een groot gevaar voor besmetting is als aan de installaties
moet worden gewerkt. Deze kunnen dan moeilijk worden
afgeschermd en zeer zeker geldt dit voor tijden van slecht
weer. En ook hier zal bij vorst de grote moeilijkheid
optreden, dat er een kans op is, dat het water bevriest,
terwijl men de leidingen open zou hebben. Dan nog
te denken aan het personeel, dat de werkzaamheden
onder die omstandigheden moet verrichten.
Persoonlijk meen ik, dat van een dergelijk ontwerp niet
veel heil te verwachten is.
Gemeenlijk worden de pompen in een ha1 geplaatst,
waarbij de opstelling van de elektrische ruimte in de
buurt wordt gehouden. In dit gebouw, waar deze ruimten in zijn geprojecteerd, zal ook plaats moeten worden
gevonden voor het noodstroomaggregaat.
Daarnaast zullen in dit gebouw veelal de ruimten moeten
worden gevonden of geprojecteerd die in de inleiding zijn
genoemd, de sociale ruimten.
2.6 Het hoogteschema
Een zeer belangrijk onderdeel van het gehele ontwerp is
een schema van de hoogteligging van de hoofdbewerkingen ten opzichte van elkaar. Dit schema kan opgesteld
worden, zodra na de resultaten van de proefinstallatie
de keuze gemaakt wordt over de wijze van beluchting,
de vorm van de filters, het aantal filterfasen, de opslag
van het reine water en de keuze van de reinwaterpompen.
In afb. 14 zijn twee hoogteschema's gegeven voor eenzelfde behandelingsproces.
Indien het proces onder ,,eigen verval" doorlopen wordt,
nen met een percentage van de uiteindelijke capaciteit
van het pompstation, dan lijken gesloten ketels een
soepeler beleid toe te staan dan open filters, omdat de
gesloten ketel gemakkelijker bij te plaatsen is. Toch zal
elk geval moeten worden uitgerekend, daar het antwoord
be'invloed wordt door:
het aantal fasen waarin de uiteindelijke capaciteit zal
worden bereikt;
het vermoedelijke aantal jaren tussen twee fasen;
de verhouding tussen staal- en betonprijzen;
de grootte van de eenheden in staal resp. beton;
de rentevoet.
Hierbij te bedenken, dat bij bouwen in beton weliswaar
de bak van een nog niet noodzakelijk filter vroegtijdig
gebouwd moet worden, maar dat inrichting zoals:
spoelkoppen bodem
filterfront
vulling
meetapparatuur
sproeiers
pas in een later stadium behoeft te worden aangeschaft.
Afb. 13
- Opstelling dompelpomp.
dan vraagt dit bouwkundige investeringen, omdat de
sproeiruirnte relatief hoog moet zijn gelegen. De leidingen moeten zo zwaar zijn, dat de drukverliezen daarin
tengevolge van het watertransport laag blijven. Wordt
het systeem ,,met tussenpompen" gevolgd, dan zal op
bouwkundige kosten kunnen worden bespaard, terwijl
voor de installatie van de tussenpompen de werktuigbouwkundige investeringen hoger worden. Uit de schema's blijkt, dat het bouwen van een pompstation op de
helling van een heuvel aan dit hoogteschema tegemoetkomt.
3. Slotbeschouwingen
3.1 Indeling in bouwfasen
In het algemeen zal de uiteindelijke capaciteit van een
ontworpen complex eerst over (groot) aantal jaren
nodig zijn. Als dit aantal meer dan 10 21 15 is, moet het
ontwerp zodanig worden opgezet dat het in een aantal
fasen kan worden uitgevoerd.
De besparing aan investeringen is een belangrijk winstpunt, te meer bij een rentevoet van ruim 8 % zoals in
1969170 het geval is. De periode tussen de fasen moet zo
worden ontworpen, dat de besparing door uitstel groter
is dan de extra aanloopkosten, die de volgende fase vergt.
Daarbij moet aanpassing mogelijk zijn, indien de ontwikkeling van het verbruik anders verloopt dan was verwacht. Niet alle onderdelen van het ontwerp kunnen op
eenzelfde termijn gebouwd worden, indien de uiteindelijke toestand in een aantal fasen wordt bereikt.
Momenteel worden gesloten filters steeds van staal gemaakt, omdat kunststof nog duurder dan staal is. Er zal
echter rekening moeten worden gehouden met bijvoorbeeld polyester. Onderhoudskosten - en bij de bouw
schilderkosten - kunnen hierdoor verminderen resp.
wegvallen.
3.2 Standaardisatie
Belangrijk in deze is de bedrijfsopvatting over standaardisatie. Heeft een bedrijf CCn centraal pompstation,
dan is elk ontwerp voor uitbreiding van capaciteit een
voortzetting van het reeds aanwezige en draagt het karakter van het CCnmalige.
Wordt door een bedrijf op meer plaatsen water gewonnen en gezuiverd, en vertonen de watersoorten voldoende
punten van overeenkomst in behandeling, dan leidt dit
met voordeel tot standaardisatie van bedrijfsonderdelen
en constructies. Om enkele te noemen:
- putkopconstructie;
- beluchtingstorens;
- gesloten filters, zowel als open filters;
- reinwaterreservoirs;
- reinwaterpompen.
3.3 Tijdschema
Bij een goed ontwerp hoort een tijdschema. Voor een
groot ontwerp is een net-werkplan te overwegen.
Het tijdschema wordt opgezet van af de datum, waarop
Afb. 14 - Hoogte schema's voor poi~lpstatiorts ntet drcbbele filtratie en opeit fillers.
Een volgende indeling zou gemaakt kunnen worden:
Lange termijn
Korte termijn
(15 B 25 jaren)
(7 B 10 jaren)
terrein aankoop
putten
terrein leidingen
gesloten filters
filtergebouw
inrichting betonnen filters
betonnen filterbakken
reinwaterpompen
waterberging
pompgebouw met
hulpinstallaties
noodstroomaggregaat
Indien in fasen wordt gebouwd, derhalve wordt begon-
ONDER EGEN VERVAL
MET TUSSENPOMPEN
IR. Tj. HOFKER
Winning en zuivering van oppervlaktewater
Inleiding
Zowel het wingedeelte als het zuiveringsgedeelte van een waterleidingbedrijf, aangewezen op de verwerking
van oppemlaktewater, omvat een aantal bewerkingen die het ruwe water
achtereenvolgens moet ondergaan om
als drinkwater te worden afgeleverd.
De bewerkingen tezamen vormen het
bedrijfsschema. Afhankelijk van de
discipline, wordt ook gesproken van
processchema of produktieschema.
Het bedrijfsschema bestaat uit een
aantal bewerkingen of handelingen die
enerzijds de kwaliteit van het water
bei'nvloeden, zoals filtratie, sedimentatie e.d. en anderzijds slechts voor
een doelmatige bedrijfsexploitatie van
belang zijn, zoals buffering, pompstations e.d.
Bij het bedrijfsschema van een
drinkwaterproduktiebedrijf dient dan
ook mede te worden begrepen het
overgangsgedeelte tussen de zuivering en de distributie, gemakshalve,
slechts voorzover gelocaliseerd op het
terrein van de zuivering.
Het wingedeelte vormt de overgang
tussen de bron en het zuiveringsgedeelte en dient zodanig te zijn ingericht, dat variaties in kwaliteit en
kwantiteit van de bron zo goed mogelijk worden afgevlakt, opdat een gelijkmatig belaste zuivering wordt verkregen.
Het transportgedeelte vormt de overgang tussen het zuiveringsdeel en het
voorzieningsgebied en dient eveneens
zo te zijn ingericht, dat variaties in de
vraag, in dit geval uitsluitend kwanti-
tatief, slechts in beperkte mate in het
zuiveringsbedrijf wordt gevoeld.
In het wingedeelte heeft men te maken met twee variabelen. In dit deel
worden derhalve vaak bewerkingen
uitgevoerd die qua karakter onder de
zuivering thuis horen.
De grootte of het produktievermogen
van een bedrijf, hangt geheel af van
het voorzieningsgebied. Het bedrijfskarakter, de omvang van het aantal
bewerkingen hangt geheel af van de
hoedanigheden van de bron en van
plaatselijke omstandigheden. In de
praktijk blijkt, dat persoonlijke voorkeuren een vaak even belangrijke rol
vervullen.
In het volgende zal worden volstaan
met het plaatsen van enkele kanttekeningen bij en het vergelijken van
een aantal bewerkingen en systemen.
Van volledigheid zal geen sprake zijn.
Immers, de behandeling van een enkele bedrijfsfase kan gemakkelijk een
cursusles vullen, zoals in het verleden
ook meermalen is voorgekomen, terwijl voorts de omvang van het aantal
bewerkingen en alternatieven zioh niet
leent voor behandeling in dit bestek.
Geldt dit thans, ook in het verre verleden toen het vak zich met zuivering
nog amper bezig hield, bestonden
reeds meerdere systemen van waterwinning. Zo werden destijds reeds verschillen in de wijze van winning gebruikt om de bekende Gideonsbende,
een uit 300 manschappen bestaand
keurkorps, te recruteren, aldus Richteren 7: 5 - 8.
Oppemlaktewaterbedrijven zijn aan-
het geheel bedrijfsgereed moet zijn. Hierin is derhalve op
te nemen een periode voor inwerken van filters, bijstellen
en inregelen van allerlei apparatuur. Een half jaar is met
deze periode zeker gemoeid.
Ontwerp en bouw van een groot pompstation vraagt zeker
drie B vier jaren. En daaraan vooraf behoort te gaan de
verkenning van waterwinterrein en bouwplaats en de
aanvrage en de verkrijging van de vergunning om de
gewenste waterhoeveelheid te onttrekken aan de bodem.
Momenteel neemt deze procedure 1 i 2 jaren in beslag.
Hoe lang deze procedure vergt, als de nieuwe grondwaterwet in werking is getreden, zal moeten worden afgewacht. Maar afgemeten naar het aantal instanties en
departementen, dat zich ambtshalve met de gang van
zaken gaat bemoeien, zal op bespoediging nauwelijks
mogen worden gerekend.
gewezen op de verwerking van een
hygienisch onbetrouwbare grondstof.
De meeste essentiele bewerking in het
zuiveringsproces is derhalve de desinfectie van het water.
Op grond van de wijze waarop hygienische betrouwbaarheid wordt verkregen kunnen de bedrijven worden
onderscheiden in twee groepen:
1. Bedrijven gebaseerd op desinfectie
met behulp van biologische processen (langzame zandfiltratie).
2. Bedrijven gebaseerd op chemische
desinfectie (chloor of ozon).
In de m e a t oorspronkelijke vorm
komen deze bedrijven in Nederland
niet meer voor als gevolg van de hoge
verontreinigingsgraad van de Nederlandse oppemlaktewateren en mede
als gevolg van het karakter van de
vervuiling. Het biologisch filter alleen
is niet meer in staat een hygienisch
betrouwbaar eindprodukt te leveren,
terwijl noch met het biologisch bedrijf,
noch met het eenvoudige chemische
bedrijf een esthetisch aanvaardbaar
drinkwater kan worden verkregen.
Aan beide bedrijfstypen zijn meer of
minder bewerkingen toegevoegd of
worden bewerkingen meervoudig toegepast, waardoor vaak een biologisch/
chernisch of chemisch/biologisch bedrijf ontstaat.
De winning
De winning van oppervlalctewater is
in zijn eenvoudigste vorm geconcentreerd in een enkel kunstwerk. Dit
kunstwerk kan zijn een inlaat-sluis,
Literatour
1. Vakantiecursussen in drinkwatervoorziening nr. 3 (1951) ; nr.
5 (1963) ; nr. 11 (1959); nr. 14 (1962) ; nr. 19 (1967) ; nr. 20
(1968).
2. Postakademiale vorming gezondheidstechniek, 1968169 C~rsus
Winning van Grondwater:
Hiinerberg, Horizontalbrunnen;
Tjaden, Maken van 11et boorgat;
Tjaden, Aanvulling van het boorgat;
Horstmeier, Afwerking van ket boorgat.
3. H a (2), 1969, nr. 22; 538. V. de Kroon en Schram, part I:
Weir aeration - part II: Step weirs or coscades.
4. AWWA Journal (61), 1969, nr. 10:
504. Mohanka, Multilayer filtration;
539. Nelson, Capping sand filters.
5. Water & Waterengineering (65), 1961 ; 307. Ives, New concepts in filtration.
een (heve1)leiding of een inlaatpompstation. In ons land, waar bijna altijd,
voor de verdere bewerking, het water
naar een hoger niveau moet worden
getild, is het pompstation het meest
voor de hand liggende winningsmiddel.
De b a t e plaats voor het inlaatpompstation is ogenschijnlijk de naaste omgeving van een buitenbocht in de
rivier, omdat de bedding op deze
plaats het best gefixeerd kan worden.
Een belangrijk bezwaar aan deze
plaats verbonden is dat de stroomsnelheid hier het grootst is. De stroombanen hebben derhalve hier het maximale vermogen sedimenteerbaar
materiaal te bevatten. Het alternatief,
de binnenbocht, heeft het bezwaar dat
veel materiaal sedimenteert uit water
dat niet door het bedrijf wordt ingenomen.
De beste oplossing verkrijgt men door
het pompstation niet onmiddellijk aan
de rivier te situeren, doch een sedimentatiekom tussen de rivier en het
pompstation te schakelen, waarin
slechts materiaal neerslaat uit water,
dat door het bedrijf wordt ingenomen.
Een uitstekend voorbeeld hiervan
wordt gevormd door het inlaatwerk
van de Haagse duinwaterleiding te
Bergambacht. Het naar buiten stromen van in de sedimentatiekom aanwezige water wordt hier voorkomen,
doordat het oppervlak van de kom
zo is gekozen, dat het inlaatdebiet een
niveaudaling in de kom veroorzaakt
die gelijke tred houdt met de daling
van de waterstand op de rivier ten
gevolge van getijwerking. Het noodzakelijke baggerwerk in de sedimentatiekom is allerminst een verliespost.
