PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze Eeklo GEÏNTEGREERDE PROEF. Schooljaar Jonas Baecke 6IW. Heirstraat 9, 9910 Ursel

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze 131 9900 Eeklo

GEÏNTEGREERDE PROEF Schooljaar 2015 - 2016

Jonas Baecke 6IW Heirstraat 9, 9910 Ursel

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze 131 9900 Eeklo

GEÏNTEGREERDE PROEF KWALITEIT VAN OPPERVLAKTEWATER Schooljaar 2015 - 2016

Jonas Baecke 6IW Heirstraat 9, 9910 Ursel

Woord vooraf Als onderwerp voor mijn eindwerk koos ik het bespreken van de kwaliteit van water en het uitwerken van een geautomatiseerd proces om met een kleurensensor enkele parameters betreffende waterkwaliteit te meten. Het gebruik van de kleurensensor vloeit voort uit een GIP-werk dat vorig jaar gerealiseerd werd, hierbij werd de sensor gebruikt om vlaggendetectie te realiseren. De sensor in deze GIP wordt gebruikt om parameters zoals zuurtegraad en hardheid van water te bepalen. Het doel is het vereenvoudigen van het bepalen van de waterkwaliteit. Mijn eindwerk kwam tot stand door samenwerking met Brecht Lorré, Klaas Van Dorpe en Stef Van Wassenhove. Eerst en vooral zou ik mijn leerkracht Elektronica, de heer Geert Gervoyse, willen bedanken voor het idee en de praktische begeleiding. Zonder hem zou ik het nooit klaargespeeld hebben en zou het idee nooit gegroeid zijn tot wat het eindwerk nu is. Ook heb ik enorm veel praktische kennis opgedaan dankzij hem, van het solderen en realiseren van een eigen ontwerp tot het vinden van productieve oplossingen. Ook kon ik met elke vraag betreffende de GIP bij hem terecht. Hij weet altijd wel raad met moeilijke situaties, maar geeft niet direct het antwoord zodat wij ook nog moeten nadenken. Natuurlijk wil ik ook mijn partners Brecht Lorré, Klaas Van Dorpe en Stef Van Wassenhove bedanken om dit project samen met mij te verwezenlijken. Het is enorm leerrijk geweest samen te werken in deze dynamische groep. Graag bedank ik ook mevrouw Hilde Van Houtte en mevrouw Hilde De Jaeger voor de vele uren die zij besteedden aan het herlezen van de theoretische bundel en omdat ze ons bijstonden in onze zoektocht naar informatie. Ook waren zij steeds bereid om hun mening te geven op vragen die ik had of mee te helpen zoeken naar informatie die ik niet zelf kon vinden. Wanneer ik compleet de verkeerde weg in sloeg, waren zij onmiddellijk daar om bij te sturen waar nodig. Ook richt ik graag een woordje van dank aan mevrouw Evelien Vercleyen die geholpen heeft bij de wiskundige kant van ons project en mee heeft nagedacht over de uitwerking van een algoritme om kleuren te kunnen bepalen. Wat eerst een onmogelijke taak bleek te zijn, is tot een mooi resultaat gebracht dankzij haar. Ook wanneer de motivatie het even liet afweten was er altijd de klare kijk op de feiten en de motivatie van mevrouw Evelien Vercleyen. Verder wil ik nog alle leerkrachten bedanken die voor en achter de schermen aan de GIP een bijdrage leverden, elke schakel is belangrijk in een dergelijk project waarvoor een uitdrukkelijk welgemeende dank aan al deze schakels.

Inhoudsopgave WOORD VOORAF

4

INLEIDING

8

1

9

VEELGEBRUIKTE TERMINOLOGIE

1.1 SOORTEN WATER 1.2 WATERKRINGLOOP 1.3 ZELFREINIGEND VERMOGEN VAN OPPERVLAKTEWATER 1.4 EUTROFIËRING 1.5 GROOTHEDEN I.V.M. DE VERVUILINGSGRAAD 1.5.1 ZUURTEGRAAD (PH) 1.5.2 BOD 1.5.3 COD 1.5.4 IE 1.5.5 FOSFATEN EN NITRATEN

9 9 10 11 13 13 14 14 14 15

2

16

BRONNEN VAN OPPERVLAKTEWATERVERVUILING

2.1 INDUSTRIE 2.1.1 METAALIONEN 2.1.2 RADIOACTIEVE STOFFEN 2.1.3 THERMISCHE VERONTREINIGING 2.1.4 ORGANISCHE AFBRAAKPRODUCTEN 2.1.5 VERZURING 2.2 LANDBOUW 2.2.1 OVERBEMESTING 2.2.2 PESTICIDEN 2.3 HUISHOUDEN 2.3.1 OORZAKEN 2.3.2 AARD VERVUILENDE STOFFEN 2.3.3 TRANSPORTROUTES VAN HUISHOUDELIJK AFVALWATER

16 17 18 19 20 20 21 21 26 27 27 29 30

3

31

REGELGEVING

3.1 EUROPEES WATERBELEID 3.1.1 EUROPEES KADERRICHTLIJN WATER 3.1.2 VOORBEELDEN 3.2 VLAAMS WATERBELEID 3.2.1 VLAREM 3.2.2 MAP 5

31 31 34 35 35 38

4

38

DE WATERKWALITEIT IN VLAANDEREN

4.1 GEMIDDELDE AMMONIUMGEHALTE 4.2 ZUURTEGRAAD 4.3 NUTRIËNTEN 4.3.1 TOTAAL FOSFOR 4.3.2 NITRAAT 4.4 BESTRIJDINGSMIDDELEN 4.5 ZWARE METALEN 4.6 EVOLUTIE OPGELOSTE DIZUURSTOF 4.7 BOD

38 39 40 40 41 41 41 42 42

4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 5

DE BIOLOGISCHE WATERKWALITEIT DE BACTERIOLOGISCHE WATERKWALITEIT ZWEVENDE DEELTJES OPGELOSTE IONEN HARDHEIDSGRAAD VAN WATER OPPERVLAKTEACTIEVE STOFFEN GEVAARLIJKE STOFFEN

43 43 44 44 44 45 46

ANALYSE VAN OPPERVLAKTEWATER

46

5.1 STAALNAME VAN WATER 5.1.1 SOORTEN RECIPIËNTEN: 5.1.2 KEUZE VAN DE MONSTERNAMELOCATIE 5.1.3 EIGEN STAALNAMES 5.2 WERKWIJZE VAN DE CHEMISCHE ANALYSE 5.2.1 ZUURTEGRAAD (PH) 5.2.2 NITRIET-/NITRAATIONEN 5.2.3 AMMONIUMIONEN 5.2.4 FOSFAATIONEN 5.2.5 ZUURSTOFGEHALTE 5.2.6 IJZERGEHALTE 5.2.7 HARDHEID 5.2.8 CHLORIDEN 5.3 PRAKTISCHE UITVOERING VAN ANALYSE VAN WATER 5.3.1 STALEN 5.3.2 RESULTATEN 5.3.3 INTERPRETATIE VAN DE MEETRESULTATEN.

46 47 47 48 48 48 49 50 51 51 52 52 54 54 54 54 55

6

57

PRAKTISCHE INTEGRATIE

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13 7 7.1 8 8.1 9

INLEIDING KLEURSENSOR TCS3200 GEBRUIK VAN DE SENSOR ETSEN UITSNIJDEN BOREN LAKKEN BESTUKKEN DE KEUZE VAN DE LICHTBRONNEN HET UITVOEREN VAN EEN METING HET KALIBREREN VAN DE SENSOREN MEETRESULTATEN AUTOMATISATIE

CHEMIE OEFENING BUFFERMENGSEL BEREIDEN MET GEGEVEN PH INTEGRATIE WISKUNDE KLEURENALGORITME TAALINTEGRATIE

9.1 NEDERLANDS 9.1.1 STAGEAANVRAAG 9.1.2 SOLLICITATIEBRIEF 9.1.3 VERZOEKMAIL

58 58 59 61 63 64 64 64 65 67 68 71 72 73 74 75 76 78 79 80 80 80

9.1.3.1 BOUWPLAN 9.2 FRANS 9.2.1 DEMANDE DE DOCUMENTATION 9.2.2 COMPRÉHENSION ÉCRITE 9.2.3 LES CAPTEURS : QUESTIONNAIRE TECHNIQUE 9.2.4 LES CAPTEURS : LEXIQUE BILINGUE 9.3 ENGELS 9.3.1 FORMAL LETTER 9.3.2 TECHNICAL TEXT 9.3.3 GLOSSARY 9.3.4 QUESTIONS AND ANSWERS 9.3.5 SUMMARY AND OUTLINE 9.3.6 QUESTIONS & ANSWERS 9.3.7 SUMMARY AND OUTLINE • LED ≠ DEVICE • DIODE • PRODUCING LIGHT • ADVANTAGES

