Water: gewoon bijzonder

Geplaatst op 6 april 2023

Wat maakt water zo bijzonder? Allereerst maakt water het leven op aarde mogelijk. Maar water doet méér. Water heeft namelijk een aantal unieke eigenschappen waardoor we het voor de meest uiteenlopende doeleinden kunnen gebruiken. We kunnen ermee verwarmen en koelen, we gebruiken het als reinigingsmiddel, om energie op te wekken en nog veel meer. Water heeft vaak wel een bewerking nodig voor we het kunnen gebruiken voor de verschillende toepassingen.

We beginnen met een paar weetjes. Wist u dat: 

• het menselijk lichaam voor ongeveer 80% uit water bestaat?
• 70% van het aardoppervlak bedekt is met water?
• water de chemische verbinding is die het meest voorkomt op aarde?
• water de vloeistof is met de hoogste soortelijke warmte?
• water een hoge verdampingswarmte heeft?
• water een bijzonder groot oplossend vermogen heeft voor allerlei stoffen?

Water is uniek

Water bezit een aantal zeer unieke eigenschappen, waarvan de natuur en de techniek goed gebruikmaken. We lichten er een paar uit.

Water heeft een laag molecuulgewicht maar is toch vloeibaar bij kamertemperatuur. Andere stoffen met een dergelijk laag molecuulgewicht zouden gasvormig zijn.

Water is ook de vloeistof met de hoogste soortelijke warmte. Dat wil zeggen dat water meer warmte zal opnemen dan andere vloeistoffen, voordat de temperatuur een graad stijgt. Deze eigenschap zien we terug in de natuur: zeeën en meren hebben een thermoregulerend effect op het klimaat. De technische toepassing van deze eigenschap is het gebruik van water als koelmiddel. Hierbij speelt de hoge verdampingswarmte van water ook een belangrijke rol: er is veel energie nodig voor de verandering van vloeistof naar gas. Dit fenomeen is belangrijk bij koeltorens: water heeft een groter koelend vermogen dan veel andere vloeistoffen omdat het verdampen veel energie kost.

Bovendien heeft water een bijzonder groot oplossend vermogen voor allerlei stoffen. Dat maakt water bijzonder geschikt als transportmiddel bij vele industriële toepassingen – voor de afvoer van afvalstoffen – én als reinigingsmiddel.

Samenvattend: water is de chemische verbinding die op aarde het meest voorkomt en die door zijn speciale structuur een groot aantal unieke eigenschappen in zich verenigt.

Gebruik van water

Door zijn unieke eigenschappen wordt water voor verschillende doeleinden gebruikt:

• als transportmiddel voor materialen, bijvoorbeeld vervoer per schip maar ook transport van afvalstoffen;
• als warmtetransportmiddel, bijvoorbeeld voor verwarming en koeling van gebouwen door een cv-systeem of een koelsysteem;
• als verdampingsmiddel, bijvoorbeeld voor het onttrekken van warmte in een koeltorensysteem;
• als medium voor het opwekken en transporteren van energie, bijvoorbeeld de combinatie stoomketel en stoomturbine.

En, niet te vergeten, we gebruiken water ook als drinkwater, voor sanitaire doeleinden, als brandbluswater, als oplos-, verdampings- en reactiemedium voor spoelen en wassen, voor uitstomen en steriliseren, en – voor de liefhebber – om in te zwemmen.

Puur water bestaat niet

Water moet aan verschillende eisen voldoen, afhankelijk van het gebruiksdoel van het water en de aard en samenstelling van de materialen waarmee het water in aanraking komt. Dat maakt dat beschikbaar water in lang niet alle gevallen ook direct toepasbaar is. Vaak moet water eerst een behandeling ondergaan. Als in de techniek over waterbehandeling wordt gesproken, gaat het meestal niet om het water (H₂O) zelf, maar om de stoffen (maar ook gassen) die erin zijn opgelost. Een van de unieke eigenschappen van water is tenslotte een groot oplossend vermogen voor allerlei stoffen. Puur water bestaat dan ook niet. Water is namelijk steeds in contact met de omgeving en lost daaruit stoffen op. Het zijn vaak deze opgeloste stoffen die bij het gebruik van water tot problemen kunnen leiden, zoals we verderop zullen zien.

99,999% zuiverheid

Zilver dat per kilogram 500 microgram aan onzuiverheden bevat, krijgt het predicaat ‘zeer zuiver’. Voor water gelden andere maatstaven. Het drinkwater dat thuis uit de kraan stroomt, heeft al een opgelostestoffengehalte van ongeveer 500 microgram per liter (soortelijk gewicht = 1,0 kg/l). Zuiver water, zoals een goede kwaliteit gedemineraliseerd water, bevat ongeveer 10 microgram per liter aan opgeloste stoffen. We hebben het dan over water met een zuiverheid van 99,999%. De verontreinigingen in waterbehandeling zijn dan ook betrekkelijk gering. Toch kunnen deze betrekkelijk geringe verontreinigingen (ernstige) problemen veroorzaken, waardoor waterbehandeling noodzakelijk wordt.

Behandeling van water

In sommige gevallen moet water dus worden behandeld. Bijvoorbeeld om afzettingen te voorkomen in een stoomketelinstallatie, zeker als het gaat om stoombereiding voor een stoomturbine. Of drinkwater dat gebruikt wordt voor de bereiding van infuusvloeistoffen. Het spreekt voor zich dat dat water nog veel verder gezuiverd moet worden. Soms is het noodzakelijk om verder te kijken dan alleen naar het gebruik van water. Neem het retourneren van stoom dat in een ketel wordt gevormd. Dan is het belangrijk om corrosie van het condensaatnet te voorkomen. Bijvoorbeeld door een behandeling van het suppletiewater vooraf, of door een behandeling van het condensaat, al dan niet in combinatie met toepassing van het juiste materiaal.