Een nadeel van een sedimentatiekom
is dat in een dergelijk bekken gemakkelijk propvorming kan optreden. I n
de kom verzameld water van onaanvaardbare kwaliteit - gifstoffen, olie
e.d. - is nog aanwezig, wanneer de
rivier allang weer aanvaardbaar water
voert.
Opslag van ruw-water
Hoewel sedimentatie een vaste plaats
verdient in het wingedeelte, kan in
nog belangrijker mate het kwaliteitsaspect worden begunstigd door opslag
van een ruwwatemoorraad achter het
pompstation.
De voorraad kan bovengronds worden opgeslagen (spaarbekkens) maar
ook ondergronds (infiltratiegebied). In
Nederland worden beide systemen
toegepast. Kwaliteitsverbetering wordt
bereikt door selectieve inname, egali-
satie en kwaliteitsbe~nvloedendeprocessen. Om tot een keuze tussen beide
oplossingen te geraken is geen eenvoudige opgave.
Gelukkigerwijze, of misschien beter
ongelukkigerwijze, bepaalt doorgaans
de plaatselijke situatie de keuze en
voorzover dit niet het geval is, geeft
de geaardheid van het bedrijf we1 de
doorslag. Zo zal een grondwaterbedrijf geneigd zijn infiltratie toe te
passen, terwijl het van oudsher op
oppervlaktewater aangewezen bedrijf
eerder tot aanleg van spaarbekkens
zal besluiten. Niettemin dienen voor
een juiste keuze een aantal aspecten
te worden beschouwd en tegen elkaar
te worden afgewogen.
Aan de chemisch-biologische aspecten is in vorige vakantiecursussen [I]
en in verschillende artikelen [2] ruimschoots aandacht geschonken. In het
volgende zijn deze aspecten in het
kort en vergelijkenderwijs gememoreerd.
Infiltratielspaarbekkens
Beluchting
In Nederland liggen de infiltratiemiddelen doorgaans slechts weinig boven
het grondwaterniveau. Ondergrondse
beluchting is dan van weinig betekenis. Een redelijke beluchting wordt
verkregen bij intermitterende infiltratie.
De beluchting in spaarbekkens is veel
beter, zeker in ons nogal winderig klimaat. De vrije toetreding van zuurstof wordt alleen belemmerd bij dichtvriezen van het bekken.
Beluchting komt het best tot zijn
recht bij ondiepe bekkens als gevolg
van het relatief grote aan de lucht
blootgestelde oppervlak. Bij diepe of
zeer diepe bekkens wordt in het hypolimnion de zuurstoftoevoer ernstig
belemmerd door de eventuele aanwezigheid van een spronglaag. Proeven hebben aangetoond, dat het verschijnsel van stratificatie op gemakkelijke wijze kan worden opgeheven
PI.
Reuklsmaak
De verwijdering van reuk- en smaakstoffen is voor infiltratiesystemen in
het algemeen goed te noemen, hoewel
een belasting met moeilijk afbreekbare
stoffen ook hier doorslag van smaak
kan veroorzaken. De vermindering
van reuk en smaak in spaarbekkens
hangt af van de temperatuur. In de
zomer is de verlaging van het smaakgetal goed; in de winter matig. Smaak-
verslechtering kan in spaarbekkens
optreden als gevolg van massale algengroei.
Kleur
Verwijdering van kleur bij infiltratie
is doorgaans goed.
Indien de bodem humusstoffen bevat,
kunnen daarentegen weer kleurveroorzakende stoffen in het water worden
opgelost.
Kleurverwijdering in open buffers
heeft weinig te betekenen. Alleen indien veel sedimenteerbaar materiaal
aanwezig is en neerslaat wordt een
deel van de kleur verwijderd.
KMn04-verbruik
Het permanganaatverbruik wordt
door infiltratie verlaagd. I n spaarbekkens daalt het permanganaatverbruik
eveneens.
I n het bekken wordt evenwel opnieuw
organische stof gevormd, zodat de
totale verlaging van geringe betekenis
is en mogelijk zelfs in het tegendeel
kan verkeren.
Ammoniakoxydatie
Het opruimen van ammoniak in spaarbekkens hangt weer sterk samen met
de watertemperatuur. In de zomer
verloopt het proces bevredigend tot
goed. In de winter zeer langzaam.
Bij infiltratie verloopt de ammoniakoxydatie eveneens goed, doch is sterk
gebonden aan de beschikbare hoeveelheid zuurstof. Bij lage zuurstofconcentraties, dus op enige afstand onder
de bodem verloopt het proces langzaam en staat bij het ontbreken van
zuurstof stil.
Nitraat
Het nitraatgehalte in spaarbekkens
vertoont een duidelijke seizoeninvloed.
In de zomermaanden is er een afname die kan worden toegeschreven
aan het verbruik van nitraat door
plankton, die de vorming van nitraat
door ammoniakoxydatie overtreft. De
mogelijkheid van denitrificatie (vorming Nz) aan de bodem kan eveneens
een rol spelen. In de winter verlopen
de biologische processen uiterst langzaam. Men constateert soms hogere
nitraatgehalten dan in het aangevoerde ruwe water. Blijkbaar zet ammoniakoxydatie langer door dan de nitraatconsumptie.
Nitraatreductie en vorming van vrije
stikstof treedt in infiltratiegebieden in
hoge mate op, zeker waar geen zuurstof meer aanwezig is.
IJzer en mangaan
Het verblijf in spaarbekkens verlaagt
zowel het ijzer als het mangaangehalte
door sedimentatie. I n het anaerobe
deel van het infiltratievolume daarentegen kan ijzer en mangaan in oplossing gaan en derhalve in het filtraat in
hogere concentraties worden aangetroffen dan in het ge'infiltreerde water.
Hygienische betrouwbaarheid
Infiltratie levert ten aanzien van het
hygienisch betrouwbaar maken van
het water gunstige resultaten. Mits de
verblijftijd in de bodem voldoende
groot is wordt een betrouwbaar produkt gewonnen. Ook het verblijf in
het spaarbekken heeft een louterend
effect. Door de mogelijkheid van herinfectie dient desinfectie in het zuiveringsbedrijf evenwel altijd te worden
toegepast.
Selectie
Selectieve inname is met beide systemen mogelijk indien niveauvariatie
kan worden toegepast. Ter vergelijking moet worden bedacht, dat voor
eenzelfde selectie, in het infiltratiegebied globaal een 3 x zo groot bergend volume nodig is dan in een
spaarbekken.
Dat wil zeggen, dat bij eenzelfde toelaatbare peilvariatie, voor infiltratie
een ca. 3 x zo groot terreinoppervlak
benodigd is. Een infiltratiegebied leent
zich echter beter voor andere doeleinden bv. recreatie, dan een spaarbekken.
Egalisatie
Egalisatie kan eveneens met beide systemen worden bereikt. I n spaarbekkens vindt egalisatie op natuurlijke
wijze plaats. Een compact d.w.z. een
diep, cirkelvormig spaarbekken is het
meest doelmatig.
Het optreden van thermische stratificatie beperkt het egalisatievermogen,
doch kan op eenvoudige wijze worden
opgeheven.
I n infiltratieterreinen wordt egalisatie
op kunstmatige wijze bereikt door het
winnen en daarna mengen van meerdere - oude en jonge - waterkwaliteiten. Het systeem vraagt een nauwgezet en zorgvuldig exploitatiesysteem
doch kan beter in de hand gehouden
worden dan bij open buffering, doordat hier kortsluitstromen een goede
egalisatie nadelig kunnen be'invloeden.
Ten aanzien van het afvlakken van
temperatuursschommelingen is een infiltratiesysteem sterk in het voordeel.
Afhankelijk van de omvang van het
infiltratiesysteem kan de jaarlijkse
variatie tot minder dan de helft worden teruggebracht. In spaarbekkens is
van enige afvlakking (nog) geen sprake.
Flexibiliteit
Hoewel het gedrag van een spaarbekken op d e lange duur bij voeding met
onbehandeld rivierwater niet met
zekerheid kan worden voorspeld, lijkt
het waarschijnlijk, dat nimmer de
eisen die voor te infiltreren water in
acht moeten worden genomen, ook
voor spaarbekkens zullen gelden. Zo
zal het slibgehalte in het ruwe water
bij spaarbekkens nooit tot grote problemen leiden.
Ook luistert d e hoeveelheid organische stof alsmede ammoniak en
ammoniumverbindingen in relatie tot
de opgeloste hoeveelheid zuurstof
aanmerkelijk minder nauw dan bij te
infiltreren water, omdat aanvoer van
zuurstof tijdens het verblijf in spaarbekkens op natuurlijke wijze wordt
verkregen.
In hoeverre een meer of minder intensieve voorbehandeling voor de voeding van spaarbekkens wordt vereist
met betrekking tot het voorkomen
van massale planktongroei valt thans
niet met zekerheid te voorspellen. Verschillende onderzoekers wijzen op bestrijdingsmethoden die een intensieve
voorbehandeling niet nodig maken [4].
T e infiltreren water moet van slib zijn
ontdaan. Voorts dient het water niet
meer organische stof, ammoniak en
ammoniumverbindingen te bevatten
dan door middel van de beschikbare
hoeveelheid vrije en gebonden zuurstof kan worden afgebroken. Voorbehandeling voor het Nederlandse oppervlaktewater is een vereiste.
Kwetsbaarheid
Beide systemen ontlenen kwaliteitsverbetering grotendeels aan biologische processen. Dit houdt in dat beide
systemen gevoelig zijn voor gifstoff en,
hetzij binnengekomen met het ingenomen water, hetzij rechtstreeks in het
systeem gebracht.
Indien de vergiftiging van zodanige
aard is, dat de stof niet of slechts op
de lange duur verdwijnt, kan een
spaarbekken na verversing of zonodig na vervanging van de gehele inhoud toch reeds na betrekkelijk korte
tijd weer in dienst worden genomen.
Verversing van een infiltratiegebied,
indien mogelijk, is zeer tijdrovend.
Een ernstige verontreiniging kan in
het uiterste geval leiden tot verlaten
van het terrein.
I n Nederland kan winning van oppervlaktewater in zijn meest eenvoudige
vorm, d.w.z. slechts met een enkel
kunstwerk, niet meer worden toegepast.
Om veiligheidsredenen dient achter
het kunstwerk tenminste een kleine
voorraad te worden aangelegd. Vergroting van deze voorraad geeft de
mogelijkheid een beter en gelijkmatiger grondstof te verkrijgen.
Spaarbekkens blijken in staat een breder kwaliteits-spectrum te kunnen verwerken dan infiltratiesystemen en
passen derhalve beter bij het oppervlaktewaterbedrijf.
Een belangrijk voordeel van infiltratie
boven open buffering is, dat afhankelijk van de verblijftijd in het infiltratiegebied, temperatuursegalisatie kan
worden verkregen.
Een uitstekende, doch helaas kostbare,
oplossing zou worden verkregen indien beide systemen in een bedrijf
werden gecombineerd.
Transport
I n ons land moet oppervlaktewater
meestal gewonnen worden op grote
afstand van de verbruikscentra. Watertransport over grote afstand is derhalve geboden.
Afgezien van bijzondere omstandigheden kan worden gekozen tussen het
transporteren van ruw water en derhalve het bereiden van drinkwater ter
plaatse van het voorzieningsgebied en
het transporteren van drinkwater,
d.w.z. het concentreren van win- en
zuiveringsgedeelte in de onrniddellijke
omgeving van de prise d'eau. Voor
beide systemen is reserve in het transportsysteem geboden, teneinde storingen in het transportbedrijf of leidingbreuk te kunnen opvangen.
De reserve kan worden gevonden in:
a. Het aanleggen van een buffervoorraad in het voorzieningsgebied.
b. Vermeerdering van het aantal
transportleidingen.
Het aanleggen van een buffervoorraad is alleen mogelijk voor ruw water. Buffering van drinkwater is onaanvaardbaar omdat een langdurige
opslag van drinkwater de kwaliteit
terug doet lopen.
Het vraagstuk is in hoofdzaak van
economische aard en wordt op de volgende wijze benaderd:
De grootte van de aan te leggen reservevoorraad met toebehoren volgt, bij
een bepaalde bedrijfsgrootte, uit de
lengte van de periode, benodigd voor
het opheffen van de storing en vraagt,
L.1
BEZINKBEKKEN
&&
BEZINKBEKKEN
BEZINKBEKKEN
1 LAQE MLIPOMPEN 1
NA-CHLORING
REINW. BERGINQ
Afb. I
- Bedrijfsschema DWL Rotterdam in de periode
afgestemd op een bepaalde bedrijfsgrootte, een vast bedrag.
De kosten, verbonden aan het scheppen van reserve in het transportleidingensysteem, kan eveneens worden
berekend. Naarmate het aantal leidingen toeneemt, kan de reserve capaciteit procentueel worden verlaagd. Rekening
- houdend met het voor verschillende oplossingen benodigde energieverbruik kan het economisch optimum worden bepaald. De kosten, verbonden aan het scheppen van reserve
in het leidingnet, blijken tenslotte uitsluitend af te hangen van de transportafstand. Dit houdt in, dat bij een
bepaalde afstand, de kosten verbonden aan de aanleg van een reservevoorraad gelijk zijn aan de kosten
verbonden aan het leggen van een
reserveleiding. Bij transport over een
grotere afstand is aanleg van een
reservevoorraad in het voorzieningsgebied minder kostbaar en dient derhalve de drinkwaterbereiding in het
voorzieningsgebied plaats te vinden.
Bij transport over een kleinere afstand
biedt combinatie van winning en zuivering nabij het onttrekkingspunt de
meest economische oplossing.
1874-1953.
behandeling bestaat uit transportchloring en snelfiltratie.
Bij voorschakeling van een spaarbekken kan worden overwogen in plaats
van snelfilters te volstaan met microzeven. Het verdient geen aanbeveling
te volstaan met uitsluitend een transportchloring.
Ervaringen met de ruwwater-transportleiding tussen de Berenplaat en
het produktiebedrijf Honingerdijk leidinglengte ruim I5 krn - hebben
uitgewezen dat in een periode van ca.
2% jaar het pompdebiet ca. 10 %
terugliep.