85 86 87 87 87 89 96 97 97 97 97 97 106 108 109 109 109 109

10

110

ICT

10.1 WEBSITE

111

11

FIGUURLIJST

112

12

TABELLIJST

113

BESLUIT

114

13

BRONNEN

116

14

LOGBOEK

118

15

BIJLAGEN

125

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10 15.11 15.12 15.13

BIJLAGE 1: DATASHEET TSC3200 BIJLAGE 2: DATASHEET ULN 2003 BIJLAGE 3: DATASHEET LED 1 BIJLAGE 4: DATASHEET LED 2 BIJLAGE 5: DATASHEET LED 3 BIJLAGE 6: DATASHEET ARDUINO BIJLAGE 7: SCHEMA KLEURENSENSOR BIJLAGE 8: ARDUINO PROGRAMMA BIJLAGE 9: GEOGEBRA KLEURMETING ZONDER INTENSITEIT BIJLAGE 10: GEOGEBRA KLEURMETING MET INTENSITEIT BIJLAGE 11: GEOGEBRA PH-METING BIJLAGE 12: GRAFIEK KLEURMETING BIJLAGE 13: OVERZICHT GEBRUIKTE KLEUREN

126 126 126 126 126 126 126 126 126 126 126 126 126

6 TSO-IW

Inleiding

8

Inleiding Wanneer theorie en praktijk elkaar ontmoeten en hierbij kan je ook nog eens een leuk projectje maken, bekom je een perfecte GIP-opdracht. Waterkwaliteit is tegenwoordig een enorm belangrijk onderwerp in de moderne samenleving. Automatisering is echter ook ondenkbaar. In dit eindwerk wordt een kleurensensor gebruikt om tal van parameters omtrent waterkwaliteit de controleren. Ook de theoretische achtergrond wordt hierbij besproken. Deze sensor is afkomstig uit de GIP van enkele leerlingen van vorig jaar. Ook hadden andere leerlingen uit 6EIT een kleurensensor nodig om blokjes te kunnen onderscheiden op een sorteermachine. De sensor kon dus ook geïntegreerd worden in deze GIP aangezien ook voor dit eindwerk moet worden vertrokken van een sensor die kleuren onderscheidt. Dit is slechts een greep uit de processen waarbij deze sensor kan gebruikt worden. Het belangrijkste aspect in dit eindwerk is dat er kleuren kunnen worden gedetecteerd en onderscheiden. In deze GIP is een proces uitgedacht waarmee simpel de nodige parameters als hardheid en zuurtegraad in de gaten kunnen worden gehouden of gecontroleerd. Vandaar het idee om het controleren van parameters die de kwaliteit van water bepalen te automatiseren. Hiervoor gebruikten we een kleurensensor. Je kan echter geen praktische realisatie maken zonder de nodige dosis theorie. Belangrijke terminologie, de regelgeving, de bronnen van vervuiling en de paramaters zijn belangrijk om te bestuderen alvorens een geautomatiseerd project op poten te zetten. Als eerste deel van deze bundel vind je dus de theoretische studie omtrent waterkwaliteit. Na de nodige studie kan een proces worden uitgedacht. Het is belangrijk te vertrekken van een idee op papier en de nodige voorafgaande praktische ideeën. In deze GIP is gebruikt gemaakt van een kleurensensor (TCS3200) om kleuren op meetstrookjes te kunnen verwerken via een Arduino om zo de waarde te bekomen aanwezig op het meetstrookje. Van al ons praktisch werk is een korte maar krachtige beschrijving te vinden, ook de theoretische achtergrond die nodig was om de praktijk tot een goed einde te brengen. In dit praktische deel gaan we tot het detecteren van kleuren. Wanneer we dan nog dieper ingaan op mogelijke geautomatiseerde processen zullen we enkel een theoretisch model bekijken. Verder is ook nog de integratie van mijn taalvakken Nederlands, Frans en Engels te vinden. Op het einde van deze GIP-bundel kan u een uitvoerig besluit over dit project nalezen.

Industriële Wetenschappen

Schooljaar 2015-2016

6 TSO-IW

kwaliteit van oppervlaktewater

9

1 Veelgebruikte terminologie 1.1 Soorten water De omschrijving die in dit eindwerk wordt gebruikt voor de verschillende soorten water zijn: • Afvalwater: water dat huishoudens en bedrijven hebben gebruikt. Dit water komt in de riolering terecht en wordt afgevoerd naar een afvalwaterzuiveringsinstallatie, waar het gezuiverd wordt. Na zuivering stroomt het water weer het oppervlaktewater in, zoals een rivier of sloot. • Flessenwater: Water dat verkocht wordt in flessen en dat vervolgens gebruikt wordt als drinkwater of voor huishoudelijk gebruik. • Grondwater: water dat in de ondergrond is doorgedrongen. Het wordt gewonnen uit diepe geboorde putten. Grondwater uit diepe lagen heeft vrijwel constant dezelfde samenstelling en is vrij van chemische en bacteriologische vervuiling en is van een uitstekende kwaliteit. Dat is minder het geval met ondiep grondwater omdat de kans bestaat dat er scheikundige stoffen of bacteriën in doordringen. • Hemelwater: dit is een verzamelnaam voor water dat uit de hemel valt zoals regen, sneeuw en hagel. • Oppervlaktewater: het water in rivieren, kanalen, beken, meren, spaarbekkens en stuwmeren. • Ruwwater: dit is onbehandeld water. Dit kan zowel grondwater als rivier, kanaal- of oppervlaktewater zijn.

1.2 Waterkringloop



6 TSO-IW


10

Bovenstaande tekening geeft duidelijk het verloop weer van het oppervlaktewater; zowel hoe het op en in de bodem terecht komt als hoe het verdwijnt. Het hemelwater zal via beken, rivieren en kanalen getransporteerd worden naar lagergelegen gebieden op weg naar de zee. Het oppervlaktewater streeft er immers naar om de potentiële energie-inhoud minimaal te maken waardoor het in de zee terecht zal komen. Het hemelwater kan afkomstig zijn van de regen of andere deposities uit de atmosfeer. Het water in de zeeën en oceanen kan van het oppervlak vertrekken door te verdampen, dit komt dan in wolken terecht. Deze kunnen tot boven het land waaien en daar afkoelen en oververzadigd worden; zo ontstaat regen. Het oppervlaktewater zelf zal ook deels in de bodem dringen en/of worden afgevoerd via beken, rivieren, … Verder nemen ook planten en bomen water op. Zij verdampen dit dan later weer en ook dit water komt terecht in wolken.

1.3 Zelfreinigend vermogen van oppervlaktewater Onder waterzuivering verstaan we het verwijderen van ongewenste stoffen uit water. Dit kan door de mensen gebeuren of door het water zelf. Water heeft namelijk een zelfreinigend vermogen. Elk gezond water wat door organische stoffen (afkomstig van planten, dieren of mensen) verontreinigd wordt, wordt na enige tijd weer schoon. Water uit de natuur bevat allerlei micro-organismen. Het zijn vooral het plankton en de aerobe bacteriën die ervoor zorgen dat de afvalstoffen in het water na verloop van tijd worden afgebroken. Wat van deze stof zal overblijven is water, koolzuurgas en mineralen. Deze minerale nevenproducten zijn onder andere fosfaten en nitraten. Zij fungeren als voedingsstoffen voor de planten. Algemene reactievergelijking: 𝐶𝑥𝐻𝑦𝑂𝑧 + 𝑂) à 𝐻) 𝑂 + 𝐶𝑂) Het proces van dit zelfreinigend vermogen verloopt in een paar stappen. Eerst zal de toegevoerde organische stof een massale groei van bacteriën veroorzaken omdat die organische stoffen als voedsel dienen voor deze bacteriën. Daardoor zal het zuurstofgebruik in dat water sterk toenemen. Het water zal hierdoor dus zuurstofarm worden. Onder deze omstandigheden kunnen bacteriën voorkomen die goed tegen zuurstofarme omstandigheden kunnen, dit zijn anaerobe bacteriën, en deze breken organische stoffen makkelijker af tot methaan (CH4), waterstofsulfide (H2S) of ammoniak (NH3). Wanneer het grootste deel van de organische stof is afgebroken (door de verschillende micro-organismen in het water), zal het zuurstofverbruik door de bacteriën langzaam afnemen. Hierdoor krijgen aerobe bacteriën weer een kans en deze zullen de restanten van de organische stof verder afbreken. Naarmate de hoeveelheid van de organische stof afneemt, zal ook de hoeveelheid aerobe bacteriën verder afnemen.



