Water Matters - juni 2022

Uitgave Voorwoord 2 Grondwaterbalans beter uitgebalanceerd 4 Leren van andere landen over droogte 8 Doeltreffende monitoring biociden 12

WATER

MATTERS KENNISMAGAZINE VOOR WATERPROFESSIONALS Juni 2022

Gecombineerde oxidatie en duininfiltratie 16 PAK + doekfiltratie: effectieve verwijdering 20 Inzicht in nutriëntenstromen 24 Voorspellende toxicologie met algoritmes 28 Ecologische water­kwaliteit: systeem­ aanpak effectief 32 Grondwaterdrainage in New Orleans 36 Beeldverwerkings­ technieken drinkwater 40 Open bodem­­energie­systemen 44

2I

VOORWOORD

Onderzoek met zicht op praktische toepassing

Van lessen over droogte, mitigatie en adaptatie tot voorspellende toxicologie met algoritmes Voor u ligt de veertiende editie van Water Matters, het kennismagazine van vakblad H2O. U treft elf artikelen over uiteenlopende onderwerpen, geschreven door waterprofessionals op basis van gedegen onderzoek.

Bij de beoordeling heeft de redactieraad, bestaande uit deskundigen uit de sector, een selectie gemaakt waarbij is gekeken naar een duidelijke relatie met de dagelijkse praktijk in de watersector, de opzet van Water Matters. Onderzoek, resultaten en bevindingen vormen de basis voor artikelen die nieuwe kennis, inzichten en technologieën beschrijven met zicht op praktische toepassing.

In deze editie komt weer een breed scala aan onderwerpen aan bod. Van lessen over droogte, mitigatie en adaptatie voor Nederlandse waterschappen en grondwaterdrainage in New Orleans tot monitoring van biociden in de waterketen.

Maar ook: verregaande verwijdering medicijnresten én fosfor met PAK en doekfiltratie, geavanceerde oxidatie en duin­ infiltratie voor verwijdering van organische microverontreinigingen, systeemaanpak voor verbetering van de e ­ cologische kwaliteit van de Nederlandse wateren, automatische interpretatie van drinkwaterleidinginspecties, voorspellende ­toxicologie met algoritmes, de rol van de grondwaterbalans in de waterbeschikbaarheid, een gebiedsgerichte aanpak van de emissie van nutriënten in de landbouw en verspreiding van grondwaterverontreinigingen door open bodemener­ giesystemen.

Water Matters is, net als het vakblad H2O, een initiatief van Koninklijk Nederlands Waternetwerk (KNW), het onafhanke­ lijke kennisnetwerk voor en door Nederlandse waterprofessionals. Leden van KNW krijgen Water Matters twee keer per jaar gratis als bijlage bij hun vakblad H2O. De uitgave van Water Matters wordt mogelijk gemaakt door vooraanstaande spelers in de Nederlandse watersector.

Deze Founding Partners zijn Deltares, KWR Watercycle Research Institute, Royal HaskoningDHV en Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA). Met de uitgave van Water Matters willen de participerende instellingen nieuwe, toe­ pasbare waterkennis toegankelijk maken.

U kunt Water Matters ook digitaal lezen op H2O-online (www.h2owaternetwerk.nl). Daarnaast is deze uitgave als digi­ taal magazine ook in het Engels beschikbaar via dezelfde website of via www.h2o-watermatters.com.

De Engelstalige artikelen kunnen vanuit het digitale magazine op H2O-online worden gedeeld. Voorts zijn artikelen uit eerdere edities terug te vinden op de site.

Veel leesplezier met deze editie. Wilt u reageren? Laat het ons weten via redactie@h2o-media.nl.

Monique Bekkenutte Uitgever (Koninklijk Nederlands Waternetwerk) Huib de Vriend Voorzitter redactieraad Water Matters

INHOUD

COLOFON Water Matters is een uitgave van Koninklijk Nederlands ­Waternetwerk (KNW) en wordt mogelijk gemaakt door ­Deltares, KWR Watercycle Research ­Institute, Royal ­HaskoningDHV en de ­Stichting Toegepast ­ Onderzoek ­Waterbeheer (STOWA).

UITGEVER Monique Bekkenutte (KNW) HOOFDREDACTEUR Bert Westenbrink Eindredactie Nico van der Wel, Mirjam Jochemsen, Bert Westenbrink REDACTIEADRES Koningskade 40 2596 AA Den Haag redactie@h2o-media.nl REDACTIERAAD Huib de Vriend (­voorzitter), Thomas ter Laak, ­ J­oachim ­Rozemeijer, Sigrid ­Scherrenberg, Michelle Talsma, Jeroen Vervaart VORMGEVER Ronald Koopmans DRUK Veldhuis Media, Raalte

RECTIFICATIE Bij het artikel ‘Nieuwe labmethode om slibont­ watering op rwzi’s te voorspellen’ van Mirzaee c.s. (WM december 2021 p. 44) ontbreekt de naam van een coauteur, Paul Weij van Delfluent ­Services. In de overigens iets uitgebreidere Engels­ talige versie is dit gecor­ rigeerd, zie https://www. h2o-watermatters.com/ (laatste artikel december 2021).

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

INHOUD GRONDWATER

TOXICITEIT

Meer inzicht 4

In silico tools 28

Drie misverstanden geanalyseerd

Voorspellende toxicologie

DROOGTE

KADERRICHTLIJN WATER

Leren van buitenland 8 Nieuwe oplossingen

BIOCIDEN

Emissie naar waterketen 12 Doeltreffende monitoring

DRINKWATER

Herstel water­ kwaliteit 32 Systeemaanpak effectief

NEW ORLEANS

Grondwater­drainage 36 Nodeloze belasting rwzi

Verwijderen OMV 16

Onderhoudsdata 40

Combi oxidatie en duininfiltratie

Interpretatie met beeldverwerking

EFFLUENT

BODEMENERGIE­ SYSTEMEN

DRINKWATERNET

PAK + Doekfiltratie 20

Verontreiniging 44

Effectieve verwijdering

Beperken van verspreiding

NUTRIËNTEN

Innovatieve monitoring 24 Inzicht in emissiestromen

I3

4I

WATER MATTERS

AUTEURS

Floris Verhagen (Royal HaskoningDHV)

DE GRONDWATERBALANS BETER UITGEBALANCEERD Roelof Stuurman (Deltares)

“Het grondwatersysteem is uit balans”. “Er wordt meer onttrokken dan aangevuld”. Of “we gaan grondwatervraag in balans te brengen met het aanbod”. Uitspraken die het laatste jaar regelmatig terugkomen in rapportages en persberichten. Over de werking van een grondwaterbalans bestaat nog veel onduidelijkheid. Met als voorbeeld Noord-Brabant adresseren we drie misverstanden en laten we zien hoe een grondwaterbalans een rol kan spelen in een visie op waterbeschikbaarheid.

De provincie Noord-Brabant met haar dikke zandpakketten vol grondwater is bijzonder, niet alleen is er veel grondwater, de provincie is er ook sterk afhankelijk van. Al het drink­ water wordt geproduceerd uit grondwater en de landbouw gebruikt relatief veel grond­ water; naar schatting de helft van de grondwaterberegening in Nederland wordt gedaan op Brabantse landbouwgrond. Dit artikel is gebaseerd op twee studies voor Noord-Brabant waarbij gebruik is gemaakt van een regionaal grondwatermodel en waterbalansbereke­ ningen. De beschreven principes gaan ook op voor andere zandprovincies.

GRONDWATERBALANS BETER UITGEBALANCEERD

Afbeelding 1. Grondwaterbalans (in miljoen m3/jaar) voor NoordBrabant voor een gemiddeld jaar (boven) en een verder vereenvoudigde grondwaterbalans naar het diepe grondwater (onder)

Basisprincipes van de grondwaterbalans in dit artikel • De grondwaterbalans beschrijft de in- en uitgaande volumes grondwater.

• Hij is per definitie sluitend. Water kan niet verdwijnen.

• De balans is afgebakend in ruimte en tijd.

• Hij gaat over het zoete grondwater tot en met de ­ondoorlatende geohydrologische basis.

• De balans varieert. In de winter vindt grondwateraan­ vulling plaats waardoor grondwaterstanden stijgen (en het grondwatervolume toeneemt), in de zomer vindt het omgekeerde plaats. Over meerdere jaren middelt dit uit, mits externe factoren zoals klimaatveranderin­ gen of watergebruik niet trendmatig veranderen.

• Grondwateraanvulling is gelijk aan de hoeveelheid neerslag minus verdamping en oppervlakkige maai­ veldafvoer. In de winter is dit een positief getal, in de zomer een negatief getal.

Misverstand 1: er is meer onttrekking dan aanvulling Een goede balans tussen onttrekking en aanvulling is een logische voorwaarde voor een duurzaam grondwater­ systeem en is ook een eis in de EU-Kaderrichtlijn Water (artikel 4.1.b.ii). Wanneer meer onttrokken wordt dan aangevuld zal het grondwatersysteem op termijn uitge­ put raken (‘mining’). Door het oververbruik blijven diepe stijghoogten en ook grondwaterstanden dalen, en het zoet-grensvlak stijgt. Dit vindt wereldwijd op grote schaal plaats, o.a. in Californië, Noord-India en rond Beijing.

Afbeelding 1 toont een sterk vereenvoudigde grondwater­ balans voor Noord-Brabant.

De grondwateraanvulling (1) is verreweg de grootste post in de waterbalans (1686 miljoen m3/jaar). Grondwater­ onttrekkingen voor drinkwater, industrie en landbouw (6) vinden vooral plaats uit de dikkere watervoerende pakketten en tellen op tot 256 miljoen m3/jaar. Er is dus WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

sprake van een grote hoeveelheid grondwater die onttrok­ ken wordt, maar de aanvulling is ruim zes keer groter dan de onttrekking.

Theoretisch is het zelfs mogelijk om in de gehele b ­ ehoefte aan grondwater in Nederland te voorzien door water te onttrekken uit de ondergrond van Noord-Brabant met inachtneming van een evenwicht tussen aanvulling en onttrekking. Het resultaat: extreem lage stijghoogten, permanent droge beken, nauwelijks water in de Maas, maar nog steeds een evenwichtssituatie (Verhagen, et al., 2017). Meer water onttrekken betekent telkens een nieuw evenwicht met lagere grondwaterstanden en daarmee ook minder afvoer van grondwater via oppervlaktewater.

Eenvoudig gezegd: het neerslagoverschot wordt verdeeld over oppervlaktewaterafvoer en grondwateronttrekking.

Bij meer grondwateronttrekking daalt de afvoer via het oppervlaktewater.

Een balans tussen onttrekking en aanvulling betekent niet altijd een duurzame situatie. Het gevolg van de huidige grondwateronttrekking is een permanente en constante verlaging van stijghoogten in diepe watervoerende pakket­ ten, soms wel van enkele meters. Dit heeft gevolgen voor het gehele watersysteem. Gebieden die vroeger gevoed werden door diep kwelwater zijn nu infiltratiegebieden ge­ worden, grondwaterstanden zijn over een groot oppervlak verlaagd. Dat heeft weer invloed op de voeding van deze gebieden met grondwater, de hoeveelheid water die afge­ voerd wordt door het oppervlaktewater en de beschikbare hoeveelheid water voor natuur en landbouw.

Misverstand 2: een sluitende waterbalans is de sleutel voor duurzaam waterbeheer Er wordt gezegd: “Er valt meer dan genoeg neerslag in Brabant maar zo’n 80 procent wordt afgevoerd, via sloten, kanalen en beken via de Maas naar zee. Het overige water

I5

4

6I

WATER MATTERS

Afbeelding 2. De grondwaterbalans van Noord-Brabant voor zomer en winter

zakt in de bodem en vult de aquifers aan. Maar dit water wordt vervolgens allemaal weer onttrokken voor berege­ ning door de landbouw, als drink- en industriewater en voor het sproeien van tuinen, sportvelden en ander stede­ lijk groen.”

Van de 1686 miljoen m3/jaar grondwateraanvulling wordt netto (drainage minus infiltratie van oppervlaktewater in wateraanvoergebieden) 1488 miljoen m3/jaar afgevoerd via de sloten, beken en rivieren (afbeelding 1). Er blijft zo 198 miljoen m3/jaar over voor infiltreren naar het diepere grondwater. Uit dat diepere grondwater wordt vervolgens weer 256 miljoen m3/jaar onttrokken dus 60 miljoen m3/ jaar meer dan de diepe grondwateraanvulling. Deze hoeveelheid wordt horizontaal aangevoerd van over de provinciegrens.

Maar stel dat de onttrekking voor drinkwater, industrie en landbouw met 60 miljoen m3/jaar wordt verminderd.

Grondwaterstanden stijgen dan en het overgrote deel van dit volume zal ten goede komen aan extra afvoer door het oppervlaktewater. Er ontstaat een nieuwe situatie, een nieuwe balans van het watersysteem. En daarmee neemt de voeding naar het diepe grondwater ook af met onge­ veer dezelfde hoeveelheid. In getallen: 60 miljoen m3/jaar minder onttrekken betekent ook bijna 60 miljoen m3/jaar meer afvoer door het oppervlaktewater, deels uit toestro­

mend diep kwelwater. Ofwel, er is geen unieke verhouding aan te wijzen waarop de aanvoer naar het diepe grond­ water, de onttrekking van grondwater en de afvoer door oppervlaktewater in evenwicht zijn.

Misverstand 3: afvoer van oppervlaktewater moet ­voorkomen worden Afvoer van water is een wezenlijk onderdeel van de water­ kringloop en is bijvoorbeeld nodig om de beken te voorzien van voldoende stromend water (ook een voorwaarde uit de Kaderrichtlijn Water).

Elke waterdruppel wordt vroeg of laat afgevoerd of onttrokken, mits deze niet verdampt. Afvoer door opper­ vlaktewater kan snel of langzaam plaatsvinden; binnen enkele dagen waarbij een regendruppel via drains in het oppervlaktewater komt, of in de loop van vele honderden (tot tienduizenden) jaren waarbij een druppel via grond­ waterstroming uiteindelijk als kwelwater tevoorschijn komt. Afvoer van water kent dus vele smaken; waar komt het vandaan en hoe lang was het onderweg? De laag gelegen gebieden ontvangen het kwelwater en voeren van nature meer (oppervlakte)water af dan de kerninfiltratie­ gebieden waar oppervlaktewater ontbreekt.

Een algemene maat voor de benodigde voeding van het grondwatersysteem of de benodigde afvoer is daarmee

GRONDWATERBALANS BETER UITGEBALANCEERD

niet te geven omdat deze gebiedsafhankelijk is. Sturen op de waterbalans is daarmee vooral een verdelingsvraag­ stuk. Een meer robuuste waterbalans houdt in: kleinere verschillen tussen winter en zomerseizoen en langere verblijftijden in het grondwatersysteem (Stuurman et al., 2020). In het ideale geval wordt in het voorjaar v­ oldoende buffer opgebouwd, zodat beken in de zomer kunnen blij­ ven stromen.

En hoe dan wel?

Conclusie is dat een algemene beschouwing over aan­ vulling en onttrekking weinig aanknopingspunten geeft voor de definitie van een goede toestand. Er bestaat voor de Nederlandse toestand geen vaste verhouding voor de hoeveelheid onttrekking ten opzichte van de aanvulling.

Een nadere analyse per (stroom)gebied is nodig om meer inzicht te krijgen in de eisen aan grondwaterstanden, kwel en afvoer. Per water- en natuursysteem verschillen deze eisen. Zo zijn bovenlopen van beken sterk afhankelijk van voldoende en constante toevoer van grondwater, de basis­ afvoer. Andere gebieden vereisen door het jaar heen een voldoende kwelstroom met een geschikte grondwater­ kwaliteit.

Een integrale beoordeling van grond- en oppervlaktewater is een eis van de KRW. Een systeembenadering inclusief een waterbalans helpt hierbij. Aandachtspunten zijn de invloed van het grondwaterbeheer op het oppervlakte­ watersysteem (de mate van afvoer) en de invloed van grondwater of grondwaterafhankelijke natuurgebieden (zowel kwantiteit als kwaliteit). Door het definiëren van de benodigde beschikbaarheid van voldoende water van goede kwaliteit in beken en natuur, ook in de tijd, kan het watersysteem beter ingericht worden. Inzicht in de waterbalans en grootte van de waterbalansposten in de tijd helpt hierbij (afbeelding 2) en laat op de schaal van Noord-Brabant het volgende zien: • verdamping is in de zomer een grote post. De totale verdamping is groter dan de hoeveelheid neerslag in de winter; kleine veranderingen in grondwateraanvul­ ling in stedelijk en landelijk gebied kunnen op grote oppervlaktes aanzienlijk bijdragen aan meer grond­ wateraanvulling; • de horizontale aanvoer van grondwater van buiten de provincie is gering ten opzichte van de grondwateraan­ vulling binnen de provincie; • beregening is een minder grote post dan de onttrek­ king voor drinkwater. Essentieel verschil is dat dit water uit het watersysteem verdwijnt door gewas­ verdamping, terwijl het drinkwater uiteindelijk als ­rwzi-effluent in het Brabantse oppervlaktewater­ systeem komt; WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

•

•

•

de seizoenverschillen zijn groot. Vrijwel de gehele post verdamping en beregening vindt plaats in het zomer­ halfjaar. In droge zomermaanden wordt dagelijks meer grondwater onttrokken voor beregening dan voor drinkwaterproductie; het grondwatersysteem wordt nu al gebruikt als grote buffer om grondwater in op te slaan in de winter en weer te gebruiken in de zomer; de post afvoer door oppervlaktewater is groot en geaggregeerd tot één getal. Het moment en de locatie waarop het water tot afvoer komt verschilt en heeft grote invloed op de waterbeschikbaarheid.

Floris Verhagen (Royal HaskoningDHV) Roelof Stuurman (Deltares)

BRONNEN Floris Verhagen, Tom van Steijn, Joachim Hunink, Roelof Stuurman. Draagkracht grondwater Noord-Brabant. Royal HaskoningDHV rapport WATBF3125R003WM. 21 december 2017 Roelof Stuurman, Floris Verhagen, Arjan van Wachtendonk, Han Runhaar.

Een verkenning naar de Watervraag van de Noord-Brabantse Natuur. Deltares rapport 11203929-002-BGS-0002. 7 oktober 2020

SAMENVATTING Met als voorbeeld Noord-Brabant adresseren we drie misverstanden over grondwaterbalansen en laten we zien welke rol een grondwaterbalans kan spelen in een visie op waterbeschikbaarheid.

Aandachtspunten zijn de invloed van het grond­ waterbeheer op de afvoer via oppervlaktewater en op grondwaterafhankelijke natuurgebieden.

Door het vaststellen van de benodigde hoeveel­ heid schoon water voor beken en natuur en ­andere functies, ook in de tijd, kan het water­ systeem beter ingericht worden. Inzicht in de waterbalans helpt hierbij.

I7

8I

WATER MATTERS

Foto Charlotte Offringa

Een droge bodem bij de Laagravense Plas, Utrecht AUTEUR

Charlotte Offringa (Universiteit Utrecht)

KUNNEN NEDERLANDSE WATERSCHAPPEN BETER LEREN OMGAAN MET DROOGTE DOOR TE KIJKEN NAAR ANDERE LANDEN? Welke lessen over droogte, mitigatie en adaptatie kunnen Nederlandse waterschappen trekken uit ervaringen, wetenschappelijke artikelen en droogteplannen uit landen met veel langdurige droogte?

Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden liet hierover een verkenning doen ter aanvulling op de Blue Deal, een programma van Dutch Water Authorities met zeventien langdurige partnerschappen in vijftien landen.

Voor het gebied van Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden (HDSR) gelden ­verschillende droogterisico’s. Op de hoge zandgronden van de Utrechtse Heuvelrug zakt het grondwater steeds dieper uit, terwijl droogte in de laaggelegen veengronden gevol­ gen heeft zowel voor de landbouw als voor de CO2-uitstoot door inklinking van veen. In het stedelijk gebied kan regenwater niet infiltreren door verharding, lijdt fundering onder lage grondwaterstanden en ontstaan hitte eilanden. Bovendien groeit de vraag vanuit

LEREN VAN ANDERE LANDEN OVER DROOGTE

I9

8

Droogtemaatregelen worden ingezet tegen watertekorten (socio-economic drought), wat afhangt van meteorologische, hydrologische en geofysische factoren. Door droogtemaatregelen kan de waterbeschikbaarheid groeien (+) of afnemen (-). Meer droogte leidt tot meer maatregelen.

West-­Nederland om meer water toe te voeren via de grote rivieren (het KWA+).

Lang kreeg droogte in Nederland weinig aandacht. In deze eeuw kenden 2003 en 2011 grote droogte en recentelijk hebben de drie droge zomers van 2018-2020 de noodzaak aangetoond om te anticiperen op de risico’s van water­ tekorten. De Deltabeslissing Zoetwater heeft tot doel dat Nederland uiterlijk in 2050 weerbaar is tegen watertekor­ ten. Maar misschien hoeven de waterschappen niet zelf het wiel uit te vinden. Vele landen kampen al veel langer en regelmatiger met droogte en kunnen inspiratie bieden voor een ander perspectief op de risico’s en oplossingen.

Verkennend literatuuronderzoek van Engelstalige beheer­ plannen en wetenschappelijke artikelen leverde een reeks aan beheermogelijkheden op. Verschillende klankbord­ groepen bij de Stichtse Rijnlanden hebben deze maatrege­ len beoordeeld aan de hand van de volgende criteria: 1. Past de droogtemaatregel het bij het type droogte­ probleem van het waterschapsgebied?

2. Past de maatregel binnen de verantwoordelijkheden van het waterschap?

3. Past de maatregel binnen de cultuur en de normen van het waterschap en de inwoners?

4. Past de maatregel bij het huidige watersysteem?

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

5. Past de maatregel bij nationale doelstellingen en bin­ nen de overeenkomsten met andere waterschappen?

6. Past de maatregel bij de urgentie en het belang van het risico ten opzichte van andere risico’s?

Hieronder worden een aantal droogtemaatregelen be­ sproken die nieuw en relevant zijn voor waterschappen in Nederland.

Betere waterverdeling In Australië zijn waterrechten losgekoppeld van landrech­ ten om de handel in water te vergemakkelijken (binnen een gereguleerde ‘markt’). Waterrechten kunnen bijvoor­ beeld tussen landbouwers verhandeld worden, waarmee een verandering van productie of diversificatie van teelt­ systemen wordt gestimuleerd. Ook kunnen er waterrech­ ten worden toegekend aan natuurorganisaties. In landen als Zuid-Afrika, het Verenigd Koninkrijk, Chili, Canada en de Verenigde Staten zijn ook dergelijke markten opge­ tuigd. Dit kan Nederlandse waterschappen inspireren om de infrastructuur van wetten en regels over het onttrekken van oppervlaktewater en grondwater uit te breiden ten behoeve van een betere waterverdeling bij droogte. Zo’n drastische reorganisatie van de zeggenschap over water vraagt om een nationale verandering en brengt veel extra

10 I WATER MATTERS

handhaving met zich mee. Handel in waterrechten is het meest relevant voor waterschappen met grote watertekor­ ten door onttrekkingen en verzilting.

Gegarandeerd water voor vissen De staat Indiana (V.S.) beschermt vissen en hun habitat door middel van wettelijk gegarandeerde instroomrech­ ten: het minimumdebiet van rivieren moet voldoende zijn voor het vishabitat. Daarom wordt onttrekking aan een beek alleen aanbevolen zolang de afvoer hoger is dan het minimumdebiet voor het overleven van vissen. In Neder­ land worden waterkwaliteit en ecologie voor viswelzijn betrokken in peilbesluiten, dus deze maatregel past binnen de huidige cultuur en normen. Instroomrechten zijn het beste toepasbaar op rivieren en sloten die onder vrij verval stromen. Omdat bij waterschappen de nadruk nu veelal ligt op het voorkomen van kroos en algengroei in kleinere en stilstaande wateren, bieden instroomrechten voor viswelzijn een vernieuwend perspectief.

Proactief bij droogte: verdringingsreeksen Om proactief te kunnen handelen bij langere droogtes, heeft men in Indiana (V.S.) en British Columbia (Canada) lokale verdringingsreeksen geïmplementeerd. Publieke waterleveranciers onderscheiden in hun ‘water shortage contingency plans’ (WSCP) verschillende opeenvolgende noodfasen. Voor elke fase zijn triggers en maatregelen beschreven die door de waterleveranciers en de water­ gebruikers kunnen worden geactiveerd en gedeactiveerd.

Deze reeksen integreren het gebruik van oppervlakte­ water, grondwater en alternatieve waterbronnen en zijn interessante voorbeelden van mogelijke aanvullende ver­ dringingsreeksen in Nederland. Als verminderd gebruik nodig is, gelden doelstellingen voor vermindering van de watervraag in percentages, waarbij een onderscheid wordt gemaakt tussen vermindering ter voorbereiding van droogte, vrijwillige vermindering, verplichte beperkingen en wettelijke maatregelen. Enquêtes worden toegepast om de effectiviteit van de reductiedoelstellingen te moni­ toren. De WSCPs zijn ten alle tijden openbaar waardoor alle inwoners zich bewust zijn van de verwachtingen. Ook vervaagt daardoor de mythe van de overvloed van water.

Zulke verdringingsreeksen zouden een verfijning zijn van de rol van waterschappen als bemiddelaar in tijden van watertekort. De akkoorden die in de zomer van 2018 ­tussen watergebruikers zijn bemiddeld door de water­ schappen, kunnen de basis vormen voor publiek toegan­ kelijke schema’s met afspraken en maatregelen voor de verschillende fases van droogte. Ze bieden handelings­ perspectieven in de risicodialoog. Ook wordt het integraal ­beheren van grondwater en oppervlaktewater belangrijker, waarmee verantwoordelijkheden van drinkwaterbedrijven, waterschappen en provincies nauwer samenkomen.

Weerindex verzekering In Noord Afrika, Zuidoost Azië en Zuid Amerika wordt veel gehandeld naar de principes van Conservation Agriculture.

Een maatregel daaruit is de weerindex verzekering. Die dekt afwijkingen van een vooraf bepaalde d ­ rempelwaarde van een weerindex (zoals neerslag of bodemvocht) die kan worden gevolgd met een plaatselijk weerstation.

Daarbij gaat het om variabelen met een hoge correlatie met de opbrengst van de landbouwer In plaats van een vergoeding voor een verminderde opbrengst ontvangen de landbouwers een vergoeding voor bijvoorbeeld een tekort aan neerslag. Hiermee heeft een verzekerde landbouwer nog steeds dezelfde economische prikkels om zijn oogst slim te beheren als een niet-verzekerde landbouwer en verdwijnt de noodzaak voor verzekeraars om schade te beoordelen in het veld. Nadeel is dat zo’n verzekering een reactieve manier van omgaan met droogte is. Nederland­ se waterschappen en boeren zoeken graag naar meer proactieve en duurzame maatregelen. Toch is het een interessante aanpak.

Early warning In de V.S. wordt droogte gemonitord en bijgehouden in de U.S. Drought Monitor. Deze kwantificeert en visuali­ seert een samengestelde indicator: een combinatie van verschillende hydrometeorologische indicatoren voor meteorologische droogte, hydrologische droogte, tekort aan bodemvocht en grondwaterstand. Samengestelde ­indicatoren vormen een goede aanvulling op bewakingsen early warning systemen. Omdat monitoring van bodemen watersystemen in Nederland van hoog niveau zijn, is een dergelijke uitwerking een logische vervolgstap.

Daarnaast kunnen waterschappen op basis van data over de waterbalans nog vele andere instrumenten voor droog­ tebeheer standaard inzetten, waarbij door klimaatver­ andering veroorzaakte waterschaarste en de (groeiende) afhankelijkheid van belanghebbenden wordt gemodelleerd en in beeld gebracht. Welke waarschuwingssystemen het nuttigst zijn, zal afhangen van het waterschap c.q. het werkgebied.

Een voorbeeld is het ruimtelijk simulatieproject voor het landelijk gebied van Australië, Aussie GRASS, dat is ­ontwikkeld om vroegtijdig te waarschuwen voor droogte­ periodes en de bijbehorende grote problemen voor graasdieren en de productie van veevoer. Ook zijn daar modellen in gebruik specifiek voor het bijhouden van het watergebruik voor riolering en voor waterkwaliteits­ behoud.

Droogte en geestelijke gezondheid Omdat droogte niet alleen gevolgen heeft voor de licha­ melijke maar ook voor de geestelijke gezondheid, wordt het delen van ervaringen met droogte van burgers door middel van narratief onderzoek in meerdere landen

LEREN VAN ANDERE LANDEN OVER DROOGTE

toegepast, zoals Australië, Zuid-Afrika en het V.K. In het programma Drought Risk and You (DRY) uit het V.K. worden verhalen verzameld tijdens festivals en ­rivierwandelingen door middel van micro-interviews (audio) en korte video’s.

Deze verhalen kunnen problemen die mensen met ­droogte hebben verduidelijken. In het V.K. gaat het dan bijvoorbeeld om watertekorten voor tuinieren en toe­ gang tot de natuur, en om problemen in de landbouw. In Zuid-Afrika oefent men in workshops met het co-creëren van toekomstige droogteverhalen op basis van scenario’s uit hydrologische modellen. Op basis van verhaallijnen, gesitueerd in een lokale context, kunnen deelnemers persoonlijke toekomstverhalen creëren waarmee ze (nog) onbekende droogte gebeurtenissen kunnen verkennen.

Op die manier worden het maatschappelijk bewustzijn en de bottom-up paraatheid verhoogd, wat mensen in staat kan stellen om de gevolgen van droogte te verzachten en zich aan te passen. Dergelijke methoden kunnen een ­goede aanvulling zijn op de Water Bazen Campagne van de ­waterschappen, om waterbewustzijn te vergroten.

Discussie en conclusie Dit onderzoek laat zien dat Nederlandse w ­ aterschappen inspiratie kunnen opdoen bij andere landen om met andere ogen te kijken naar de eigen droogteproblematiek en de verdeling van verantwoordelijkheden daarvoor. Dat maakt nieuwe oplossingen mogelijk. Droogtemaatregelen gaan vaak over het tegengaan van watertekorten, wat niet alleen wordt bepaald door meteorologische, hydrologische en geofysische factoren, maar vaak ook door de maat­ schappelijke afhankelijkheid van water. Droogtemaatrege­ len uit landen met uiteenlopende klimaten blijken daarom interessant voor Nederland, omdat maatregelen ingezet worden op risico’s die in verschillende mate bepaald ­worden door sociaaleconomische factoren.

Als we explicieter gaan leren vanuit onze internationa­ le projecten, zoals de Blue Deal, dan kunnen deze ook bijdragen aan onze nationale wateropgaven. Zo maken we van internationaal werken, internationaal leren.

Charlotte Offringa (Universiteit Utrecht)

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN KNMI. (2021, 25 oktober). KNMI Klimaatsignaal’21. https://www.knmi.nl/ kennis-en-datacentrum/achtergrond/knmi-klimaatsignaal-21 geraadpleegd op 8 april 2022.

Offringa, C. M. (2021). Getting Inspired: Applying other countries’ drought measures to the Netherlands (Master’s thesis). Universiteit Utrecht.

Sivapalan, M., Savenije, H. H. G., & Blöschl, G. (2011). Socio-hydrology : A new science of people and 47 water. Hydrological Processes. https:// doi.org/10.1002/hyp.8426 Unie van Waterschappen. (z.d.). Blue Deal. https://unievanwaterschappen.nl/ themas/blue-deal/ - geraadpleegd op 8 april 2022.

Van Kesteren, K. J. (2020, 10 augustus). Waterschappen helpen droge landen, maar leren ze er ook van? H2O/Waternetwerk. https://www.h2owaternetwerk.nl/h2o-actueel/waterschappen-helpen-drogelanden-maar-leren-ze-er-ook-van - geraadpleegd op 8 april 2022.

SAMENVATTING Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden (HDSR) doet mee aan Blue Deal, een p ­ rogramma van Dutch Water Authorities met zeventien partnerschappen in vijftien landen. Tot nu toe is Nederland in zulke projecten vooral leverancier van expertise. Als het om droogte gaat, ligt het echter voor de hand dat Nederlandse water­ schappen veel kunnen leren van andere landen.

Kijken met andere ogen kan leiden tot innovatieve oplossingen, waarvan dit artikel er een aantal bespreekt. vervangen: Als we explicieter gaan leren vanuit onze ­internationale projecten, zoals de Blue Deal, dan kunnen deze ook bijdragen aan onze nationale water­opgaven.

I 11

12 I WATER MATTERS

iStock

AUTEURS

MONITORING VAN BIOCIDEN IN DE WATERKETEN

Thomas ter Laak, Tessa Pronk en Joep van den Broeke (KWR)

Bas Buddendorf (geen foto beschikbaar)

Ivo Roessink, Sanne van den Berg en Bas Buddendorf (Wageningen Environmental Research)

Joke Wezenbeek en Els Smit (RIVM)

Biociden doen wat ze moeten doen: schadelijke of onwenselijke organismen bestrijden. Maar na gebruik komen ze, afhankelijk van de precieze toepassing, langs verschillende routes in het oppervlaktewater (en mogelijk in drinkwater) terecht. Het ligt voor de hand dat ze daar schadelijk zijn voor wél gewenste organismen. Wat weten we over de emissieroutes en de risico’s die dat oplevert voor mens en natuur, en hoe ontwikkelen we efficiënte en doeltreffende monitoringstrategieën?

Biocide betekent letterlijk: leven-dodend. De wet definieert biociden als producten met één of meer werkzame stoffen om schadelijke of ­ongewenste organismen te bestrijden (te vernietigen, af te weren of ­onschadelijk te maken). Ze bevatten derhalve bijna altijd toxische stoffen. Dit maakt ze na emissie naar het (water)milieu mogelijk ook schadelijk voor organismen die niet bestreden moeten worden.

In de Kennisimpuls Waterkwaliteit (KIWK) werken Rijk, provincies,

DOELTREFFENDE MONITORING BIOCIDEN

I 13

Afbeelding 1. Percentage werkzame stoffen in biociden dat wordt gemonitord en aangetroffen in oppervlaktewater (2019) en in grondwater (2000-2018). Bron: Waterkwaliteitsportaal

waterschappen, drinkwaterbedrijven en ­kennisinstituten samen om meer inzicht te krijgen in de kwaliteit van het grond- en oppervlaktewater en de factoren die deze kwaliteit beïnvloeden. In het KIWK-project K ­ etenverkenner is onder andere kennis van biociden en hun effect op de waterkwaliteit samengebracht. In de hier beschreven ­studie is onderzocht wat er bekend is over de aanwezig­ heid en risico’s van biociden in de waterketen, en hoe we dit kunnen gebruiken bij toekomstige monitoring.

Verspreidingsroutes zijn divers Door chemicaliën in het water te monitoren weten we of emissies problemen opleveren voor de waterkwaliteit.

Maar biociden worden nauwelijks gemonitord. Moge­ lijk omdat weinig bekend is over de omvang van het ­gebruik en over de emissieroutes. Naar hun toepassing onderscheidt de Europese Biocidenverordening vier ­hoofdgroepen biociden: desinfectiemiddelen, conserveer­ middelen, plaagbestrijdingsmiddelen en overige. In totaal omvatten de vier groepen 22 productsoorten [1]. Het gaat bijvoorbeeld om aangroeiwerende middelen (antifouling) voor schepen, conserveermiddelen in bouwmaterialen, insectenwerende middelen, middelen ter voorkoming van biofilm in koeltorens of van algen in kunstgras.

Omdat de toepassingen van biociden zeer divers zijn, zijn ook de verspreidingsroutes naar het water divers. ­Desinfectiemiddelen zullen vaak via de rioolwaterzuive­­ ring in het water terechtkomen (route 1). Voor conserveer­ middelen geldt dit ook, maar deze kunnen ook direct vanuit bijvoorbeeld bouwmaterialen of hout in het ­oppervlaktewater belanden (route 2) of via de bodem in het grondwater (route 3). Bij lozing van koelwater en ­gebruik van antifoulingmiddelen is directe emissie naar het oppervlaktewater mogelijk (route 2). Plaag­ bestrijdingsmiddelen kunnen via al deze routes het water bereiken.

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Regulering op basis van modellen De werkzame stoffen in biociden moeten Europees zijn goedgekeurd of in het beoordelingsprogramma ervan zit­ ten. Vervolgens worden de biociden getoetst voor ze op de Nederlandse markt mogen worden verkocht. Dit doet het College voor de toelating van gewasbeschermingsmid­ delen en biociden (Ctgb). Bij de toetsing wordt nagegaan of het middel voldoende werkzaam is en of het geen noemenswaardig nadelig effect heeft op mens en milieu.

Een toegelaten biocide heeft bindende gebruiksvoorschrif­ ten. Daarin staat waar en hoe het toegepast mag worden, en hoe na gebruik moet worden omgegaan met afval en behandeld materiaal.

De toetsing van biociden is gebaseerd op inschattingen en modellen. Als het werkelijke gebruik afwijkt of de modellen niet alle situaties goed beschrijven, ontstaan verschillen tussen veronderstelde en werkelijke emissies en milieuconcentraties. Alleen door in de waterketen te monitoren kunnen deze verschillen aan het licht komen.

Er zijn echter circa 270 stoffen als biocide in gebruik. Het is onmogelijk deze allemaal overal te meten.

Biocidemetingen in de waterketen Welke biociden worden op dit moment in oppervlakte- en grondwater gemonitord? Een analyse van monitorings­ gegevens uit het Waterkwaliteitsportaal (gegevens uit 2019) laat zien dat het in het oppervlaktewater gaat om 18% van de toegelaten werkzame stoffen. Voor grond­ water (met minder metingen in het Waterkwaliteitsportaal en daarom geanalyseerd voor de periode 2000-2018) ligt dit percentage op 15%. Respectievelijk 13% en 10% van de toegelaten stoffen wordt ook daadwerkelijk aangetroffen (afbeelding 1).

Op de meeste grondwaterlocaties zaten alle gemeten stoffen onder de rapportagegrens. In oppervlaktewater

12

14 I WATER MATTERS

Afbeelding 3: Beslisschema voor het al dan niet opnemen van een stof in een meetstrategie

zijn de biociden wijd verspreid: hier werden ze op tweeder­ de van de locaties boven de rapportagegrens aangetroffen.