Ten aanzien van de zuivering zal ik
mij beperken tot het typische oppervlaktewaterbedrijf. Het infiltratiebedrijf, dat wat de zuivering betreft alle
kenmerken van een grondwaterbedrijf
bevat, blijft verder nagenoeg buiten
beschouwing .
Uit de veelheid van bewerkingscombinaties - de zuiveringssystemen heb ik opnieuw een keuze moeten
doen en mij beperkt tot de systemen
die door de Drinkwaterleiding van
Rotterdam in de afgelopen eeuw zijn
toegepast en in de toekomst zullen
Ten behoeve van het transport moet worden gebruikt.
ruwwater worden geconditionneerd. De systemen geven een opbouw die
Slib, organische stoffen, ammoniak de toenemende verontreiniging van
en ammoniumverbindingen moeten het oppervlaktewater volgt. Het vergrotendeels worden verwijderd met bazingwekkende is dat vrijwel elk in
het oog op een onaanvaardbare zuur- het verleden toegepast systeem ook
stofconsumptie in het leidingensy- vandaag nog bruikbaar is in uiteraard
steem. Voorts moet het water worden passende omstandigheden.
gedesinfecteerd ter voorkoming van De stichting van de centrale drinkgroei in de leidingen.
watervoorziening van Rotterdam daEen gebruikelijke en doelmatige voor- teert van 1874. Tot die tijd werd water
geput uit stadsgrachten en singels. De
vervuiling van dit water, vooral met
faecale verontreiniging
- - was oorzaak
van vele ziekten. Vooral choleraepidemieen hebben de stad destijds
zwaar geteisterd. Het hygienisch aspect heeft, zoals in vele andere steden, de grondslag gevormd voor het
ontstaan van het waterleidingbedrijf.
Het bedrijf geniet tot op de huidige
dag - meer dan welk ander waterleidingbedrijf - de eer sterk in de
publieke belangstelling te staan. De
belangstelling gold niet zo zeer de
keuze van de zuiveringssystemen, dan
we1 het tijdstip waarop zij werden ingevoerd.
Het water werd in 1874 onttrokken
aan de Nieuwe Maas bovenstrooms
van de stad.
Het water w e d omstreeks hoog-water
ingenomen, zodat met een eenvoudige
inlaatsluis kon worden volstaan. Het
ingenomen water verbleef enige tijd in
een bezinkbekken en werd vervolgens
over enkele, later vele, biologische filters geleid. Het oppervlaktewater was
van een zodanig goede kwaliteit, dat
tot in de twintiger jaren met dit eenvoudige systeem kon worden volstaan.
Het eindprodukt bleek hygienisch
betrouwbaar en het zuurstofverbruik
in het Uter zo laag dat geen onaanvaardbaar lage waarde ontstond.
Het gegeven systeem (afb. 1) geeft de
meest oorspronkelijke v o m van biologische zuivering.
Het systeem dat uitmunt door eenvoud kan ook thans nog met succes
worden toegepast mits:
a. de ruwwaterkwaliteit weinig verontreinigd is en geen grote kwaliteitsvariaties vertoont en
b. het klirnaat zich leent; een en ander houdt verband met het snel
teruglopen van biologische processen bij temperatuursdaling.
Een nadeel van het systeem, naast de
grote gevoeligheid voor ruwwaterkwaliteit en klimaat, is, dat grote terreinoppe~lakken benodigd zijn. De
filtratiesnelheid behoort in de orde
van 10 tot maximaall5 cmluur te bedragen.
In de twintiger jaren ontstonden in
het bedrijf verschillende moeilijkheden.
In de eerste plaats moeilijkheden in de
bedrijfsvoering door het optreden van
massale groei van diatomedn, die de
looptijd van de filters sterk bekortten.
Problemen voorts met betrekking tot
de kwaliteit van het drinkwater, zowel
wat smaak als de hygienische betrouwbaarheid betrof. In feite dus proble-
Van grote betekenis in dit jaar is het
in dienst nemen van het chemisch bedrijfsgedeelte, gebaseerd op desinfectie en oxydatie door middel van
chloor.
1953-1960
N l E U W E MAAS
I
INLAATPOMPSTAT.
De keuze van chloor boven ozon ligt
voor de hand. Toepassing van ozon
zou in verband met de sterk wisselende ruwwaterkwaliteit een gemiddeld sterk onderbelaste en derhalve
d u e installatie geven, terwijl voorts
ammoniak niet zou worden verwijderd, zodat hierin op andere wijze
zou moeten worden voorzien of een
intense nagroei in het transport- en
distributiesysteem zou moeten worden gevreesd.
Coagulatie wordt verkregen door toevoeging van ijzerzouten (gechloord
ijzersulfaat).
AKTIEVE KO01
I
- 1
BEZINKBEKKEN
I
4
1
I
C
BEZINKBEKKEN
1
I
+
IBREEKPUNTCHLORING]
4
KALK
i
LCOAGULANS
Few+ 1
I+
SNELFILTERS
[
LANGZ. FILTERS
I I
I
SNELFILTERS
t
I
4
I
1 /I
4
I LANGZ.FILTERS 1
1
I
LAGE ORPOMPEN
1 -
+
I
1
4
11
SNELFILTERS
1
1
BELUCHTING
I
NaOH (van 10~5.t)
]
4
Na -CHLORING
I
4
I
SO,
1
J
I REINWATERBERGING [
4
I HD. POMPEN
1
+
Afb. 2
- Bedrijfsscl~entaDWL Rotterdam in de periode
men, terug te voeren tot de verslechtering van de grondstof.
De sterke diatomeeengroei werd bestreden met kopersulfaat. De tweede
methode ter vermindering of voorkoming van diatomeengroei is gebaseerd op het verrninderen of wegnemen van voor de groei benodigd
licht en bestaat uit het overkappen
van de filters. Uiteraard een kostbare
methode. De hygienische betrouwbaarheid van het eindprodukt werd
vanaf 1929 gewaarborgd door middel
van nachloring.
Vanaf 1924 werden proefnemingen
lritgevoerd met snelfilters ter ontlasting van de langzame zandfilters.
Deze voorfiltratie werd in het laatst
van 1931 in gebruik gesteld en boekte
het gewenste resultaat. Het aantal
schuimingen liep terug van 424 in
1931 tot 186 in 1932. Intussen bleef
de smaak van het water verslechteren,
zodat in 1933 begonnen werd met een
incidentele doseting van aotieve kool.
De poederkool werd aanvankelijk
voor de langzame filters gedoseerd.
1953-1967.
Het gevolg hiervan was dat de langzame filters snel verstopt raakten en
het aantal schuimingen drastisch toenam. Reeds in het volgend jaar werd
de poederkooldosering naar voren gehaald en gedoseerd voor de snelfilters.
In 1939 werd de inlaatsluis vervangen
door een inlaatpompstation. Het vergroten en verdiepen van de havens
veroorzaakte een verdere opdringing
van met stadsvuil belast water in
stroomopwaartse richting, in de vloedperiode, zodat omstreeks hoog water
geen wateronttrekking meer kon
plaatsvinden. Ook zeeinvloed begon
tijdens hoge waterstanden merkbaar
te worden.
Het effect van actieve kool op de
smaak werd verbeterd door odk voor
het bezinkbekken actieve kool te doseren, zodat een langere contacttijd werd
verkregen.
Vanaf 1935 (afb. 2) wordt permanent
poederkool toegevoegd, terwijl voorts
ter correctie van de pH kalk, aanvankelijk in de vorm van poederkalk
wordt gedoseerd.
De keuze van ijzer boven aluminium
ligt voor de hand, omdat optimale
coagulatie met ijzer in een gunstiger
pH-gebied ligt (Coagulatie met ijzer
is optimaal voor pH = ca. 8 en voor
aluminium voor pH = 6,s - 7) terwijl voorts het pH-gebied, waarin
coagulatie met ijzer bevredigend verloopt, veel breder is. Flocculatie en
sedimentatie worden gecombineerd in
vlokkenfilters (precipitators). Het
effluent wordt vervolgens geleid over
snelfilters.
Het biologisch bedrijf ondergaat geen
verandering, profiteert alleen door
een geringer belasting. Het biologisch
en chemisch filtraat worden tenslotte
weer samengevoegd en nabehandeld
met chloor. De tenslotte nog aanwezige hoeveelhei'd restchloor wordt met
SO2 tot ca. 0,3 mg/l teruggebracht.
A1 onmiddellijk bij de eerste periode
met een slechte ruwwaterkwaliteit
blijkt, dat het chemisch bedrijf veel
beter voldoet dan het biologisch. Met
name ten aanzien van smaakverwijdering is dit systeem duidelijk in het
voordeel. In dit opzicht speelt ongetwijfeld de passage van het water
door de vlokkendeken, waarin zich
veel poederkool verzamelt, een rol
van betekenis. Contact met poederkool in dit ,,filter3' komt veel beter
tot zijn recht dan in de doorgaans
gebrekkige menginstallaties.
Een nadeel van de chemische zuivering is het verhogen van de hardheid
door toevoeging van kalk, nodig ter
correctie van de pH, die, afhankelijk
van de toegevoegde dosis chloor en
gechloord ijzersulfaat, meer of minder wordt verlaagd.
In 1960 wordt het biologisch te filtreren water verder verbeterd, door
ook voor dit water coagulatie toe te
passen. De gevormde vlok wordt in
dit geval verwijderd met behulp van
traditionele bezinkbekkens. Het coagulatieproces, dat in de winter minder g o d verloopt, wordt verbeterd
door toevoeging van een coagulatiehulpmiddel in deze periode.
Ook wordt, zij het incidenteel, opnieuw kopersulfaat gedoseerd.
Vermelding verdaient voorts de dosering van natronloog teneinde een zodanige pH te garanderen, dat geen
leidingcorrosie optreedt.
In 1966 wordt het tweede Rotterdarnse produktiebedrijf op de Berenplaat in gebruik genomen. Het zuiveringsgedeelte is overeenkomstig het
bedrijf aan de Honingerdijk opgezet.
Kenrnerkend voor dit zuiveringsbedrijf is de doelmatiger indeling en inrichting en de grote mate van automatisering. Met name de menginrichtingen betekenen een duidelijke verbetering.
Het spaarbekken ter plaatse is bedoeld voor het overbruggen van
slechts korte perioden, waarin de
rivier een onaanvaardbare waterkwaliteit voert (Kalamiteitsbekken). Selectie en egalisatie kunnen ternauwernood worden gerealiseerd. Het zelfreinigend effect is g o d .
Sinds 1967 wordt ook het bedrijf aan
de Honingerdijk gevoed met water uit
het spaarbekken op de Berenplaat
(afb. 3).
Ter vergelijking met de klassieke oppervlaktewaterbedrijven te Rotterdam
zijn de bedrijfsschema's van twee infiltratiebedrijven gegeven (afb. 4).
De bedrijfsresultaten, uitgedrukt in
enkele karakteristieke grootheden, zijn
in de volgende tabel verzameld.
Uit de tabel blijkt, dat de grootste
spreiding in de kwaliteit optreedt bij
de oppervlaktewaterbedrijven. Het
.huidige klassieke systeem blijf t, zeker
wat dit aspect betreft, achter bij de
grondwater- en semigrondwaterbedrijven.
Het ontbreken van een gedetailleerder
analyse van de watersoorten, met ge-
BERENPLAAT NA 1966
HONINGERDIJK NA 1967
I
1
I
I
I
I
SPAARBEKKEN
1
TRANSPPOMPSTAT
1
t
TRANSPORT(16krn)
I
BEZINKBEKKEN
4
+
LAGE DRPOMPEN
SNELFILTERS
LANGZ.FILTERS
BELUCHING
I
1
Afb. 3
i
L
/
VLOKKENFILTERS
I
1
I
I
1
1
r
SNELFILTERS
I
1
BELUCHTING
I
i
NaOH
1
NA-CHLORING
I
i
[
AKIEVE KOOL
[
KALK
I
1
I
1
1
1
VLOKKENFILTERS
I
1
I
SNELFILTERS
1
BELUCHTING
I
1
4
i
NA-CHLORING
1
CHL.KONT.KELDER
M.D.POMFSTATION
1
1
REINW.BERGING
I
H.D.POMPSTATION
I
t
- Bedrijfsscltema's DWL Rotterdanl 11a 1966 resp. 1967.
gevens inzake troebelheid, smaak,
reuk, albumindid stikstof e.d. maakt
een verdergaande vergelijking speculatief .
Bepalen wij ons tot de beschouwde
zuiveringssystemen voor oppervlaktewater, dan moet worden geconcludeerd dat, bij het huidige verontreinigingsniveau van de Rijn, de klassieke
methoden voor de bereiding van
drinkwater te kort schieten.
Smaak
Zo is de smaakverwijdering met actie-
ve kool, gedoseerd in de vorm van
poederkool, onvoldoende. Smaakverwijdering met behulp van actieve kool
is gebaseerd op het grote adsorberend
vermogen van actieve kool. Uit gegevens van de Rotterdamse bedrijven
blijkt, dat de smaakverwijdering in
het biologisch bedrijf (verre) ten achter blijft bij die van het chemisch bedrijf. Afgezien nu van het verschil in
de processen is een belangrijk verschil
in de bedrijfsvoering de toepassing
van twee sedimentatiesystemen.
Sedimentatie in de chemische bedrij-
Overzidt drinkwaterkwaliteit oppervlaktewafersuiveringsbedrijven in 1968.
Gemiddeld
Maximum
1
NH4+ mg/l
0 2 vrij mg/l
KMnOd mg/l
Kleur pt-schaal
Fe mg/l
Mn mg/l
Temp. OC
Den
Haag
0,15
9,O
14
11
0,14
0,03
18,O
<
A'dam
0
10,7
9
13
0,05
0,05
19
<
Hon.dijk
biol.
B'plaal
0,15
14,4
14
10
0,39
0,03
22,5
Den
Haag
A'dam
0
7,6
8
9
0,05
0,05
13
<
<
Minimum
Hon.dijk
B'plaat
biol.