6 TSO-IW


11

De snelheid van zelfreiniging van zoet water hangt van een aantal factoren af: • De beweging van het water zal een rol spelen bij de zuurstofhoeveelheid in het water. Zo zal in een snel stromende beek het water meer dizuurstof bevatten, waardoor dus meer aerobe bacteriën kunnen leven in dit water. Als gevolg daarvan zal een organische verontreiniging sneller opgeruimd zijn. • Ook de diepte van het water zal een rol spelen. Hoe dieper het water hoe minder dizuurstof er zal inzitten. • De temperatuur van het water zal ook een rol spelen. Hoe kouder het water is hoe meer zuurstof er in zit

Temperatuur °C

O2 mg/l

1-5

14.6 – 12.8

6-10

12.5 – 11.3

11-15

11.1 – 10.2

16-20

10.0 – 9.2

21-25

9.0 – 8.4

25-30

8.2 – 7.6

Tabel 1: Hoeveelheid zuurstof bij een bepaalde temperatuur

Een voldoende hoge concentratie van opgeloste zuurstof is dus van groot belang voor het leven in het water en de zelfzuiverende processen in de waterloop. Door opgeloste zuurstof te meten, monitoren we de gezondheidstoestand van een waterloop. De aanwezigheid van een voldoende hoge concentratie van opgeloste zuurstof is van groot belang voor het leven in het water en speelt een belangrijke rol in de zelfreinigende processen in de waterloop. Cruciaal voor een goede ecologische toestand is dus een goede zuurstofhuishouding. Men mag uiteraard niet alleen op zelfreinigend vermogen van water rekenen. Het zelfreinigend vermogen zal niet van toepassing zijn als de vervuiling te groot is. Dan is er extra kunstmatige waterzuivering vereist opdat de fauna en flora terug zou herstellen.

1.4 Eutrofiëring Eutrofiëring (van het Griekse woord eutrophia, wat goede voeding betekent) is het overmatig aanwezig zijn van nutriënten, dit is een ander woord voor minerale voedingsstoffen, zoals stikstofen fosforverbindingen in een waterloop zodat het plantaardig leven in een waterloop (bv. waterplanten en vooral microscopische algen) zich explosief kan ontwikkelen.



6 TSO-IW


12

Als er in water meer voedingsstoffen of nutriënten aanwezig zijn zoals bijvoorbeeld nitraten en fosfaten, dan zullen de algen in het water beter sneller kunnen groeien. Een kleine toename in biomassa van de algen heeft geen negatief effect op het ecosysteem en kan zelf leiden tot een toename van een bepaalde vispopulatie. Een overmatige stimulatie van de groei van algen kan echter leiden tot slechtere waterkwaliteit. Er kan minder zonlicht tot de onderste waterlagen doordringen waardoor de fotosynthese (= het proces waarbij planten en sommige bacteriën lichtenergie gebruiken om koolstofdioxide om te zetten in energierijke verbindingen (koolhydraten), zoals glucose) verstoord wordt. Wanneer de algen sterven worden ze afgebroken door bacteriën die hiervoor zuurstof gebruiken uit het water zodat het water tijdelijk zuurstofloos kan worden. Bij lozing van veel organisch materiaal gebeurt iets analoogs. Door het O2-gebrek vallen de oxidatiereacties stil en overheersen de reductiereacties, met vorming van kwalijke afvalstoffen. Dit kan leiden tot de dood van vele aquatische organismen. Afhankelijk van de omgeving (ruwe zee of rustige baai) en van het type algen (micro- of macroscopisch) wordt het waargenomen in verschillende vormen: schuim of een groen tij op het strand. Dit wordt in hoofdstuk 2.2.1 terug aangehaald. Eutrofiëring is één van de oorzaken van de achteruitgang van de waterkwaliteit. Dit komt voor in zeeën, rivieren en in meren. In de Noordzee en het Engels kanaal is dit vooral te wijten aan menselijke activiteiten. Nutriënten kunnen van natuurlijke en/of antropogene (door de mens uitgeoefende invloed op de fauna en flora) oorsprong zijn en zijn afkomstig van: • • • •

Huishoudelijk afvalwater Industrieel afval Landbouw (gebruik van meststoffen) Atmosferische afzetting van stikstofverbingen (veehouderij en verbrandingsgassen)

De belangrijkste effecten van eutrofiëring zijn: • • • • • •

Stijgende biomassa van fytoplankton wat resulteert in de algal 'blooms' (een snelle verhoging in de populatie van algen in water) Hypoxie (het water wordt zuurstofarm) Een stijgend aantal gevallen van vissterfte Het water heeft een slechte smaak, kleur en geur wat een nadelig effect heeft op het toerisme en waardoor overheden meer moeten investeren in het zuiveren van het verontreinigde water Daling in de biodiversiteit waardoor ook commercieel belangrijke soorten verdwijnen Toxiciteit: sommige fytoplankton soorten produceren toxische stoffen. Wanneer deze toxines in het water terecht komen en door mens of dier worden opgenomen, kan dit resulteren in ernstige symptomen zoals diarree, braken, geheugenverlies, verlamming en in zeer ernstige gevallen de dood



6 TSO-IW

1.5


13

Grootheden i.v.m. de vervuilingsgraad

1.5.1 Zuurtegraad (pH) De pH is een maat voor de zuurgraad (ook wel zuurtegraad) van een waterige oplossing. De pH van een neutrale waterige oplossing ligt bij kamertemperatuur rond de 7. Zure oplossingen hebben een pH lager dan 7, en dus een hoge zuurgraad. Basische oplossingen hebben een pH hoger dan 7 en dus een lage zuurgraad. De pH-formule is gelijk aan het tegengestelde van de logaritme (met grondtal 10) van de concentratie H+. De eenheid van concentratie is hierbij mol/liter. Omdat deze concentraties zeer klein kunnen worden, is het handiger om met de logaritmische schaal te werken. In formulevorm wordt de pH aldus gedefinieerd als volgt: pH = - log(CH+)

Figuur 1: pH waarden tabel

Een lage pH kan directe en indirecte effecten hebben op de aanwezigheid en het voortbestaan van bepaalde dieren en planten in oppervlaktewater. In het algemeen kan gezegd worden dat jonge dieren meer hinder ondervinden dan oudere soortgenoten. Bij een pH van 5 kunnen de meeste viseieren niet uitkomen. Bij lage pH-niveaus sterven sommige dieren. Kikkers tolereren beter een lagere pH dan b.v. slakken. Lagere pH’s verhogen ook het risico van aanwezigheid van metalen in een giftigere vorm. De pH is hierbij de belangrijkste factor die de mobiliteit van zware metalen in sedimenten beïnvloedt. Bij een neutrale pH (pH 7), vertonen zware metalen een lage mobiliteit, d.w.z. dat ze relatief sterk aan sedimentpartikels gebonden zijn. Naarmate de pH van een sediment daalt, neemt de mobiliteit van zware metalen toe. Een hoge pH heeft vooral tot gevolg dat de ammoniakconcentraties kunnen verhogen wanneer ammoniakale stikstof aanwezig is in het water. Ammoniak is immers oplosbaar in water, waardoor zowel ammoniumionen (NH4+ ) als ammoniak (NH3) kan aanwezig zijn. De aanwezigheid van ammoniumionen in water kan ook de vorming van ammoniak veroorzaken. Ammoniak is een giftige en bijtende stof. Ammoniak is ontvlambaar, giftig bij inademing en veroorzaakt brandwonden. Ammoniak is een milieugevaarlijke stof die zeer giftig is voor waterorganismen. De aanwezigheid van ammoniakale stikstof in oppervlaktewater kan door de aanwezigheid van micro organismen leiden tot vorming van nitriet en nitraationen (ook wel nitrificatie genoemd). Hierdoor kan er een zuurstoftekort in het oppervlaktewater optreden enkele dagen na een lozing van ammoniakale stikstof. Een verhoging van de pH van het water kan als gevolg hebben dat er meer opgeloste zware metalen aan de zwevende stoffen en sedimenten adsorberen. Dit kan effecten veroorzaken wanneer het slib geruimd wordt, of bij overstromingen. Industriële Wetenschappen


6 TSO-IW


14

1.5.2 BOD Biochemical Oxygen Demand (BOD) is de hoeveelheid dizuurstof die nodig is om in vijf dagen de aanwezige organische verontreinigingen in een liter afvalwater met behulp van aerobe microorganismen af te breken. De BOD-waarde, uitgedrukt in milligram per liter (mg/l), is een veelgebruikte maat voor de organische vracht in afvalwater. Bij de mineralisatie van de oxideerbare stoffen in afvalwater door micro-organismen is dizuurstof nodig. Het BOD geeft de hoeveelheid zuurstof aan die daarvoor nodig is. Volledige mineralisatie kan lang duren, vandaar dat in de praktijk wordt gewerkt met het zogenaamde BOD-getal, 520BOD . Hiermee wordt het biologische zuurstofverbruik aangegeven waarbij volledige mineralisatie is bereikt bij 20°C na vijf dagen. Sterk vervuild (afval) water heeft vaak een hoge BOD-waarde (bijvoorbeeld 5000 mg/l). Deze mate van vervuiling leidt uiteindelijk tot uitputting van de zuurstofvoorraad in het water met als gevolg dat de organismen in het water op de duur zullen sterven door zuurstoftekort. Het BOD-getal is een maat voor de concentratie aan biologisch (organisch) afbreekbare stoffen in afvalwater.