Eenderde van de gemonitorde stoffen werd (één of meer keer) boven de signaleringswaarde aangetroffen in grond­ water of in oppervlaktewater [2]. (Signaleringswaarde: wanneer in innamewater voor de drinkwaterproductie de

STOFEIGENSCHAPPEN VAN BIOCIDEN In het KIWK-project Ketenverkenner zijn de stof­ eigenschappen van biociden verzameld [3] en gekoppeld aan de monitoringgegevens uit het Waterkwaliteitsportaal (afbeelding 2). Moeilijk biologisch afbreekbare biociden blijken overver­ tegenwoordigd te zijn in de metingen [4] terwijl heel vluchtige biociden (met een hoge dampdruk; VP) juist niet worden aangetroffen. Dit kan verklaard worden doordat biologisch makkelijk afbreekbare en vluchtige biociden snel verdwijnen. Verras­ send is dat stoffen die sterk hechten aan bodem of sediment (met een hoge sorptiecoëfficiënt aan

concentratie voor een nieuwe (opkomende) stof structu­ reel gedurende 3 jaar de 0,1 µg/l overschrijdt, worden de gezondheidsrisico’s onderzocht.)

Opstellen meetstrategieën biociden Welke stoffen zouden in een monitoringsprogramma

organisch koolstof; Koc) in hoge concentraties in het water worden aangetroffen. Hierin speelt zeker een rol dat deze stoffen oververtegenwoordigd zijn in milieuonderzoek omdat de isolatie en analyse ervan makkelijker is [5].

Van de 116 biociden die gezien hun stofeigenschap­ pen in het water aanwezig kunnen zijn, is er voor 83 geen bekende meetmethode [2]. Deze stoffen worden dus niet gemonitord, ook niet als ze relevant (kunnen) zijn voor de waterkwaliteit. Om een beter beeld te krijgen is het van belang om een meet­ methode te ontwikkelen en daadwerkelijk gericht te gaan meten.

Afbeelding 2. Het aantreffen (frequentie) van biociden met een bepaalde stofeigenschap in de waterketen in relatie tot het in totaal voorkomen van biociden met die stofeigenschappen. Weergegeven eigenschappen: biodegradeerbaarheid, dampdruk (log VP)) en (sorptiecoëfficiënt aan organisch koolstof (log Koc),

DOELTREFFENDE MONITORING BIOCIDEN

opgenomen moeten worden? Dat is idealiter gebaseerd op 1) de kans dat ze worden aangetroffen en 2) de invloed die ze hebben op de waterkwaliteit. De aantrefkans wordt bepaald door de stofeigenschappen, de selectie van de meetlocaties en de timing van de monitoring. Kijken we naar de huidige gegevens, dan blijkt dat monitoring specifiek gericht op biociden ontbreekt, of niet gebeurt op de meest relevante locaties. Meetgegevens over biociden zijn bijna altijd bijvangst van meetprogramma’s gericht op andere stofgroepen, zoals gewasbeschermingsmiddelen [2]. Daarnaast kennen veel werkzame stoffen in biociden ook andere toepassingen; daardoor is onduidelijk of een aangetroffen stof afkomstig is van gebruik als biocide. Om iets te kunnen zeggen over de risico’s die stoffen opleve­ ren voor mens en natuur, zijn meer meetgegevens nodig.

Het ontwikkelen van robuuste én gevoelige meetmethoden en het integreren ervan in monitoringprogramma’s is niet altijd mogelijk of makkelijk. Om een effectieve meetstrate­ gie op te stellen is daarom een goede selectie van te mo­ nitoren stoffen nodig [6]. Het project Ketenverkenner heeft hiervoor een beslisschema ontwikkeld (afbeelding 3) [4].

Het schema onderscheidt voor de selectie vier stappen.

In stap 1 wordt voor de lokale waterketen de kans op blootstelling aan (aantreffen van) een biocide bepaald. Dit op basis van kennis over gebruik, toepassing, stofeigen­ schappen (zie kader) en hydrologie. In stap 2 wordt het potentiële effect op drinkwaterkwaliteit of de ecologische oppervlaktewaterkwaliteit bepaald. Samen bepalen deze het risico van de stof: dat is stap 3. Vervolgens wordt in stap 4 voor de relevante (‘geprioriteerde’) stoffen gekeken of er een geschikte meetmethode beschikbaar is (met voldoende lage detectielimiet) of dat deze moet worden ontwikkeld. Is er een methode beschikbaar (of ontwik­ keld), dan worden inventariserende metingen gedaan op geselecteerde locaties. Op basis van de resultaten wordt in stap 5 besloten of de betreffende stoffen in de reguliere monitoring worden opgenomen.

Voor het behouden van een adequaat monitoringspro­ gramma is het essentieel om inventariserend (meet) onderzoek te blijven doen. Dit om te voorkomen dat we alleen meten wat we al weten en nieuwe stoffen buiten ons zicht blijven – de zogenaamde ‘confirmation bias’ (voorkeur voor bevestiging) – en om aannames over blootstelling te toetsen. Als een stof structureel niet wordt aangetroffen dan kan de monitoring weer worden gestaakt [7]. Zonder zo’n voortdurende evaluatie verliest het moni­ toringprogramma op den duur aan doeltreffendheid.

Thomas ter Laak, Tessa Pronk, Joep van den Broeke (KWR), Joke Wezenbeek, Els Smit (RIVM), Ivo Roessink, Sanne van den Berg, Bas Buddendorf (Wageningen Environmental Research) WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN 1. Ctgb (2022), website geraadpleegd op 11-04-2022. www.ctgb.nl/biociden 2. Pronk, T.E., Wezenbeek, J., & Buddendorf, B. (2022). Biociden Excel Tabel (Version v2) [Data set]. Zenodo. https://doi.org/10.5281/ zenodo.6361682 3. Wezenbeek, J., Roessink, I., van den Berg, S., ter Laak, T., Pronk, T. (2021). Deltafact Biociden. STOWA: www.stowa.nl/deltafacts/ waterkwaliteit/kennisimpuls-waterkwaliteit/biociden, geraadpleegd 11-04-2022.

4. Pronk, T.E., Roessink, I., Smit, E. (2022). MEETSTRATEGIE BIOCIDEN Overwegingen en criteria, STOWA rapport no. 2022-07.

5. Reemtsma, T.; Berger, U.; Arp, H. P. H.; Gallard, H.; Knepper, T. P.; Neumann, M.; Benito Quintana, J.; Voogt, P. (2016). Mind the gap: persistent and mobile organic compounds - water contaminants that slip though.

Environmental Science & Technology 50(19), 10308 – 10315.

6. Pohl, K., et al. (2015). Environmental monitoring of biocides in Europe compartment-specific strategies. Workshop Report (June 25–26, 2015 in Berlin).

7. von der Ohe, P. C. and V. Dulio (2013). NORMAN Prioritisation framework for emerging substances. ISBN: 978-2-9545254-0-2.

SAMENVATTING De toepassingen van biociden zijn zeer divers.

Er zijn dan ook veel ketens met producenten, ge­ bruikers en daaraan gerelateerde emissieroutes naar de waterketen. Deze studie – onderdeel van het project Ketenverkenner van de Kennisimpuls Waterkwaliteit – laat zien wat er bekend is over de aanwezigheid van biociden in de waterketen, maar ook vooral dat er veel onbekend is. Onder andere blijkt dat biociden (in tegenstelling tot bijvoorbeeld gewasbeschermingsmiddelen) niet gericht gemonitord worden. Voor het opstellen van een efficiënte en doeltreffende monitorings­ trategie wordt op basis van de beschikbare kennis een beslisschema in vijf stappen gepresenteerd.

De eerste stap is het inschatten van de blootstel­ ling (aantrefkans). Hierbij spelen de fysische en chemische eigenschappen van de betreffende stof een belangrijke rol, zoals de studie ook aantoont.

I 15

16 I WATER MATTERS

AUTEURS

Peer Timmers en Astrid Reus (KWR Water Research)

Pieter Stuyfzand (KWR, Stuyfzand Hydroconsult)

Tineke Slootweg en Aleksandra Knezev (Het Waterlaboratorium)

Jamal El Majjaoui en Karin Lekkerkerker-Teunissen (Dunea)

VERWIJDERING ORGANISCHE MICROVERONTREINIGINGEN MET GEAVANCEERDE OXIDATIE EN DUININFILTRATIE Drinkwaterbedrijf Dunea (Den Haag en omstreken) produceert drinkwater uit oppervlaktewater via duininfiltratie.

De kwaliteit van het in te nemen oppervlaktewater komt de komende decennia meer onder druk te staan door een toename van organische microverontreinigingen (OMV), zoals geneesmiddelen, röntgencontrastmiddelen, pesticiden en industriële stoffen, in combinatie met periodiek lage rivierafvoeren. OMV kunnen negatieve effecten op de ­gezondheid hebben, maar zijn moeilijk volledig te verwijderen. Dit is een serieuze zorg voor de drinkwaterproductie.

Biedt een combinatie van geavanceerde oxidatie en duin­ infiltratie uitkomst?

GECOMBINEERDE OXIDATIE EN DUININFILTRATIE

I 17

Afbeelding 1. Schema van de drinkwaterzuivering door Dunea. Oppervlaktewater wordt ingenomen (1) en voorbehandeld met snelle zandfiltratie (2) en daarna deels (30-40%) met geavanceerde oxidatie (3). Dit voorbehandelde water wordt getransporteerd naar het duininfiltratiesysteem (4) en geïnfiltreerd (5), waarna water wordt onttrokken (6) voor drinkwaterproductie (7).

Drinkwaterbedrijf Dunea heeft tien jaar geleden al aangetoond dat in rivierwater een scala aan OMV wordt ­afgebroken wanneer snelfiltratie wordt gevolgd door geavanceerde oxidatie (AOP) met waterstofperoxide, ozon en UV. AOP zorgt voor omzetting van organisch materiaal naar kleinere koolstofketens, o.a. makkelijker ‘assimileer­ baar organisch koolstof’ (AOC). Nadeel hiervan is dat AOC in verband wordt gebracht met een verhoogde bacterie­ groei in distributienetten. Een ander bekend nadeel van AOP is dat er ongewenste bijproducten worden gevormd (zoals nitriet en bromaat) en transformatieproducten wan­ neer geen complete mineralisatie van OMV plaatsvindt.

Uiteraard wil Dunea dit beperken. Het bedrijf gebruikt o.a. hiervoor duininfiltratie in de Zuid-Hollandse duinen.

De hypothese van dit onderzoek is dat een combinatie van AOP en duininfiltratie voordelen biedt: 1. Doordat met AOP organische verbindingen zoals ­microverontreinigingen (OMV) worden afgebroken, worden minder OMV in de duinen geïnfiltreerd. Daar­ naast kan gevormde AOC natuurlijke afbraakproces­ sen in het duin stimuleren.

2. De transformatieproducten en bijproducten van AOP worden door natuurlijke afbraakprocessen tijdens duininfiltratie verwijderd.

Om deze hypothese te onderzoeken is Dunea in 2018 gestart met een grootschalig onderzoek.

Het zuiveringsproces Het bij Bergambacht ingenomen rivierwater ondergaat een voorzuivering door snelfiltratie.

Daarna gaat het infiltratiewater via transportleidingen naar o.a. duingebied Berkheide (bij Katwijk).

In dit onderzoek werd een deelstroom bij Bergambacht extra voorgezuiverd met geavanceerde oxidatie (AOP), gevolgd door actieve koolfiltratie. Hiervoor is een ­eigen AOP-methode ontwikkeld, ‘GOBAM’ (Geavanceerde oxi­ datie Bergambacht), die werkt met een combinatie van waterstofperoxide, ozon en UV (met lagedruk-lampen).

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Vervolgens wordt de hoofdstroom van het infiltratiewater (snelfiltraat) gemengd met het GOBAM-behandeld water (30-40%) en na transport geïnfiltreerd in de duinen van Berkheide. Eerst in infiltratiepanden met korte verblijftijd, daarna in panden met lange verblijftijd (zie openings­ foto). Het geïnfiltreerde water wordt teruggewonnen door horizontale drains en pompputten op zekere afstand, en nagezuiverd tot drinkwater (afbeelding 1).

Monstername en metingen De effecten van deze aanpak op de waterkwaliteit in het duininfiltratiesysteem en in het uiteindelijke d ­ rinkwater zijn onderzocht. De nulmetingen (2016-2017, geen GOBAM) en de effectmetingen (2018-2020, met GOBAM) zijn gedaan op dezelfde monsterpunten, verdeeld over het hele zuiveringstraject. Hier werden de hydrologische, microbiologische, (an)organisch-chemische en toxico­ logische effecten gemonitord. Het ging om de volgende monsterpunten: • voor en na de voorzuivering met snelle zandfiltratie (en AOP in 2018-2020), • in de transportleiding (vlak voor aankomst in het duin), • in de infiltratiepanden met korte verblijftijd, • in de panden met lange verblijftijd, • na ongeveer 1 meter duinbodempassage (in een peil­ buis in elk van de panden), • in het verzamelde ruwwater uit het hele infiltratie­ gebied Berkheide, • en in het nagezuiverde drinkwater.

Het effect van GOBAM werd beoordeeld op de o ­ mzetting van OMV in transformatieproducten en vorming van bij­producten (o.a. bromaat en nitriet) en hoe deze zich tijdens duinfiltratie gedragen. Hiervoor zijn veranderingen in o.a. reistijden, nutriënten, redoxgevoelige componenten, zware metalen, OMV-transformatieproducten, microbio­ logie en toxicologie gemonitord tijdens duinfiltratie en in het uiteindelijke drinkwater.

16

18 I WATER MATTERS 0.18

Amidotrizoinezuur

0.16

IN DW

Concentratie (µg/L)

0.14

INF

0.12 0.10

0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 1

3

5

7

9

11

1

3

5

2016

7

9

11

1

3

5

2017

7

9

11

1

3

5

2018

0.25

7

9

11

1

3

5

2019

7

9

11

9

11

9

11

2020

Iopamidol

Concentratie (µg/L)

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00 1

3

5

7

9

11

1

3

5

2016

7

9

11

1

3

5

2017

7

9

11

1

3

5

2018

1.6

7

9

11

1

3

5

2019

7 2020

Urotropine

Concentratie (µg/L)

1.4 1.2 1.0 0.8

0.6 0.4

0.2 0.0 1

3

5

7

2016

9

11

1

3

5

7

9

11

1

3

2017

5

7

9

2018

11

1

3

5

7

2019

9

11

1

3

5

7

2020

Afbeelding 2. Concentraties (µg/L) van de röntgencontrastmiddelen amidotrizoinezuur en iopamidol, en van urotropine gedurende 5 jaar, in het ingenomen water (IN; zwarte stippen), infiltratiewater (INF; open stippen) en drinkwater (DW; blauwe stippen). De verticale lijn scheidt de periodes vóór en na introductie van GOBAM. De rapportagegrens is weergegeven als grijze balk.

Hydrologische en hydrogeochemische condities Eerst is bepaald of het duin in de meetperiodes zonder en met GOBAM vergelijkbaar was in de potentie om OMV te verwijderen. Hiervoor zijn de redoxcondities en de reistijd boven- en ondergronds belangrijke parameters. Op alle meetpunten is de verblijftijd bepaald aan de hand van pieken in de (semi)natuurlijke tracers chloride, elektrische geleiding en temperatuur. Om eventuele verschuivingen in redoxcondities te kunnen waarnemen zijn de redox­ gevoelige hoofdcomponenten O2, NO3-, SO43-, Fe, Mn en NH4+ regelmatig geanalyseerd. De verschillen hierin tussen beide periodes (met en zonder GOBAM) bleken verwaarloosbaar. Veranderingen in waterkwaliteit tussen beide periodes kunnen dus toegeschreven worden aan an­ dere externe factoren, zoals de kwaliteit van het inname­ water en seizoenseffecten, of aan de effecten van GOBAM. OMV-verwijdering De verwijdering van OMV door GOBAM was zoals verwacht zeer goed. Vóór de GOBAM-stap werden 48 OMV m ­ instens één keer boven de rapportagegrens aangetroffen. Hiervan

werden er 31 voor ruim 80% verwijderd, en nog eens 6 andere lieten een afname zien van 50-80%. GOBAM had dus een netto positief effect op de kwaliteit van het te infiltreren water. Toch werden er na duinfiltratie van de 37 (deels) verwijderde stoffen nog altijd 3 stoffen inciden­ teel en 6 stoffen regelmatig boven de rapportagegrens aangetroffen. Die laatste waren amidotrizoïnezuur en iopamidol (röntgencontrastmiddelen), EDTA en urotropine (industriële stoffen), acesulfaam (zoetstof) en primidon ­(geneesmiddel). Dit kwam mede door een vertraging van het effect van GOBAM door de lange verblijftijden, en doordat slechts een deel van het water met GOBAM behandeld werd. In de periode kort na introductie van GOBAM werd water onttrokken dat geen GOBAM had ondergaan. Na een langere monitoringsperiode was de verwijdering in 2020 voor de röntgencontrastmiddelen en urotropine wel significant verbeterd (afbeelding 2).

Effecten AOP op duingebied In het effluent van de AOP (GOBAM) zijn verhoogde con­ centraties AOC aangetroffen. In de transportleiding van

GECOMBINEERDE OXIDATIE EN DUININFILTRATIE

Bergambacht naar de duinen daalden ze tot ­hetzelfde niveau als tijdens de nulmeting, waarschijnlijk door ­(beperkte) microbiële afbraak en door de menging met onbehandeld snelfiltraat. De microbiële groei resulteerde vooralsnog niet in een toename van de leidingweerstand.

Het door AOP gevormde AOC nam dus af tijdens transport en kwam niet in de eerste infiltratiepanden terecht, waar­ door het de activiteit van micro-organismen in het duin niet kon stimuleren. Als besloten wordt de GOBAM-deel­ stroom te verhogen en er mogelijk wel AOC in het duin terecht komt, dan kan dit effect beter onderzocht worden.

Peer Timmers en Astrid Reus (KWR Water Research), ­Tineke Slootweg en Aleksandra Knezev (Het Waterlaboratorium), Jamal El Majjaoui en Karin Lekkerkerker-Teunissen (Dunea), Pieter Stuyfzand (KWR, Stuyfzand Hydroconsult)

BRONNEN Timmers et al., 2021. ‘Effecten van geavanceerde oxidatie op de waterkwaliteit en microbiologie bij duininfiltratie’, KWR rapport 2021.047.

Bij AOP worden verschillende (meestal ongewenste) bijproducten gevormd. In de eerste infiltratiepanden zijn deze te zien: enigszins verhoogde concentraties bro­ maat, bromoform en nitriet. In één van die panden was sprake van een geringe mutagene activiteit. In verderop gelegen infiltratiepanden en tijdens de daaropvolgende duin­bodempassage waren zij niet meer meetbaar. Het drinkwater liet voor bovengenoemde bijproducten geen verschillen zien tussen de nulmeting en de effectmeting.

Timmers et al., 2022, Improved drinking water quality after adding advanced oxidation for organic micropollutant removal to pretreatment of river water undergoing dune infiltration near The Hague, Netherlands, ­Journal ­of ­Hazardous Materials, online 26 January 2022, 128346, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128346.

Een parallelle ecologische studie in hetzelfde infiltratie­ gebied liet bovendien zien dat implementatie van AOP geen effect had op de KRW-classificatie (Penders et al).

Stuyfzand P.J. 2021. Modellering organische microverontreinigingen, met effecten van AOP en bodemslib, in duininfiltratiesysteem Berkheide. Report Stuyfzand Hydroconsult+, SH+2021.008, 53p.

