secundair logo knw 1

In drinkwatertransportleidingen hoopt zich sediment op, ondanks het feit dat de maximale stroomsnelheid hoger is dan de snelheid die voor distributieleidingen zelfreinigend is. Opwervelend sediment zorgt voor klachten over de kwaliteit van het drinkwater. Het sediment accumuleert vooral dicht bij het pompstation. De hoeveelheid wordt vooral bepaald door de troebelheid van het water af waterproductiebedrijf.

Download hier een pdf van dit artikel.

Het meeste sediment in het leidingnet is afkomstig uit de waterzuivering [1]. Opwervelend sediment in conventionele distributieleidingnetten kan bruinwaterklachten veroorzaken. Zelfreinigende distributieleidingnetten, met een dagelijkse piek in de stroomsnelheid tussen de 0,20 en 0,25 m/s, kennen deze klachten niet [3]. Dergelijke snelheden zijn relatief zeldzaam in een conventioneel distributienet, maar komen geregeld voor in transportleidingen. Dit zou betekenen dat transportleidingen mogelijk ook een zelfreinigend vermogen hebben. Transportleiding hebben echter een grotere diameter dan distributieleidingen.

Om het zelfreinigend vermogen van transportleidingen te onderzoeken is een experiment uitgevoerd in twee transportleidingen in het voorzieningsgebied van Vitens in Flevoland. Van beide leidingen wordt het eerste gedeelte meteen na het waterproductiebedrijf onderzocht op het accumuleren van sediment in de normale bedrijfsvoering. In een later stadium is ter verificatie nog een derde leiding onderzocht.

Aanpak

De twee onderzochte transportleidingen (A en B) in het voorzieningsgebied van Vitens zijn aangesloten op twee verschillende waterproductiebedrijven: respectievelijk Harderbroek en Fledite. Deze twee transportleidingen werden aan het begin van het experiment gespuid om ze schoon te maken. Vervolgens werden ze na 10 maanden weer gespuid en werd bepaald hoeveel sediment er is geaccumuleerd in de leidingen, en waar. De sediment-opbouw wordt mede bepaald door de kwaliteit van het geproduceerde water en de hydraulische omstandigheden. De waterkwaliteit wordt gekarakteriseerd met de troebelheid. In een vervolgonderzoek is een derde transportleiding (C) geselecteerd om de resultaten van de metingen in transportleidingen A en B te verifiëren. De specificaties van de transportleidingen zijn weergegeven in tabel 1.
De transportleidingen A en B werden met voldoende snelheid (>1,5 m/s) schoongemaakt om al het sediment te verwijderen. De troebelheid van het spuiwater werd continu gemeten met een ’dr. Lange UltraTurb plus sc100’-troebelheidmeter. Tijdens de spui-actie zijn er monsters van het spuiwater genomen die zijn geanalyseerd op troebelheid (FTU, formazine turbidity units) en concentraties zwevende stoffen, ijzer en mangaan. Vooral het opwervelen van ijzer en mangaan leidt tot klachten. Het functioneren van de zuivering ten aanzien van de troebelheid wordt continu gemeten in het waterproductiebedrijf. Ook de druk en de volumestroom in de leidingen worden voortdurend, met intervallen van 5 minuten, gemeten en vastgelegd in het SCADA-systeem. Deze gegevens zijn voor een representatieve periode van 6 weken geanalyseerd.

Tabel 1 Transportleiding specificaties

1402-05 tabel1 

De troebelheid werd gekarakteriseerd met de gemiddelde waarde en het quotiënt van de 90-percentielwaarde en de 99,5-percentielwaarde. Tevens werden de surf+90 en de surf-90 bepaald [5]. Dit geeft de relatieve bijdrage van de troebelheidsbelasting tussen de 0 en 90-percentielwaarden (in 90% van de tijd) en van de bijdrage tussen de 90 en 100-percentielwaarden ( in 10% van de tijd) ten opzichte van de totale troebelheidsbelasting. Een surf+90 van 25% betekent dat 25% van de totale troebelheidsbelasting in 10% van de tijd wordt geleverd aan het leidingnet.