403
11,6
9
5
0,03
0,Ol
12,5
0,03
7
10
0,03
0,Ol
12
Den
Haag
A'dam
< 0.03
0
B'plaat
0,Ol
Hon.dijk
biol .
ven vindt plaats in de vlokkenfilters.
Op een bepaalde hoogte in de filters
vormt zich een vlokkendeken, die
periodiek zijdelings wordt afgetapt.
M e water wordt gedwongen deze
vlokkendeken, waarin zich een grote
hoeveelheid poederkool heeft verzameld, te passeren. Het contact van het
water met de actieve kool, anders gezegd de botsingsfrequentie van smaakstoffen bevattende waterdeeltjes en
poederkool is in de deken redelijk
groot. De verwijdering van deze stoffen nu is recht evenredig met de botsingsfrequentie. Het laat zich aanzien,
dat smaakverwijdering zich in de vlokkendeken concentreert.
Sedimentatie in het biologisch bedrijfsdeel, zoals dit het geval is in
t
op
vele andere bedrijven, ~ i n d plaats
de traditionele wijze door middel van
bezinkbekkens. De poederkool wordt
voor de bekkens gedoseerd, min of
meer intensief gemengd met het water
om vervolgens in het bezinkbekken
neer te slaan.
Het behoeft nauwelijks betoog, dat
van innig contact of een hoge botsingsfrequentie bij de toch altijd geringe poederkoolconcentratie, zelfs bij
een hoge snelheidsgradient, in relatie
tot het contact in een vlokkendeken,
maar zeker in relatie tot een actieve
koolfilter, slechts weinig terecht komt.
Van de verblijftijd in het bezinkbekken valt door het ontbreken van een
hoog turbulentieniveau evenrnin veel
te verwachten. De vraag is gerechtvaardigd of bij de verwijdering van
smaakstoffen met behulp van een poederkooldosering de keuze van het
sedimentatiesysteem niet vast ligt.
Het behoeft geen betoog dat het innigste contact wordt verkregen in een
actief koolfilter. Het belangrijkste bezwaar verbonden aan het actief koolfilter is het verschijnsel van nagroei
en derhalve een sterke verhoging van
het kiemgetal. In hoeverre dit bezwaar kan worden ondervangen bv.
door middel van periodiek spoelen
van een onderbed bestaande uit zand
met gechloord water, zal proefondervindelijk moeten worden vastgesteld.
In oppervlaktewaterbedrijven, waar
van oudsher desinfectie werd bereikt
met chloor is ozon steeds een enigszins geladen woord geweest. Zo wordt
bv. in Amerika vrijwel nergens ozon
toegepast.
Door het onvermogen van ozon om
ammoniak te oxyderen zal het breekpuntchloring ook niet kunnen vervangen.
Dit neemt niet weg dat ozon, door
zijn vermogen tot verdere afbraak dan
waartoe chloor in staat is en het vermogen andere stoffen te oxyderen, als
supplementaire behandeling zeker in
aanmerking komt. Met name het heilzame effect van ozon op het verlagen
van kleur (en smaak) is bekend. Door
de beperkte mogelijkheid ozon in
voorraad te hebben is de meest aangewezen plaats voor dosering het punt
waar het water het meest gelijkmatig
van kwaliteit is. Men verkrijgt dan
irnmers de hoogste belastinggraad van
de installatie.
Het ligt derhalve voor de hand de nachloring te vervangen door ozonisatie.
Het resultaat hiervan is dat allerlei
afbraakprodukten worden gevormd
die als voedingsbodem in het leidingnet nagroei kunnen veroorzaken. Het
naar voren halen van de ozonbehandeling voor de actief koolfilters bevordert nagroei in het filter.
De beste plaats voor ozondosering
lijkt derhalve het punt tusen de sedimentatie en de snelfiltratie.
Uit de laatste resultaten van een
proeffabriek in Rotterdam blijkt, dat
op deze wijze goede resultaten worden
verkregen. Ozonisatie wordt in het
proefsysteem gevolgd door een tweede ijzerdosering.
Op grond van troebelheidsmetingen
van het filtraat blijkt, dat t.g.v. ozonisatie deze secundaire coagulatie belangrijk meer effect sorteert.
Optimalisering
Naast een juiste keuze van het bedrijfsschema is van groot belang dat
het bedrijf harmonisch wordt ingericht. Slechts een harmonische opzet
maakt een optimale bedrijfsvoering
mogelijk.
Hoewel voor een optimale bedrijfsvoering niet noodzakelijk, zal doorgaans een optimale exploitatie van de
bedrijfsdelen hiervan we1 de basis vormen.
Opbimalisering van het bedrijf houdt
in dat bij vastgestelde kwaliteitsnormen de financieel/economisch gunstigste bedrijfsexploitatie kan worden
gevoerd.
De persoonlijke vrijheid bij het vaststellen van de kwaliteitsnormen, uiteraard we1 binnen door de wet gestelde
grenzen, vormt hierbij een moeilijkheid en een gevaar.
Een gevaar in die zin dat maar a1 te
gemakkelijk kan worden besloten tot
aanvaarding van een ,,financieel-economisch haalbare" kwaliteit.
Optimalisering kan slechts worden
verkregen door een zorgvuldige ana-
lyse van de bewerkingen en een grondige kennis van alle het proces behvloedende factoren. Theoretisch inzicht en proefondervindelijk onderzoek zijn hiervoor onontbeerlijk. Het
tenslotte ontwikkelde bedrijf vraagt
een investering, die vertaald kan worden in een jaarlijkse last, bestaande
uit afschrijving en rente. Vermeerderd
met de exploitatiekosten, voornamelijk bestaande uit energie, grondstofverbruik, onderhoud en loon, levert
dit het jaarlijkse kostenpatroon van
het bedrijf. Vaak zal een der samenstellende grootheden dominant zijn.
Zo zal zowel voor het filtratieproces
als voor het sedimentatieproces de invloed van de investeringen overheersen. Optimalisering houdt hier derhalve voornamelijk in: vergroting van
de opbrengst per oppervlakte-eenheid.
Voor de chemicaliendosering en bijbehorende installaties ligt dit minder
duidelijk zoals in het volgende zal
worden aangetoond.
Verwijdering van stoffen met behulp
van in het water gedoseerde chemicalien wordt grotendeels beheerst door
de botsingsintensiteit.
Voorbeelden: Het verwijderen van
verontreinigingen m.b.v. ijzer-(aluminium) zouten, maar ook het verlagen
van de smaak met behulp van poederkool aan het water toegevoegd.
De botsingsintensiteit, d.w.z. het aantal botsingen per tijdseenheid wordt
gegeven door de formule van Smoluchowski, in de vorm zoals die door
Camp en Stein [5] in de waterleidingwereld is ge'introduceerd:
dv
N = 116 nlnz (dl
d2)3 (1)
dz
waarin:
N
= aantal botsingen
nl, dl = aantal en deeltjes te verwijderen verontreiniging
nn, da = aantal en deeltjes gedoseerde deeltjes
dv
- = snelheidsgradient (G)
dz
De botsingsintensiteit en derhalve de
afname van het aantal deeltjes (verontreiniging) kan worden herleid [6]
tot:
dnl
- x.N.
(2)
dt
waarin x een rendementsfactor is,
aangevend het aantal botsingen die tot
verkleving leiden.
Bij een constant blijvend of constant
verondersteld aantal gedoseerde deel-
+
,,DEN HAAG"
tjes zouden dus in feite op hun plaats
in de rij moeten blijven. Menging, uitgedrukt in de waarde van G, verstoort
juist deze stromingswijze.
,,AMSTERDAM"
Het spreekt vanzelf dat menging moet
prevaleren. D e grootte hiervan dient
in relatie tot de eerder genoemde factoren te worden bepaald. Door nu het
mengvolume over meerdere in serie
geschakelde eenheden te verdelen en
per compartiment te voorzien van een
menginstallatie kan ook bij een grote
mate van turbulentie worden tegemoet gekomen aan de wens de verblijftijden van de deeltjes zo goed
mogelijk met elkaar in overeenstemrning te brengen. In de praktijk blijkt
een verdeling in 4-6 compartimenten
voldoende.
JUTFAAS
BERGAMBACHT
I
TRANSPORT
I
I
[ INFILTRATIE(duinen)
I\
I
[~l~~l~~(putten,drains)
i
I RUWW. TR F! POMPSTAT ]
I
I BELUCHTING
J
I
I DOSERING aktieve kool
4
I
SNELFILTRATIE
j
I
Sedimentatie
Het sedimentatieproces wordt beheerst
door de getallen van Froude en
Reynolds.
>LEIDUIN
SCHEVENINGEh'
*J
vo2
voR
Fr = Re = g.R
U
waarin:
v0 = gemiddelde horizontale snelheid
R = hydraulische straal
v = kinematische viscositeit.
WATERTOREN
I
1
Afb. 4
- Bedrijfssclema's.
tjes (n2) kan de differentiaalvergelijking worden gei'ntegreerd.
De oplossing is van de vorm:
nit =
ni o
.A.n2.G.t
waarin:
nit = het aantal deeltjes verontreiniging op het tijdstip t
nio = het aantal deeltjes verontreiniging op het tijdstip o
Het effect van chernicaliendosering
wordt dus beheerst door: de hoeveelheid gedoseerde stof (n2), de mate
van turbulentie (G) en de tijd (t).
Naarmate deze drie factoren worden
vergroot wordt het effect verbeterd.
Optimalisering kan nu worden bereikt door deze grootheden te varieren.
Vergroting van de verblijftijd (t) betekent vergroting van het mengvolume
en leidt a1 gauw tot hoge bouwkosten.
Vergroting van de hoeveelheid ge)
tot vergroting
doseerde stof ( n ~ leidt
van de doseerinstallatie. De hieraan
verbonden hogere investering speelt
t.0.v. de lcosten verbonden aan het
chemicalienverbruik zelden een rol
van betekenis.
De kosten verbonden aan het chemicalienverbruik hangen uiteraard af
van de prijs van de gedoseerde stof.
Deze is in feite alleen voor poederkool van groot belang.
Vergroting van de snelheidsgradient
dv
(G = -) leidt tot vergroting van het
dz
mengwerktuig. Vergroting derhalve
van het energieverbruik en het geinstalleerd vermogen, waarbij geldt
dat een lineaire vergroting van G een
kwadratische vergroting van het geinstalleerd vermogen en het energieverbruik vraagt.
Interessant en ook van groot belang
voor optimalisering is tenslotte het
karakter van de vergelijking (3). Het
exponentiele verband vraagt immers
een gelijke verblijftijd van de deeltjes
in de mengruimte 171. De waterdeel-
Het sedimentatieproces verloopt gunstiger naarmate het getal van Froude
groter en het getal van Reynolds kleiner is.
Een en ander wordt bereikt door verkleining van de hydraulische straal,
gedefinieerd als de verhouding tussen
het oppervlak van de natte doorsnede
en de natte omtrek.
In Amerika (Microfloc, Corvallis) is
een systeem ontwikkeld dat hieraan
in hoge mate voldoet.
Men plaatst in de n&e doorsnede een
honingraat, bestaande uit tegen elkaar
geplaatste buizen of vierkante kokers
en dwingt het water hierdoorheen te
stromen. De vergroting van de natte
omtrek anders gezegd de verkleining
van de hydraulische straal maakt in
dit geval, waarin kokers 8 5 cm onder een hoek van 60" met het horizontale vlak, in het sedimentatiebekken
zijn gehangen, een overflowrate of
opbrengst per m2 mogelijk van ruim
10 m/uur.
Thans wordt een installatie gebouwd
met een overflowrate van bijna 9
m/uur. Dit houdt in dat wordt volstaan met een kwart van het oppervlak dat benodigd zou zijn indien de
traditionele inrichting zou zijn gekoZen.
Filtratie
Een eveneens spectaculaire vergroting
van de opbrengst per oppervlakteeenheid kan worden bereikt bij het
filtratieproces door toepassing van
dubbellaags filter.
In een proefinstallatie van de Rotterdamse waterleidingen is gebleken dat
een filtratiesnelheid van 15 m / h kan
worden gehaald met behoud van een
zeer goede kwaliteit van het filtraat
(troebelheid < 0,l JTU) en een redeLijke looptijd van het filter.
De toegepaste materialen bestonden
uit anthraciet en zand. Voor het ontwerp van het filter, voorzover dit betreft:
a. de keuze van de korrelsamenstelling van zand en anthraciet;
b. de laagdikten van beide media;
c. de wijze van voorbehandeling van
het te filtreren water is het verrichten van proefondervindelijk
onderzoek onontbeerlijk.
In het voorgaande is tot uiting gekomen dat in het actuele waterleidingbedrijf, geboren uit de noodzaak tot
het vervaardigen en leveren van een
hygienisch betrouwbaar produkt, een
compromis wordt nagestreefd tussen
enerzijds de kostprijs en anderzijds de
esthetische kwaliteit, met als vanzelfsprekendheid de hygienische betrouwbaarheid op de achtergrond.
Op meerdere plaatsen in de wereld
zijn thans onderzoekingen gaande teneinde een korrelatie vast te stellen tussen de aanwezigheid van diverse soorten verontreiniging in lucht, voeding
en water en het optreden van ziekten,
hetzij acuut, hetzij zich pas in tweede
of derde generatie openbarend.
Het onderzoek, in hoofdzaak (nog)
van statistische aard, wordt bemoeilijkt door de gecompliceerdheid van
de samenstelling van de bedoelde ver-
ontreiniging en de lage concentraties
waarin zij voorkomen.
Het moet allerrninst uitgesloten worden geacht dat, zelfs indien de bestrijding van de oppervlaktewatervervuiling bij de bron ter hand wordt genomen, het compromis wordt doorbroken en het gezondheidsaspect, de
oorsprong en reden van het bestaan
van onze bedrijven, opnieuw normatief wordt.
Enerzijds kan dit leiden tot het meervoudig toepassen van bewerlcingen,
mcar evenzo tot het toepassen van
een grotere diversiteit van bekende en
mogelijk onbekende zuiveringsbewerkingen.