Toepassing Deze resultaten laten zien dat AOP en duinpassage elkaar als zuiveringsproces goed aanvullen. Het is een goede manier om OMV-verwijdering te verbeteren zonder nega­ tieve effecten op de drinkwaterproductie of de omgeving (ecologie). De GOBAM-deelstroom gaf als direct resultaat een verminderde belasting met OMV in het duin en snel­ lere daling van de concentraties in het drinkwater. De ver­ wachting is dat de inzet van GOBAM op lange termijn zal resulteren in een verdere daling van de concentraties van genoemde OMV in het drinkwater. Deze gunstige effecten zijn wellicht toepasbaar in meer infiltratiegebieden en in andere ondergrondse en/of biologische zuiveringspro­ cessen. Vervolgonderzoek waarbij AOP wordt toegepast op 100% van het te infiltreren water zal nog meer inzicht geven in de effecten van AOP op duininfiltratie (de (an) organische chemie, toxicologie, biologische stabiliteit en activiteit, en de microbiële populaties) en de toepasbaar­ heid.

Penders E.J.M. Water Framework Directive evaluation of AOP (In Dutch: KaderRichtlijnWater beoordeling GOBAM studie), project report 202104, Het Waterlaboratorium.

De uitgebreide resultaten van dit onderzoek zijn beschre­ ven door Timmers et al. Als vervolg op dit project is een geochemisch en microbiologisch meetprogramma uit­ gevoerd en is het gedrag van OMV in de infiltratiepanden en ondergrond van Berkheide gemodelleerd om verwij­ deringsmechanismes van prioritaire stoffen in de onder­ grond beter te begrijpen en te voorspellen (Van de Grift et al. en Stuyfzand).

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Van de Grift B., Timmers P.H.A., Stuyfzand P. 2022. Geochemische en microbiologische metingen rond pand 38 en 40-2 te Berkheide, KWR rapport 2022.026.

SAMENVATTING Drinkwaterbedrijf Dunea produceert ­drinkwater uit oppervlaktewater via duininfiltratie. De toe­ name van organische microverontreinigingen (OMV) in het oppervlaktewater is een serieuze zorg voor de drinkwaterkwaliteit.

Dit artikel laat zien dat combinatie van geavan­ ceerde oxidatie en duininfiltratie een goede ­manier is om de verwijdering van OMV te verbete­ ren, zonder negatieve effecten op de drinkwater­ productie of op het infiltratiegebied.

I 19

20 I WATER MATTERS

Figuur 1: Opstelling van de pilotinstallatie PAK + Doekfiltratie op rwzi Vinkel AUTEURS

Karin Bertens Zorzano en Devon Dekkers (Waterschap Aa en Maas)

Bart Verberkt (Waterschap Aa en Maas)

Tonke van der Pol (ELIQUO)

Xian Riedijk en Arnoud de Wilt (Royal HaskoningDHV)

PAK + DOEKFILTRATIE: VERREGAANDE VERWIJDERING MEDICIJNRESTEN ÉN FOSFOR UIT RIOOLWATER MOGELIJK De vereiste inspanning om aan de eisen van de Kaderrichtlijn Water te voldoen (o.a. verregaande verwijdering fosfor) en de toenemende aandacht voor verwijdering van medicijnresten vragen om technologieën die beide doelen dienen. De PAK + Doekfiltratie technologie biedt deze oplossing. Op rioolwaterzuivering Vinkel is deze technologie voor de 1ste keer in Nederland onderzocht. Binnen het STOWA Innovatieprogramma Medicijnresten Verwijdering is onder toeziend oog van 6 waterschappen een pilotstudie succesvol uitgevoerd.

De verwijdering van microverontreinigingen zoals medicijnresten uit afvalwater is een ‘hot-topic’ waar veel waterschappen mee bezig zijn. Een veelbelovende technologie is de combinatie van poederactiefkool (PAK) met doekfiltratie. Deze PAK + doekfiltratie tech­ nologie is in Duitsland al op enkele rwzi’s succesvol toegepast. Aan het effluent worden

PAK + DOEKFILTRATIE: EFFECTIEVE VERWIJDERING

I 21

Figuur 2: Schematische weergave van de pilotinstallatie

poederactiefkool, metaalzout en polyelektrolyt (PE) gedo­ seerd. Hiermee worden medicijnresten en fosfor gebon­ den. Door bezinking en doekfiltratie worden de gebonden stoffen uit het water gehaald.

Op basis van de ervaring uit Duitsland voerde Royal HaskoningDHV in 2018 binnen het STOWA Innovatiepro­ gramma Medicijnresten Verwijdering (IPMV) een haal­ baarheidsstudie uit naar de technologie (STOWA 2020-21).

Hieruit bleek dat deze technologie ook voor de Nederland­ se afvalwaterpraktijk kansrijk is. In het IPMV is daarom besloten groen licht te geven voor nader onderzoek op pilotschaal in Nederland. Het pilotonderzoek is uitgevoerd door waterschap Aa en Maas, ELIQUO en Royal Has­ koningDHV onder begeleiding van STOWA, het ministerie van IenW en 6 waterschappen die het pilotonderzoek financierden.

De technologie De technologie richt zich op het nog verder zuiveren van het rwzi-effluent, op de afloop van de nabezinktanks van het actiefslibproces. Hieraan worden in de nageschakelde PAK + Doekfiltratie stap PAK (5-15 mg/L) en metaalzout (3-10 mol Fe/mol P) toegevoegd. Medicijnresten binden aan het poederactiefkool en fosfaat bindt aan de metaal­ zouten. Door middel van een bezink- en doekfiltratiestap wordt dit slib gescheiden van het water, hierbij is toe­ voeging van een kleine hoeveelheid PE (0,3 – 0,5 mg/L) noodzakelijk. Het schone water kan vervolgens geloosd worden, het slib moet via reguliere of separate route afgevoerd worden.

Gelijk aan andere technologieën met actiefkool worden medicijnresten uit het afvalwater verwijderd door adsorp­ tie aan actiefkool. Door de PAK-dosering, het type PAK, de PAK-concentratie in de contacttank en de PAK-verblijftijd in het systeem te variëren is het verwijderingsrendement bijgesteld en het proces geoptimaliseerd. Metaalzout wordt gedoseerd als coagulant om fosfaat te binden en WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

voor de coagulatie van PAK. Voor dit laatste is aanvullend ook de dosering van PE nodig.

De scheiding van het slib (mengsel PAK, metaalzout en PE) en water vindt plaats in een tweetraps scheidingscon­ figuratie. In de eerste stap wordt de bulk van het slib door middel van gravitatie bezonken in een lamellen separator.

Het bezonken slib wordt grotendeels teruggevoerd naar de contacttank. Een klein deel van het bezonken slib wordt als surplusslib gespuid. In de tweede stap wordt het resterende slib, dat nog aanwezig is in de afloop van de bezinkstap, afgescheiden via doekfiltratie. Het doekfilter wordt periodiek gereinigd om het afgevangen slib af te voeren. Deze stroom wordt teruggevoerd naar de contact­ tank of afgevoerd als surplusslib.

Opzet van het pilotonderzoek Het pilotonderzoek is tussen maart en augustus 2021 uitgevoerd op rwzi Vinkel van waterschap Aa en Maas. De pilotinstallatie was geen één-op-één kopie van de reeds in Duitsland bewezen technologie. Er is gekozen voor een alternatieve configuratie met een lamellenafscheider in plaats van een traditionele bezinktank met als doel een kleiner ruimtebeslag, meer flexibiliteit in het ontwerp en de realisatie en mogelijk ook een kostenbesparing.

Vanuit Duitsland is bekend dat de configuratie met traditionele bezinktank in staat is tot zowel een goede verwijdering van medicijnresten (ca. 80%) als een lage fosfor concentratie (ca. 0,1 mg/L). In Nederland is dit echter nog niet eerder onderzocht. Centrale onderzoeks­ vraag van het pilotonderzoek was daarom: ‘Is het mogelijk om met één technologie op een Nederlandse rwzi zowel ­medicijnresten als fosfor verregaand te verwijderen met behulp van lamellenafscheiding als bezinkstap’.

Een ­tweede onderzoeksvraag was of de technologie ook ­zonder dosering van PE functioneert.

In de pilotinstallatie werd 1 tot 5 m3/uur rwzi-effluent behandeld, dit is een kleine hoeveelheid van het t­ otale

20

22 I WATER MATTERS

Figuur 3: Gemiddelde verwijderingsrendementen medicijnresten over de 6 meetdagen (datum) bij verschillende PAK-doseringen (mg/L)

effluent van rwzi Vinkel met gemiddeld 600 m3/uur. De installatie stond buiten opgesteld en bestond uit de processtappen: 1) contacttank, 2) lamellenafscheider en 3) doekfilter (Figuur 2). Gedurende de eerste maanden is gezocht naar een stabiele bedrijfsmodus waarbij er een goede effluentkwaliteit bereikt werd (concentratie onop­ geloste bestandsdelen <10 mg/L). Hiervoor is met name onderzocht hoe de slibconcentratie in de contacttank het bezink- en filtratieproces beïnvloedt en wat daarop de invloed van PAK, metaalzout en PE zijn. De belangrijkste uitkomst hiervan is dat dosering van PE nodig is. Zonder PE is de bezinkbaarheid van het slibmengsel van PAK en metaalzout matig waardoor er geen goede afscheiding plaatsvindt. Door de dosering van een geringe hoeveel­ heid PE (0,3 – 0,5 mg/L) neemt de bezinkbaarheid sterk toe waardoor een zeer hoog afscheidingsrendement van >99,9% behaald kan worden. Met deze kennis toegepast, is het proces gedurende 2 maanden bedreven zonder gro­ te veranderingen aan de pilotinstellingen door te voeren.

In deze stabiele periode zijn de belangrijkste onderzoeks­ resultaten opgedaan.

Uitkomsten van het pilotonderzoek De onderzochte configuratie van de PAK + D ­ oekfiltratie technologie heeft goed gewerkt: er vond een goede slibafscheiding plaats, medicijnresten zijn verregaand verwijderd en lage concentraties fosfor zijn bereikt. In de lamellenafscheider is het gros (>99%) van het slib afge­ scheiden, in het doekfilter werden de laatste slibdeeltjes verwijderd (tot <3 NTU).

De resultaten met betrekking tot de verbetering van de

waterkwaliteit (medicijnresten en fosfor) zijn zeer positief.

Er is een verregaande verwijdering van medicijnresten be­ reikt met een relatief lage PAK-dosering. Bij PAK-doserin­ gen van 5, 10 en 15 mg/L zijn verwijderingsrendementen behaald van respectievelijk gemiddeld 67, 92 en 95% voor 7 van de 11 gidsstoffen (zie Figuur 3).

De landelijke doelstelling is om 70% van 7 van de 11 gids­ stoffen te verwijderen bezien over de gehele rwzi’s ­(STOWA IPMV en I&W bijdrageregeling). Rekening hou­ dend met het basisrendement van het actiefslibproces (ca. 30%) en de capaciteit van een nageschakelde tech­ nologie die doorgaans 1,5 maal de droog weer aanvoer is (by-pass voor regen weer aanvoer) volstaat een PAK-­ dosering van 8 mg/L. In vergelijking met de best be­ schikbare PAK-technologie, Powdered Activated Carbon in Activated Sludge (PACAS), waarbij circa 15 mg PAK/L gedoseerd wordt is de PAK-dosering van de PAK + Doekfiltratie en de daarbij behorende CO2-footprint van ­­ PAK + doekfiltratie bijna de helft lager.

Naast verwijdering van medicijnresten is ook de afname van ecotoxociteit onderzocht. Middels een batterij aan biologische effectmetingen met in vivo en in vitro bioassays (diverse CALUX testen, de Daphnia Immobilisation test en de Microtox test) is aangetoond dat de effecten gemeten in de diverse testen met meer dan 50% zijn afgenomen, en tot onder signaleringswaarden gezakt (m.a.w. de afloop van de PAK + Doekfiltratie technologie is niet meer toxisch).

Fosfor Fosfor is ook succesvol verregaand verwijderd. Over de

PAK + DOEKFILTRATIE: EFFECTIEVE VERWIJDERING

periode van 2 maanden stabiele bedrijfsvoering is de concentratie fosfor-totaal in het rwzi-effluent verlaagd van gemiddeld 0,96 mg/L tot 0,18 mg/L. Gedurende een periode van 2 weken waarin de pilot zeer stabiel functio­ neerde is er zelfs een gemiddelde fosfor-totaal concentra­ tie onder de 0,1 mg/L behaald, met uitschieters tot onder de meetgrens van 0,05 mg/L op individuele meetdagen.

Met deze lage concentraties fosfor-totaal wordt aan ­Kaderrichtlijn Water eisen voor fosfor van het ontvangen­ de oppervlaktewater van 0,15 mg/L voldaan. De benodigde metaalzoutdosering om dit te bereiken vertaalde zich in een verhouding van 4 tot 9 mol ijzer per mol fosfor (mol­ ratio Fe:P).

Uitgesplitst naar verschillende fracties waaruit fosfor-­ totaal is opgemaakt, is de grootste verwijdering zichtbaar in de fractie ortho-fosfaat. Deze fractie is met een concen­ tratie van gemiddeld 0,81 mg/L goed voor ca. 85% van het inkomende fosfor en werd grotendeels verwijderd tot een gemiddelde concentratie van 0,05 mg/L. Noemenswaardig is dat de doorgaans zeer moeilijk verwijderbare fractie organisch opgelost fosfor ook verregaand verwijderd is.

De concentratie in het rwzi-effluent van 0,09 mg/L is verlaagd tot 0,02 mg/L gemiddeld. Deze verwijdering komt naar verwachting voort uit de aanwezigheid van PAK waaraan het organische opgelost fosfor bindt. De voor­ naamste fosfor-fractie in de afloop van de pilotinstallatie is de metaal gebonden fosfor. Dit zijn (zeer) fijne deeltjes die niet gecoaguleerd zijn tot grotere vlokken en daardoor de bezink- en filtratiestap passeren. Optimalisatie van de coagulatie kan op praktijkschaal deze emissie verder reduceren waardoor (nog) minder metaal gebonden fosfor vrijkomt.

Een meer gedetailleerde beschrijving van de pilottesten (opzet, uitvoering en resultaten) wordt momenteel vastge­ legd in een STOWA rapportage. De verwachting is dat deze einde Q2 2022 gepubliceerd wordt.

Relevantie voor de praktijk De uitkomsten van het pilotonderzoek zijn positief, een hoge verwijdering van medicijnresten en een lage concen­ tratie fosfor zijn behaald. De pilot heeft laten zien dat met de technologie PAK + doekfiltratie het mogelijk is om me­ dicijnresten en fosfor in één zuiveringsstap verregaand uit het afvalwater te verwijderen. De uitkomsten van het pilot­ onderzoek maken daardoor de weg vrij voor toepassing van de technologie op praktijkschaal. De prestaties van de technologie en de aandachtspunten voor het ­bedrijven en beheren van de techniek zijn door het pilotonderzoek goed inzichtelijk gemaakt. Hierdoor kan er doorgepakt worden naar een full-scale realisatie. Toepassing op praktijkschaal sluit naadloos aan bij de huidige opgaven in de waterketen. Verregaande verwijdering van fosfor (KRWeis) en medicijnresten (stimuleringsregeling vanuit IenW) staan bij menig waterschap hoog op de agenda.

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Karin Bertens Zorzano, Devon Dekkers, Bart Verberkt (Waterschap Aa en Maas), Tonke van der Pol (ELIQUO), Xian Riedijk en Arnoud de Wilt (Royal HaskoningDHV)

BRONNEN STOWA 2020-21 Haalbaarheidsstudie PAK + Doekfiltratie

SAMENVATTING Een voor Nederland nieuwe technologie voor verregaande verwijdering van microverontreini­ gingen (medicijnresten etc.) én fosfor uit rwzi effluent is op pilot schaal onderzocht: PAK + doekfiltratie. In deze technologie wordt poeder­ actiefkool (PAK) ingezet voor de absorptie van medicijnresten. Fosfor wordt met een metaalzout verwijderd. Op een schaal van 5 m3/uur is in een half jaar durend pilotonderzoek op rwzi Vinkel de technologie getest. De uitkomsten van het pilot­ onderzoek zijn zeer positief. Medicijnresten zijn voor 95% verwijderd. Fosfor is verwijderd tot con­ centraties kleiner dan 0,05 mg/L. In vergelijking met de momenteel best-beschikbare-technologie is het PAK-verbruik bijna de helft lager. Hierdoor neemt de CO2-footprint sterk af.

I 23

24 I WATER MATTERS

Uitstroompunt Vinkenloop: trailer met meetapparatuur (temp, EGV, tot-P, NH4, NO3) AUTEURS

Peter Schipper en Piet Groenendijk (Wageningen Environmental Research)

Saskia Lukacs (RIVM)

Joachim Rozemeijer (Deltares)

Arnaut van Loon (KWR)

INNOVATIEVE MONITORING EN MODELLERING ONDERSTEUNT GEBIEDSGERICHTE AANPAK AFEN UITSPOELING MESTSTOFFEN In de strijd tegen af- en uitspoeling van meststoffen is het laaghangend fruit inmiddels wel geplukt. Om een effectieve gebiedsgerichte aanpak te ondersteunen is een innovatieve, intensieve monitoringsmethode opgezet in twee gebieden: het stroomgebied van de Vuursteentocht (Flevopolder, kleigrond) en van de Vinkenloop (Noord-Brabant, zandgrond). Welke nieuwe kennis levert dit op en welke handelingsperspectieven volgen hieruit voor een gebiedsgerichte verdere aanpak van nutriëntenverliezen?

Om te voldoen aan de Nitraatrichtlijn en de KRW-doelen voor grond- en oppervlaktewater, moet de uit- en afspoeling van stikstof en fosfor verder worden teruggedrongen. Naast generieke regels voor het mestbeleid zet het Rijk in op een gebiedsgerichte aanpak. Tal van maatregelen kunnen daarvoor worden ingezet, maar welke en waar zijn deze zinvol en effectief?

INZICHT IN NUTRIËNTENSTROMEN

Gebiedsgerichte aanpak Om voor deze aanpak effectieve maatregelen te vinden is in het onderzoeksprogramma van de Kennisimpuls Waterkwaliteit in twee stroomgebieden (Vinkenloop en Vuursteentocht, 7 en 13 km2) een intensief en innovatief meetnet opgezet. Het meetnet is bedoeld om beter inzicht te krijgen in de bronnen en routes van de nutriënten­ stromen. Waar liggen hotspots, en wanneer en waardoor treden hot moments op? Hoe functioneert het bodem- en watersysteem, hoe hangen nutriëntenverliezen samen met het weer, mestgift en landgebruik? Het onderzoek is daarnaast bedoeld om de meerwaarde van het combine­ ren van verschillende meettechnieken te demonstreren.

De monitoring is sinds eind 2020 operationeel. Daarna volgden anderhalf jaar meten en aansluitend modelleren.

Perceels- en stroomgebiedsmonitoring Verschillende meettechnieken zijn met elkaar gecombi­ neerd om op stroomgebiedsniveau en perceelsniveau te monitoren. Op diverse locaties zijn sensoren ingezet om hot moments en hotspots van de uitspoeling van stikstof en fosfor te detecteren. Daarnaast zijn handmatige ­metingen gedaan om ruimtelijke patronen, met achterliggende bronnen en processen, in beeld te brengen. De tabel geeft op hoofdlijnen een overzicht van de m ­ onitoringtechnieken

I 25

en van de aandachtspunten en de resultaten die dat op­ leverde.