Het snelheidsprofiel in de leidingen wordt berekend aan de hand van de gemeten volumestromen in de leidingen in combinatie met de binnendiameter van de leidingen.

Het spuien van transportleidingen (zie afbeelding 1) vraagt veel water. Door het experiment dicht bij het waterproductiebedrijf uit te voeren is er voldoende pompcapaciteit om de benodigde druk en volumestroom te leveren. Het spuiwater wordt opgevangen in een wetering of sloot; een regenwaterafvoer is hier ook wel eens voor gebruikt.
De volumestroom tijdens het spuien wordt gemeten met een Flexim Fluxus ADM 6725 volumestroommeter.

1402-05 Figuur 1 links  1402-05 Figuur 1 rechts
Afbeelding 1. Spui-opstelling voor het spuien (links); volumestroommeter (rechts)

Resultaten

De specificaties van de drie spui-acties staan in tabel 2.

Tabel 2. Spui-actiespecificaties

1402-05 tabel2

Tijdens het spuien wordt het sediment in de leiding vanaf het spuipunt tot aan het pompstation in suspensie gebracht. De resultaten van de continue troebelheidmeting van de spui-acties zijn opgenomen in afbeelding 3 en afbeelding 4. Beide transportleidingen laten eenzelfde opbouw van sediment zien. Tijdens de eerste verversing stijgt de troebelheid, om vervolgens snel na de eerste verversing weer te dalen. Dit impliceert dat het sediment niet gelijk verdeeld is over de lengte van de leiding. afbeelding 2 is een schematische weergave van een spui-actie. Dicht bij het spuipunt is minder sediment aanwezig dan in het begin van de leiding. Deze opbouw van sediment is bij elke spui-actie te zien, wat erop duidt dat dit een reproduceerbaar patroon is.

1402-05 Figuur 2

Afbeelding 2. Schematische weergave van een spui-actie

 

1402-05 Figuur 3 links  1402-05 Figuur 3 rechts

Afbeelding 3. De troebelheid tijdens de spui-actie van leiding A
Links de eerste spui-actie en rechts na 10 maanden.

1402-05 Figuur 4 links   1402-05 Figuur 4 rechts

Afbeelding 4. De troebelheid tijdens de spui-actie van leiding B
Links de eerste spui-actie en rechts na 10 maanden.

De hoeveelheid sediment, of liever de troebelheid die door dit sediment wordt veroorzaakt, is niet even hoog voor de twee leidingen. Dit kan twee oorzaken hebben: a) de troebelheid van het water af waterproductiebedrijf en/of b) het hydraulisch profiel van de leiding.
De hoeveelheid troebelheid die per spui verwijderd wordt is te berekenen als de integraal onder de troebelheidsgrafiek en die te vermenigvuldigen met het spuivolume. Voor leiding A betekent dit dat er na tien maanden 15605 FTUm3 is verwijderd en voor de leiding B is dit 7052 FTUm3. Dit is te relateren aan de lengte van het gespuide deel van de leiding. Voor leiding A is dit gemiddeld 3,48 FTUm3/m en voor leiding B gemiddeld 1,55 FTUm3/m.

Ter bevestiging van de reproduceerbaarheid van deze typische sedimentopbouw is een derde leiding (C), vanaf waterproductiebedrijf Bremerberg ook gespuid terwijl de troebelheid van het spuiwater continu werd gemeten. Het resul-taat hiervan is weergegeven in afbeelding 5. De totale hoeveelheid verwijderd sediment bedraagt hier 15239 FTUm3, ofwel 3,12 FTUm3/m. De gelijkenis in de opbouw van de sedimentophoping in de leiding is duidelijk, maar ook de ordegrootte van de troebelheid.