Literatuur
1. Leeflang, K. W. H. Kwaliteitsverandering door i~zfiltratie,17e Vakantiekursus (1965).
2. Rook, J. J. en Oskam, G. Biologisch-cl~emischeervaritzgen ?net opslag van Rijnwater,
H 2 0 11 (1969).
3. NeIisse, W. P. Destratificalie nzet behzilp van sainetrgepersta luclzl. Intern rapport DWL Rotterdam.
4. Ridley en Steel. Medewerkers MWB Londen: Persoonliike mededellnge~l.
5. Camp, T . R. en Stein, P. C. Velocity Gradierzts and I~rter*ralWork in Fluid Motion.
J. Boston Soc. Civ. Eng. 30:219 (1943).
6. Hudson jr., H. E. Plrysical aspects of flocculation. JAWWA - 7 - (1965).
7. Harris, H. S., Kaufman, W. J. en Krone, R. B. Ortlzokinetic flocculatio~z in water
pzrrification. JAWWA - 6 (1966).
IR. P. L.KNOPPERT
De invloed van het ontwerp op de kostprijs*)
1. Inleiding
I n het kader van deze vakantiecursus
client thans het kostenaspect aan een
onderzoek te worden onderworpen. In
eerste instantie leek het hierbij aantrekkelijk om te zoeken naar - liefst
eenvoudige - verbanden tussen de
absolute kosten van een zuiveringsinstallatie of onderdeel daarvan en
bijvoorbeeld het zuiveringssysteem, de
ruwwaterkwaliteit of het leveringsvermogen van het bedrijf. Het resultaat
stelde teleur; het aantal variabelen
was te groot en het aantal gegevens
te klein. Als belangrijkste van invloed
zijnde variabelen kunnen worden genoemd:
1. De kwaliteit van het ruwe water
en de daarbij behorende zuiveringssystemen;
2. De plaatselijke situatie en de mogelijkheden van aan- en afvoer;
3. De persoonlijke inzichten in het te
volgen systeem van zuivering;
4. De eisen van veiligheid ten aanzien
van het leveringsvermogen;
5. De toelaatbaar geachte snelheden
in het zuiveringsproces.
In de onderstaande behandeling van
prijzen en kosten zal derhalve meer
gestreefd worden naar het aangeven
van trends dan naar absolute juistheid
van cijfers.
Teneinde te kunnen nagaan waaraan
uit kostenoverwegingen de meeste
aandacht geschonlcen moet worden is
het nuttig een nadere beschouwing te
wijden aan de opbouw van de kostprijs van de waterzuivering.
Kan worden uitgegaan van een schoon
grondwater dan blijkt de kostprijs van
de zuivering voor het overgrote deel
te worden bepaald door de kapitaalskosten en de energiekosten.
De behandelingskosten maken er
slechts een gering deel van uit.
Interessanter is het dan ook om te zien
hoe dit ligt, indien vervuild oppervlaktewater het uitgangsprodukt is. Als
voorbeeld volgt hieronder een analyse
van de kostprijs van de zuivering op
het Berenplaatbedrijf van de Rotterdamse Drinkwaterleiding. De gegevens zijn in centen per m3 op basis
van uitkomsten van 1969.
*) Laatste voordracht in de 22e Vakantiecursus Drinkwatervoorziening ,,Het ontwerpen van zuiveringsinstaUatiesl' welke op 15
en 16 januari 1970 in Delft werd gehouden.
HzO (4) 1971, nr. 16
A. LVariabele kosten
I. energie
1,3
brandstof
bediening en onderh. 0,7
Tenslotte zal nog aandacht worden
geschonken aan de invloed van het
systeem van afschrijving op de kostprijs.
2. De bouwkosten van waterzuiveringsinstallaties en de invloed van
11. zuivering
de bedrijfsgrootte
chemicalien:
Teneinde na te gaan welke invloed
act. kool
de bedrijfsgrootte op de bouwkosten
ijzer (3+)
heeft zijn van een zestal Nederlandse
chloor
recent gebouwde zuiveringsbedrijven
kalk
de bouwkosten vergeleken. T e weten
coag. hulpm.
van de oppervlaktewaterbedrijven
Baanhoek (Dordrecht), Andijk (PWN)
3,s en Berenplaat (Rotterdam) en van de
bediening en onderh.
0,s grondwaterbedrijven Huybergen (Zeeland), Bergambacht (Gouda) en Lei111. huisvesting
duin I1 (Amsterdam).
kantoren, magazijnen,
Bovendien zijn vijf Arnerikaanse opterreinen, wegen enz.
pervlaktewaterbedrijven mee in beschouwing genomen, nl. van WashingIV. diversen
0 2 ton Suburban (95 x 106 m3/j), Dallas
- (100 x 106), Philadelphia (400 x 106),
Totaal
7,O Metropolitan Water District of Southern California (780 x 106) en ChicaB. Vaste kosten
go (1300x 106). De bouwkosten zijn
kapitaalskosten, bij vol belast be- via een kleine enquete door de bedrijf 10,O ctlm3.
drijven zelf opgegeven. Zo zorgvuldig
De belnvloeding van de kostprijs van mogelijk is daarna afgewogen wat in
de zuivering kan uiteraard het meest de verschillende gevallen we1 en wat
succesvol plaatsvinden op die onder- niet was meegerekend. Via het toedelen, die de grootste bijdrage aan rekenen, eventueel aftrekken van door
deze kostprijs leveren. Dit blijken zeer auteur zelf geschatte kosten van beduidelijk de kapitaalskosten te zijn. paalde bedrijfsonderdelen zijn de beHierop zal dan ook in eerste instantie drijven zo goed mogelijk vergelijkbaar
de aandacht zijn gericht. En we1 op gemaakt. Het gevaar is immers zeer
de bouwkosten van zuiveringsbedrij- groot, dat bepaalde onderdelen bij het
ven in het algemeen en de invloed van ene bedrijf we1 en bij het andere niet
de bedrijfsgrootte op deze bouwkos- meegerekend worden of dat door verten. Zowel van grondwaterbedrijven schillende inzichten niet onaanzienlijals van oppervlaktewaterbedrijven. ke verschillen in snelheid (en dus in
Wat deze laatste betreft aan de hand leveringsvermogen) in vergelijkbare
van gegevens uit Nederland en uit de situaties worden toegelaten. Al deze
Verenigde Staten van bedrijven die in zaken zijn er zo goed mogelijk uit
de laatste tijd zijn gebouwd en waar- weg gerekend waardoor verschillende
van de bouwkosten dus nog goed ver- bedrijven uit de aard der zaak nogal
gelijkbaar waren of te maken waren. gingen afwijken van hun werkelijke
Een soortgelijk onderzoek is ingesteld verschijningsvorm. Bij dit ,,vergelijkten aanzien van aanlegkosten van baar rekenen" zijn de onderstaande
spaarbekkens in Nederland. Ook hier uitgangspunten gehanteerd.
zal de relatie worden gelegd tussen 1. De waterwinning behoort tot het
aanlegkosten en eenheidsgrootte. Verbedrijf.
volgens zullen de kosten van enkele Voor een oppervlaktewaterbedrijf beonderdelen van de zuiveringsinstalla- tekent dit dus, dat het inlaatpompstaties nader worden beschouwd, nl. de tion, dat het ruwe water uit de rivier
kosten van snelfilterinstallaties, de pompt, meegerekend is. Aan die bekosten van de reinwaterberging, het drijven, die met een eenvoudig inlaatsysteem van energieopwekking en de werk als prise d'eau kunnen volstaan
automatisering.
is een bijbehorend pompstation toege-
rekend. Bij de grondwaterbedrijven
zijn de putten en de leidingen van de
putten naar het bedrijf meegerekend.
2. Er is vanuit gegaan, dat bij een
oppervlaktewater verwerkend bedrijf een kalamiteitsbekken behoort.
Onder een kalamiteitsbekken wordt
een bekken verstaan, dat bij of in de
naaste omgeving van het zuiveringsbedrijf ligt en een zodanige inhoud
heeft dat het gedurende ca. 3 weken
in de ruwwaterbehoefte van het zuiveringsbedrijf kan voorzien. Het dient
om kalamiteit in de aanvoer te overbruggen, bv. ernstige olieverontreiniging op de rivier; (de endosulf anaff aire) of ernstige storing in de aanvoerleidingen. Was een dergelijk bekken
bij een bepaald bedrijf niet aanwezig,
dan is het toegerekend.
3. Voor de zuivering van het oppervlaktewater is uitgegaan van een
systeem, dat in hoofdzaak bestaat uit
desinfectie en oxidatie (met breekpuntchloring), coagulatie, sedimentatie, filtratie, smaakcorrectie en pH
correctie.
Derhalve is niet gerekend met ozonbehandeling enlof actieve koolfiltratie.
4. T.a.v. sedimentatie en filtratie is
gewerkt met klassieke snelheden,
d.w.z. een oppervlaktebelasting van
ca. 1 m per uur voor bezinking in horizontaal doorstromende bekkens, 3 g
4 m / h bij upflow sedimentatie en 7
m/h voor de snelfilters. Op grond van
deze snelheden zijn de leveringsvermogens van de verschillende bedrijven
vastgesteld.
5. Bij de grondwaterbedrijven is gerekend met een dubbele filtratie.
Dit beperkt uiteraard we1 de gegevens,
maar goede vergelijkbaarheid moet als
eerste vereiste gelden.
6. Het distributiepompstation behoort niet tot het zuiveringsbedrijf.
Een situatie dus zoals bv. te Leiduin.
We1 tot het bedrijf behorend is het
pompstation dat het water naar het
distributiepompstation (resp. de reinwaterreservoirs) transporteert. Dit met
bijbehorende bufferkelder, omdat zonder deze niet goed gewerkt kan worden.
7. Bij het zuiveringsbedrijf bevinden
zich geen reinwaterkelders. Deze
situatie, die overigens in de meeste
gevallen ook concreet is, is een logisch gevolg van uitgangspunt 6.
8. Ten aanzien van de grootte van
het bedrijf is gewerkt met het leveringsvermogen per jaar en een verhouding tussen levering op maximum dag
en gemiddelde dag van 1,4, een klassieke piekfactor, behorend bij een bedrijf met dagreservoirs.
In Amerikaanse en Engelse literatuur
wordt overwegend het maximale leveringsvermogen per uur aangegeven.
Men neemt hiervoor dan meestal het
totale filteroppervlak maal de maximaal toegelaten filtersnelheid. In het
algemeen is dit een eenduidiger grootheid dan het leveringsvermogen per
jaar aangezien hierbij de piekfactor
een belangrijke rol speelt. In ons geval leidde het werken met het dagleveringsvermogen echter tot moeilijker hanteerbare cijfers, zodat toch is
gewerkt met jaarcijfers zij het dan met
een gefixeerde piekfactor voor alle
bedrijven.
9. M e bouwkosten zijn gebaseerd op
het prijsniveau van 1968. De bouwkosten van eerder gereed gekomen
bedrijven zijn naar 1968 gerekend met
een aangenomen jaarlijkse stijging van
de bouwkosten van 3% %. Aangezien
dit echter enigermate arbitrair is zijn
slechts die bedrijven in de beschouwing opgenomen, die omstreeks die
tijd zijn gereedgekomen.
10. De grondaankoop en e.v. pachtvrijmaking maken een onderdeel
van de bouwkosten uit.
11. De bouwrente is in de bouwkosten meegerekend. Soms wordt
deze daarvan apart gehouden, met
name bij gemeentelijke bedrijven waar
de bouwrente vaak automatisch jaarlijks aan het aangevraagde bouwkrediet wordt toegevoegd. Bij NV's geschiedt dit uiteraard nooit. Bij de huidige hoge rentevoet kan de bouwrente
een aanmerkelijk deel van de bouwkosten uitmaken (bij bouwtijden van
3 B 4 jaar ca. 12 % tot 15 %). Uniforme behandeling is derhalve noodzakelijk.
12. Ter bepaling van de bouwkosten
van de bedrijven in de USA is de
koers van de dollar gesteld op f 3,60.
Vanuit deze uitgangspunten zijn de
bouwkosten en het leveringsvermogen
van de eerder genoemde bedrijven berekend. Dit geeft nog we1 de nodige
problemen. Andijk is bijvoorbeeld een
bedrijf, dat in twee fasen zal worden
gebouwd. De eerste fase is thans gereed. Hierin zijn echter reeds gedeelten in de eindfase gebouwd. Het in
rekening brengen van de huidige
bouwkosten en het huidige produktievermogen zou derhalve tot te hoge
eenheidskosten leiden. Daarom is hier
gewerkt met het uiteindelijke leveringsvermogen en zijn bij de huidige
bouwkosten de geschatte kosten opgeteld die nog moeten worden gemaakt om dit eindleveringsvermogen
te bereiken. Zo heeft elk bedrijf zijn
eigen problematiek meegebracht. De
diverse projekten zijn uiteindelijk zo
goed mogelijk vergelijkbaar gemaakt.
De resultaten zijn dubbellogarithmisch
uitgezet en weergegeven in afb. 1.
Horizontaal is de jaarproduktie uitgezet in miljoen m3 en op de verticale
as de relatieve bouwkosten in centen
per m3. Teneinde de absolute bouwkosten te krijgen moeten deze bedragen dus vermenigvuldigd worden met
de bijbehorende m3 leveringsvermogen
per jaar.
De drie beschouwde Nederlandse oppervlaktewaterbedrijvenzijn met kruisjes aangegevens. De hierdoor getrokken lijn lijkt mij willekeurig. De juistheid van de richting van de lijn wordt
echter veel plausibeler, indien eerst
eens naar de andere bedrijven wordt
gekeken. Zo zijn de vijf verwerkte
Amerikaanse oppervlaktewaterbedrijven met een kringetje aangegeven.
Hierdoor is gemakkelijk een lijn te
trekken. De drie hieronder liggende
bedrijven zijn in gebieden met mild
tot warm klimaat gelegen en zijn dan
ook praktisch geheel in de openlucht
gebouwd. Dit in tegenstelling tot de
bedrijven, die net boven de lijn liggen
en geheel of voor het grootste deel
overdekt zijn. Heel duidelijk is ook de
situatie bij de beschouwde drie Nederlandse grondwaterbedrijven, die met
een ster zijn aangegeven. Deze liggen
praktisch op 6611 lijn, die m goed als
evenwijdig blijkt te lopen aan de Amerikaanse lijn.