Routings Met een routing worden op één dag de concentraties en andere parameters in de sloten en grotere watergangen gemeten, zodat een ruimtelijk beeld ontstaat. Hierbij wordt gebruik gemaakt van sensoren en een nitraat-app die achter een kano of aan een hengel worden bevestigd.

In beide gebieden (Vinkenloop en Vuursteentocht) is zo op vijf momenten de temperatuur, geleidbaarheid en nitraat­ concentraties gemeten. Dit leverde relatief goedkoop een goed beeld op van de belangrijkste routes en hotspots voor nitraatuitspoeling in de gebieden.

In de Vinkenloop werd herhaaldelijk vastgesteld dat de hoogste nitraatconcentraties (ca. 30 mg/l NO3-N) vanuit een lelieteeltperceel kwamen; in het voorjaar was dit zelfs de enige bron van nitraat in het stroomgebied. Rond de Vuursteentocht kwam het nitraat met concentraties rond 8 mg/l NO3-N via de drains en kavelsloten naar de toch­ ten, met enkele uitschieters rond de 20 mg/l NO3-N. In oppervlakkige afstroming werd geen nitraat aangetroffen, maar in het lekwater uit onbedekte mesthopen was de concentratie boven de 50 mg/l NO3-N. De temperatuurmetingen uit de routings laten zien welke

Stroomgebiedsniveau

Tabel. Evaluatie resultaten monitoring op stroomgebiedsniveau Meetmethode

Evaluatie

Continue metingen op de uitstroompunten (van Vinkenloop in Oploosche Molenbeek en van Vuursteentocht in Lage Vaart)

• waardevolle inzichten over pieken, reactietijden, basisafvoer, puntlozingen.

Kwantificering belangrijke processen

Stroomgebied routings 4x/jaar (Nitraat App, EC & tempsensor)

• ruimtelijke variaties/hotspots snel en relatief goedkoop in beeld

Passive sampling oppervlaktewater met Sorbicells

• geen goede metingen, o.a. door te snelle verzadiging van de sorbent (gel)

Remote sensing

• goed inzicht op perceelsniveau

(satellietbeelden)

• eenvoudig opschaalbaar

• soms storingen (sediment, ijzerneerslag) • duur (niet breed inzetbaar) • vaak onderhoud sensoren nodig • nuttig in communicatie agrariërs en DAW-proces

• bij bewolking alleen radar Drain routings Nitraat App

perceelsniveau

(Vuursteentocht)

• snel, waardevol inzicht, vooral de samenhang met bodemoverschot op perceelsniveau

Sorbicells drains, flowcap installatie (Vuursteentocht)

• uiteinden drainbuizen vaak bedekt (uitgraven nodig, kost veel tijd)

Minifilterputten onder percelen (Vinkenloop)

• concentratie-diepteprofielen waardevol voor systeembegrip en interpretatie waterkwaliteit, parameterisatie modellen

bodemvocht en EC-sensoren onder percelen (Vinkenloop)

• goedkope manier om vanuit continu meet-reeksen uitspoelings-events nitraat af te leiden

Electrical Resistivity Tomography (ERT) (Vinkenloop)

• geeft duidelijk visueel beeld van uitspoeling in een dwarsdoorsnede (incl. heterogeniteit); kabels kapot gereden: dieper aanleggen

N-isotopen (Vinkenloop)

• kan herkomst stikstof mee worden afgeleid; denitrificatie duidelijk aantoonbaar, achtergrondconcentraties herleidbaar

• geen goede metingen, o.a. door te snelle verzadiging sorbent (gel)

• niet alle bronnen te onderscheiden • specifiek doel en hypothese systeemwerking noodzakelijk voor effectieve inzet.

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

24

26 I WATER MATTERS

Afbeelding 1. Resultaten routings februari 2022. Links de temperatuur (verschil met referentie (˚C) en rechts nitraatconcentraties. Dit geeft een beeld van waar relatief veel kwel wordt afgevoerd (links, oranje gekleurde sloten en beekloop) en zones waar veel nitraat uitspoelt (rechts).

sloten vooral gevoed worden vanuit het ondiepe grond­ water (relatief koud) en welke sloten meer vanuit het diepe grondwater (relatief warm). Zie afbeelding 1 voor de situatie in het gebied van de Vinkenloop.

in het uitstroompunt als stofvrachten in de emissieroutes veranderen. De resultaten van deze data-gedreven model­ len zijn ook bruikbaar voor input en validatie van dynami­ sche procesmodellen.

Diepteprofielen nitraatconcentraties Uit bemonstering op twee gewaspercelen in de Vinkenloop (lelies en cichorei, afbeelding 2) blijkt dat de bovenste meter grondwater op beide locaties veel nitraat bevat, en dat de concentraties afnemen met de diepte. Op het ene meetpunt is het grondwater vanaf 5 meter diepte nitraatloos, terwijl op het andere meetpunt daar al vanaf 3-4 meter diepte sprake van is. De verschillen tussen de meetpunten worden zowel veroorzaakt door het type teelt, als door verschillen in denitrificatie (omzetting van nitraat in onschadelijk stikstofgas) door de aanwezigheid van organische stof. De dempende invloed van denitrificatie op de uitspoeling van nitraat is ook zichtbaar in relatief lage nitraatconcentratie in de drains.

De diepteprofielen geven ook aan dat de ammoniumcon­ centratie in het diepere grondwater geen directe relatie heeft met bemesting. Waarschijnlijk komt dit ammonium vrij bij mineralisatie van organisch materiaal of door ­omzetting van nitraat tijdens bodempassage. Isotopen­ analyses in grondwater en oppervlaktewater geven aan­ wijzingen dat uittredend, ammoniumhoudend grondwater grotendeels verantwoordelijk is voor de achtergrond­ concentratie van ammonium in de Vinkenloop. Continue ­metingen van ammonium ter plaatse van het uitstroom­ punt bevestigen dit beeld.

Procesmodellen zijn nodig om de herkomst van ­nutriënten in vanuit percelen uitspoelend water en effecten van ­landbouwmaatregelen te kwantificeren. Voor beide pilotgebieden is een eerste versie van gedetailleerde procesmodellering opgezet met de rekencodes van SWAP en ANIMO. Deze simuleren de gewasopname van vocht en nutriënten en de vocht- en nutriëntenhuishouding in de bodems, inclusief de uit- en afspoeling naar grond- en oppervlaktewater. Het concept van het procesmodel sluit na het verkleinen van de maximaal doorstroomde diepte en verlagen van ondiepe weerstanden goed aan op de metingen.

Data-gedreven modellering Voor het verwerken en interpreteren van de meetgegevens zijn verschillende data-gedreven modelleringstechnieken ingezet, bijvoorbeeld om meetdata van hoogfrequente monitoring te controleren en om gaten in meetseries op te vullen. De in deze modellen gevonden relaties tussen hydrologie en waterkwaliteit zijn ook bruikbaar voor het extrapoleren van meetreeksen naar andere weerjaren, en om globaal het effect te schatten op de concentraties

Conclusies De resultaten van de metingen leveren, samen met de verschillende modellen, een helder beeld van • hoe het bodem- en watersysteem functioneert, • hoe de nutriëntenstromen reageren op het weer (neer­ slag), mestgiften en landgebruik, • waar hotspots liggen en wanneer en waardoor hot moments optreden.

De opgedane inzichten bevestigen de verwachtingen uit eerder onderzoek voor stroomgebiedsniveau en perceels­ niveau, en voorzien deze van experimentele onderbouwing en kwantificering.

De monitoring levert daarnaast ook echt nieuwe inzichten op. De belangrijkste op een rijtje: • Nitraatuitspoeling treedt na een regenrijke periode sneller op dan op basis van oudere modelstudies werd verwacht.

• Ammonium is in beide pilotgebieden bepalend voor de achtergrondconcentraties in het oppervlaktewater.

• In het pilotgebied Vuursteentocht treedt kwelwater

INZICHT IN NUTRIËNTENSTROMEN

Afbeelding 2. Nitraatdiepteprofielen op verschillen momenten onder het lelieperceel en het ernaast gelegen chichoreiperceel.

De nitraatnorm van 50 mg/L is met een verticale stippellijn weergegeven.

•

•

­ lleen uit naar de diepere tochten, en niet naar de a drains en kavelsloten; De routes naar de drains en sloten (de grondwater­ stromingspatronen) zijn ondieper dan in eerdere modelstudies steeds is aangenomen.

In de Vinkenloop is op relatief geringe diepte een overgang van geoxideerd water naar anoxisch of ge­reduceerd water waargenomen. Water dat via de ­gereduceerde zone naar drains en sloten stroomt, heeft een lagere nitraatconcentratie dan water dat ondiep naar de drains stroomt.

Dit biedt handvatten om uitspoelingsgevoelige gewassen te verbouwen op percelen die minder gevoelig zijn voor nitraatuitspoeling vanwege gunstige omstandigheden voor denitrificatie.

De combinatie van meten en modelleren biedt betere informatie dan het enkel verzamelen van meetgegevens of het enkel toepassen van modellen. Met modellen kunnen meetgegevens beter worden geïnterpreteerd en omgekeerd dragen de metingen bij aan een grotere betrouwbaarheid van de modellen. Omdat het ondoenlijk is om in alle probleemgebieden zo’n intensieve gebieds­ gerichte monitoring op te zetten, kunnen bouwstenen die uit de Deltafact ‘Handreiking gebiedsgerichte monitoring ­nutriëntenverliezen vanuit de landbouw‘ helpen om te bepalen welke meetstrategie past bij het gebied.

Het verdient sterk aanbeveling om van beide pilotgebieden de monitoring over een lange periode, bij voorkeur per­ manent, voort te zetten. Dan blijft het een ideale proeftuin voor nieuwe meettechnieken, voor de toetsing van model­ len en voor het afleiden van effecten van landbouwmaat­ regelen in een reële veldsituatie.

Peter Schipper, Piet Groenendijk (Wageningen Environmental Research), Saskia Lukacs (RIVM), Arnaut van Loon (KWR) en Joachim Rozemeijer (Deltares)

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN Knoben, R., N. Evers, A. Krikken, J. Rost, N. Schoffelen, M. de Haan, B. van Spronsen, F.L. Verhagen, H. Evenblij en B. van Velthoven, 2021. ‘ Ex Ante Analyse Waterkwaliteit’ . Rapport Royal Haskoning DHV 28-9-2021.

Introductiedossier bewindspersonen ministerie van LNV (2022), Rijksoverheid.nl Kamerbrief 7e actieprogramma Nitraatrichtlijn, Kamerstuk 26-11-21, Rijksoverheid.nl Schipper, P., P. Groenendijk, L. van Gerven, A. van Loon, S. Lukács, J. Rozemeijer 2022. ‘Monitoring en modellering in twee pilotgebieden voor gebiedsgerichte aanpak’. STOWA (KIWK)-rapport 2022-22.

SAMENVATTING Het Nederlandse mestbeleid is erop gericht de waterkwaliteit te verbeteren door (vooral in land­ bouwgebieden) het terugdringen van de uit- en afspoeling van stikstof en fosfor naar grond- en oppervlaktewater. Naast generieke regels zet het Rijk in op een gebiedsgerichte aanpak. In twee stroomgebieden (één op zandgrond, één op klei) is een intensief en innovatief meetnet opgezet om beter inzicht te krijgen in de bronnen en routes van de nutriëntenstromen. Waar liggen hotspots, en wanneer en waardoor treden hotmoments op?

De combinatie van meten en modelleren biedt gedetailleerdere en betrouwbaardere informatie dan het enkel verzamelen van meetgegevens of het enkel toepassen van modellen. Het onderzoek laat zien dat deze nieuwe aanpak handvatten geeft voor een gebiedsgerichte aanpak van de emissies van nutriënten in de landbouw.

I 27

28 I WATER MATTERS

iStock

AUTEURS

Adele S. Ferrario en Milou Dingemans (KWR Water Research Institute, Universiteit Utrecht)

Astrid Reus (KWR)

Roberta Hofman-Caris (KWR, Wageningen Universiteit)

VOORSPELLEN VAN DE VORMING VAN TRANSFORMATIEPRODUCTEN TIJDENS DRINKWATERBEHANDELING EN HUN MOGELIJKE TOXICITEIT Zuivering van water is essentieel voor drinkwaterproductie, maar kan onbedoeld transformatieproducten opleveren. Identificatie van deze producten en hun toxiciteit is nodig om veilig drinkwater te waarborgen.

Voorspellende toxicologie kan de beoordeling van deze stoffen versnellen en verbeteren.

De productie van drinkwater omvat een reeks processen om ziekteverwekkers en ­andere verontreinigingen uit het water te verwijderen. Bij chemische verontreinigingen in drink­ waterbronnen, vooral oppervlaktewateren, gaat het om door de mens geproduceerde stoffen zoals farmaceutische producten, gewasbeschermingsmiddelen en biociden. Deze stoffen kunnen tijdens de productie van drinkwater omgezet worden in transformatie­ producten (TP’s, WHO, 2022). Vorming van TP’s is tot op zekere hoogte onvermijdelijk (Anagnostopoulou, 2022) en de fysisch-chemische en toxicologische eigenschappen van de meeste TP’s zijn onbekend (Gassman, 2021). Analysetechnieken kunnen TP’s aan­

VOORSPELLENDE TOXICOLOGIE MET ALGORITMES

I 29

Afbeelding 1. Verschillende strategieën voor de beoordeling van toxiciteit, hun onderlinge relaties, en voordelen (+) en nadelen (-)

tonen, maar deze technieken zijn duur en tijdrovend. Als ze worden geïdentificeerd liggen de concentraties van afzonderlijke TP’s en andere chemische verontreinigingen doorgaans onder gezondheidskundige grenswaarden.

Aangezien de blootstelling aan TP’s plaatsvindt in de vorm van mengsels met lage individuele concentraties en in principe een leven lang duurt, is het van vitaal belang dat we meer te weten komen over de identiteit en de toxicolo­ gische activiteiten van TP’s. Voorspellende toxicologie kan hierbij helpen.

Nieuwe vooruitzichten voor de beoordeling van TP’s Voorspellende toxicologie is een innovatieve aanpak die gebruik maakt van gecomputeriseerde (in silico) tools, die een veelbelovend vermogen hebben laten zien om de eigenschappen van stoffen te voorspellen (Raies, 2016).

In silico tools zijn gebaseerd op algoritmen die de vorming en giftigheid (toxiciteit) van stoffen kunnen voorspellen op basis van hun chemische structuur. Zij kunnen ­bijdragen aan de kennis over mogelijke veront­ reinigingen, ­waaronder TP’s, die bij lage concentraties in drinkwater kunnen voorkomen. In silico benaderin­ gen leveren een ­relevante en kostenefficiënte bijdrage aan de veiligheidsbeoordeling voor stoffen waarvoor toxicologische gegevens ontbreken, zoals TP’s.

Zo kan voorspellende toxicologie richting geven aan de monitoring van de waterkwaliteit, helpen bij het ­prioriteiten stellen voor vervolgonderzoek en -experi­ menten, en kosten en tijd besparen. In dit artikel geven we een overzicht van de toepasbaarheid van in silico tools bij drinkwaterzuivering.

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Vorming van TP’s De eerste stap bij de beoordeling van TP’s in drinkwater met in silico tools is vaststellen welke stoffen naar ver­ wachting gevormd zullen worden. De samenstelling van het mengsel van TP’s die in drinkwater kunnen voorkomen is afhankelijk van chemische en biologische reacties bij de behandelingen van het water. Transformaties in het milieu en in organismen, waaronder de mens, blijven hier buiten beschouwing.

In Europa zijn de meest toegepaste processen chlorering, behandeling met ozon, UV-behandeling, snelle zandfiltra­ tie, filtratie over biologisch actieve koolstof en geavan­ ceerde oxidatie. Verschillende combinaties van deze technieken worden gebruikt om pathogenen en andere contaminanten te verwijderen, o.a. afhankelijk van de kwaliteit van de waterbronnen (WHO, 2022).

Op basis van kennis uit experimentele gegevens (reactie­ bibliotheken) is het mogelijk om de vorming van TP’s als gevolg van de behandelingen te voorspellen. Dit biedt een startpunt voor nadere chemische analyse, wat kosten en tijd kan besparen bij de beoordeling van de waterkwali­ teit. De simulatie door middel van gecomputeriseerde methoden kan zo een waardevolle aanvulling vormen op gegevens over TP’s die daadwerkelijk in water zijn aangetroffen. Aanvullende drinkwateranalyses kunnen de voorspellingen valideren en de werkelijke aanwezigheid van TP’s verifiëren.

Toxiciteit De tweede stap is de beoordeling van de toxiciteit van TP’s. Toxiciteit van stoffen kan behalve in vivo (dierproeven) en in vitro (biochemische en celtesten) dus ook in silico

28

30 I WATER MATTERS

Afbeelding 2. In silico benaderingen en voorbeelden van in silico tools voor de voorspelling van de vorming en toxiciteit van TP’s. 1. Chlorering; 2. Behandeling met ozon; 3. UV-behandelingen; 4. Biologische afbraak; 5. Oxidatieprocessen; 6. Genotoxiciteit; 7. Carcinogeniteit; 8. Voortplantings- en ontwikkelingstoxicologie; 9. Hormoonverstoorders

­ nderzocht worden (gecomputeriseerde tools). Al deze o benaderingen hebben fundamentele beperkingen die resulteren in onzekerheden in de uitkomsten.

In vivo experimenten houden per definitie rekening met de adsorptie, distributie, metabolisme en excretie (ADME) van stoffen in een organisme, maar zijn over het algemeen duur en tijdrovend. Daarbij moet het gebruik ervan uit ethisch oogpunt worden beperkt, vervangen of verfijnd.

Bij in vitro experimenten worden specifieke interacties van een stof met biologische structuren onderzocht, die bijvoorbeeld kunnen leiden tot DNA-beschadiging.

ADME-aspecten komen hooguit gedeeltelijk aan bod, wat leidt tot onzekerheden bij de vertaling van resultaten naar effecten bij de mens.

In silico tools werken met algoritmen die toxiciteit voor­ spellen op basis van chemische structuur. Ze zijn tijd- en kosteneffectief, maar zij zijn gebaseerd op en strikt ge­ koppeld aan de beschikbaarheid en kwaliteit van experi­ mentele gegevens. Voorspellende toxicologie geeft alleen betrouwbare voorspellingen over in vitro en in vivo reacties van stoffen als de algoritmen gebaseerd zijn op gegevens van hoge kwaliteit. Een specifiek in silico model is alleen betrouwbaar voor stoffen die vergelijkbaar zijn met experi­ menteel geanalyseerde moleculen waarvan de gegevens zijn gebruikt om het algoritme op te bouwen. De kwaliteit van de voorspelling is daarnaast afhankelijk van het speci­ fieke toxicologische effect (eindpunt) (afbeelding 1).

De meest relevante eindpunten voor de beoordeling van drinkwaterkwaliteit zijn mutageniteit / genotoxiciteit (DNA schade), carcinogeniteit (tumorvorming), voort­

plantingstoxiciteit, ontwikkelingstoxiciteit en verstoring van de hormoonhuishouding. Hoe beter het werkings­ mechanisme dat verantwoordelijk is voor de toxiciteit wordt begrepen en hoe hoger de kwaliteit van de gege­ vens, hoe betrouwbaarder de in silico modellen zullen zijn.