1402-05 Figuur 5

Afbeelding 5. De troebelheid tijdens de spui-actie van transportleiding C

De hoeveelheid sediment die kan accumuleren wordt mede bepaald door de hoeveelheid troebelheid die het water bevat vanaf het pompstation. Om daar een indruk van te krijgen is de troebelheid van het water van waterproductiebedrijf Harderbroek (A) en Fledite (B) voor een representatieve periode weergegeven in afbeelding 6.

1402-05 Figuur 6 links  1402-05 Figuur 6 rechts
Afbeelding 6. Troebelheid van Harderbroek (A, links) en Fledite (B, rechts)

De statistische gegevens van de troebelheid af WPB Harderbroek en WPB Fledite zijn samen met de cumulatieve frequentieverdeling opgenomen in afbeelding 7.

1402-05 figuur 7 tabel    1402-05 Figuur 7

Afbeelding 7. Statistische gegevens en cumulatieve frequentieverdeling
van de troebelheid vanaf WPB Harderbroek en WPB Fledite

Een andere factor die de ophoping van sediment bepaalt, is het stroomsnelheidspatroon in de leiding. De patronen voor de leidingen A en B zijn weergegeven in afbeelding 8.

 

1402-05 Figuur 8 links  1402-05 Figuur 8 rechts
Afbeelding 8 De snelheidsprofielen van de van beide transportleidingen, links voor transportleiding A en rechts voor transportleiding B

De snelheidsprofielen van beide transportleidingen tonen een dagelijks afnamepatroon dat typisch is voor een leveringsgebied met veel huishoudelijk verbruik. Beide transportleidingen leveren aan hetzelfde voorzieningsgebied. De gemiddelde stromingssnelheid is voor transportleiding A 0,157 m/s en voor B 0,169 m/s, en is daarmee voor beide leidingen in dezelfde orde van grootte. In beide leidingen treedt de zelfreinigende snelheid, zoals die is bepaald voor distributieleidingen (0,3 tot 0,4 m/s), regelmatig op.

Discussie

Het schoonmaken van de leidingen door spuien is een effectieve manier van reinigen. Na de eerste verversing neemt de troebelheid van het water snel af. Het opwervelbare sediment is na die eerste verversing voldoende verwijderd. De snelheden tijdens het spuien zijn significant hoger dan de maximumsnelheden tijdens normale bedrijfsvoering. Het sediment dat hiermee is verwijderd, had in het distributienet niet via zelfreiniging kunnen worden verwijderd, omdat de snelheid tijdens spuien regelmatig hoger is geweest dan 0,3 m/s. Overigens wordt de verwijdering van sediment bepaald door de schuifspanning die wordt veroorzaakt door de stroomsnelheid. Deze schuifspanning is niet alleen afhankelijk van de snelheid, maar ook van andere, minder dominante, factoren als het stromingstype en materiaal en diameter van de leiding.

Gezien het troebelheidspatroon tijdens spuien in alle drie de transportleidingen, is het waarschijnlijk dat al het sediment bijna direct opgewerveld wordt door de toename van de snelheid en de schuifspanning langs de wand. Na de eerste verversing daalt de troebelheid snel. Dit geeft aan dat er geen opwervelbaar sediment is achtergebleven in de transportleiding. Het geeft ook aan dat er geen coagulatie van het sediment heeft plaatsgevonden of dat de coagulatie niet bestand was tegen de toename van de snelheid en de schuifspanning op de wand. Het patroon van de troebelheid tijdens de spui-actie geeft aan dat de opbouw van sediment in de sedimentlaag niet constant is over de lengte van de transportleiding. Als wordt aangenomen dat de troebelheid representatief is voor de hoeveelheid sediment in de leiding, dan kan worden geconcludeerd dat de accumulatie van sediment dicht bij de zuiveringsinstallatie start en dan daalt over de lengte van de transportleiding. Uit de metingen is te concluderen dat de sedimentopbouw continu op dezelfde manier doorgaat. Dit proces eindigt niet in een maximumlaagdikte.