1.5.3 COD Het bepalen van het chemisch zuurstofverbruik wordt uitgevoerd om te bepalen hoeveel oxideerbaar materiaal in het water aanwezig is. Micro-organismen zoals bacteriën kunnen de vervuiling in het water afbreken. Indien er te veel organisch materiaal in afvalwater is, dan is er naar verhouding te weinig zuurstof in het water voor eventuele andere organismen in het water. Het chemisch zuurstofverbruik in water geeft het gewicht aan zuurstofgas weer dat verbruikt wordt om het oxideerbaar materiaal af te breken. Of met andere worden is dit is een maat voor het zuurstofverbruik dat nodig is om het water te zuiveren. Dit wordt uitgedrukt in milligram per liter (mg/l). Het chemisch zuurstofverbruik is op het feit gebaseerd dat bijna alle organische stoffen geoxideerd worden tot CO2 onder zure omstandigheden met een sterke oxidator. De hoeveelheid zuurstofgas die hiervoor nodig is wordt experimenteel bepaald door een redoxtitratie. In tegenstelling met het biologisch zuurstofverbruik bepaalt het chemisch zuurstofverbruik de oxidatie tot CO2 van bijna al het organisch materiaal in het water. Er wordt geen onderscheid gemaakt tussen biologisch inactieve en biologisch actieve stoffen.

1.5.4

IE

Het inwoners equivalent is een eenheid van verontreiniging die de gemiddelde vervuiling in het afvalwater van een persoon in een huishouden weergeeft. Het drukt zowel een hoeveelheid water als een bepaalde vuilvracht uit en komt overeen met het afvalwater dat gemiddeld door 1 inwoner op 1 dag geproduceerd wordt. Zo komt 1 IE komt overeen met 150 liter afvalwater en een vuilvracht van: 90 g ZS/dag (Zwevend Stof), 135 g CZV/dag (Chemisch Zuurstof Verbruik), 60 g BZV/dag (Biologisch Zuurstof Verbruik), 10 g N/dag (nitraten), 2 g P/dag (fosfaten).



6 TSO-IW


15

Nemen we bijvoorbeeld een bedrijf met een afvalstroom van 10 m³ per dag, een Chemische Zuurstof Verbruik, of CZV van 10 g/m³ en een concentratie nitraten in het afvalwater van 10 g/m³ dan zal het inwonersequivalent van het afvalwater 4.10 IE bedragen. Dit wil zeggen dat dit bedrijf per dag een hoeveelheid afvalwater loost dat gelijk aan het gemiddelde verbruik van 4 inwoners. Deze waarden komen van volgende website waar je de waarden moet invoeren en het inwonersequivalent wordt berekend.

1.5.5

Fosfaten en nitraten

Nitraten komen vooral via de landbouwgronden in de waterlopen terecht. De mate van uitspoeling is niet enkel afhankelijk van de bemestingspraktijken. Ook de weersomstandigheden, in het bijzonder de neerslag, spelen een belangrijke rol. Naast nitraat speelt fosfaat een belangrijke rol in de eutrofiëring van oppervlaktewater. Te veel fosfaat draagt bij tot de eutrofiëring of overbemesting van de waterlopen. Fosfaten zijn hoofdzakelijk afkomstig van afvalwaterlozingen, van uitspoeling en erosie van landbouwgronden. Dankzij de saneringsinspanningen van de overheid, landbouw en industrie is de gemiddelde concentratie van fosfaat in het oppervlaktewater het voorbije anderhalf decennium gedaald.

Voedingsstoffen voor plantaardige organismen. ⇓ Eutrofiering, dus een zeer sterke algengroei. ⇓ Toename van BOD waardoor dizuurstofverbruik nog stijgt. ⇓ Dizuurstofproductie stijgt overdag en daalt ‘s nachts. ⇓ zuurstofgebrek ’s nachts en afsterven van vissen en ander leven.



6 TSO-IW


16

2 Bronnen van oppervlaktewatervervuiling Op onderstaand schema zijn alle bronnen van oppervlaktewatervervuiling te zien. Alle bronnen zijn opgedeeld in diffuse of puntbronnen. Puntbronnen hebben een vervuiling die begint in een bepaald punt, in tegenstelling tot diffuse bronnen waar de oorsprong van vervuiling over een groter gebied bedekt. Diffuse bronnen zijn dus verontreinigingen die verspreid zijn en indirect in het oppervlaktewater belanden (vb.: landbouw, chemische stoffen, het weg- en railverkeer, …).

Figuur 2: Transportroutes lozing bedrijfsafvalwater

Een puntbron is verontreiniging op een specifieke locatie (vb.: fabriek, riool, …). De route die het afvalwater aflegt van de vervuilende bron tot het oppervlaktewater staat met pijlen aangegeven. Welke “obstakels” de vervuiling passeert is ook aangegeven. Wij gaan uit dit schema slechts 3 bronnen bespreken, namelijk industrie, landbouw en huishoudens.

2.1 Industrie Men heeft het de laatste tijd veel over vervuilende industrie in de sociale media. De industrie is een belangrijke vervuiler. Bij de meeste industriële processen wordt gebruik gemaakt van water, onder meer voor bepaalde productieprocessen. Het water wordt na interne zuivering geloosd, waardoor zouten en metalen-ionen zoals zink en koper in het water terecht komen. Verder zijn veel fabrieken aan het water gevestigd, waardoor de kans op vervuiling bij ongelukken groot is. Bruto- en netto-emissie: De bedrijfslozingen rechtstreeks naar oppervlaktewater gaan of die in riolen terechtkomen, worden ook wel de bruto-emissie genoemd. Naargelang de routes die gevolgd worden, bereiken bedrijfslozingen geheel of gedeeltelijk het oppervlaktewater. De rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s) zuiveren het afvalwater. De netto-emissie is het water dat na zuivering door speciale installaties toch in het water terechtkomt.



6 TSO-IW


17

Figuur 3: Kringloop bedrijfslozing

2.1.1 Metaalionen Metaalionen zijn natuurlijke stoffen die vrijkomen door het verweren van ertslichamen. Voorbeelden van metaalionen zijn lood-, zink-, mangaan-, calcium-, kalium- en chroomionen. Ze kunnen in oppervlaktewateren in hun stabiele ionische vorm gevonden worden. Metaalionen kunnen metalloïden (radicale metalen) vormen en binden zich dan aan organische stoffen om lipofiele (vetaantrekkend) stoffen te vormen, waardoor ze bij voorkeur opgenomen worden in de vetvoorraad van dieren en mensen. Metalen met een massadichtheid groter dan 5g/cm³ worden zware metalen genoemd. Organismen hebben een aantal metalen in beperkte hoeveelheden nodig, deze zijn essentieel voor de gezondheid, bijvoorbeeld als bouwsteen van enzymen. Ook deze essentiële metalen worden in grotere concentraties echter toxisch. Metalen kunnen niet afgebroken worden in minder gevaarlijke onderdelen, omdat ze niet biologisch afbreekbaar zijn. Het enige wat organismen kunnen doen om te voorkomen dat zware metalen schade aan kunnen richten, is deze op te slaan in lichaamsweefsels. Een extra gevaar hierbij is dat deze stoffen terug kunnen vrijkomen als de vetweefsels terug worden afgebroken.