Tenslotte is in afb. 1 nog door rniddel
van een stippellijn aangegeven de
bouwkosten van traditionele rioolwaterzuiveringsinstallaties, zoals deze zijn
gevolgd uit een onderzoek van ir. J.
Zeper. Voor dit geval zijn op de horizontale as echter niet de jaarprodukties uitgezet, maar het aantal inwonerequivalenten, dat door de verschillende installaties wordt behandeld en dat
als zodanig eenzelfde maat voor de
bedrijfsgrootte is als de jaarproduktie
voor de drinkwaterbedrijven. De absolute hoogte van deze lijn mag derhalve niet vergeleken worden met die
van de drinkwaterbedrijven. We1 echter de helling, daar beide soorten bedrijven zeer sterke verwantschappen
in de bouw hebben. Het blijkt nu, dat
deze lijn weer evenwijdig loopt aan
de gevonden lijnen van de waterleidingbedrijven.
De trend, die bouwkosten vertonen bij
stijgende bedrijfsgrootte, ligt nu we1
H20(4) 1971, nr. I6
I
Deze optimalisering kan worden verkregen door het zuiveringsproces als
BBn geheel te beschouwen, waarvan
het eindresultaat aan de gestelde eisen
moet voldoen en niet als een aantal
processen achtereen, die elk een maximaal resultaat moeten hebben. Zo is
het bijvoorbeeld niet nodig om uit een
sedimentatie-inrichting door middel
van een lage oppervlaktebelasting een
effluent te verkrijgen met een uiterst
laag ijzer-(of aluminium)gehalte, aangezien na deze sedimentatiefase een
snelfiltratiefase toch niet ontbeerd kan
worden. Zorg er dan voor, dat deze
snelfiltratie zijn gedeelte van het werk
doet. In dit geval moet gezocht worden naar de m e a t economische combinatie van beide processen. Dit zal
een combinatie zijn, waarbij de snelheden in beide processen optimaal
zijn. Op dit punt zijn nog belangrijke
besparingen mogelijk door een afgeAfb. 1
wogen en zorgvuldig bestudeerd ontwerp. Zo zullen bijvoorbeeld de klasduidelijk vast en de richting van de ter kunnen uitgaan, thans ongeveer sieke snelheden in snelfilterinstallaties,
bouwkosten van de beschouwde op- 30 % goedkoper dan bedrijven, die zijnde 5 B 7 m per uur, verdubbeld
pervlaktewaterbedrijven is derhalve in oppervlaktewater moeten gebruiken. kunnen worden bij een zorgvuldige,
het geheel niet zo willekeurig als deze Dit geldt uiteraard voor de huidige veelal meerlaagse bedopbouw. Nageoorspronkelijk geleek.
procesvoering. Wanneer blijkt, dat het gaan is wat dit financieel voor de snelUit afb. 1 kunnen nu een aantal con- oppervlaktewater zodanig is (of filterinstallatie van de Berenplaat zou
clusies worden getrokken.
wordt), dat het zuiveringsproces ver- betekenen. Dit procesgedeelte heeft
1. Stijging van de bedrijfsgrootte der moet worden uitgebreid zullen de 7,2 miljoen gulden gekost, geheel comgeeft een duidelijke daling van de bouwkosten verder uit elkaar gaan pleet, dus inclusief gebouw, inrichting
relatieve bouwkosten. Bij verdubbe- lopen.
van het gebouw en snelfilterinstallatie.
ling van de grootte van de bedrijfs- 3. In de USA worden de oppervlakte- (Dit is f 3.750,- per m2 zandbedopeenheid bedraagt deze 17 %. Vertienwaterbedrijven ca. 15 % goedkoper pervlakte).
voudiging van de bedrijfsgrootte doet gebouwd dan in Nederland. I n werkede relatieve bouwkosten tot op de lijkheid kan dit nog we1 meer zijn, Verdubbeling van de filtratiesnelheid
helft teruglopen. Zeer duidelijk volgt aangezien bij de berekeningen voor de zou betekenen, dat het zandbedopperhieruit het voordeel om althans op- waarde van de dollar de officiele wis- vlak tot de helft kon worden verminpervlaktewaterbedrijven als zo groot selkoers van f 3,60 is aangenomen, derd. De rest van het gebouw blijft
mogelijke eenheden te bouwen. Het hetgeen waarschijnlijk te hoog is als praktisch gelijk. De totale kosten zoutegenargument, dat de winst weer ver- wordt uitgegaan van het gemiddelde den in dit geval tot 5,O rniljoen gulden
loren zal gaan door de grotere trans- prijzenniveau in beide landen. Dit teruglopen. (Dit is nu f 5.200,- per
portkosten naar de verbruikscentra wordt veroorzaakt door het feit, dat ma bedoppervlakte). Ten opzichte van
gaat niet op, aangezien in Nederland de Amerikaanse bedrijven over het de oorspronkelijke kosten dus een vera1 snel de situatie gaat ontstaan, dat er algemeen iets rationeler en compacter laging van 30 %.
nog maar een beperkt aantal plaatsen worden gebouwd dan de Nederlandse. In andere procesonderdelen zullen
is, waar het ruwe oppervlaktewater Door overname van deze bouwmetho- door toelaatbare snelheidsverhogingen
ter beschikking staat, nl. daar waar de den moet een besparing van 10 % op bij geavanceerd ontwerp dergelijke
spaarbekkens zijn gesitueerd.
de Nederlandse zuiveringsbedrijven besparingen zijn aan te brengen. EchBij de zuivere grondwaterbedrijven zeker mogelijk geacht worden.
ter niet in alle delen. Auteur meent
ligt dit uiteraard geheel anders. Hier Naast de in punt 1 van de conclusie echter aan de veilige kant te zijn als
wordt de bedrijfsgrootte gelirniteerd aangegeven relatieve bouwkostenbe- hij de op deze wijze te verkrijgen
door de grondwaterbalans.
sparing door concentratie en daardoor ,,over all" besparing voor het gehele
Voor de zuiveringsbedrijven, die ge- vergroting van de zuiveringsbedrijven zuiveringsbedrijf op de helft van de
infiltreerd grondwater zullen gaan en naast de in punt 3 aangegeven ab- gevonden 30 % stelt, derhalve op
verwerken, geldt hetzelfde als voor de solute bouwkostenbesparing door de 15 %. Dit opgeteld bij de in punt 3
oppervlaktewaterbedrijven. Ook hier wijze van bouw is er nog een belang- reeds gevonden 10 % geeft een totaal
zal het (zo nodig in fasen) bouwen rijke besparing mogelijk in de absolute mogelijke besparing, althans voor opvan geconcentreerde, zo groot moge- bouwkosten, althans zeker in die van pervlaktewaterbedrijven, van 25 % op
lijke zuiveringsbedrijven tot aanzien- oppervlaktewaterbedrijven en we1 de absolute bouwkosten. Deze komen
lijke besparingen leiden.
door betere optimalisering van de zui- dan op het in afb. 1 met een gestreep2. In Nederland zijn drinkwaterpro- veringsprocessen en door vergroting te lijn aangegeven niveau.
Het moet mogelijk zijn nieuwe instalduktiebedrijven, die van grondwa- van de processnelheden.
I
H20(4) 1971, nr. 16
in de Braakman zijn als Mn bekken
gerekend. De aanlegkosten van de
tussendijk behoeft hierbij niet afgetrokken te worden, omdat deze dijk
in de plaats komt van een stuk dijk
van ongeveer gelijke lengte in bekken
II, dat a1 aanwezig was als onderdeel
van het eerder gebouwde bekken I.
Zo hebben meerdere verrekeningen
plaats gevonden. De aldus ontstane
aanlegkosten zijn daarna op diverse
wijzen beschouwd, nl. in vergelijking
tot de bekken oppervlakte, tot de
nuttige bekkeninhoud en tot de absolute bekkeninhoud. Er bleek hierbij
een duidelijke correlatie te ontstaan
tussen de absolute bekkeninhoud en
de aanlegkosten per m3 bekkeninhoud.
Dubbellogarithmisch uitgezet is deze
correlatie rechtlijnig. Afb. 2 geeft het
beeld. Opvallend zijn vooral twee zaken.
Afb.2
a. De bekkendiepte speelt bij de aangenomen uitgangspunten nauwelaties in Nederland bij de aangenomen e. De eventuele maatregelen, die ge- lijks een rol. Toch loopt deze diepte
uitgangspunten volgens deze kostenlijn
nomen moeten worden om de wa- bij de diverse bekkens nogal uiteen.
te bouwen.
terdichtheid te verzekeren, zijn mee- De Biesboschbekkens zijn ca. 19 m
diep, de bekkens in Zeeuws-Vlaandegerekend.
ren zijn 10 m diep, het Berenplaat3. De bouwkosten van spaarbekkens
f. De werken die in diepe bekkens bekken heeft een waterdiepte van 6%
Op dezelfde wijze als is geschied voor
moeten worden uitgevoerd ter m en de bekkens te Dordrecht en Ande zuiveringsbedrijven zullen de voorkorning van stratificatie (rond- dijk zijn nog ondieper. Voor een onbouwkosten van een aantal in Neder- pompinstallaties of luchtbelschermen) diep bekken moet meer grond worden
land gebouwde of ontworpen spaar- zijn meegerekend.
aangekocht dan voor een diep bekken
bekkens worden beschouwd en' zal
g. Kosten voor grondaankoop en met dezelfde inhoud en de dijklengte
worden bepaald wat de invloed van
pachtvrijmaking zijn in rekening is langer. De hogere kosten, die dit
de grootte van het bekken op de relamet zich brengt, blijken echter prakgebracht.
tieve bouwkosten is. De kosten van de
tisch weg te vallen tegen de extra kosbekkens moeten weer vergelijkbaar h. De bouwkosten zijn gerekend in- ten die in diepe bekkens moeten worclusief de bouwrente.
worden gerekend onder aanname van
den gemaakt voor waterdichtheid,
de onderstaande uitgangspunten, res- i. Alle bouwkosten zijn contant ge- moeilijker taludbescherming, stabilipectievelijk beperkingen.
maakt tegen 1968/ 1969, waarbij teit van de taluds en voor het ophefa. Alleen de kosten van de bekkens gerekend is met een plaatsgevonden fen van stratificatie.
,,secY'worden berekend. In- en uit- hebbende jaarlijkse bouwkostenstijging
b. De scherpe relatieve kostendaling
laatwerken worden dus niet meege- van 3% %.
bij het groter worden van de bekteld. We1 de wegen op de dijken, de
kens.
Bij verdubbeling van de bekkentaludbekleding, de landschappelijke Vanuit deze uitgangspunten zijn de
inhoud nemen de relatieve aanlegkosaanlegkosten
van
een
aantal
bekkens
verzorging en een eventuele aanlegten af met ca. 28 %. Bij vertienvoudiplaats bij het bekken als dit rondom in Nederland vergeleken, te weten het
ging
van de inhoud lopen de aanlegin het water ligt, zoals bijvoorbeeld de bekken ,,Grote Rug" te Dordrecht,
kosten per m3 inhoud tot ongeveer
het
bekken
Andijk,
het
bekken
I
en
Biesbosch bekkens.
113 terug.
b. De voor de dijksopbouw benodig- de bekkens II en 111 in de Braakman,
de specie kan direct aan het bek- het Berenplaatbekken en de bekkens De conclusie kan getrokken worden,
in de Biesbosch. Bij deze laatste zijn
ken zelf worden onttrokken.
van de twee grootste bekkens de ge- dat uit kostenoverwegingen naar zo
c. De eventuele afvoer van overtol- raamde aanlegkosten gerekend. Uit de groot mogelijke spaarbekkens qua ablige grond uit het bekken brengt aard der zaak moeten weer de toe- solute inhoud moet worden gestreefd,
geen extra kosten met d c h mee. Aan- rekeningen en aftrekkingen worden waarbij de diepte geen overheersende
genomen is hierbij, dat de kosten van toegepast om de projecten vergelijk- rol speelt. (Uit planologische en limnohet opgraven en afvoeren van deze baar te maken. Zo heeft men bijvoor- logische overwegingen zal echter vaak
specie worden gecompenseerd door de beeld te Andijk slechts aan Mn kant de voorkeur aan diepe bekkens worwaarde ervan.
een dijk behoeven aan te leggen, om- den gegeven).
d. De kosten, die vooral bij diepe dat aan de andere zijde a1 een dijk
bekkens nodig zijn ter verzekering aanwezig was. De aanlegkosten van 4. De bouwkosten van reinwaterreservoirs
van de stabiliteit van de taluds bij deze laatste dijk zijn nu aan het bekken toegerekend. De bekkens I1 en III Gezien de aandacht, die door eerdere
zakkend water, zijn meegerekend.
HzO (4) 1971, nr. 16
a
sprekers reeds aan dit onderwerp is
gewijd, kan hier volstaan worden met
enkele opmerkingen.
a. Er wordt regelmatig discussie gevoerd over het a1 of niet goedkoper zijn van stalen reinwaterreservoirs
ten opzichte van uitvoering in beton.
volg&ns auteur ter beschikking staande gegevens winnen thans de stalen
reservoirs, indien bij ontwerp en bouw
voldoende gebruik wordt gemaakt van
de ervaringen, die vooral door de olieindustrie op dit gebied zijn opgedaan.