De stand van de kennis is nu zodanig dat in silico tools goede voorspellingen garanderen voor de beoordeling van mutageniteit / genotoxiciteit. De uitdaging bij eindpunten met minder duidelijke werkingsmechanismen is bedui­ dend groter, met name door de schaarste aan experimen­ tele gegevens en verschillen tussen experimentele pro­ tocollen. Dit speelt vooral bij complexe eindpunten zoals carcinogeniteit en voortplantings- en ontwikkelingstoxico­ logie. Voorspellende toxicologie is in deze gevallen minder geschikt voor de beoordeling van drinkwaterkwaliteit.

Toch kunnen in silico tools ook voor deze eindpunten bijdragen aan inzicht in specifieke effecten en kunnen zij een rol spelen in een geïntegreerde aanpak met andere informatiebronnen.

In silico tools voor de beoordeling van de toxiciteit van TP’s In silico benaderingen voor de toxiciteitbeoordeling zijn gebaseerd op (afbeelding 1): a) de kwantitatieve structuur-activiteit relatie (QSAR): de herkenning van chemische substructuren die voorspellend zijn voor specifieke toxicologische effecten (eindpunten); b) de ‘read-across’ aanpak: beschikbare informatie over toxicologisch bekende stoffen extrapoleren naar stoffen met een vergelijkbare structuur waarover geen gegevens beschikbaar zijn;

VOORSPELLENDE TOXICOLOGIE MET ALGORITMES

c) ‘expert judgment’: van essentieel belang om de betrouwbaarheid van de voorspellingen te beoordelen en naar behoren te interpreteren.

Ook al is de meeste software gebruikersvriendelijk, toch moet de output kritisch worden geëvalueerd om uitbijters, inconsistenties of fouten van het model op te sporen. De voorspelling moet zo goed mogelijk worden onderbouwd met redeneringen en mechanistische interpretaties, om de betrouwbaarheid van de resultaten te vergroten.

Verschillende in silico tools voor de beoordeling van vorming en toxiciteit zijn vrij verkrijgbaar (afbeelding 2), andere moeten worden aangeschaft). Het potentieel van deze technieken wordt steeds meer erkend. Autoriteiten zoals de Europese Autoriteit voor voedselveiligheid (EFSA), het Europees Agentschap voor chemische stoffen (ECHA) en de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO) stellen het gebruik van deze technie­ ken voor, ter vervanging van en aanvulling op dierproeven.

De autoriteiten zijn het echter nog niet eens over een internationaal erkende methodologie voor de toepassing van in silico tools specifiek voor de evaluatie van TP’s.

Geïntegreerde aanpak Stel één wetenschappelijke informatiebron biedt onvol­ doende antwoorden over de toxiciteit van TP’s. Dan kan een geïntegreerde aanpak die al het beschikbare bewijs­ materiaal meeneemt, de oplossing zijn. Daarbij moeten de toegepaste wetenschappelijke methodes worden ­geëvalueerd om het belang van de resultaten te kunnen afwegen. Enerzijds is er dan een (interne) statistische ­validatie van elke methodologie afzonderlijk nodig, an­ derzijds een (externe) vergelijking van de verschillende benaderingen.

In een recent onderzoek, stellen Hensen et al. (2020) een stapsgewijze aanpak voor om de toxicologische effecten van TP’s afkomstig van bestrijdingsmiddelen te evalueren.

Hun eerste stap is een combinatie van literatuuronder­ zoek naar experimentele gegevens en in silico methoden. ­Daarna volgen gerichte in vitro en in vivo experimenten om de in silico resultaten te verifiëren. Uit deze studie bleek dat de meerderheid (94 procent) van de TP’s correct werden voorspeld. Ondanks de waarschuwing van de onderzoekers dat deze methodologie verder moet worden geëvalueerd en doorontwikkeld, is dit een hoopgevend resultaat.

Ferrario A.S. en M.M.L. Dingemans (KWR Water Research Institute, Universiteit Utrecht), Reus A. (KWR), HofmanCaris R. (KWR, Wageningen Universiteit) Dankwoord Dit artikel is tot stand gekomen dankzij onderzoek van de Nederlandse en Vlaamse drinkwaterbedrijven (BTO).

De auteurs danken Remi Hoencamp voor zijn bijdrage.

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN Anagnostopoulou, K., Nannou, C., Evgenidou, E., & Lambropoulou, D. (2022).

Overarching issues on relevant pesticide transformation products in the aquatic environment: A review. Science of the Total Environment. Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152863 Gassmann, M. (2021). Modelling the Fate of Pesticide Transformation Products From Plot to Catchment Scale—State of Knowledge and Future Challenges. Frontiers in Environmental Science. Frontiers Media S.A. https://doi.org/10.3389/fenvs.2021.717738 Hensen, B., Olsson, O., & Kümmerer, K. (2020). A strategy for an initial assessment of the ecotoxicological effects of transformation products of pesticides in aquatic systems following a tiered approach. Environment International, 137. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105533 Raies, A. B., & Bajic, V. B. (2016). In silico toxicology: computational methods for the prediction of chemical toxicity. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science, 147–172. https://doi.org/10.1002/wcms.1240 WHO. (2022). Guidelines for drinking-water quality, 4th edition, incorporating the 1st and 2nd addendum. Geneva: World Health Organization. Geneva, Switzerland. World Health Organization

SAMENVATTING Zuivering van water is essentieel voor drink­ waterproductie, maar kan onbedoeld transforma­ tieproducten (TP’s ) opleveren. Voorspellende toxicologie met algoritmes (in silico tools) kan de identificatie en de beoordeling van deze ­stoffen versnellen en verbeteren. In silico tools zijn praktisch en gebruiksvriendelijk en vormen een alternatief voor of aanvulling op bestaande (lab-) methoden. Ze kunnen o.a. met modellen voor de vorming en de toxiciteit van TP’s een bijdrage ­leveren aan de evaluatie van behandelingsproces­ sen. Voorspellende toxicologie is een waardevol en kosteneffectief hulpmiddel bij de beoordeling van verontreinigende stoffen in drinkwater.

I 31

32 I WATER MATTERS

Meanderend bostraject van de Tongelreep met een hoge ecologische waarde AUTEURS

Ralf Verdonschot en Gea van der Lee (Wageningen Environmental Research)

Jip de Vries en Anne-Marie van Noord (Wageningen Environmental Research)

Annalieke Bakker en Piet Verdonschot (Wageningen Environmental Research)

WELKE MAATREGELEN ZIJN ECOLOGISCH EFFECTIEF? Sinds de implementatie van de Kaderrichtlijn water is in de Nederlandse wateren een groot aantal herstelmaatregelen uitgevoerd om de ecologische waterkwaliteit te verbeteren. In hoeverre zijn de maatregelen effectief? Hoe kunnen we het succes vergroten? En hoe kunnen we de effecten eenvoudiger evalueren? Op zoek naar antwoorden in beschikbare maatregel-effectstudies.

De ecologische waterkwaliteit is in veel wateren nog niet op het gewenste niveau. Om de toestand te verbeteren zijn al veel herstelprojecten uitgevoerd. Voor het evalueren van de maatregelen is informatie over de aanpak en uitvoering van de herstelprojecten in de tijd nodig, en monitoring op biologische parameters. Binnen de Kennisimpuls Waterkwaliteit onderdeel Ecologie is bekeken welke lessen te trekken zijn over de opzet en monitoring van maatregelen. In 261 rapportages met gedocumenteerde maatregel-effectstudies over de periode 2006-2019 is bekeken welke maatregel-effectcombinaties worden omschreven en welke effecten zijn gerapporteerd [1].

ECOLOGISCHE WATERKWALITEIT: SYSTEEMAANPAK EFFECTIEF

I 33

Afbeelding 1: Het aantal rapporten per maatregeltype voor stilstaande (links) en stromende (rechts) wateren en de gerapporteerde effecten van de maatregelen [1]

Effectiviteit volgens gedocumenteerde maatregeleffect-studies Voor stilstaande wateren beschrijft het grootste deel van de rapportages nutriënten-reducerende maatregelen en de aanleg van natuurvriendelijke oevers. Voor stromende wateren betreft het meestal herinrichting van de beek in de vorm van hermeandering en aanpassingen aan het profiel.

en ná (after) het nemen van de herstelmaatregelen, zowel op de locatie van de maatregel (impact), als op een controlelocatie waar geen maatregelen worden genomen (control). Deze methodiek is in slechts 9% van de gevallen toegepast. Onvolledige BACI-studies, dus met enkel een vergelijking van een maatregellocatie met een controle (CI, 29%) of enkel een tijdreeks van de maatregellocatie (BA, 20%) vertegenwoordigen een groter aandeel.

Wat de effecten betreft is macrofauna de meest onder­ zochte organismegroep, gevolgd door vissen en water­ planten.

Voor elke maatregel zijn uiteenlopende effecten gerap­ porteerd, maar opvallend vaak werd geen conclusie getrokken (afbeelding 1). Wel is er voor vrijwel iedere maatregel tenminste één project waar een positief effect is gerapporteerd. Ondanks het grote aantal studies heb­ ben we dus maar een beperkt inzicht in de daadwerkelijke maatregeleffectiviteit. Daarnaast wijst het verschil in effecten tussen locaties op een sterke context-afhankelijk­ heid van het resultaat. Factoren als: wat is er precies ge­ daan, op welke schaal, en welke stressoren spelen er nog meer in een gebied, bepalen het uiteindelijke resultaat.

Statistiek brengt andere ontwikkelingen in beeld Beschreven effecten zijn vooral gebaseerd op v­ isuele interpretaties van bijvoorbeeld grafieken, terwijl in slechts 25% van de gevallen statistisch is getoetst. Geen enkel ­onderzoek voldeed overigens aan de statistische eisen voor een solide BACI-studie: minimaal 3 jaar aan data vóór en minimaal 4 jaar aan data ná uitvoering van ­herstelmaatregelen, waarbij de monitoringsmethode hetzelfde is gebleven door de jaren heen. In afbeelding 2 wordt uitgelegd waarom deze opzet belangrijk is.

Het niet kunnen vaststellen van effecten heeft twee belangrijke oorzaken. Ten eerste een gebrek aan voor ­evaluatie geschikte monitoringsdata, ten tweede (mede daardoor) een gebrek aan statistische analyse van resul­ taten, wat een goed onderbouwde beoordeling van de effectiviteit onmogelijk maakt.

Onvolledige monitoringsopzet De internationale standaard om op een gefundeerde manier uitspraken te doen over de effecten van een maat­ regel is het Before-After, Control-Impact (BACI) monito­ ringsontwerp [2]. Dus: er zijn metingen nodig vóór (before) WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Analyse van lokale maatregelen Vervolgens zijn statistisch onderbouwde maatregeleffect-analyses uitgevoerd voor de 40 wateren waarvan wél voldoende biologische gegevens beschikbaar w ­ aren [3]. Bekeken werden de effecten op macrofauna van hydromorfologisch beekherstel en van de aanleg van ­natuurvriendelijke oevers, en de effecten van nutriëntenreducerende maatregelen op algenbloei.

Op basis van de macrofaunadata konden geen directe ­effecten op en veranderingen in trends in de levens­ gemeenschappen worden vastgesteld die te herleiden waren naar de uitgevoerde hydromorfologische beekher­ stelmaatregelen. Ook was het verschil tussen de levens­ gemeenschappen van ‘natuurvriendelijke’ en traditionele oevers niet eenduidig. Algenbloei verminderde door een

32

34 I WATER MATTERS

Afbeelding 2: Het vaststellen van effecten van maatregelen gaat het best met een BACI-opzet, die een aantal problemen ondervangt die vertekenend kunnen werken. Dit voorbeeld van houtinbreng laat zien waarom. Wanneer alleen één keer voor en één keer na wordt gemeten (A) kan de verandering deel zijn van een natuurlijke fluctuatie (B), een trend die al gaande was (C), die daarnaast ook bovenstrooms (driehoekjes) waar de maatregel niet is uitgevoerd kan plaatsvinden (D). Met een BACI-ontwerp wordt deze vertekening ondervangen [3].

reductie in de nutriëntengehalten, maar niet tot op het gewenste niveau en vaak slechts tijdelijk.

Pakten de maatregelen wel alle relevante knelpunten aan? Om dat te bekijken is een overzicht gemaakt van de aanwezige knelpunten in het water, op basis van belastingen die zijn beschreven in de factsheets voor de stroomgebiedsbeheerplannen. Analyse liet zien dat alle ­onderzochte wateren onder invloed stonden van meervou­ dige stress, terwijl de uitgevoerde maatregelen telkens slechts gericht waren op een beperkt deel van de ecolo­ gisch relevante knelpunten. Ook de bron van de stress was vaak niet aangepakt.

Naar stroomgebiedsbrede aanpak Tenslotte is ook naar de effectiviteit op een groter land­ schappelijk schaalniveau gekeken: wat is de reikwijdte van ingrepen en de doorwerking in het watersysteem [4]? Om de effectiviteit van combinaties van maatregelen op een traject-overstijgende schaal te onderzoeken zijn wateren geselecteerd waar meerdere maatregelen waren uitge­ voerd en waar voldoende was gemonitord om een analyse op regionale schaal te kunnen uitvoeren. Vier stromende wateren bleken geschikt: de Tongelreep, Groote Molen­ beek, Tungelroyse beek en Vlootbeek.

Deze casussen lieten zien dat veranderingen met een grootschalig effect vaak samengingen met lokale in­ grepen. Een positief voorbeeld hiervan is een algehele waterkwaliteitsverbetering door verbeterde waterzui­ vering bovenstrooms in de Tongelreep, die doorwerkte op de resultaten van andere ingrepen benedenstrooms.

Een negatief voorbeeld is de grote invloed van de droge zomer van 2018 op de herstelde trajecten in de Vlootbeek.

Toch is het effect van lokale maatregelen vaak moeilijk te duiden, het was veelal niet mogelijk effecten van indivi­ duele maatregelen van elkaar te scheiden. Wel blijkt in de ­Tongelreep dat een duidelijk herstel op systeemniveau optreedt wanneer meerdere stressoren werden aange­ pakt. Een combinatie van verbetering van de chemische water­kwaliteit, grootschalige hermeandering, het staken van het onderhoud, houtinbreng en de aanleg van grind­ bedden leidden tot een sterke verbetering van de ecologi­ sche kwaliteit in de beek.

Een stroomgebiedsbrede aanpak zoals in de Tongelreep toont het belang van kennis van de ecologisch r­ elevante stressoren in een waterlichaam. Een benadering om stressoren op regionale schaal te diagnosticeren is de ­systeemgerichte ecologische-stress-analyse [5]. Binnen

ECOLOGISCHE WATERKWALITEIT: SYSTEEMAANPAK EFFECTIEF

zo’n systeemanalyse worden de componenten in een ­compleet stroomgebied bekeken, met de biologisch rele­ vante omgevingsfactoren en de schaal waarop die werken.

Zo brengt het ook de oorzaken van knelpunten, de stressoren, in beeld.

Conclusies Zijn genomen ecologische maatregelen effectief? Uit dit onderzoek blijkt dat dat op dit moment vaak onduidelijk is, doordat de monitoring vaak niet de juiste opzet heeft voor een degelijk onderbouwde beantwoording van deze vraag. Daar komt bij dat in de meeste systemen meerdere stressoren tegelijkertijd negatieve invloed hebben op het waterleven, terwijl de genomen maatregelen vaak één specifieke stressor aanpakken. De Tongelreep-stroom­ gebiedscasus laat zien dat wanneer meerdere stresso­ ren tegelijk worden aangepakt, een duidelijk ecologisch herstel op systeemniveau zichtbaar wordt.

Aanbevelingen Op basis van de resultaten van het onderzoek zijn de ­volgende stappen aan te bevelen: •

•

•

•

Voorafgaand aan het nemen van maatregelen een systeemgerichte ecologische-stress-analyse (SESA) uitvoeren, om zo alle relevante stressoren gekwanti­ ficeerd in beeld te brengen. Dit geeft inzicht in welke maatregelen effectief zijn voor het verbeteren van de ecologische waterkwaliteit.

Overstappen van enkelvoudige maatregelen naar maatregelpakketten. Deze integraliteit is nodig in de multistress-context van de Nederlandse wateren, omdat het de enige manier is om alle knelpunten tegelijkertijd aan te pakken die ecologisch herstel in de weg zitten. Een grote ruimtelijke schaal is hierbij wenselijk.

De effecten van maatregelen monitoren volgens een BACI-ontwerp in plaats van met bestaande biologische meetpunten in het reguliere monitoringsnetwerk. Zo kan beter in beeld worden gebracht welke maatrege­ len wel (en niet) werken in specifieke situaties.

Aandacht schenken aan samenwerking en kennisdoor­ stroming. Een BACI-onderzoeksprogramma vraagt een relatief grote inspanning en doorlooptijd, met veel aandacht vooraf voor het monitoringsontwerp. Dit levert echter wel veel beter generaliseerbare uitkom­ sten op, die beter en gemakkelijker te delen zijn met andere waterbeheerders en daarmee veel breder inzetbaar zijn.

Ralf Verdonschot, Gea van der Lee, Jip de Vries, ­­AnneMarie van Noord, Annalieke Bakker, Piet Verdonschot (Wageningen Environmental Research) WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN 1. Van Noord, A., de Vries, J., Verdonschot, P.F.M., Verdonschot, R.C.M. (2022). Effectiviteit van enkelvoudige maatregelen: Evaluatie van ge­ documenteerde herstelprojecten in Nederland van 2008 t/m 2019. Notitie Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK), Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen.

2. Underwood A.J. (1994). On Beyond BACI: Sampling designs that might reliably detect environmental disturbances. Ecological Applications 4, 3-15.

3. Van der Lee G.H. Bakker, A., Verdonschot, R.C.M. en Verdonschot P.F.M. (2022). Kwantificering van knelpunten en analyse van de effectiviteit van herstelmaatregelen in oppervlaktewateren. Notitie KIWK, Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen.

4. Van der Lee G.H., Bakker, A., Verdonschot R.C.M., Verdonschot P.F.M. (2022). Doorwerking van lokaal beekherstel op de ecologische kwaliteit van het hele stroomgebied. Een analyse van vier stroomgebieden. Notitie Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK), Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen.

5. Verdonschot P.F.M. & Verdonschot R.C.M. (2021). Ecologische systeem­ benadering en ecologische systeemanalyse. Rapport Kennisimpuls waterkwaliteit (KIWK), Zoetwaterecosystemen, Wageningen Environmental Research, Wageningen UR, Wageningen.

SAMENVATTING Om de ecologische kwaliteit van de Nederlandse wateren te verbeteren zijn de afgelopen decennia veel herstelprojecten uitgevoerd. Voor veel van deze projecten is onduidelijk of ze ecologisch ­effectief zijn geweest, omdat de monitoring ont­ brak of niet toereikend was voor een statistisch onderbouwde beantwoording van deze vraag.

Ook zijn maatregelen vaak slechts gericht op een deel van de in een stroomgebied aanwezige ­stressoren, waardoor de overgebleven knelpun­ ten ecologisch herstel in de weg staan. Een sys­ teemaanpak blijkt veel effectiever. Het integraal in beeld brengen van de relevante knelpunten op grotere (regionale) schaal en deze aanpakken met behulp van maatregelpakketten, en daar­ naast de effecten monitoren (zowel voor als na de ingreep, op de maatregellocatie en een controle­ locatie) maakt de maatregelen veel effectiever en brengt doelbereik dichterbij.