Figuur 4: verontreinigde beek door ijzer (Fe-ionen)



6 TSO-IW


18

2.1.2 Radioactieve stoffen Herkomst van radioactieve stoffen: Verhoogde concentraties aan natuurlijke radioactieve stoffen door industriële verwerking: Bij de verwerking van grote hoeveelheden minerale grondstoffen kunnen de van nature aanwezige radioactieve stoffen terechtkomen in het product, in de resten afvalstoffen of in lucht en water. De aard en omvang van deze emissies hangen sterk af van de gebruikte grondstoffen en van de productieprocessen. De blootstelling van mensen aan straling door lozingen van radioactieve stoffen uit de erts verwerkende industrie is verhoudingsgewijs klein. Minder dan 1 promille van de gemiddelde jaarlijkse dosis komt voor rekening van deze tak van industrie. Grondstoffen in de ijzer- en staalindustrie zijn ijzererts, schroot en steenkool. Door de chemische en thermische bewerking van de grondstoffen komen er radioactieve stoffen in de omgeving. De Belgische fosfaatindustrie verwerkt grote hoeveelheden fosfaaterts voor diverse toepassingen waarvan de voornaamste de productie van kunstmeststoffen en veevoeders zijn. Fosfaatertsen bevatten van nature verhoogde concentraties aan natuurlijke radionucliden. Die komen, afhankelijk van het zuur waarmee het fosfaat ontsloten wordt, terecht in de eindproducten, in gipsafval, in calciumfluorideslib en in het afvalwater. Zwavelzuur is het meest gebruikte zuur, maar ook salpeterzuur en zoutzuur worden in België gebruikt. De activiteiten van de fosfaatindustrie zijn duidelijk te zien op de gammakaart van de Belgische Geologische Dienst. Voor Vlaanderen hebben we bovendien een goed idee van de productieprocessen en afvalstromen. De vijf Vlaamse fosfaatbedrijven verwerkten tussen 1920 en 2000 54 miljoen ton fosfaaterts waarin ongeveer 65 Terra becquerel radium-226 en 2,7 TBq thorium-232 vervat zat. De totale oppervlakte aan gipsstorten en calciumfluoridestorten in Vlaanderen bedraagt bijna 300 ha. Daarnaast is er nog een omgevingsbesmetting rond de Grote Laak, de Winterbeek en aan de oevers van de Grote Nete in de buurt van Lier. Over de impact van de fosfaatindustrie in Wallonië zijn de gegevens minder volledig. Prayon Engis produceerde in 2004 zo'n 800 000 ton fosforgips dat voor 70 % gevaloriseerd werd in bouwmaterialen (plaaster, cement), in meststoffen en in andere bedrijfstakken, zoals bij de productie van papier.



6 TSO-IW


19

Figuur 5: gemiddelde dosis straling per jaar in kaart gebracht voor België.

2.1.3 Thermische verontreiniging Thermische vervuiling is een proces waarbij de kwaliteit van water achteruit gaat door structurele veranderingen van de temperatuur. Veranderingen van temperatuur kunnen onder andere gevolgen hebben voor de hoeveelheid zuurstof in water, en de samenstelling van een ecosysteem. Vissen en andere waterdieren die aan een bepaalde temperatuur gewend zijn, kunnen door een plotselinge verhoging of verlaging van die temperatuur ziek worden en sterven; een verschijnsel dat “thermische schok” wordt genoemd. Thermische vervuiling ontstaat onder andere als water direct vanuit de natuur gebruikt wordt als koelmiddel zoals bij een kerncentrale en andere grote industriële installaties, waarna het verwarmd weer teruggestort wordt in de natuurlijke omgeving. In de Verenigde Staten wordt 75 tot 82 % van de thermische vervuiling veroorzaakt door energiecentrales. De rest komt van industrieën als olieraffinaderijen, de papierindustrie, de chemische industrie en staalbedrijven. Ecologische effecten Bij een verhoging van de gemiddelde watertemperatuur, daalt doorgaans de concentratie dizuurstof in het water (zie tabel 1), met in extreme gevallen hypoxie tot gevolg. Dit heeft weer een nadelig gevolg voor waterdieren.



6 TSO-IW


20

Een ander effect is dat het metabolisme van waterdieren versneld wordt door de hogere temperatuur, waardoor ze meer voedsel tot zich zullen nemen in kortere tijd. Een verandering van 2 graden Celsius kan hier al voor zorgen. Voedselketens raken verstoord en biodiversiteit neemt af wanneer organismen afsterven of worden verdrongen door nieuwe organismen die beter tegen de hogere temperaturen bestand zijn. Planten gedijen vaak beter bij de hogere temperaturen, en een hogere plantenconcentratie werkt vaak weer een algenbloei in de hand. Voortplanting van waterdieren kan door de temperatuursverhoging eveneens afnemen of zelfs geheel stoppen. Bij grote toename van de watertemperatuur kunnen enzymen af worden gebroken, waardoor organismen onder andere lipiden niet meer kunnen worden afgebroken en ondervoeding op kan treden. Enkele waarde, van dizuurstof bij bepaalde temperaturen zijn te zien in tabel 1.

2.1.4 Organische afbraakproducten Deze moleculen zijn opgebouwd uit ketens van C-, H-, en eventueel O-, N-, Cl-, … Deze verbindingen zijn meestal apolair en zijn slecht of niet oplosbaar in water, waardoor ze lange tijd in het water achterblijven en zorgen voor verontreiniging. Het gedrag is afhankelijk van hun structuur. Drijfafval is weer van een andere orde; het houdt zonlicht tegen en kan sommige dieren verstrikken (netten, plastics). Denk maar aan de voedingsindustrie, meer bepaald de visindustrie.

2.1.5 Verzuring De term 'zure regen' ontstond in de jaren 1980, maar is eigenlijk gedeeltelijk onjuist. Onderzoek in de jaren 1990 toonde namelijk aan dat veel zure en verzurende stoffen niet zozeer als echte regen naar beneden komen, maar dat er vooral veel droge neerslag ('droge depositie') is: ook als het niet regent trekken stoffen (in gasvorm) richting oppervlaktewater en bodem. "Echte" zure regen bestaat ook, als schadelijke stoffen in druppeltjes 'gevangen' worden. In België is de droge depositie twee keer zo groot als de natte. Verzuring wordt veroorzaakt door een combinatie van stoffen, die uit diverse bronnen afkomstig zijn. De stoffen die het meest bijdragen aan verzuring zijn: • Zwaveldioxide (SO2), vormt zwavelzuur en is o.a. afkomstig van raffinaderijen en elektriciteitscentrales, door de optredende verbrandingsreacties van zwavelhoudende brandstoffen. De industrie is verantwoordelijk voor ongeveer 90 procent van de uitstoot van zwaveldioxide. SO2 veroorzaakt 21 procent van de verzuring (2007). S + O2 → SO2



6 TSO-IW


21

• Stikstofoxiden (NOx, verzamelnaam van allerlei N-oxide genoemd): vormen salpeterzuur. Het wegverkeer is verantwoordelijk voor meer dan 60 procent van de uitstoot van stikstofoxiden. Ze ontstaan in de verbrandingsmotoren door de reactie bij hoge temperatuur tussen de O2 en de N2 uit de aangezogen lucht: bv. 2 N2 + 3 O2 →2 N2O3 NOx is verantwoordelijk voor ongeveer 26 procent van de verzuring (2007) volgens: O2 + 4 NO2 + 2 H2O →4 HNO3 • Vluchtige Organische Stoffen (VOS): veroorzaken smog en zijn o.a. afkomstig van oplosmiddelen, verf, lijm, cosmetica en ruitenreinigingsvloeistof. • • Fijnstof (PM 10, PM 2,5 en PM 0,1): luchtvervuilend, o.a. afkomstig uit het wegverkeer.

2.2 Landbouw Landbouw is een brede sector die niet alleen akkerbouw en veeteelt omvat maar ook tuinbouw, bosbouw en visserij. Wij beperken ons echter tot akkerbouw en veeteelt. Er zijn in de landbouw niet enkel watervervuilende factoren maar ook water verspillende. We beperken ons nu tot enkel de vervuilende factoren. Nutriënten en pesticiden zijn de belangrijkste verontreinigingsfactoren die de landbouw heeft op watervervuiling.

