Planning drinkwaterreservoirs

Leestijd 6 minuten

Bijgewerkt - 10 december 2025

Bij de planning van drinkwaterreservoirs spelen verschillende fysische factoren een rol waarmee rekening moet worden gehouden als de gewenste drinkwaterkwaliteit en pompcapaciteit met zo weinig mogelijk inspanning moeten worden bereikt.

Wateranalyse en grenswaarden

Ten eerste moet er een laboratoriumanalyse van elke waterbron worden uitgevoerd, waarbij de waterwaarden worden vergeleken met de geldende grenswaarden om zo nodig specifieke maatregelen te kunnen nemen om hieraan te voldoen:

• Acrylamide 0,10 μg/l
• Antimoon 10 μg/l
• Arseen 10 μg/l
• Benzeen 1,0 μg/l
• Benzo(a)pyreen 0,010 μg/l
• Bisfenol A 2,5 μg/l
• Boor 1,5 mg/l
• Bromaat 10 μg/l
• Cadmium 5,0 μg/l
• Chloraat 0,25 mg/l
• Chloriet 0,25 mg/l
• Chroom 25 μg/l
• Koper 2,0 mg/l
• Cyanide 50 μg/l
• 1,2-Dichloorethaan 3,0 μg/l
• Epichloorhydrine 0,10 μg/l
• Fluoride 1,5 mg/l
• Haloazijnzuren (HAA's) 60 μg/l
• Lood 5 μg/l
• Kwik 1,0 μg/l
• Microcystine-LR 1,0 μg/l
• Nikkel 20 μg/l
• Nitraat 50 mg/l
• Nitriet 0,50 mg/l
• Pesticiden 0,10 μg/l
• Totaal bestrijdingsmiddel 0,50 μg/l
• PFAS totaal 0,50 μg/l
• Som van PFAS 0,10 μg/l
• Polycyclische aromatische koolwaterstoffen 0,10 μg/l
• Seleen 20 μg/l
• Tetrachlooretheen en trichlooretheen 10 μg/l
• Totaal trihalomethanen 100 μg/l
• Uranium 30 μg/l
• Vinylchloride 0,50 μg/l

Waterhardheid

De waterhardheid vertegenwoordigt het gehalte calciumcarbonaat (CaCO₃) in mmol/l, ppm of mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Alkalische aardionen volgens het internationale systeem van eenheden SI (Internationaal systeem van eenheden), ook uitgedrukt in °dH (de Duitse hardheid 1 °dH komt overeen met 0,1783 mml/l).

• zacht water -> minder dan 8,4 °dH, wat overeenkomt met minder dan 1,5 mmoll
• medium -> 8,4 ... 14 °dH, wat overeenkomt met 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Hard water -> meer dan 14 °dH, wat overeenkomt met meer dan 2,5 mmol/l

De hardheid van water komt onder andere tot uiting in kalkafzetting in leidingen, op oppervlakken die met water worden bevochtigd en in het verbruik van meer wasmiddel naarmate het water kalkrijker, dus harder, is.

Waterontharding

Waterontharding kan op twee manieren worden uitgevoerd: 

• Ionenwisselaar (hier wordt water door een harsfilter geleid dat verzadigd is met natriumionen, waarbij in het water opgeloste calcium- en magnesiumionen worden uitgewisseld tegen de natriumionen van de hars.
  Afhankelijk van het debiet raken ionenwisselaars vroeg of laat verzadigd met calcium- en magnesiumionen en moeten ze worden gespoeld en geregenereerd met een sterk geconcentreerde zoutoplossing (NaCl). Daarna kunnen ze weer calcium- en magnesiumionen opnemen en natriumionen afgeven.
  Afhankelijk van de verwerkingscapaciteit zijn voor dergelijke systemen in de loop van een jaar grote hoeveelheden nodig. EN 973 Type Een gecertificeerd, hoogzuiver zout met een zuiverheid van meer dan 99,5 %.
  Het nadeel is de verrijking van het water met natrium, wat het idee van „natriumarm“ drinkwater tegenwerkt. Hetzelfde geldt natuurlijk voor de terugkerende kosten voor het regeneratiezout en de bijbehorende onderhoudskosten.
• Omgekeerde osmose, door het water onder hoge druk door 0,00001 µm fijne filterporiën te persen. Het nadeel is echter dat het resulterende water geen mineralen meer bevat en dus opnieuw gemineraliseerd moet worden om bruikbaar te zijn voor het menselijk organisme.
  De nadelen zijn de regelmatig terugkerende kosten voor het osmosemembraan (filterpatroon) en het „water“ dat geproduceerd wordt tijdens omgekeerde osmose, wat kan oplopen tot 50% extra waterverbruik.
• distillatie, wat ook resulteert in water zonder enig mineraalgehalte en dus contraproductief is voor de menselijke gezondheid.
  Een bijkomend nadeel is het hoge energieverbruik.
• Zaadkristallisatie, waarbij een katalysator (gevuld met speciaal gecoate keramische of polymeerkorrels waaraan calcium- en carbonaationen vastkleven en kristalliseren) het calciet dat kalkaanslag veroorzaakt, omzet in naaldvormige aragonietkristallen die niet langer hechten.
  Het water bevat nog steeds alle mineralen, inclusief „kalk“ in de vorm van aragonietkristallen).
  Dit water kan volledig worden gebruikt door het organisme.
  Dergelijke apparaten hebben een levensduur van meer dan tien jaar, afhankelijk van het debiet en de afmetingen. Ze worden doorgelust in de hoofdleiding van de huishoudelijke watervoorziening na de watermeter.
  