I 35

36 I WATER MATTERS

Tijdens een droge periode stroomt water uit een regenwaterafvoerpijp van Jefferson Parish direct op het oppervlaktewater. Chemische analyses wijzen uit dat hier drinkwater wegstroomt

AUTEURS

Laura Nougues en Roelof Stuurman (Deltares)

GRONDWATERDRAINAGE IN NEW ORLEANS Greater New Orleans in Louisiana bestaat uit drie gemeenten: Orleans Parish, Jefferson Parish en St. Bernard Parish. Deze zijn bijna volledig omringd door water: Lake Pontchartrain in het noorden, de Mississippi-rivier in het zuiden, Lake Borgne in het oosten en wetlands in zowel het oosten als het westen.

Deze natte grenzen en het feit dat een groot deel van New Orleans onder de zeespiegel ligt, zorgen voor grote overstromings- en drainageproblemen.

Door de komachtige vorm van deze gemeenten kan vrijwel alle regen die in het gebied valt, en kwel die opstijgt, alleen worden afgevoerd met uitgebreide pompsystemen of door verdamping. Dit afvoersysteem blijkt samen met het afvalwatersysteem en het drinkwaternetwerk een cruciale rol te spelen bij grondwaterdrainage en -aanvulling.

Grondwater en regenwaterafvoer New Orleans is uitgerust met een uitgebreid netwerk van pompstations (afbeelding 1) om regenwater af te voeren. Het netwerk is ontworpen om bij regen maximaal 1 inch (2,5 cm) af te voeren in het eerste uur, gevolgd door 0,5 inch (1,3 cm) per volgend uur. In totaal kan dit pompsysteem water uit de stad pompen met een snelheid van meer dan

GRONDWATERDRAINAGE IN NEW ORLEANS

I 37

Drainagesysteem van New Orleans met vele pompstations (rood)

45000 cubic feet (1300 m3) per seconde. De pompstations draineren echter tevens grondwater, zowel in natte als droge perioden, via het drainagebuizennetwerk. Door de ouderdom van het regenwaterafvoersysteem en schade veroorzaakt tijdens orkaan Katrina is dit systeem ernstig beschadigd. Er zijn veel scheuren in de buizen en lekkages bij de leidingaansluitingen. Regenwater wordt afgevoerd naar straatkolken van waaruit het water door middel van zwaartekracht via leidingen naar het dichtstbijzijnde afvoergemaal getransporteerd wordt. Als het niet regent, verwijderen kleinere constant duty pompen de droogweer­ afvoer om de waterkelders van de pompstations te legen.

Deze constant duty pompen worden ook aangezet als er grote stormen voorspeld zijn. Ze worden ook belast door irrigatie afvloeiing, huishoudelijk afvloeiing vanuit (voor) tuinen en gedraineerde grondwater. In droge perioden zorgt de lage waterstand in de leidingen en duikers voor drainage van grondwater en in natte perioden verhoogt de snelle grondwaterstijging de druk op de regenwater­ afvoerbuizen waardoor er extra grondwater door dit systeem wordt afgevoerd.

Grondwater, riool en drinkwaternetwerk Er is ook een interactie tussen grondwater en andere waterinfrastructuren zoals het afvalwatersysteem en het drinkwaternetwerk. Het afvalwatersysteem is een ­zwaartekracht-opvangsysteem. Door het hele systeem heen zijn er een aantal afvalwaterpompstations die het afvalwater weer naar een hoger niveau tillen voor een doorlopende zwaartekrachtstroom naar de rioolwater­ zuiveringsinstallaties (rwzi’s). Idealiter transporteert het afvalwatersysteem alleen industrieel en huishoudelijk afvalwater en geen regenwater of grondwater. Zoals ge­ zegd is het systeem in New Orleans echter in slechte staat waardoor de rwzi’s veel meer influent krijgen dan het volume aan huishoudelijk- en industrieafvalwater. Tijdens natte perioden zuiveren de rwzi’s aanzienlijk meer water dan tijdens droge perioden door de verhoogde grond­ waterdruk op de afvalwaterleidingen.

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Het huidige drinkwaternetwerk in New Orleans heeft onderdelen van meer dan 100 jaar oud en heeft dus, net als de andere twee systemen, last van lekkende leidingen.

De interactie tussen grondwater en drinkwaternetwerk is echter het tegenovergesteld aan de interactie met de andere systemen. Door de lekkende leidingen lekt het drinkwater de grond in, waardoor het verloren gaat.

Dit water vult het grondwatersysteem aan, waarna het meeste gedraineerd wordt door de dicht bij elkaar gelegen lekkende regenwaterafvoer- en afvalwatersystemen.

Bij een deskstudie op basis van gegevens en informatie van verschillende partijen, zijn de grootte en de gevolgen van de totale grondwaterdrainage en -lekkage in New Orleans via het regenwaterafvoersysteem, het afvalwater­ systeem en het drinkwatersysteem gekwantificeerd.

Grondwaterdrainage Om de hoeveelheid water die via het regenwaterafvoer­ systeem gedraineerd wordt te kwantificeren is gebruik gemaakt van informatie en gegevens van het waterschap van New Orleans oftewel de Sewerage & Water Board of New Orleans (SWBNO). De gegevens betroffen tijdreeksen voor de dagelijkse neerslag en pompstation afvoer. Uit een impuls-responsanalyse die tijdens het onderzoek is uitgevoerd, bleek dat een aanzienlijk deel van het afge­ voerde water niet verklaard kon worden door neerslag. Dit wijst op de aanwezigheid van gedraineerd grondwater in de pompstation afvoer.

Om de hoeveelheid gedraineerd grondwater in het afvalwatersysteem te kwantificeren, is het totale dage­ lijkse rwzi influent (East Bank rwzi, Lower 9th Ward) verzameld bij SWNBO en is er een onderscheid gemaakt tussen afvalwaterstroom, gedraineerd grondwater in droge p ­ erioden (de base flow) en gedraineerd grondwater in natte perioden. De base flow is gekwantificeerd met behulp van een reeds bestaand model ontwikkeld door Stantec. De afvalwaterstroom en het totaal gedraineerde grond­water zijn vervolgens gevonden met behulp van de gemonitorde rwzi influenttijdreeksen. De hoeveelheid influent bleek duidelijk te fluctueren, wat wijst op een sterke re­spons van rwzi influent op neerslag. Tijdens natte perioden neemt het water in het afvalwatersysteem hoofd­ zakelijk toe door extra grondwaterdruk op de afvalwater­ leidingen.

Gemonitorde grondwaterstanden uit boorgatgegevens en grondwatermonitoring verzameld door Deltares, Batture LLC en Tornqvist bevestigen de invloed van het regen­ waterafvoersysteem en het afvalwatersysteem op grond­ waterdrainage. Na regenbuien zakt het grondwaterpeil

36

38 I WATER MATTERS

Afbeelding 2: (Boven) Een schema van het grondwatergedrag voor en na regen­buien.

Na regenbuien zien we het grondwater terug zakken naar de diepte van de regenwater­ afvoersysteem (locatie ­Mirabeau, Gentilly New Orleans, gege­ vens zomer 2016).

naar een constant niveau dat samenvalt met de diepte van de waterinfrastructuur leidingen (afbeelding 2).

Om de drinkwaterverliezen te kwantificeren is, tot slot, een wateraudit van Freeman LLC gebruikt. Het totale drinkwaterverlies blijkt te bestaan uit twee componen­ ten: de schijnbare verliezen en de reële verliezen. De schijnbare verliezen omvatten onnauwkeurigheden in de meting van klanten, waterdiefstal, illegale verbindingen, problemen met gegevensverwerking en fouten in het ­factureringssysteem. De reële verliezen bestaan uit distri­ butielekkages en aansluitingslekkages. In dit onderzoek is alleen gekeken naar de reële verliezen, aangezien dit het water is wat de grond in sijpelt.

Conclusies over de waterbalans Uit de deskstudie zijn de volgende conclusies getrokken: 1) het regenwaterafvoersysteem verzorgt het grootste deel van de totale grondwaterdrainage (58 procent); 2) 50 pro­ cent van het influent van de rwzi is grondwater, wat een

grote onnodige belasting is voor het zuiveringsproces; en 3) 55 procent van het geproduceerde drinkwater infiltreert in de bodem tijdens distributie, waardoor de drinkwater­ verliezen een grotere grondwateraanvulling vormen dan het jaarlijkse neerslagoverschot (zie afbeelding 3).

Gevolgen De enorme hoeveelheid grondwater die wordt gedraineerd of in de bodem infiltreert, heeft grote fysieke en finan­ ciële gevolgen. Grondwaterdrainage via het regenwater­ afvoersysteem en het afvalwatersysteem leidt tot lagere grondwaterstanden. Dit leidt tot bodemdaling door oxidatie in veenbodems (ongeveer 12 procent van het casestudie gebied). In minerale bodems zoals klei (51 procent van het casestudie gebied) treedt er een schadelijk krimp-zwelpro­ ces op waarbij de ondergrond in droge perioden uitdroogt en krimpt en weer opzwelt in natte perioden. Hoe meer het land verzakt, hoe meer grondwater gedraineerd moet worden om grondwateroverstromingen te voorkomen, met als gevolg verdere bodemdaling; een vicieuze cirkel.

GRONDWATERDRAINAGE IN NEW ORLEANS

Afbeelding 3: De verhoudingen en hoeveelheden van de verschillende fluxen in de periode 2018-2020 (neerslag 1782 mm/jaar en verdamping ongeveer 1289 mm/jaar)

Aangezien bodemdaling met verschillende ­snelheden optreedt, afhankelijk van bodemeigenschappen en grond­watercondities, zijn er veel breuken, scheuren en ­zinkgaten in wegen, parkeerplaatsen en patio’s wat leidt tot hoge renovatie- en reparatiekosten. Een ander financieel gevolg betreft de drinkwaterverliezen. Meer dan de helft van het geproduceerde drinkwater gaat tijdens transport verloren.

Zoals hierboven vermeld, is 50 procent van het influent van de rwzi gedraineerd grondwater wat niet gezuiverd hoeft te worden. Dit vormt een enorme belasting voor de rwzi, is slecht voor de waterkwaliteit en kost veel geld. Bij grote stormen leidt dit tot directe lozing van afvalwater in de Mississippi omdat de rwzi de hoeveelheid influent plus gedraineerd grondwater niet aankan.

Het repareren van deze systemen is essentieel om al deze fysieke en financiële problemen op te lossen, maar is duur. Niet alle leidingen kunnen in één keer vervangen worden. Het is belangrijk om de meest kritieke locaties te identificeren (oudste pijpleidingen of pijpleidingen in gebieden die het ergste getroffen zijn door orkaan Katrina) en deze als eerste te herstellen. Verder is er extra onder­ zoek nodig voordat er op een locatie met de reparaties begonnen kan worden, om de invloed van verschillende drainage- en aanvullingsfluxen lokaal te voorspellen.

Herstel van het regenwaterafvoersysteem kan grondwa­ terdrainage verminderen, wat kan leiden tot grondwater­ overstromingen. Of omgekeerd: door het herstel van het drinkwaternetwerk neemt de grondwateraanvulling af waardoor bodemdaling mogelijk kan versnellen.

Deze deskstudie was gericht op New Orleans, maar grondwaterdrainage en -aanvulling via defecte leidingen is op veel plekken een groot probleem, zowel in ontwikkelde landen als in ontwikkelingslanden. Dit onderzoek toont de waarde aan van geïntegreerde stedelijke wateranalyses.

Voordat een grondwatermodel kan worden gemaakt, is het belangrijk om de beschikbare gegevens grondig te bestu­ deren en evalueren om te begrijpen wat er in het veld ge­ beurt. Pas hierna kan er een model worden gemaakt wat nauwkeurig weergeeft wat er in de werkelijkheid gebeurt.

Laura Nougues en Roelof Stuurman (Deltares) WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

Dankbetuiging Dank aan Adam Kay en Tyler Antrup van SWBNO voor hun gegevens en uitleg. En aan Bob Mora en Jennifer Snape van Batture LLC voor hun peilbuisgegevens; ook brachten ze ons in contact met Sean Walsh van Eustis Engineering LLC. Tot slot dank aan Christopher Sanchez van Stantec voor zijn hulp met het afvalwatermodel en Tor Tornqvist voor de Irish Channel grondwatergegevens.

BRONNEN National Resources Conservation Service. (2021). Web Soil Survey. https:// websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/App/HomePage.htm Nougues. Laura (2021): Groundwater drainage in New Orleans. An internship (TU Delft) at Deltares

SAMENVATTING Greater New Orleans is omgeven door de ­Mississippi, twee meren en wetlands. Door de komachtige vorm van een groot deel van de stad (onder de zeespiegel) kan overtollig regen- en kwelwater alleen worden afgevoerd met uitge­ breide pompsystemen of door verdamping. Die pompsystemen moeten ook veel weglekkend drinkwater wegpompen (meer dan de helft gaat tijdens transport verloren). Dit leidt ertoe de rwzi nodeloos wordt belast met grote hoeveelheden relatief schoon gedraineerd grondwater (de helft van het influent). Bij grote stormen leidt dit tot ­directe lozing van afvalwater in de ­Mississippi om­ dat de rwzi de hoeveelheid influent niet aankan.

Het repareren van al deze systemen is essentieel om al deze problemen op te lossen, maar is duur en kan grote veranderingen in het stedelijk grond­ watersysteem met zich meebrengen.

I 39

40 I WATER MATTERS

iStock

AUTEURS

Mollie Mary Torello en Xin Tian (KWR)

Peter van Thienen en Karel van Laarhoven (KWR)

BEELDVERWERKING VOOR AUTOMATISCHE INTERPRETATIE VAN DRINKWATERLEIDINGINSPECTIES Na de aanleg van een drinkwaternet is het de kunst om de onderhouds­ toestand van de leidingen te bewaken. De hoeveelheid data die voor dit doel worden verzameld groeit enorm, zeker als het gaat om video-inspecties.

Maar hoe vind je als drinkwaterbederijf in zo’n groeiende databerg informatie waar je wat mee kan? In andere sectoren worden hiervoor al op grote schaal beeldverwerkingstechnieken gebruikt. Kan dit ook voor de drinkwatersector een oplossing zijn?

Netwerkbeheerders vertrouwen meestal op ‘handmatige’ schattingen uit statistische ana­ lyses en assetdata om de conditie van de leidingen te voorspellen. De laatste jaren wordt er echter ook gewerkt aan mobiele inspectieplatforms. Dergelijke apparaten gebruiken camera’s en andere sensoren om het netwerk van binnenuit te beoordelen. Verdere ontwik­ kelingen in het veld zullen naar verwachting leiden tot het verzamelen van steeds grotere hoeveelheden data. Video-inspecties bijvoorbeeld zullen de drinkwatersector voorzien van miljoenen beelden van de binnenkant van de leidingen.

Voor drinkwaterbedrijven is het intekenen van de onderdelen van het leidingsysteem - zoals

BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN DRINKWATER

I 41

Afbeelding 1. Het originele camerabeeld (A) wordt met enkele voorbewerkingsstappen (B, C, D) omgezet in data waarin een computer naar patronen kan zoeken

leidingverbindingen - één waardevolle stap om de conditie van het leidingnet verfijnder in kaart te brengen. Er zitten echter miljoenen verbindingen in het leidingnet, waardoor het ondoenlijk is om ze met de hand terug te zoeken in inspectiedata. In dit artikel verkennen we de mogelijkheid om met automatische verwerking van video-inspecties de locatie van verbindingen te detecteren. Het werk is onderdeel van het project ‘Het leidingnet in beeld’ van KWR Water Research Institute.

kenmerken geëxtraheerd, zoals vorm, middelpunt of dia­ meter. Deze kenmerken zijn fundamentele informatie voor computers om objecten te herkennen of te detecteren. Ten slotte wordt de uit de beelden geëxtraheerde nuttige infor­ matie samengevat en vertaald zodat systeemoperatoren de toestand van het systeem gemakkelijk kunnen begrijpen en op basis van deze informatie beslissingen kunnen nemen.

Deze stappen worden hieronder toegelicht voor het her­ kennen van verbindingen.

Aanpak De beelden in deze studie zijn gemaakt met twee ver­ schillende apparaten die al bij Nederlandse waterbedrij­ ven in gebruik zijn. Het ene is een inspectierobot (type ­PANORAMO van het bedrijf IBAK). Het andere is een camera door de leiding beweegt (van het bedrijf Quasset).

Omdat de apparaten net verschillend zijn, produceren ze ook verschillende beelden. Beeldverwerkingsalgoritmen zullen daar mee om moeten kunnen gaan. Een voorbeeld van een opname met de IBAK is te zien in afbeelding 1A. Het conventionele proces van beeldverwerking begint met een voorbewerkingsstap die het kleurcontrast v­ erbetert.

Vervolgens wordt segmentatie toegepast, waarmee verschillende elementen in het beeld kunnen worden on­ derscheiden aan de hand van kenmerken zoals helderheid en kleur. Daarna worden uit die segmenten abstractere

Algoritme De eerste stap in het beeldverwerkingsalgoritme is het omzetten van de gegevens in grijswaarden. Aan elke pixel wordt een grijswaarde toegekend voor de hoeveel­ heid gereflecteerd licht (afbeelding 1B). De stap naar grijsschaalbeelden maakt verdere gegevensverwerking ­gemakkelijker.

Op basis van de verschillen in lichtintensiteit kan een rand­ herkenningsalgoritme (canny edge detection) vervolgens de randen tussen objecten aanwijzen (afbeelding 1C). De randen worden daarna kunstmatig extra aangezet, ‘over­ dreven’ (dilatatie) om een betere weergave van de gevonden objecten te tonen. (afbeelding 1D).

In afbeelding 1D zijn verschillende lijnen te onderschei­ den, zoals de cirkel die de verbinding markeert, maar ook de diagonale lijnen die het spoor weergeven dat de

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

40

42 I WATER MATTERS

Afbeelding 2. De cirkels die met Circle Hough Transform (CHT) in het camerabeeld worden gedetecteerd (A) en de verbinding die hieruit wordt gefilterd met een extra hierop toegspitst algoritme

i­nspectierobot achterlaat. Om een computer in staat te stellen om alleen de verbinding te detecteren, wordt vervolgens een algoritme op de gedilateerde randen toegepast dat bij uitstek geschikt is voor het detecteren van cirkelvormige patronen: de zogenaamde Circle Hough Transform (CHT). Afbeelding 2A laat zien welke cirkels het algoritme in de voorgaande stappen heeft weten aan te wijzen. Om de irrelevante cirkels te verwijderen, wordt als laatste stap in het algoritme een filter toegevoegd om die cirkels uit te sluiten waarvan de middelpunten niet in het midden van het beeld liggen. Op die manier blijft enkel de cirkel over die overeenkomt met de verbinding, zoals te zien is in afbeelding 2B. Bovenstaand algoritme kan worden losgelaten op ieder beeld in een video van de leiding. In sommige van die beelden is te veel ruis aanwezig om cirkels te kunnen detecteren. Eén verbinding is echter in meerdere opeen­ volgende beelden te zien; iedere verbinding wordt uitein­ delijk gedetecteerd op basis van de samenhang tussen ‘naburige’ beelden.