Voorbeelden van waterbehandeling

Waterbehandeling wil zeggen: alle maatregelen die worden genomen bij watervoerende installaties om een zodanige waterkwaliteit te verkrijgen die afzettingen voorkomt en corrosie vermindert, en waarmee aan algemene milieu- en hygiënische normen wordt voldaan. Voorbeelden van waterbehandeling zijn:

• onthardingsinstallaties. Hierbij worden de hardheidvormende ionen Ca²⁺ (calcium) en Mg²⁺ (magnesium) uit het water verwijderd;
• omgekeerde osmose-installatie. Hierbij worden de stoffen die in het water zijn opgelost uit het water verwijderd;
• UV-installatie. Hierbij worden de schadelijke kiemen in het water gedood;
• filtersystemen. Hierbij worden onopgeloste stoffen en zwe­vende deeltjes in het water tegengehouden. 

Waterbehandeling in ontwerpstadium

Nadenken over waterbehandeling in het ontwerpstadium van projecten kan tot aanzienlijke kostenbesparingen leiden. In dit stadium is het namelijk mogelijk om voor een eenvoudigere waterbehandeling te kiezen. Dat kan door een andere materiaalkeuze te maken voor de betreffende watervoerende installatie of door kleine wijzigingen in de opzet aan te brengen. Door bijvoorbeeld een koeltorenwatersysteem corrosie-vast te bouwen (met RVS of kunststof), kan onthardwater toegepast worden en zijn chemicaliën om de hardheid in oplossing te houden, niet nodig.

In dit stadium is het ook relevant om vast te stellen welke kwaliteit van waterbehandeling überhaupt nodig is, en de voors en tegens van verschillende mogelijkheden tegen elkaar af te wegen. Een ontharder kan de hardheid van water verlagen en daarmee kalkafzetting voorkomen. Helaas is een ionenwisselaar om water te ontharden ook vaak een bron van bacteriën die de waterkwaliteit microbiologisch kan verminderen. Als de waterbehandelingsinstallatie eenmaal staat, is het vaak lastig en/of kostbaar om aanpassingen te doen, of zijn extra beheerstaken nodig om de kwaliteit goed te krijgen.

Borging van waterkwaliteit

We hebben eerder gezien dat voor verschillende toepassingen verschillende waterkwaliteiten gelden. Bij de noodzakelijke waterkwaliteit spelen zaken als hygiëne, corrosie en kalkafzetting een belangrijke rol. In veel gevallen hebben overheidsinstanties, norminstituten en leveranciers richtlijnen opgesteld voor de verschillende waterkwaliteiten. Bijvoorbeeld de NfN-richtlijn, voor water dat gebruikt wordt voor dialyse, het Drinkwaterbesluit van de Rijksoverheid en ISSO-publicaties over installaties. In deze documenten staat niet alleen welke waterkwaliteit vereist is, maar vaak ook waaraan een installatie moet voldoen.

Ken uw installatie

En natuurlijk geldt: meten is weten. Met periodieke watercontroles is het mogelijk om aan te tonen dat water aan de richtlijnen/wettelijke eisen voldoet. Naast de verplichte controles is het zinvol een op maat gemaakt onderzoeksprogramma op te (laten) stellen. Met goedgekozen parameters is het bijvoorbeeld mogelijk om veroudering of aantasting van installaties vast te stellen. Om tot een juist onderzoeksprogramma te komen, is het devies: ken uw installatie. Naast kennis van materiaal, functie en werking houdt dit in: ga na hoe en door welke ruimtes het leidingwerk loopt, ken de toepassing en wijze van gebruik van de watersoort en ga na welke wetgeving hiervoor geldt.

Belang van goed onderzoeksprogramma

Mede door de al eerder genoemde unieke eigenschappen van water komt er heel wat bij kijken om een goed onderzoeksprogramma op te stellen. Belangrijk is ook om niet het doel van de meting uit het oog te verliezen. Het doel van een onderzoeksprogramma moet niet alleen zijn om vast te stellen of er op het moment van monstername (gezondheids)risico’s zijn. Met een juist onderzoeksprogramma is het mogelijk om te toetsen of beheersmaatregelen goed worden uitgevoerd, of de beheersmaatregelen passen bij de ingeschatte risico’s en of de installatie naar behoren functioneert.

Door niet alleen naar de huidige resultaten te kijken, maar deze in een historisch overzicht te plaatsen, wordt het mogelijk om tijdig in actie te komen als dat nodig is. Op deze manier zorgen de controles dus voor grip op de waterbehandelingsinstallatie. Niets is vervelender dan uitval van een installatie of geconfronteerd worden met een onvoldoende waterkwaliteit vlak voor een belangrijke externe audit.

Meer informatie?

C-mark biedt begeleiding bij het complete traject: van het maken van de juiste keuze voor de waterbehandeling, het opstellen van beheersplannen tot het bewaken van de waterkwaliteit. En zijn er binnen een bedrijf meerdere afdelingen die een bepaalde waterkwaliteit nodig hebben, dan helpt C-mark om het totaaloverzicht te houden. Wilt u de mogelijkheden bespreken? Dat kan. Neem daarvoor contact op met onze specialisten via c-mark@ftbnl.eurofins.com of 088 – 831 05 00.