Zaadkristallisatietechnologieën

De waterhardheid verandert niet met een van de volgende technologieën. Kalkaanslag wordt echter sterk verminderd, omdat de CaCO₃ is al gebonden in stabiele fijne micro- of zeer fijne nanokristallen.

TAC

Sjabloonondersteunde kristallisatie - De drager van de kristallisatiekern is een vast medium, bijvoorbeeld hars of granulaat. Hierop vormen zich calciumcarbonaatkristallen wanneer het water er doorheen stroomt, die onmiddellijk loskomen van het medium en met het water worden meegevoerd.
Ideaal voor lage stroomsnelheden, aangezien de vorming van microkristallen langer duurt dan nanokristallen in het NAC-proces.

NAC

Kristallisatie met behulp van nucleatie - is in principe identiek aan het TAC-proces, maar hier worden nanokristallen geproduceerd in plaats van microkristallen. Dit betekent dat het aantal deeltjes groter is en de kristallen kleiner.
Dit is voordelig als een hoog debiet vereist is, omdat de contacttijd met het medium dan korter is en de kristalvorming sneller verloopt dan bij het TAC-proces door het systeem.

MAC

Kristallisatie met behulp van media - vat beide processen, TAC en NAC, samen onder één overkoepelende term. De term MAC wordt meestal gebruikt als er bedrijfseigen technologieën worden gebruikt die verschillen van de gebruikelijke TAC/NAC-procestechnologieën.

Leverancier van systemen met zaadkristallisatie

Zoals altijd is het belangrijk om het kaf van het koren te scheiden, d.w.z. welke fabrikant de werking van zijn producten niet alleen claimt, maar ook bewijst met bijbehorende certificaten van onafhankelijke testcentra en/of onderzoeken.

Zoals hierboven vermeld, is de contacttijd van het doorstromende water van functioneel belang. Daarom moeten de gegevensbladen van de afzonderlijke producten afzonderlijk worden geëvalueerd met betrekking tot dit criterium en moet het totale systeem dienovereenkomstig worden aangepast.

De volgende fabrikanten springen er hier positief uit:

• ScaleStop - support@scalestopplus.com
  Onafhankelijke tests van de Universiteit van Arizona en DVGW (W512 uit 2013) bewijzen de effectiviteit met 99% in elk geval
• Watertechnologie - info@watertechgroup.com
  maakt reclame voor zijn product Schaalveilig met 99,9 procent effectiviteit
• Aqon Zuiver - info@aqon-pure.com
  bewijst de effectiviteit van zijn systeem met twee onderzoeken: de Hohenstein Innovations gGmbH en de GSA (Link 1, Link 2, Link 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  biedt een productassortiment aan onder de naam Eén-stroom op
• Kristallen was - clean@crystalwash.fr
  is beperkt tot één Effectiviteitsspecificatie van 88 ... 97 % en verwijst naar de efficiëntie van het TAC-proces die algemeen wordt erkend door DVGW-W512
  

Opbrengst van de bron

In het geval van een bestaande of geplande putboring zijn de parameters debiet en onttrekkingssnelheid samen met andere parameters elementair bij de berekening van de hoeveelheid grondwater die in de tijdseenheid moet worden onttrokken. De uitleg, inclusief de berekening, is heel duidelijk te vinden op dit website.

Voor het onttrekken van water uit een rivier is vaak een vergunning nodig en de hoeveelheid is beperkt.

De voedingspomp selecteren

Een dieptebronpomp wordt gebruikt om grondwater op te pompen van tussen de 8 en 90 meter diepte. Opgemerkt moet worden dat de onttrekkingshoogte en de pompdiepte (zuigdiepte) samen de totale opvoerhoogte vormen.

ToepassingVoorbeeld:

Pompdiepte (zuigzeef) 20 m + hoogste onttrekkingspunt 30 m = 50 m is de totale opvoerhoogte van de deepwellpomp.

Naast het zuivere hoogteverschil moet echter ook rekening worden gehouden met wrijvingsverliezen in het leidingtracé (ruwheid van de leiding, fittingen enz. = dynamische opvoerhoogte). Deze moeten bij de keuze van de pomp worden opgeteld.