Intekenen van de gedetecteerde onderdelen Het beschreven algoritme kan dus in een video ­aanwijzen in welke beelden een verbinding te zien is en in welke niet. Om de verbindingen in te tekenen in het ­leidinginformatiesysteem is het bovendien nodig om bij ieder individueel beeld ook de bijbehorende plaats van de robot in het leidingnet te weten. Voor het ­automatisch ­bepalen van de exacte plek van leidingonderdelen is dan ook, behalve een algoritme om (bijvoorbeeld) ­verbindingen en kleppen te herkennen, ook een ­adequate ­positiebepaling van de camera nodig . Ook voor andere mogelijke inspectiedata is het essentieel om de meting

te koppelen aan de betreffende locatie en leiding. Alleen dán kunnen de drinkwaterbedrijven op basis van de inspecties hun beslissingen over specifieke leidingen aanscherpen.

Beperkingen van ‘klassieke’ beeldverwerking In bovenstaande casestudie kunnen we zien dat deze conventionele beeldverwerkingstechnieken ons al enorm kunnen ondersteunen bij de verwerking van grote hoeveel­ heden inspectiedata. Er zijn echter ook beperkingen.

De succesvolle toepassing van beeldverwerking is in dit geval te danken aan het feit dat het algoritme is toegespitst op de precieze kenmerken van het doelwit: een ronde ­verbinding in het midden van het beeld. Het ­algoritme is daardoor echter niet flexibel genoeg om het in te kunnen zetten voor andere zaken die het detecteren waard zijn, ­zoals de locaties van aanboringen, beginnende scheuren, of aantasting. Het algoritme voor verbindingen maakt gebruik van het feit dat alle verbindingen er over het algemeen hetzelfde uitzien. De vorm van aspecten zoals scheuren en aantasting zijn veel diverser, waardoor het ook moeilijker wordt om een toegespitst algoritme te ontwerpen.

Een nog belangrijkere beperking is dat een algoritme enkel op een te detecteren aspect kan worden toegespitst als we weten waar we precies naar zoeken. Dat betekent dat we onbekende afwijkingen op deze manier niet gericht kunnen opsporen. Aangezien video-inspecties van drinkwaterlei­ dingen nog niet breed worden toegepast, hebben we nog geen goed beeld van alle zaken die het detecteren waard kunnen zijn. Er is dus nog heel wat ‘handmatige’ ervaring nodig voordat beeldverwerkingsalgoritmen taken over kunnen gaan nemen.

BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN DRINKWATER

iStock

Potentieel van ‘moderne’ kunstmatige intelligentie Modernere kunstmatige-intelligentietechnieken (AI) zijn beter geschikt om diversere of onbekende objecten te detecteren. Met AI kan een zelflerend systeem objecten leren herkennen aan de hand van voorbeelden (machine learning), waarna ook nieuwe varianten van die objecten herkend worden. In andere sectoren is reeds aangetoond dat dergelijke algoritmen uiteindelijk zelfs beter kunnen worden dan mensen in het detecteren van objecten. Het is echter belangrijk om te benadrukken dat er wel duizenden tot miljoenen voorbeelden aan dergelijke algoritmen moe­ ten worden aangereikt voordat ze op eigen kracht kunnen functioneren. Hoewel kunstmatige intelligentie een zeer krachtig middel kan zijn om onbekende of diverse objecten te detecteren, is het dus geen substituut voor het opdoen van handmatige ervaring. De drinkwatersector zal toch eerst zelf aan de computers moeten uitleggen waar ze op moeten letten.

Vervolgstappen Dit artikel laat aan de hand van een voorbeeld zien dat beeldverwerkingstechnieken toepasbaar zijn om objecten geautomatiseerd te herkennen in videobeelden van water­ leidingen. Om verbindingen te detecteren werd de Circle Hough Transform-methode gebruikt – deze methode is be­ wezen doeltreffend bij het identificeren van cirkelvormige objecten. De beelden van de gedetecteerde verbindingen moeten daarnaast worden gekoppeld aan de meetlocatie.

Dergelijke vormen van geautomatiseerde dataverwerking zijn cruciaal om video-inspecties van leidingen op grote schaal te benutten.

De eerste belangrijke stap om in de toekomst computers in te kunnen zetten bij het verwerken van ­inspectiedata is ervaring op te doen, zodat we uitvinden wát we ­precies uit onze inspecties willen halen. Aan de hand van die inzichten kunnen vervolgens klassieke of m ­ odernere ­beeldverwerkingstechnieken worden opgesteld en ingeregeld. In vervolgonderzoek is het daarom zaak om eerst meer inspectiebeelden door echte mensen te laten doorspitten.

Mollie Mary Torello, Xin Tian, Peter van Thienen, Karel van Laarhoven (KWR) WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN KWR Water Research Institute, website geraadpleegd op 12-05-2022. www.kwrwater.nl/projecten/het-leidingnet-in-beeld/

SAMENVATTING Als een drinkwaterleiding eenmaal in gebruik is, wordt ze een ‘zwarte doos’. Het is moeilijk om de toestand van de leidingen te blijven controleren.

Informatie over de toestand van de leidingen is echter van vitaal belang voor een goed beheer en onderhoud door van het leidingnet. Is er bijvoorbeeld sprake van corrosie en scheuren in de ­leidingwanden? Wáár zit die kapotte verbin­ ding precies? Vroeger konden deze vragen alleen worden beantwoord door een onderzoek ter plaatse uit te voeren. Tegenwoordig bieden nieuwe inspectierobots, veelal uitgerust met camera’s, de mogelijkheid om de binnenkant van de pijpleiding te ‘zien’. Deze innovatie leidt tot een nieuwe uitdaging: het interpreteren van een over­ vloed aan data. In deze studie demonstreren we het potentieel van geautomatiseerde verwerking van inspectiedata aan de hand van een voorbeeld: de automatische detectie van verbindingen in camerabeelden van het leidingnet.

I 43

44 I WATER MATTERS

Binnenstad Eindhoven: gesimuleerde verspreiding van een fictieve verontreiniging door bestaande en geplande open bodemenergiesystemen en achtergrondstroming

AUTEURS

Alex Hockin (KWR Water Research Institute)

Niels Hartog (KWR, Universiteit Utrecht)

Martin Bloemendal (KWR, TU Delft),

EFFECT VAN BRONLOCATIE OP VERSPREIDING VAN GRONDWATERVERONTREINIGINGEN DOOR OPEN BODEMENERGIESYSTEMEN Door de groeiende vraag naar duurzame energie neemt het aantal open bodemenergiesystemen (OBES) toe. Vooral in steden zijn er echter veel verontreinigingen, o.a. door industrialisering uit het verleden. Als daar OBES-installaties worden geplaatst, kan de verontreiniging zich verspreiden en verdunnen, doordat deze systemen gelijktijdig grondwater onttrekken en infiltreren. Dit is vooral het geval als de ondiepe aquifer wordt gebruikt voor toepassing van OBES. Omdat verspreiding en verdunning van verontreiniging niet gewenst is, is het van belang om de verspreidingsmechanismen te begrijpen en eventuele beheersmaatregelen te kennen.

OPEN BODEMENERGIESYSTEMEN

Doel van dit onderzoek is om aan de hand van een casestudie het effect van de opschaling van OBES op de verspreiding van verontreinigingen in het grond­ water te kwantificeren. Daarnaast geven we inzicht in de m ­ ogelijkheden om in de praktijk met goed beheer verspreiding te beperken. Het onderzoek is onderdeel van het WarmingUP onderzoeksprogramma over de opschaling van OBES, wat nodig is voor de grootschalige toepassing van aquathermie.

Verspreiding van grondwaterverontreiniging door OBES OBES beïnvloeden op verschillende manieren de ­verspreiding van verontreinigingen in een aquifer ­(Bloemendal et al., 2022): 1. menging en homogenisering van de concentratie verontreinigende stoffen over de gehele diepte van de aquifer; 2. vermenging van verontreinigd water met het om­ ringende grondwater door transport van warme naar koude bronnen en omgekeerd; 3. dispersie aan de randen van het geïnjecteerde ­volume in het omringende grondwater; 4. veranderingen van grondwaterstroming (richting en/ of omvang); 5. onvolledig terugwinnen van het geïnjecteerde volume door achtergrondstroming of onbalans van het OBES; 6. als de hydraulische straal van verschillende OBES-­ installaties overlappen, treedt kortsluitstroming op tussen verschillende OBES. Dit effect is sterker wanneer OBES niet in balans zijn.

In gebieden met veel OBES zorgt vooral kortsluitstroming voor snelle verspreiding. Gewoonlijk worden OBES-­ bronnen zo geïnstalleerd dat elk systeem zich buiten de thermische straal van een ander systeem bevindt.

De hydraulische straal, hier gedefinieerd als het gebied waarin het per seizoen verpompte water zich bevindt, is echter 1,5 tot 2 maal zo groot als de thermische straal, en verontreinigingen verplaatsen zich juist binnen de hydraulische straal.

Als de verontreiniging in opgeloste fase in het grond­ water zit, verspreidt en verdunt de verontreiniging over een groter gebied door vermenging van verontreinigd grondwater met schoon grondwater. Als er puur product aanwezig is (zaklaag of drijflaag), kan de OBES ertoe leiden dat meer van het pure product in oplossing in het grondwater komt (Zuurbier et al., 2013).

WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

I 45

Modelstudie Met de stad Eindhoven als casus zijn er drie scenario’s gemodelleerd waarin de aantallen en de indeling van OBES zijn gevarieerd: 1. de huidige situatie van de bestaande /vergunde OBES (n=48); 2. ‘Business as Usual’ (BaU) ofwel de standaardindeling, waarbij de afstand tussen de bronnen driemaal de thermische straal bedraagt (n=154); 3. Hoge Dichtheid (HD): in het gebied met de ­grootste vraag, werden de bronnen geoptimaliseerd voor ­thermisch rendement. Bronnen van dezelfde ­temperatuur werden geclusterd om meer systemen te kunnen accommoderen, waardoor de afstand tussen bronnen werd verkleind en de gemiddelde afstand tussen putten van verschillende temperatuur werd vergroot. Dit resulteerde in meer systemen (n=190).

De simulaties beslaan een periode van 10 jaar. Voor de twee toekomstscenario’s (BaU en HD) zijn 2 beheers­ maatregelen getest om de verspreiding van verontreini­ ging te beperken: A. Netto onttrekking: hiervoor zijn de 6 OBESbronnen geselecteerd die zich het dichtst bij de verontreiniging bevinden. Van deze bronnen is 90 procent van het opgepompte volume opnieuw geïnjecteerd, in de veronderstelling dat de rest bovengronds wordt gezuiverd en apart geloosd.

B. Zuivering & herinjectie: voor dezelfde 6 bronnen wordt 50 procent gezuiverd en opnieuw geinjecteerd.

Deze verwijdering is relatief hoog en is bedoeld om een best-case te simuleren.

De verontreiniging is gesimuleerd als een ­conservatieve tracer zonder degradatie of adsorptie, die een worst-case voor verspreiding representeert. Er zijn twee situaties gesimuleerd: een pluimverontreiniging en een puur ­product zone, waarbij de laatste een half zo groot gebied bestrijkt als de eerste. Beide simulaties zijn uitgevoerd met een dimensieloze concentratie van 100. Ze zijn geëvalueerd aan de hand van de totale verspreiding (oppervlakte van de 10-4 contour in m2) en de veront­ reinigingsgraad, gedefinieerd als totale massa van de ­verontreiniging in verhouding tot het totale jaarlijks verpompte volume van de OBES.

44

46 I WATER MATTERS

Afbeelding 1. De verspreiding van de verontreiniging na 10 jaar voor de bestaande (links), de BaU- (midden) en HD- (rechts) scenario’s voor de pluimverontreiniging (boven) en de verontreiniging met puur product (onder) . Elke subplot toont de concentratie in een gebied van 3x3 kilometer.

Elke zwarte stip is een OBESput, en de rode stip geeft het massamiddelpunt van de pluim.

Afbeelding 2. Het effect van verschillende beheersingsmaat­ regelen op de verspreiding van een verontreinigingspluim voor de twee toekomstscenario’s, BaU (links) en HD (rechts). Elke ­subplot toont de concentratie van de verontreiniging in een gebied van 3x3 kilometer, de contouren geven het verdunningsniveau van de verontreiniging aan. Elke zwarte stip is een OBES-bron, en de rode stip geeft het massa­ middelpunt van de pluim aan.

De drie scenario’s vergeleken Wanneer we voor de pluimverontreiniging de drie bronplaatsingsscenario’s zonder beheersmaatregelen vergelijken, geeft het scenario met alleen de ­bestaande systemen relatief gezien de grootste verspreiding ­(afbeelding 1). Dit komt doordat in dit scenario de (wei­ nige) OBES-bronnen verder uit elkaar liggen dan in de BaU- en HD-scenario’s. Als er kortsluitstroming tussen verschillende OBES optreedt, is de afstand waarover de verontreiniging zich verspreidt dus veel groter dan in de BaU- en HD-scenario’s.

De absolute verspreiding neemt toe bij meer bronnen, en het verontreinigde gebied is dan ook het grootst in het HD-scenario. In het HD-scenario is de pluim na 10 jaar in het algemeen 30-57% groter dan in het BaU-scenario.

Het aantal putten in het HD-scenario is echter ook 23% hoger (NB Wanneer de mate van verspreiding voor de

BaU- en HD-scenario’s wordt vergeleken met het totaal verpompte volume, is er weinig verschil (+/- 1%)).

Daarom is er in de praktijk een trade-off tussen de ver­ spreiding van de verontreiniging, de verbeterde thermi­ sche efficiëntie als gevolg van het clusteren van putten met dezelfde temperatuur en de daaruit voortvloeiende optimalisatie van het gebruik van de ondergrond voor OBES. Wanneer de verontreiniging puur product is, verandert de totale verspreidingsgraad in elk scenario niet veel in vergelijking met de pluim, hoewel het gebied met hoge concentraties wel groter is.

Maatregelen tegen verspreiding Zoals te verwachten valt, leidt een netto-onttrekking van verontreinigd water aan OBES tot een verminde­ ring van de totale verontreinigingsmassa (afbeelding 2).

OPEN BODEMENERGIESYSTEMEN

De reductie in het BaU- en het HD-scenario bedraagt ­respectievelijk 22 en 28 procent voor het pluimopper­ vlak en 68 en 77 procent voor de totale massa. Zuivering met h ­ erinjectie is iets minder effectief maar geeft nog steeds een vermindering van 14-18 procent van het ­pluimoppervlak en 49-61% van de totale massa. De betere prestatie van de netto-onttrekking is te danken aan het feit dat er een groter deel van de verontreiniging wordt verwijderd.

Het onttrekken van 10 procent extra voor behandeling aan OBES-putten die zich het dichtst bij de verontrei­ niging bevinden, bleek de meest effectieve optie te zijn om de verspreiding van de verontreiniging te ­beperken.

Uiteraard bleek ook dat de controlemaatregelen voor netto-onttrekking en zuivering & herinjectie het ­doeltreffendst waren in de eerste jaren van de toepas­ sing. Van de totale verwijderde verontreinigingsmassa werd 90 procent verwijderd in de eerste drie jaar van de simulatie. Bovendien waren slechts enkele putten verantwoordelijk voor de verwijdering van het groot­ ste deel van de verontreiniging, wat betekent dat een maatregel als zuivering in tijd en ruimte moet worden ­geoptimaliseerd. Zo kan bijvoorbeeld een trapsgewijze zuivering worden toegepast, waarbij in eerste instantie de volumes met hoge concentraties in de eerste ­jaren worden behandeld, gevolgd door een zuivering die doeltreffender is voor de verwijdering van laaggecon­ centreerde stromen.

Conclusies Uit de modelstudie blijkt dat de locaties van OBES-­ bronnen en de soort verontreiniging (pluim of puur product) van invloed zijn op de mate waarin veront­ reinigingen zich in het grondwater verspreiden. De keuze en uitwerking van maatregelen om verspreiding van een verontreiniging tegen te gaan, zijn daarom ook ­afhankelijk van de lokale omstandigheden. Niet­ temin maken de resultaten duidelijk dat het in een gebied met veel OBES niet mogelijk is de verspreiding van grond­waterverontreinigingen te voorkomen. Hoe hoger de dichtheid van OBES-bronnen, hoe groter de ­verspreiding. In de praktijk lukt beperking van versprei­ ding het best bij een vroegtijdige beoordeling van lokale ­verontreinigingen, de juiste keuze van maatregelen en een zorgvuldige selectie van OBES-bronnen om de ­maatregelen op toe te passen. Bovendien is het be­ langrijk om beheersmaatregelen vanaf het begin toe te passen, aangezien deze het meest doeltreffend zijn in de eerste jaren van toepassing.

Alex Hockin (KWR Water Research Institute), Martin B ­ loemendal (KWR, TU Delft), Niels Hartog (KWR, Universiteit Utrecht) WATER MATTERS NO.14 JUNI 2022

BRONNEN Bloemendal, M., Hockin, A., J., V., Hoekstra, N., & van Ree, D. (2022).

Effecten van aan aquathermie gekoppelde bodemenergiesystemen op de ondergrond. 3B Effecten, rol en regelgeving. WarmingUp Innovatief Duurzaam Warmtecollectief.

Zuurbier, K. G., Hartog, N., Valstar, J., Post, V. E. A., & Van Breukelen, B.M. (2013). The impact of low-temperature seasonal aquifer thermal energy storage (ATES) systems on chlorinated solvent contaminated groundwater: Modeling of spreading and degradation. Journal of Contaminant Hydrology, 147, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2013.01.002

SAMENVATTING In steden is het eerste watervoerende pakket geregeld verontreinigd. Door toepassing van open bodemenergiesystemen (OBES) kan zo’n veront­ reiniging zich verspreiden. In een ­gemodelleerde casestudy is de mate van verspreiding gekwan­ tificeerd voor de binnenstad van ­Eindhoven, en zijn twee maatregelen om verspreiding tegen te gaan getest. Wat blijkt is dat het bij veel OBES praktisch onmogelijk is om verspreiding en verdunning van verontreinigingen te ­voorkomen.

Hoewel de verspreiding het sterkst was bij de hoogste dichtheid (190 installaties op 9 km2), waren de verschillen met het scenario met minder OBES (154) niet groot. Netto-onttrekking en bovengrondse zuivering kunnen de versprei­ ding beperken en zijn het meest effectief in de eerste paar jaar na ingebruikname van OBES .

Voor de praktijk betekent dit dat het zaak is om lokale verontreinigingen te lokaliseren voor de OBES wordt gestart, en de OBES-bronnen om de maatregelen op toe te passen, zorgvuldig te selecteren.

I 47

Het kennismagazine Water Matters van H2O is een initiatief van Koninklijk Nederlands Waternetwerk Onafhankelijk kennis(sen)netwerk voor en door Nederlandse water­ professionals.

Water Matters wordt mogelijk gemaakt door Deltares Onafhankelijk kennisinstituut op het gebied van water, ondergrond en infra­ structuur. Wereldwijd wordt gewerkt aan slimme innovaties, oplossingen en toepassingen voor mens, milieu en maatschappij.

KWR Water Research Institute Instituut voor toegepast wetenschappelijk wateronderzoek dat kennis gene­ reert en samenbrengt voor innovaties in en optimaal beheer van de waterke­ ten.

Royal HaskoningDHV Onafhankelijk internationaal advies-, ingenieurs- en projectmanagement­ bureau, dat samen met klanten en partners een bijdrage levert aan een duurzame samenleving.

Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) Kenniscentrum van regionale waterbeheerders in ­Nederland, dat zorgt voor het ontwikkelen, bijeenbrengen, delen en implementeren van kennis die nodig is om de opgaven waar waterbeheerders voor staan, goed uit te voeren.