Grote stalen reservoirs (15.000 B
20.000 m3 en groter) moeten te bouwen zijn voor circa f 70,- B f 75,per m3 nuttige inhoud, terwijl deze
in beton moeilijk beneden de f 90,per m3 nuttige inhoud zijn te krijgen
(inclusief de fundering).
b. Bij de beantwoording van de vraag
of zgn. dagreservoirs danwel weekreservoirs bij een zuiveringsbedrijf zullen worden gebouwd, spelen de bouwkosten van dit zuiveringsbedrijf een
belangrijke rol. Bij dagreservoirs zal
het zuiveringsbedrijf aan de gemiddelde vraag op de maximum dag moeten kunnen voldoen. Deze bedraagt
veelal circa 1,4 maal de vraag op de
gemiddelde dag. Bij toepassing van
weekreservoirs, die volgens de berekeningen van ir. K. D. Venhuizen circa
Wee maal zo groot moeten zijn als
dagreservoirs, behoeft het zuiveringsbedrijf maar 1,2 maal de vraag op de
gemiddelde dag te kunnen leveren. In
dit laatste geval kan het zuiveringsbedrijf derhalve circa 14 % kleiner zijn
dan in het eerste. Deze lagere bouwkosten staan tegenover de hogere kosten van de 2 maal zo grote reinwaterreservoirs. Er mag echter niet van
worden uitgegaan, dat de bouwkostenverlaging van het zuiveringsbedrijf
ook 14 % zullen bedragen. Volgens
afb. 1 stijgen de relatieve bouwkosten
bij 14 % verkleining van het bedrijf
met ongeveer 4% %. Deze relatieve
bouwkostenverhoging mag niet worden verwaarloosd.
5. De invloed van de energievoorziening op de kosten
De optirnale energievoorziening van
een zuiveringsbedrijf is een veel besproken (en betwist) punt. De oplossingen lopen uiteen van geheel eigen
voorziening tot volledige afhankelijkheid van het openbare net met grote
of kleine noodstroomcentrale. Diverse
tussenvormen zijn eveneens mogelijk.
Teneinde de absolute waarde en de
relatieve invloed van een en ander te
HzO (4) 1971, nr. 16
Afb. 3
- Prognose van het gerniddelde uurverbruik.
kunnen nagaan zijn in het onderstaande voorbeeld diverse vormen van
energie-voorziening in een middelgroot zuiveringsbedrijf doorgerekend.
Het betreft een bedrijf voor chernische
waterzuivering met een hoogste gemiddelde uurproduktie van 9500 m3.
De piekfactor bedraagt 1,4 zodat bet
gemiddelde netto produktievermogen
op de maximumdag 13.300 m3 per
uur bedraagt. Bij het bedrijf behoren
reinwaterreservoirs en een distributiepompstation. De gemiddelde opvoerhoogte bedraagt 27 m en de maximale
moment afname'bedraagt 27.000 m3
per uur (280 % van de gemiddelde afname). Het bedrijf begint te draaien
op een jaar gemiddelde van 7.000 m3/
h en heeft na 5 jaar zijn maximum
bereikt. Zie afb. 3. Voor de hoge druk
pompen worden eenheden v a n gelijke
grootte gekozen en we1 van 4.500 m3/
h bij de gestelde gemiddelde opvoerhoogte. Ze kunnen zijn aangedreven
door elektromotoren of door dieselmotoren. In beide gevallen wordt er
mee gerekend, dat op het moment van
maximum afname (27.000 m3/h) nog
CCn reserve eenheid aanwezig moet
zijn, terwijl er in het geval van de
dieselgedreven pompen bovendien op
wordt gerekend dat er op dat moment
6611 eenheid in onderhoud is. Bij elektrisch gedreven pompen komen we
derhalve op 7 eenheden en bij het dieselpompstation op 8 eenheden. Bij het
dieselpompstation is er op gerekend
dat de warmte van het koelwater zo
veel mogelijk wordt benut voor verwarming van het bedrijf.
Wordt het hogedrukpompstation elek-
trisch uitgevoerd, dan moet de volledige verwarming afzonderlijk plaats
vinden. De ketels zijn in het hogedrukpompstation opgesteld. Het overige
deel van het bedrijf zal geheel elektrisch worden gedreven. Het maximaal
hiervoor benodigde vermogen bedraagt naar raming 3.600 kW en het
gemiddelde vermogen 2.300 kW.
Voorts zal er worden gerekend met
een kleinste noodvermogen van 1.000
kW, zijnde het minimaal benodigde
elektrisch vermogen om het zuiveringsbedrijf te laten draaien met een
produktie van 11.000 m3/h, de gemiddelde uurafname in de maximum
maand. I n dit geval is alles wat maar
even gemist kan worden afgeschakeld.
Ten aanzien van het hogedruk pompstation ziin drie svstemen onderzocht:
1. alle pompen dieselgedreven;
2. 50 % diesel en 50 % elektrisch gedreven met noodstroomvoorziening;
3. alle pompen elektrisch gedreven,
met noodstroomvoorziening.
Hierbij zijn voor de overige energievoorziening de volgende mogelijkheden:
1. uit bet openbare net, met noodstroomvoorziening;
2. volledig eigen energievoorziening.
In de gevallen, dat er een noodstroomcentrale is gelnstalleerd zal deze tijdens de piekuren worden ingeschakeld
teneinde een zo gunstig mogelijk elektriciteitscontract te verkrijgen. Wordt
&it niet gedaan dan is deze opstelling
zonder meer te duur
.
TABEL I
- Diverse mogelijkheden van energievoorziening
hd pompstation
code
dieselpompen
pompen m.
elek. mo.
& 470 KW
-
D-PC
D-C
elektriciteit
uit openbaar net
ia
neen
eigen centrale
noodstroom
centrale
(piekuren
centralel
-
1000 KW
3600 KW
reserve
+
+
DE - PC
4
4
ja
-
DE-C
4
4
neen
3600 KW +
3 x 470 KW
7
ja
3600 KW
7 x 470 KW
-
E-PC
E-C
-
7
neen
E - PC'
-
7
ia
1000 KW
2 x 470 KW
+
-
+
1000 KW
6 x 470 KW
1000 KW
4 x 470 KW
+
Het al~emene
onderhoud is eveneens
bij deze kosten gerekend. Voor het
variabele deel der exploitatiekosten is
in rekening gebracht:
a. gasolieverbruik B f 11,90 per 100 1;
b. verbruik en verversen van smeerolie B f 1,- per 1;
c. onderhoud van de dieselmotoren;
d. aankoop elektrische energie B
f 0,05 per kwh;
e. stookolieverbruik cv installatie B
f 65,- per 1.000 kg.
Resultaten bij volbelast bedrijf.
In tabel II en in afb. 4 zijn de uitkomsten samengevat. De cijfers geven aanleiding tot een aantal opmerkingen.
1. De kosten ontlopen elkaar niet bijzonder veel.
In tabel I is een overzicht gegeven van tijdens maximum waterafname kunde combinaties die zijn doorgerekend. nen niet de benodigde 6 maar slechts
Combinatie D - P C heeft een hoge- 4 hd pompen op de noodcentrale wordruk pompstation met 8 dieselgedre- den genomen.
ven pompen, betrekt de overige ener- Drukvermindering zal dan het gevolg
gie uit het net en heeft een nood- zijn. De kans hierop is echter uiterst
stroomcentrale, die in de piekuren gering te achten en met de 4 pompen
waarvoor noodvermogen is opgesteld
wordt bijgeschakeld.
Combinatie D - C heeft eenzelfde ho- kan op een gemiddelde dag nog de
gedrukpompstation, doch een geheel maximum uurafname geleverd woreigen energievoorziening waarmee dus den. Hoewel deze combinatie derhalve
de top van 3.600 kW geleverd moet minder veilig is dan de vorige is het
kunnen worden met daarop tenminste verantwoord te achten deze in de verC6n generator eenheid reserve uit vei- gelijkende berekening op te nemen.
Voor de berekening der investeringen
ligheidsoverwegingen.
DE - PC heeft in het hogedrukpomp- is er van uitgegaan, dat in het hd
station 4 dieselgedreven en 4 elektrisch pompstation ook de (noodstroom)
gedreven pompen, betrekt de be- centrale is opgenomen, benevens de
nodigde elektrische energie uit het net schakelwacht, de hoogspanningsruimen heeft een noodstroomcentrale van ten en de centraleverwarmingsinstalla1.940 kW (1.000 kW voor het zuive- tie.
ringsbedrijf en 2 x 470 kW voor 2 Voor e k e combinatie zijn de volgende
hogedrukpompen). Hierbij wordt er onderdelen afionderlijk geraamd invan uitgegaan, dacmaximum moment,- clusief de montage: de pompmotoren
afname van water kan samenvallen elektrisch en diesel, de hogedrukpommet uitvallen van het openbare net, pen, de generatordiesels, de generatodoch dat dan alle dieselpompen kun- ren, de schakelvelden, de synchronisatie en regelapparatuur, de nettransnen draaien.
DE - C heeft een eigen centrale, waar- formatoren, de algemene hulpinstalin behalve het topvermogen dat het latie voor de dieselmotoren, de bouwzuiveringsvermogen vraagt nog 3 x kosten inclusief de inrichting van het
\
470 kW voor de hd-pompen is gk- gebouw.
installeerd. Hierin zit dan 470 kW De overige investeringen zijn voor alle
reserve wat voor deze eigen centrale combinaties ongeveer gelijk. Het beals een verantwoord minimum kan treffen in hoofdzaak de kosten van
de hoogspanningsinstallatie exclusief
worden beschouwd.
Voor de combinatie E - PC en E - C de transformatoren, de laagspanningsgelden gelijke overwegingen als hier- verdeelinstallatie, de installatie van de
boven. De ingebouwde veiligheden schakelwacht en de centrale verwarminsinstallatie.
zijn zoveel mogelijk gelijk gemaakt.
Tenslotte is nog de combinatie E - PC' Vanuit de geraamde investeringen is
beschouwd, die gelijk is aan E - PC, het vaste deel der exploitatiekosten
maar een kleinere noodstroomcentrale berekend volgen het annuiteitensysteem met een rentevoet van 8 % en
heeft.
De veiligheid is nu dan ook geringer een afschrijving van de installatie in
geworden. Bij uitvallen van het' net 15 jaar en van het gebouw in 40 jaar.
2. Volledig eigen energie opwekkihg
is iets duurder dan het geheel of
gedeeltelijk afnemen van elektriciteit
uit het net met installatie van een
noodcentrale, die tijdens de piekuren
wordt gebruikt.
/
3. a. D - PC, goedkoopst, zeer veilig;
b. DE - PC, iets duurder, regeltechnische nadelen en iets minder
veilig;
c. E - PC, duurst, even veilig als a;
d. E - PC', even goedkoop als a,
minder veilig dan a doch we1 acceptabel.
4. Voor de definitieve oplossing zal
een keuze moeten worden gemaakt
tussen D - PC en E - PC'. Hierbij gelden de volgende overwegingen:
D - PC is veiliger, maar geeft permanente luchtverontreiniging. De veiligheid van E - PC' is acceptabel, de installatie vraagt de geringste investeringen en is het eenvoudigst.
Conclusie: combinatie E - PC' verdient de voorkeur.
5. Verlenging van de periode van af-
schrijving van de installatie van
15 tot 25 jaar verandert het beeld niet.
6. Een onderzoek naar de aanloopkosten geeft geen wijziging (zie
afb. 4).
Ten aanzien van de gemaakte keuze
kan tenslotte nog de volgende opmerking worden gemaakt. Combinatie D PC en E - PC' lagen gelijk in kosten.
Op grond van bijkomende argumenten kreeg E - PC' de voorkeur. De
beste oplossing biedt echter D - PC
waarbij een aantal motoren als zgn.
dual-fuel motoren worden uitgevoerd
en dus hoofdzakelijk op aardgas lopen
waardoor het bezwaar van de luchtverontreiniging voor een belangrijk
deel wegvalt. De oplossing is bovenH 2 0 (4) 1971, nr. I6
I
I
I
JAARKOSTEN VAN OE UIIYOFJIIHGEN
H E 1 hVODSlROOMCENIRALE.
( t ~ v e m r g.bru#kl lnjdrns d. ptekurm)
AFSCHR'IVING
AFSCHAJV ING
II
II
JAARKOSTEN VAN OE UllVOERlNGEN
HE7 CENlRALE VOOR VOLLEDIGE
ElGEN ENERGlEVOORZlENlNG
tW4Ojrar
25440pu
Afb. 4
dien de goedkoopste, mits de meest
economische verdeling gemaakt wordt
tussen het aantal dual-fuel motoren
en het aantal normale dieselmotoren.
Deze optimalisering is nodig omdat
enerzijds de dual-fuel motoren belangrijk duurder zijn dan normale dieselmotoren terwijl anderzijds gas bij
groot verbruik goedkoper is dan olie.
De optimalisering kan plaatsvinden
aan de hand van het dagpatroon van
de waterafname.
Het is een omvangrijk werk om dit
nauwkeurig te doen doch de berekening leent zich voor een computer bewerking.
6. De invloed van automatisering
De eerste vraag, die zich voordoet is
in hoeverre door automatisering bespaard kan worden op de exploitatiekosten van een zuiveringsbedrijf. Het
antwoord is drieledig.
a. Besparing op het chemicalSngebruik. Een vaak beweerd voordeel
van automatisering bij oppervlakteTABEL I1
''
water bedrijven. Een nadere beschouwing van de in de inleiding gegeven
opbouw van de chemicalienkosten
leert echter anders. De kosten van
ijzer, chloor, kalk en coagulatie hulpmiddel zijn zo laag, dat hier niet veel
op te verdienen valt. En de vaststelling van de hoeveelheid actieve kool
(in poedervorm), die per liter water
gedoseerd moet worden is dermate
grof (en subjectief!) dat een verfijning
van de dosering via een geautomatiseerd systeem weinig zin heeft.
b. Personeelsbesparing in de continudienst. Deze kan meer de moeite
waard zijn. Per week zijn 4 ploegen
nodig. Een besparing van 6611 man per
continu-ploeg betekent dus een besparing van 4 man, hetgeen inclusief lasten en toelagen ca. f 120.000,- per
jaar uitmaakt. Op een klein bedrijf
met een jaarlevering van 10 miljoen
m3 betekent dit 1,2 ce~t/m3.Gp een
bedrijf als de Berenplaat (100 miljoen
m3 per jaar) is het nog maar 0,12
ccim3. Op zeer grote bedrijven zoals
in de USA voorkomen wordt het verwaarloosbaar, op de Centraal District
Plant van Chicago zou het een besparing geven van 0,01 ct/m3. In de Verenigde Staten, waar het automatiseringsproces over het algemeen verder
is voortgeschreden dan bij ons n e t
men dan ook moderne kleine bedrijven die vergaand tot volledig zijn geautomatiseerd naast moderne zeer
grote bedrijven met een bepaald niet
lage personeelsbezetting.
c. Energiewinst. I n een eenvoudig bedrijf kan de optimale bedrijfssituatie meestal gemakkelijk worden bepaald omdat het aantal alternatieven
gering is. In een meer gecompliceerd
bedrijf met diverse pompstations in
serie, geheel of gedeeltelijke eigen
energie opwekking, dieselmotoren, gecentraliseerd verwarmingssysteem enz.
is de optimale instelling van het bedrijf nauwelijks meer met de hand te
bepalen. Hiervoor kan met succes een
klein rekentuig worden toegepast
waarin alle bedrijfsgegevens (Q - H
hornmen, waterniveau's em.) zijn ondergebracht. Een energiewinst van
10 % - 20 % of soms nog meer is hiexmee we1 te behalen.