Uitgaande van een pompcapaciteit van 3000 l/u (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), met bijv. DN65 (D = 0,0752) PE/HDPE-buis met een ruwheid volgens het gegevensblad van ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, de kinematische viscositeit van water van ≈ 1-10^-6 m²/s, en een dichtheid ρ = 1000 kg/m³ en stroomsnelheid van g = 9,81 m/s², en rekening houdend met de equivalenten van hulpstukken, enz. door de berekende 1,2 maal de buislengte van 200 m, wat overeenkomt met 240 m en een te overbruggen hoogteverschil van H_S 50 m (statische opvoerhoogte) bij een gemiddelde versnelling door de zwaartekracht van g = 9,81 m/s² (als constante), resulteert de volgende berekening:

• Doorsnede DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Stroomsnelheid
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Reynoldsgetal (karakteristiek getal, laag = laminaire stroming, hoog = turbulente stroming)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Wrijvingscoëfficiënt pijp (Swamee-Jain)
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( (ε : ( 3,7 ⋅ D )) + ( 5,74 : Re^0,9 ) ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 5,405405405405405 × 10^-6 + 0,000728728 ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 0,0007341334054054 ) ]²
  f = 0,25 : [ -3,134490 ]²
  f = 0,25 : 9,825866 = 0,028256663933258565
• Wrijvingsverlies pijp (Darcy-Weisbach)
  H_f  = f ⋅ ( L : D ) ⋅ ( v² : 2g )
  H_f  = f ⋅ ( 240 : 0,075 ) ⋅ ( 0,1886280807015056² : 2 ⋅ 9,81 )
  H_f  = f ⋅ ( 3.200 ) ⋅ ( 0,001813634 m )
  H_f  = 0,028256663933258565 ⋅ 5,803629 = ≈ 0,1639776104 m
• Equivalent vormverlies
  (identieke kolf, in plaats van L (buislengte) L_eq (set met 10 m)
  H_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Totaal hoofd
  H_dood = H_S + h_f  + h_eq
  H_dood = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Druk bij de pompuitlaat
  p = ρgH_dood
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10.000 = 4,921756462064206 bar
• Hydraulische pompcapaciteit
  P_h = ρgQH_dood
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Elektrisch motorvermogen P_motor met efficiëntie η = 0,65
  P_motor= Ph : η
  P_motor= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominaal levert een pomp van ongeveer 630 W het benodigde vermogen. In de praktijk, met een verhoging van 80 procent als veiligheidsreserve, wordt aangenomen dat dit ongeveer 1,1 kW is.

Kleppen

Als elk spoelreservoir in het netwerk afzonderlijk moet kunnen worden gescheiden, wat zinvol is bij onderhoudswerkzaamheden of lekkages, is voor elk spoelreservoir een afsluiter en terugslagklep nodig, evenals een spoel- of aftapkraan.

Gemotoriseerde kleppen moeten de optie hebben van handmatige (nood)bediening.

Alle onderdelen moeten ontworpen zijn volgens WRAS/DVGW voor drinkwatervereisten (EPDM zitting en NBR membraan). Montageflenzen voor de aansluiting van actuators moeten worden ontworpen volgens ISO 5211, motorflenzen volgens ISO5211 F05/F07.

De leksnelheid moet Klasse VI wat absolute (luchtbelvrije) dichtheid betekent, d.w.z. een lekkage van nul. Alle afsluiters met een (PTFE) / EPDM zitting voldoen aan deze eis.
Metalen zittingen bereiken alleen klasse IV: een leksnelheid van 10 ml/min onder testdruk is toegestaan.

Of de actuators op 230 V wisselstroom of 24 V gelijkstroom (batterij) werken, wordt bepaald door de vereiste automatische bedienbaarheid, zelfs als de openbare stroomvoorziening uitvalt.
Alle elektrische componenten in systemen die worden blootgesteld aan weersinvloeden moeten voldoen aan IP65 (stofdicht, bescherming tegen waterstralen), betere IP67 (stofdicht, bescherming tegen kortstondige onderdompeling).

Gemotoriseerde kleppen moeten eindschakelaars hebben, idealiter een besturing via 0 ... 10 V, of 4 ... 20 mA als andere posities dan open / gesloten moeten worden geregeld. 20 mA als andere posities dan open/gesloten moeten worden geregeld.

Niveaumeting

Ultrasone en druksensoren zijn geschikt voor niveaumeting. Terwijl druksensoren, die op de bodem van de stortbak worden geplaatst, constant worden blootgesteld aan water, is ultrasone meting contactloos: de sensor wordt op of onder het deksel van de stortbak gemonteerd en is dus snel toegankelijk.

Industriële ultrasone sensoren leveren een stroom van 4 ... 20 mA, die een meetwaarde-afhankelijke spanning genereert via een gekalibreerde IU-converter (stroom naar spanning), die door een microcontroller wordt geëvalueerd en weergegeven als een meetwaarde, omgezet in liters, kubieke meters of percentages.

De prijzen voor ultrasone sensoren stijgen echter in lijn met het toenemende bereik en lopen op tot in de viercijferige eurozone. Sensoren met een meetafstand tot 2,2 meter zijn rond de 200 euro, wat de diepte van de regenput beperkt tot ongeveer 2 meter om het budget niet te overschrijden.