In dit experiment is het niet onderzocht, maar het is aannemelijk dat de sedimentdeeltjes in transportleidingen zwaarder zijn en grotere diameters hebben dan sediment in distributienetwerken [2]. Het sediment uit de transportleiding is in het spuiwater geanalyseerd op troebelheid, ijzer en mangaan. De verdeling van ijzer en mangaan veranderde over de lengte van de transportleiding: er is relatief meer mangaan in het begin van de transportleiding.

De stroomsnelheidsprofielen voor beide transportleidingen zijn vergelijkbaar, zoals weergegeven in afbeelding 9. Het profiel kan daarom geen verklaring zijn voor het verschil in hoeveelheid geaccumuleerd sediment in de leidingen.

1402-05 figuur 9 tabel  1402-05 Figuur 9

Afbeelding 9 Statistische gegevens en de cumulatieve frequentieverdeling van de snelheid

De troebelheid van het water van de waterproductiebedrijven die de leidingen voeden is verschillend, zoals te zien is in afbeelding 6. De statistische gegevens uit afbeelding 7 laten zien dat alleen de gemiddelde troebelheid verschillend is. En die is gerelateerd aan de hoeveelheid troebelheid die in de leiding wordt opgebouwd. Impliciet betekent dit dat verlaging van de troebelheid af waterproductiebedrijf een kleinere hoeveelheid geaccumuleerd sediment in de transportleiding oplevert.

De monsters die tijdens het spuien zijn genomen zijn geanalyseerd op troebelheid en gesuspendeerde stoffen (SS) uitgedrukt in mg/l, en er is gezocht naar een relatie tussen die twee parameters. Voor WPB Harderbroek (A) is dit SS = 0.3793 FTU en voor WPB Fledite (B) SS = 0.2571 FTU. Deze relaties worden toegepast op de gevonden hoeveelheden sediment van respectievelijk 3,84 en 1,55 FTU m3/m. Bij een volume in leiding A van 0,071 m3/m en in leiding B van 0,069 m3/m resulteert dit in respectievelijk in 20,6 en 5.8 g/m.

De verhouding tussen de gemiddelde troebelheid van de twee waterproductiebedrijven is 0,28/0.11 = 2,55 terwijl de verhouding tussen de hoeveelheid sediment gevonden in de leidingen 3,55 is. Binnen de nauwkeurigheid van de bepalingen en aannames kan gezegd worden dat dit in dezelfde orde van grootte is.

Het experiment laat zien dat een fractie van het sediment 'gevangen' wordt in het transportleidingnet, hoewel de snelheid in deze leidingen hoger is dan de zelfreinigende snelheid (0,25 m/s) voor distributienetten. Wanneer het transportleidingnet zeer kort is, kan dit tot gevolg hebben dat deeltjes in het distributienetwerk terecht komen. Dan zou ook in een zelfreinigend netwerk sediment accumuleren en mogelijk leiden tot bruinwaterklachten.

Een andere praktische consequentie kan zijn dat transportleidingen in de buurt van het waterproductiebedrijf meer sediment bevatten dan distributieleidingen. Deze distributieleidingen zijn zelfreinigend als de dagelijkse maximale stroomsnelheid in de ordegrootte van 0,3-0,4 m/s is, omdat het zwaardere sediment al ‘bovenstrooms’ is geaccumuleerd.

Conclusie

Het beschreven onderzoek naar de opbouw van sedimentaccumulatie in transportleidingen voor drinkwater in Flevoland leidt tot de volgende conclusies:
• Sediment bouwt zich op in transportleidingen, ondanks het feit dat de maximale stroomsnelheid hoger is dan de zelfreinigende snelheid (van 0,25 m/s) die geldt voor distributieleidingen.
• Het sediment accumuleert vooral dicht bij het pompstation. • De hoeveelheid sediment in het transportleidingnet wordt grotendeels bepaald door de gemiddelde troebelheid van het water af waterproductiebedrijf. • De verhouding tussen de gemiddelde troebelheid van de waterproductiebedrijven is vergelijkbaar met de verhouding tussen de hoeveelheid sediment gevonden in het transportleidingen (2,55 versus 3,55).