Hetzelfde rekentuig kan meestai ook
nog worden gebruikt voor algemene
bedrijfsgegevens verwerkmg.
De totale besparing die door automatisering uit a, b en c op de exploitatiekosten kan worden verkregen ban
voor een flink bedrijf a1 gauw een
% cent/m3 bedragen.
Weegt dit nu op tegen verhoging van
de vaste kosten die de automatisering
met zich meebrengt? Gaan we als
voorbeeld uit van een zuiveringsbedrijf, dat per jaar 100 miljoen m3 water levert en nemen we aan dat de
bovengenoemde % ctlrna directe besparing kan worden verkregen, dan
betekent dit f 500.000,- per jaar. Gesteld dat de onderhoudskosten van het
gehele
automatiseringssysteem
f 100.000,- per jaar bedragen, dan
- Sumenvatting energiekosten (incl. hd pompstation)
-
Uitvoeringsvormen
Totaal der investeringen
Exploitatiekosten per jaar bij
volbelast bedrijf
Exploitatiekosten over de
gehele afschrijvingstermijn
variabele
Exploitatiekosten kosten
bij volbelast bedrijf vaste
in centen/m3
afschr. 15/40 jaar kOSten
totaal
afschr. 25/40 jaar
totaal
H20(4) 1971, nr. 16
3,30
3,34
3,48
E - PC'
DE-C
E-C
f 12.519.000
f 15.427.000
f 15.373.500
f 2.928.857
f 2.988.813
f
f 42.935.208
f 43.980.165
f 45.103.635
1,83
1156
1,50
1,70
3.53
2,04
3.60
2,lO
3,60
3,31
--
3.064.487
montagekosten, bekabelingskosten en
een evenredig deel van een centraal
paneel is 50 % tot 100 % van de apparatuurkosten gerekend.
De eerder als belangrijk voordeel genoemde automatische kwaliteitscontrole treedt pas op bij fase 6. Onder
de bovengenoemde uitgangspunten
brengt dit dus een kosten met zich
mee van ca. f 25.000,- per punt. Indien voor de hoeveelheidsmetingen
weeginrichtingen, inductieve doorstromingsmeters of metingen met rekstrookjes moeten worden gebruikt
dan we1 indien correctie in de doseerstromen moeten plaatsvinden als gevolg van concentratiewijzigingen dan
zal dit hogere tot veel hogere kosten
dan in het overzicht staan met zich
meebrengen.
resteert een netto winst op de variabele kosten van f 400.000,- per jaar. Bij
een rentevoet van 8 % en een afschrijvingstermijn van 15 jaar mag hier een
investering tegenover staan van ca.
3,s miljoen gulden. In het veronderstelde geval zullen de werkelijke kosten hier niet ver vandaan blijven. Belangrijk financieel voordeel valt er
dus voor een bedrijf van behoorlijke
grootte met vergaande automatisering
nauwelijks te behalen.
Hiermee is echter niet het laatste
woord gesproken. Veel belangrijker,
dan het vaak niet sterk sprekende
financikile voordeel van auiomatisering is de betere kwaliteitsbeheersing,
die hiermee kan worden bereikt.
De zuiveringsprocessen worden steeds
gecompliceerder, de snelheden in de
verschillende zuiveringseenheden worden kritischer en we streven naar betere optimalisering van het bedrijf als
geheel. Dit alles vraagt echter een
steeds scherpere controle en een kritischer regeling. En juist op dit punt
zal een geautomatiseerd proces duidelijk beter zijn dan een dat met de hand
wordt bestuwd.
Teneinde een indruk te krijgen in de
kosten van de diverse fasen van procesautomatisering is het onderstaande
overzicht uitgewerkt. Gedacht moet
hierbij worden aan een te doseren
vloeistof - of gasstroom via een leiding met een diameter van ongeveer
50 mm in de hoofdwaterstroom. Bij
de prijsopstelling is er van uit gegaan,
dat de hoeveelheidsmeting plaats vindt
met een meetflens en de hoeveelheidsregeling met een regelafsluiter. Voor
Afb. 6
Na de voorafgaande beschouwingen
is het tenslotte interessant om na te
gaan wat de invloed is van gedane investeringen - bouwkosten - op de
kostprijs van het afgeleverde water bij
verschillende systemen van toerekening van de kapitaalslasten.
drijf gereed en vangt de levering aan.
Het produktievermogen van de eerste
fase bedraagt 28 rniljoen m3 per jaar
en de bouwkosten waren 20 miljoen
gulden. In 1988 komt de tweede
bouwfase gereed, die 6 miljoen gulden
kost. Het leveringsvermogen neemt
toe tot 40 miljoen m3 per jaar, welke
hoeveelheid in 2000 wordt bereikt.
Nemen we aan, dat de gemiddelde af-
I n afb. 5 is het verwachte afnamepatroon en het bijbehorende produktievermogen van een gefingeerd bedrijf
gegeven.
In 1973 is de eerste fase van het beTABEL H i
Fase
1
1
I
7. Investeringen en kostprijs
Afb. 5
- Kostenvergelijking tussen diverse evolutiestadia der procesautomatisering
Bepaling van de
hoeveelheid te
doseren stof
Bediening
doseertoestel
Bepaling hoeveelheid
gedoseerde stof
door de operator
ter plaatse met
de hand
ter plaatse met
de hand
geen indicatie
door de operator
ter plaatse met
de hand
door de operator
op centraal paneel
met de hand op
afstand en noodbe
diening ter plaatse
kosten ca. f 2.500,+loo%
de operator stelt gewenste gift in op een
regeltoestel
gift wordt in verhoudig tot
hoofdstroom geregeld
correctie van de instelling door de
operator aan de hand van waarneming
kosten ca. f 1.700,100 %
de operator stelt vereiste kwaliteit in
de gift wordt geregeld in verhouding met
de hoofdstroom met correctie door
kwaliteit
50 %
kosten ca. f 6.000,-
ter plaatse m.b.v. een
meetflens met direct
aanwijzend meetinstrument
kosten ca. f 1.000,50%
ter plaatse en op
afstand op
centraal paneel
kosten ca. f 3.000,100%
z$z$e
kosten
+
f
+
f
door de operator
op centraal paneel
-
6
zie punt 3
+
zie punt 3
+
zie punt 3
HgO (4) 1971, nr. 16
50
KAPITAALSLASTEN I N
KAPITAALSLASTEN IN
-
clnlm'
-- - - -
-U*EW/mooulll~P U J A M
-----
"
PER 1 JAAR
LO
in 1983, gaan de inkomsten de uitgaven overtreffen. Eenvoudiger ligt dit
bij het systeem van de gelijkblijvende
prijs over kortere perioden (streeplijn
t.0.v. getrokken lijn).
,,
.,
ctn/d
1111 PER JlUl
PER 7 l l U l
GEHlODEUl
AFXHlmN6 VOLSEHE *hrmlrElrER
-
\
E
30
0
1
1970
75
80
'05
90
91
2000
jaartaL
8. Besluit
a. In de komende periode zijn er geen
ingrijpende veranderingen in de
systemen van waterzuivering te verwachten.
De zwarte doos, waarin iets heel bijzonders zit verborgen, dat nog niemand kent en dat ons bijzonder zal
helpen, bestaat niet.
-
I
-1
1970
75
'EO
'85
90
'95
2000
laartal
b. Door verdergaand gebruik van
verontreinigd
oppervlaktewater
enerzijds en door verhoogde kwaliteitseisen anderzijds zal het aantal behandelingsstappen toenemen, hetgeen
kostenverhogend zal werken.
Afb. 7a
Afb. 7b
schrijving van het bedrijf 3 % is en de
rentevoet 6,s %. De anndteit bedraagt dan 7,43 %.
Beschouwd wordt de periode 19732000. In afb. 6 zijn kapitaalslasten van
het bedrijf gegeven. De getrokken lijn
geeft de jaarlijkse kapitaalskosten bij
afschrijving volgens een vast % van
de aanschaffingswaarde en de gestreepte lijn bij afschrijving volgens
annuiteit. I n afb. 7a zijn vervolgens
de kapitaalslasten bij afschrijving volgens een vast percentage van de aanschaffingswaarde op verschillende manieren toegerekend aan de geproduceerde hoeveelheid water. Bij de getrokken lijn zijn jaar voor jaar de
lasten toegerekend aan de in dat jaar
geproduceerde hoeveelheid water. Uit
financieringsoverwegingen is dit een
zeer veilige methode, doch het leidt
tot zeer hoge kostprijzen in de eerste
5 tot 7 jaar met een dalende tendens,
die oorspronkelijk snel en daarna
langzaam verloopt. De afnemers van
de eerste jaren betalen voor de toekomstige afnemers, hetgeen uit billijkheidsoogpunt niet bevredigt.
Veel beter is in dit opzicht een geheel gelijkblijvend prijsverloop zoals
gegeven door de streep-punt lijn. Hier
zijn de totale kapitaalslasten over de
beschouwde periode toegerekend aan
de totale geproduceerde hoeveelheid
water. Deze methode schept echter gedurende vrij lange tijd een financieringsprobleem aangezien bij een totaal
gemiddelde prijs aanvankelijk aanzienlijk rninder rente- en afschrijvingsinkomsten worden ontvangen dan
moeten worden betaald.
In de latere jaren wordt dit weer goed
gemaakt, mits de werkelijk afgeleverde hoeveelheid water de prognoselijn blijft volgen. Blijf t deze hierbij
achter dan ontstaan er moeilijkheden.
Deze methode draagt dan ook een vrij
groot risico in zich.
Tussen de twee uitersten in kan gekozen worden voor een systeem waar- Hierdoor moet het mogelijk blijven te
bij de getotaliseerde kapitaalslasten voldoen aan onze taak die reeds in de
van een aantal jaren, bijvoorbeeld 7 eerste les van deze vakantiecursus
jaar, wordt toegerekend aan de ver- door de heer Van der Veen werd omwachte totale wateraflevering in die schreven als:
periode. De resultaten van dit systeem ,,Het leveren van voldoende water van
zijn in afb. 7a aangegeven met een goede kwaliteit tegen een redelijke
streeplijn.
prijs".
Enerzijds zijn de kostprijzen in de
eerste jaren belangrijk minder hoog
dan bij het eerst besproken systeem, Afb. 8
anderzijds is hier steeds na elke pe- I
1
riode een correctie mogelijk, indien de
afgeleverde hoeveelheid water niet
volgens de prognose is verlopen, waardoor het systeem belangrijk minder
riskant is dan de tweede besproken
methode. In afb. 7b zijn dezelfde
rekenmethoden gevolgd, maar dan bij
afschrijving volgens annuiteiten.
In afb. 8 zijn vervolgens voor de drie
beschreven systemen de verscbillen
tussen de jaarlijks te betalen kapitaalskosten bij afschr"ving volgens
AFSHRUVING WlLGFNS VAST 6 VAN DE
een vast % van de aan&iffingswaarAANSCWRNOSW4DROE
de en de doorberekende kapitaalskosten af te lezen.
---_oOOI1BEIWOE
WrnLLIUrn
81
PRUE
Zeer duidelijk is het langdurige en
_.__WORBEmw DOaaaa
omvangrijke financieringsprobleem te
zien bij het werken met het systeem
van de over de volle periode gelijk
blijvende kostprijs (streep-puntlijn
t.0.v. getrokken lijn). Pas na 10 jaar,
HzO ( 4 ) 1971, nr. 16
c. Door echter niet langer intdtief
te ontwerpen, maar door diepere
kennis van de technologie van deiuiveringsprocessen en door de daaruit
voorkomende mogelijkheid tot optimalisering van de installaties in hun
onderdelen en als totaliteit in zuiveringsbedrijven van adequate grootte
kan nog belangrijke winst worden geboekt.
'
7-S
CWOSDE
I*RI*USUITOI
CEUS
lnhoud
Woord vooraf
.
Prof
. ir . A . L. Bouma . .
Algemene inleiding - Prof . ir. L. Huisman
. . . . . . . .
Systematische raming van het toekomstig waterverbruik - ir . C. van
der Veen
. . . . . . . . . . . . . . . .
Variatie in het waterverbruik per dag, per week en per jaar gekoppeld aan
het bergingsvraagstuk - ir . K . Venhuizen
. . . . . . . .
Produktievermogen en bedrijfszekerheid - ir . C . J . Vaillant
. . . .
Het ontwerp voor winning en zuivering van grondwater - A . J . N
Horstmeier
. . . . . . . . . . . . . . .
Winning en zuivering van oppervlaktewater - ir . Tj. Hofker
. . . .
De invloed van het ontwerp op de kostprijs - ir. P . L . Knoppert
. . .

Montage persverbindingen 12 t/m 54 mm

HET MAKEN VAN EEN (VIKING)DRINKHOORN

APS 0066_medivere-nl_Stuhldiagnostik_Histamin im Stuhl_mit

KOSTBAAR WATER, HOE SPRINGEN WE ERMEE OM?

FLEXIBELE PARTIËLE PROTHESEN UIT

folder_privateshelter - Provincie West

Afmetingen en bestandsomvang verkleinen in

Falco enkel oploopbaar

Download de naai-instructies

PRIJSLIJST