2.2.1 Overbemesting Vee dat rondloopt op akkers doet aan bemesting door zijn uitwerpselen. Deze bemesting brengt echter ook problemen mee, namelijk in de mest bevinden zich nitraten. Een deel hiervan komt onder de vorm van ammoniak(gas) (NH3) in de lucht terecht. Dit kan zure regen (of depositie) tot gevolg hebben. Zure depositie gaat ervoor zorgen dat gronden oppervlaktewater een lagere pH-waarde krijgen, waardoor het ecosysteem van vijvers en meren verstoord kan worden. Dieren en planten kunnen sterven, inbegrepen de bomen, die nodig zijn voor de verwerking van koolstofdioxide en productie van dizuurstof. 4NH. + 7O) → 4NO) + 6H) O Ammoniak wordt in de lucht omgezet tot stikstofoxide (NO2) door het dizuurstof (O2) dat aanwezig is in de lucht. Dit gebeurt via een redoxreactie waarbij de oxidatietrap van stikstof (N) wijzigt, van – III tot +IV. Het stikstof wordt geoxideerd en het dizuurstof gereduceerd. Er vindt een elektronentransfer plaats van reductor naar oxidator. De stikstofdioxide kan aanleiding geven tot vorming van salpeterzuur (HNO3). Als het stikstof verder oxideert tot oxidatietrap +V onder vorm van N2O5, zal bij contact met waterdamp salpeterzuur (HNO3) ontstaan volgens de reactie: N) O5 + H) O → 2HNO. Het salpeterzuur gaat hier zure depositie tot gevolg hebben. We spreken van zure depositie vanaf een pH kleiner dan 5, dit is te zien op figuur 1.



6 TSO-IW


22

Een ander deel komt in het gronden oppervlaktewater terecht als nitraationen. Het gevaar van deze nitraten (NO3-) is dat ze in het lichaam worden gereduceerd tot het kankerverwekkende nitriet (NO2-) in zuur milieu:. ; < ; NO; . (89) + 2H + 2e → NO)(89) + H) O De oxidatietrap van het stikstof (N) atoom daalt van oxidatietrap +V naar +III, dit is dus een daling vandaar dat we dit reductie noemen. Enkele gevaren van nitriet zijn onder andere dat ze aanleiding geven tot het verstoren van het zuurstoftransport en cyanose (of blauwzucht), bij zuigelingen. Voor een gemiddelde volwassene van 70kg is de aanvaardbare nitraatnorm vastgelegd op 259mg opname in het lichaam. De gemiddelde inname in zowel België als Europa bedraagt 155mg, dit is dus onder de aanvaardbare norm. Ook wanneer de landbouwer het land zelf gaat bemesten met (kunst)mest komen deze nitraten vrij. Deze nitraten hebben echter ook een goed aspect, voor planten zijn dit nutriënten. Planten gaan deze nutriënten omzetten naar eiwitten en voeden zich ermee. Dit vormt voor de mens evenzeer een probleem. Aan de ene kant nemen de gewassen op de akkers deze nitraten ook op. Wanneer deze gewassen er echter meer opnemen dan ze kunnen omzetten, ontstaat er een overmaat aan nitraat in de plant. Uiteindelijk krijgen we groenten met een te hoog nitraatgehalte, deze groenten komen in onze voedselkringloop terecht waardoor je het effect van hierboven weer krijgt. Langs de andere kant is de plant niet in staat deze allemaal te gaan opnemen, gebruiken of verwerken. De overtollige nutriënten komen in het gronden oppervlaktewater terecht. Deze vervuilende factor wordt gerekend bij de puntvervuiling, aangezien dit telkens lokaal gebeurt waar de landbouwer bemest. Enkel het omringend gronden oppervlaktewater gaat hier problemen van ondervinden. Het nitraat gehalte van de mens is voor 75 tot 90 % afkomstig van groenten. De overige 15 tot 20 % komen van conserveermiddelen en drinkwater. Vandaar dat overbemesting een groot probleem vormt en er strenge regels opgelegd worden aan de landbouwer. Al deze regels zijn samengebracht in het mestdecreet goedgekeurd in 1991. Wat deze regels precies inhouden wordt besproken in hoofdstuk 4. De drempelwaarde van 50 mg nitraat per liter in oppervlaktewater staat voorgeschreven in de Europese Nitraatrichtlijn en het Mestdecreet (zie hoofdstuk 4, Europese richtlijnen/KRW).



6 TSO-IW


23

Figuur 6: Nitraat concentratie en overschrijding van de drempelwaarde in oppervlaktewater in landbouwgebieden

Bovenstaande grafiek geeft het verloop weer van de fosfaatconcentratie in oppervlaktewater in Vlaanderen in landbouwgebieden. De grafiek toont het verloop sinds 1999 tot 2015. Het eerste en belangrijkste kenmerk dat ons opvalt aan de grafiek is de dalende lijn. Dit wil zeggen dat het probleem toch daalt, dit is al een goed teken. De gemiddelde nitraatconcentratie bedraagde in 1999 32,74 mg NO3/l, in 2015 was dit maar 16,37 mg NO3/l meer. Dit is een halvering. We zien ook dat het aantal meetpunten die de norm overschrijden daalde van 50 % naar een goeie 20 %. In het begin zijn de dalingen veel groter dan later op de grafiek. Het doel van 2014 werd niet gehaald, dit bedraagde 16 mg per liter. In 2018 wil men de uitstoot doen dalen naar 5 mg per liter, we zijn op de goede weg.

Kunstmest brengt nog andere problemen met zich mee. Niet enkel bevatten deze die schadelijke nitraten, er zitten ook fosfaten (𝑃𝑂?.; ) in. Deze fosfaten gebruiken planten net zoals nitraten om bepaalde eiwitten te vormen. Daarnaast spelen ze een rol bij verschillende fysiologische processen in de plant, zoals assimilatie en de ademhaling. Deze fosfaten zorgen voor een overmatige groei van algen. Zoals reeds werd vermeld in 1.4.5 kan eutrofiëring voor grote problemen zorgen. Regels omtrent kunstmest en de beperking hierbij zijn eveneens terug te vinden in het mestdecreet (zie hoofdstuk 4, Europese richtlijnen/KRW).. Onderstaande grafiek toont ons duidelijk het fosfaat probleem, de fosfor(P) concentratie in

@A B

gedurende 13 jaar. Wanneer we chemische berekeningen willen maken zijn we meer met de concentratie in mol per liter. Dit kunnen we omrekenen met de formule 𝑐 =

E F

(De concentratie van een stof is het aantal

mol van die stof per volume eenheid). De omzetting van een concentratie in

@A B

naar

JKL L

wordt nu

beschreven.



6 TSO-IW


24

𝐦𝐠𝐏 𝐥 ⟹ 𝑚 = 1mg 𝑚 met m = 0,001g ⟹𝑛= = 32,29 ∗ 10;b mol 𝑀 met M(𝑃𝑂 .; ) = 30,97 g ? mol mol ;b ⟹ c = 32,29 ∗ 10 l met: m = de massa van de chemische stof in gram M = de molaire massa van de stof in gram per mol V = het volume in liter c = de concentratie van de stof in mol per liter n = het aantal mol van de stof in mol 𝟏

Het fosfaat probleem zit in een vrijwel constante waarde, het verergert niet maar raakt ook niet opgelost. In 2002 stijgt de waarde echter wel veel, deze verhoogde waarde blijft in 2003. Op de grafiek is ook de normoverschrijding te zien, het aantal meetplaatsen met een normoverschrijding uitgedrukt in procent. Het Fosfaat probleem is hier dus duidelijk te zien. De milieukwaliteitsnormen voor fosfaat in oppervlaktewater zijn gespecifieerd per waterlooptype en variëren van 0,07 tot 0,14 mgP/l. Het aantal meetpunten die de norm overschrijden daalt nooit onder de 60 % en stijgt soms zelfs tot net boven de 70 %. Deze overschrijdingen zijn onaanvaardbaar en veel te hoog, dit vormt een enorm probleem. We kunnen ook duidelijk zien dat het probleem de laatste jaren enkel erger wordt.

Figuur 7: Trends fosfaat in oppervlaktewater



6 TSO-IW


25

Onderstaande grafiek geeft ook een zeer duidelijk beeld van hoe erg het probleem is. De meetplaatsen die op de grafiek hierboven voor die resultaten zorgden zijn dezelfde als deze op de onderstaande grafiek. De grafiek geeft per jaar de verdeling aan van de waarden. De waarden zijn opgesplitst in 5 categorieën: zeer goed tot slecht. Het geeft een duidelijk overzicht van hoe erg het probleem. De meetplaatsen die het slecht doen zijn procentueel gezien veel te groot t.o.v. degene die het zeer goed doen. Meer dan 1 op 4 meetpunten is in slechte kwaliteit terwijl slechts 1/10 in de zeer goede categorie zitten. Nog een duidelijk feit is dat het probleem verergert i.p.v. van verbetert.