Literatuur

  1. Vreeburg, J. H. G., Schippers, D., Verberk, J. Q. J. C., & Dijk, J. C. van (2008). Impact of particles on sediment accumulation in a drinking water distribution system. Water Research, vol. 42, pp. 4233-4242, 2008.
  2. Thienen, P. Van, Vreeburg, J. H. G., Blokker, E. J. M. (2011). Radial transport processes as a precursor to particle deposition in drinking water distribution systems. Water Research, vol. 45, pp. 1807-1817, 2011.
  3. Blokker, E. J. M., Vreeburg, J. H. G.,Dijk, J. C. van (2010). Simulating residential water demand with a stochastic end-use model. Journal of Water Resources Planning and Management, vol. 136, pp. 19-26, 201002 2010.
  4. Vreeburg, J. H. G., Boxall, J. B. (2007). Discolouration in potable water distribution systems: A review. Water Research, vol. 41, pp. 519-529, Feb 2007.
  5. Vreeburg, J. H. G. (2007). Discolouration in drinking water systems: a particular approach. Civil Engineering. vol. PhD: University of Technology Delft, 2007.
  6. Husband, P. S., Boxall J. B. (2011). Asset deterioration and discolouration in water distribution systems. Water Research, vol. 45, pp. 113-124, 2011.
Typ je reactie...
Je bent niet ingelogd
Of reageer als gast
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Laat je reactie achter en start de discussie...

(advertentie)

Laatste reacties op onze artikelen

Mooi verwoord. Het kabinet in spé heeft velen verleid met termen als 'het geven van duidelijkheid', terwijl er in de praktijk door in te zetten in bewezen niet duurzaam beleid, er grote onzekerheden gaan ontstaan. Ook hier moet het gezegde van 'de wal keert het schip' zich klaarblijkelijk nog maar weer eens in de praktijk gaan bewijzen.
Geheel eens met de reactie van dhr. Peters. "Natuur is leuk", maar even niet als het de landbouw in de weg zit. Dan poetsen we het weg als lastig (kleine snippers??) of ongewenst. Gemiste kans want, afgezien de intrinsieke verantwoording die de overheid en haar burgers heeft voor het behoud van onze natuur is het ook van groot belang voor drinkwater, economie (recreatie/vestigingsklimaat), wetenschap en het welbevinden van miljoenen mensen. En dat poets je niet weg tegen de marginale landbouw- en visserijbelangen. 
Ik vond het regeerakkoord een verademing na jaren waarin de werkende meerderheid de hobbies van allerlei clubs betaalde. Als kostwinner betaalde ik sowieso elke maand al een flinke boete. Er is in het hele akkoord toch ook geen enkele veroordeling te lezen voor mensen die vrijwillig kiezen "groen" te leven? Als je dat wilt, ben je toch vrij daarin?
Passende citaten: "Er wordt ingezet op: Een nieuwe, regio-specifieke derogatie van de Nitraatrichtlijn (gebaseerd op gemeten waterkwaliteit zoals in andere landen). En nog een: Daarvoor worden voor natuur, waterkwaliteit, klimaat en luchtverontreiniging waar mogelijk bedrijfsspecifieke emissiedoelen geformuleerd." Wat zijn dat voor criteria? In welke regio's moet dan worden gemeten en waar en bij welke bedrijven passen we dan welke criteria toe? Wie gaat al die gegevens verzamelen en al die metingen desgewenst opnieuw doen? Hoe lang gaat dat duren en hoeveel vervuiling moeten we dan nog toestaan?  En waar slaat 'waar mogelijk' op? We weten toch allang welke industriële vervuiling er is, waar die zich bevindt, en er is toch een kaderrichtlijn water? Dit gaat inderdaad over een ander land. Een ongewenst land.
Tja Jos, Nederland weer van “ons”. Het lijkt mij dat er verschillende “ons” zijn. In veel herken ik mij niet. Kennelijk behoor ik tot een ander “ons”. De “plannen”, ik word er nogal verdrietig van. Ik heb veel bewondering voor jou strijd en lees jouw publicaties graag.