Figuur 8: Klassenverdeling van de MAP-meetpunten op basis van de fosfaatconcentratie (Vlaanderen, 2002-2015)

De volgende grafiek toon de netto emissie fosfaat in ton gedurende 5 jaar over 4 sectoren: bedrijven, rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI), huishoudens en landbouw. Wat direct opvalt is dat de landbouw veruit de grootste fosfaatvervuiler is, van de 4 sectoren. Wegens gebrek aan cijfers kunnen we niet waarnemen of de emissie in de landbouw is toe- of afgenomen. Wat we wel zien is dat de globale uitstoot is gedaald van een goeie 2800 ton naar een goeie 2600 ton. Deze daling van uitstoot is vooral te danken aan de bedrijven. We kunnen echter geen 100 % concrete conclusies trekken wegens het gebrek van cijfers door de landbouw.



6 TSO-IW


26

Figuur 9: Evolutie netto-emissies totaal fosfor (periode 2010-2014) (cijfers voor landbouw 2011 werden overgenomen in 2012, 2013 en 2014)

2.2.2 Pesticiden Niet alleen overbemesting zorgt voor watervervuiling. Ook de bestrijdingsmiddelen en gewasbeschermingsmiddelen die onder andere gebruikt worden in de landbouw tegen onkruid komen in het grond en oppervlaktewater terecht. Deze stoffen komen ook in de melk van koeien terecht en daardoor ook in de voedselketen. Deze stoffen zorgen evenzeer voor ziektes. Enkele mogelijke gevolgen bij de mens zijn: verhoogd risico op kanker (o.a.: leukemie, prostaatkanker en hersentumoren), geboorteafwijking, astma, Parkinson, miskramen, …. De meeste bestrijdingsmiddelen zijn hormoonverstoorders, dit wil zeggen dat ze de normale hormoonproductie gaan ontregelen. Deze vervuilende factor wordt geplaatst onder diffuse verspreiding. De landbouwer sproeit zijn grond met sproeimiddelen. Het besproeien gebeurt via verneveling. De fijne waterdruppels komen zeker niet allemaal terecht op de plant. Een deel van de pesticiden waaien mee met de wind of dringen in de bodem. Niet enkel het plaatselijke gronden oppervlaktewater ondervindt hier last van, maar ook de verder gelegen gebieden vanwege de verspreiding van de pesticiden door de wind.



6 TSO-IW


27

2.3 Huishouden Als we het over watervervuiling hebben, denken we meestal aan de industrie die vervuild water loost of de landbouw die te veel pesticides gebruikt maar het grootste deel van de watervervuiling komt eigenlijk door ons, de huishoudens. Lozing van zuurstofbindende stoffen wordt voor meer dan 50 % door huishoudens veroorzaakt. Gelukkig is de vervuiling door de huishoudens de laatste jaren aan het afnemen, dit is duidelijk zichtbaar op onderstaande grafiek. BZV staat voor biochemisch zuurstofverbruik ook gekend als BOD en CZV staat voor chemische zuurstofverbruik en is ook gekend als COD. Watervervuiling komt voornamenlijk voor tijdens het poetsen, door van alles in het toilet te gooien of in de lavabo te gieten, en door pesticides en onkruidverdelgers te gebruiken in de tuin, …

Figuur 10: Evolutie van de huishoudelijke lozingen

2.3.1 Oorzaken Poetsen Tijdens het poetsen wordt het water vervuild maar ook dikwijls verspild. De vervuiling kan makkelijk voorkomen worden door juist te doseren, zeker bij geconcentreerde producten. Verder kan men ook minder agressieve producten gebruiken. Echt milieuvriendelijke wasmiddelen bestaan niet, maar er zijn wel grote verschillen tussen producten die op de markt zijn. Er zijn al reinigingsproducten die volledig afbreekbaar zijn. Men kan het best poetsen met regenwater. Dit water is ‘zacht’ water en dat is beter dan het ‘harde’ kalkrijke kraantjeswater. De kalk in het kraantjeswater vermindert de werking van waspoeder en zeep doordat het waspoeder en zeep reageert met Ca2+-ionen met vorming van een onoplosbare stof die geen reinigende werking heeft.



6 TSO-IW


28

Voorbeeld van reactie van een waspoeder met een zeep. Een zeep is chemisch gezien een Na- of een K-zout van een hoger carbonzuur: bv. 𝐶de 𝐻.5 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 < 𝐶𝑎 )< (hi) + 2𝐶de 𝐻.5 𝐶𝑂𝑂 ; 𝑁𝑎 < (hi) → Ca(𝐶de 𝐻.5 𝐶𝑂𝑂)) ↓ +2𝑁𝑎(hi)

In regenwater zitten nauwelijks calciumionen waardoor bovenstaande reactie niet optreedt en is er dus veel minder waspoeder en zeep nodig en tevens wordt er minder kraantjeswater verspild. Tuin In de tuin worden er net zoals in de landbouw waterverontreinigende stoffen gebruikt zoals pesticide, onkruidverdelgers, … maar dit kan makkelijk voorkomen worden: • Geef onkruid geen kans: bedek de bodem met doorlevende kruidachtige planten of bodembedekkende struiken. Het onkruid krijgt dan geen kans door licht- en plaatsgebrek. • Hou paden met kiezelsteentjes onkruidvrij door regelmatig te harken. Doe dit bij voorkeur bij warm weer zodat de losgeharkte plantjes snel opdrogen en afsterven. • Maai gras niet korter dan 2,5 centimeter. Hoe langer u het laat, hoe sneller het zich herstelt en hoe moeilijker onkruid de kop op steekt. • Doe niet aan overbemesting. De overtollige meststoffen spoelen weg en vervuilen het gronden oppervlaktewater. • Via de composthoop recycleren we zoveel mogelijk organisch materiaal. Bij het composteren worden organische stoffen afgebroken door natuurlijke activiteit van micro-organismen zoals bacteriën en schimmels. Hierbij moet men opletten dat men alleen biologisch afbreekbare stoffen mag toevoegen. Toilet Maandverbanden, papieren zakdoeken, condooms, kattenbakvulling, kauwgom, sigarettenpeuken en ander afval horen niet in het toilet thuis. Naast dat deze troep vaak voor verstoppingen zorgt en dus veel ellende, vormt deze rommel ook een belemmering in het rioleringsstelsel. Nadien vormen ze een enorme belasting voor de waterzuiveringsinstallatie. Plaats daarom een afvalemmer op de badkamer zodat deze afval niet in het riool terecht komt. Het aandeel stoffen van medicijnen in het rioolwater is toegenomen. Dit komt doordat men meer medicijnen neemt en door de urine in het water terecht komt maar ook door het weggooien van medicijnen die vervallen zijn. Lever uw medicijnen gratis af bij de apotheek die deze op een goede manier verwerkt. Lavabo Shampoo, zeep, douchegel, tandpasta en andere verzorgingsproducten bevatten sinds een aantal jaren steeds vaker zeer kleine plastieken bolletjes genaamd microplastic. Deze plastieken bolletjes komen niet alleen in het riool terecht, maar ook nog eens in de zee en grondwater. De jaarlijkse hoeveelheid microplastic in het water wordt geschat op bijna 5 miljoen ton. Voor waterzuiveringsinstallaties is het haast onmogelijk om deze kleine plastieken bolletjes uit het water te filteren en zorgen dus voor een gigantische verontreiniging van het water en blijft na het zuiveren van het water nog gewoon aanwezig in het water. Daardoor sterven er jaarlijks tienduizenden dieren zoals vissen en vogels doordat deze plastieken bolletjes (microplastic) binnen krijgen. Microplastics zijn daarom op dit moment een van de grootste bronnen van waterverontreiniging in de wereld.



6 TSO-IW


29

Frituurvet moet men niet weggieten in de lavabo: waterzuiveringsinstallaties zijn jaarlijks tonnen aan Euro’s kwijt om frituurvet uit het water te zuiveren. Men gooit schadelijke producten zoals white spirit of verfresten niet in de lavabo, maar geef ze mee met het KGA (klein gevaarlijk afval).

2.3.2 Aard vervuilende stoffen Huishoudelijk afvalwater bevat diverse verontreinigende stoffen: • Organisch materiaal: dit zijn zuurstofbindende stoffen zoals eiwitten, koolhydraten, vetten e.d. afkomstig van voedselresten. Ze komen in het afvalwater terecht via urine en stoelgang en door lozing van etensresten, schoonmaakproducten, … Het aandeel van de huishoudens in de lozing van organisch materiaal varieert van streek tot streek tussen 50 en 90 % van het geheel der lozingen. • Nutriënten (of meststoffen) zoals nitraten (afkomstig van de sanitaire installatie en voornamelijk de WC) en fosfaten (wasproducten). Huishoudens zijn verantwoordelijk voor bijna de helft van de fosforlozingen in het water. • Zware metalen en organische verontreinigingen. Ondanks het verbod deze in de gootsteen te gieten bevat het afvalwater verfresten, motorolie, pesticiden, onderhoudsproducten, oplosmiddelen, … Normaal gezien komen zware metalen (koper-, lood-, zink-ionen, ...) slechts in beperkte mate in het huishoudelijk afvalwater voor. Ze kunnen afkomstig zijn van de corrosie van waterleidingen, dakbedekkingen en goten. Men heeft berekend dat 46 % van alle koperlozingen afkomstig is van de huishoudens.

Figuur 11: Transportroutes van huishoudelijk afvalwater



6 TSO-IW


30

2.3.3 Transportroutes van huishoudelijk afvalwater Ofwel is het huis verbonden met de riolering en gaat het afvalwater naar een rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI). Ofwel is het huis niet gekoppeld met de riolering en moeten deze huishoudens hun afvalwater zelf, hetzij met een septische put, hetzij met een individuele behandelingsinstallatie (IBA) voor het afvalwater behandelen. Het deel van de restvervuiling dat met het gezuiverde afvalwater in het oppervlaktewater terechtkomt, is het effluent. Bij sterke regenval treden soms overstorten in het rioolsysteem in werking waardoor een deel van het afvalwater ongezuiverd in het oppervlaktewater terechtkomt. Ook ter hoogte van de RWZI zelf is in sommige gevallen een noodoverlaat voorzien, het afvalwater passeert dan via de regenweerafvoer en zo rechtstreeks naar een waterloop. De totale belasting van het oppervlaktewater door de huishoudens wordt berekend als de som van alle deelstromen die effectief in het oppervlaktewater terechtkomen (effluent RWZI, regenweerafvoer RWZI, overstorten, niet-gekoppelde riolen en rechtstreekse emissies naar oppervlaktewater).

Figuur 12: vuilvracht van huishoudens

De vuilvracht van huishoudens die rechtstreeks of via niet-gekoppelde riolen het oppervlaktewater bereikte, bedroeg anno 2014 tussen 47 en 72 % van de totale huishoudelijke belasting van het oppervlaktewater. Die vuilvracht kan nog verder gereduceerd worden door nieuwe rioleringen aan te leggen, de bestaande niet-gekoppelde rioleringen aan te sluiten op RWZI en het aantal IBA’s verder uit te breiden.



6 TSO-IW


31

3 Regelgeving Om al deze factoren van vervuiling tegen te gaan en zo ook de catastrofale effecten die deze met zich mee brengen zijn er strenge regels op gebied van de kwaliteit van oppervlaktewater. Er zijn hieromtrent zowel Europese als Vlaamse richtlijnen.

3.1 Europees waterbeleid 3.1.1 Europees kaderrichtlijn water In alle landen van de Europese Unie (EU) gelden dezelfde normen omtrent de kwaliteit van water. Al Deze normen staan in de Europese Kaderrichtlijn Water (KRW) uit 2000, geldig voor gronden oppervlaktewater. Waarom nu deze genormaliseerde wetgeving? Schadelijke stoffen die in Duitsland in de Rijn belanden stromen verder via de rivier naar Nederland. Waterlopen doorkruisen nu eenmaal meerdere landen. Het is onmogelijk dit land per land te gaan bekijken. Elke land moet echter wel zelf zijn controles uitvoeren en regelgeving doorvoeren. In het Europese besluit staat het volgende: Doel van deze richtlijn is op communautair niveau de beschikking te krijgen over mechanismen en procedures die maken dat de Lidstaten er door het nemen van maatregelen voor zorgen dat het oppervlaktewater de ecologische kwaliteit (zuiverheid, zuurstofgehalte) krijgt. _1

In het akkoord staat bepaald dat lidstaten: 1. kwaliteitsdoelstellingen moeten bepalen voor al de oppervlaktewateren, 2. een waterkwaliteitscontrole systeem moeten opzetten en de verontreiniging (hoeveelheid, oorsprong, oorzaak, …) moet gaan inventariseren, 3. zorgen dat er bepaalde initiatieven komen om te kwaliteit te verbeteren van het water, 4. alle maatregelen opgenomen in het programma navolgen en uitvoeren tegen 2015.

bronnen

Wat zoal door de overheid wordt gecontroleerd is: • De hoeveelheid schadelijke stoffen in het water. Ook wel chemische controle genoemd. Deze Europese normen staan in de “richtlijn Prioritaire stoffen” en de Grondwaterrichtlijn. • De watertemperatuur en de hoeveelheid voedingsstoffen, planten en dieren, ook wel ecologische kwaliteit genoemd. De Europese normen hiervan zijn terug te vinden in de “Regeling monitoring kaderrichtlijn water. De kosten die gemoeid zijn met de directe uitvoering van deze besluiten in alle Lidstaten mag niet meer dan 350 miljoen euro per jaar bedragen. Het principe is geldig dat de vervuiler de kosten betaalt. Nu volgt een lijst uit het KRW met alle normen en concentraties van fysische en chemische stoffen in het water. Het betreft “MILIEUKWALITEITSNORMEN VOOR PRIORITAIRE STOFFEN EN BEPAALDE ANDERE VERONTREINIGENDE STOFFEN “

http://europa.eu/rapid/press-release_IP-94-536_nl.htm Industriële Wetenschappen


6 TSO-IW


NL

L 348/92

32

Publicatieblad van de Europese Unie

24.12.2008

BIJLAGE I MILIEUKWALITEITSNORMEN VOOR PRIORITAIRE STOFFEN EN BEPAALDE ANDERE VERONTREINIGENDE STOFFEN DEEL A: MILIEUKWALITEITSNORMEN (MKN) JG:

jaargemiddelde

MAC:

maximaal aanvaardbare concentratie

Eenheid: [μg/l]

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Nr.

Naam van de stof

CAS-nummer (1)

JG-MKN (2) Landoppervlakte wateren (3)

JG-MKN (2) Andere oppervlak tewateren

MAC-MKN (4) Landoppervlakte wateren (3)

MAC-MKN (4) Andere oppervlak tewateren

(1)

Alachloor

15972-60-8

0,3

0,3

0,7

0,7

(2)

Antraceen

120-12-7

0,1

0,1

0,4

0,4

(3)

Atrazine

1912-24-9

0,6

0,6

2,0

2,0

(4)

Benzeen

71-43-2

10

8

50

50

(5)

Gebromeerde difenylethers (5)

32534-81-9

0,0005

0,0002

niet van toepassing

niet van toepassing

(6)

Cadmium en zijn verbindingen (afhankelijk van de waterhardheidsklasse) (6)

7440-43-9

≤ 0,08 (klasse 1) 0,08 (klasse 2) 0,09 (klasse 3) 0,15 (klasse 4) 0,25 (klasse 5)

0,2

12

12

≤ 0,45 (klasse 1) ≤ 0,45 (klasse 1) 0,45 (klasse 2) 0,45 (klasse 2) 0,6 (klasse 3) 0,6 (klasse 3) 0,9 (klasse 4) 0,9 (klasse 4) 1,5 (klasse 5) 1,5 (klasse 5)

(6 bis)

Tetrachloorkoolstof (7)

56-23-5

niet van toepassing

niet van toepassing

(7)

C10-13-chlooralkanen

85535-84-8

0,4

0,4

1,4

1,4

(8)

Chloorfenvinfos

470-90-6

0,1

0,1

0,3

0,3

(9)

Chloorpyrifos (chloorpyriphosethyl)

2921-88-2

0,03

0,03

0,1

0,1

Σ = 0,01

Σ = 0,005

niet van toepassing

niet van toepassing

niet van toepassing

0,025

0,025

niet van toepassing

niet van toepassing

p.p.'-DDT (7)

50-29-3

0,01

0,01

niet van toepassing

niet van toepassing

(10)

1,2-Dichloorethaan

107-06-2

10

10

niet van toepassing

niet van toepassing

(11)

Dichloormethaan

75-09-2

20

20

niet van toepassing

niet van toepassing

(12)

Di(2-ethylhexyl)-ftalaat (DEHP)

117-81-7

1,3

1,3

niet van toepassing

niet van toepassing

(13)

Diuron

330-54-1

0,2

0,2

1,8

1,8

(14)

Endosulfan

115-29-7

0,005

0,0005

0,01

0,004

(15)

Fluoranteen

206-44-0

0,1

0,1

1

1

(16)

Hexachloorbenzeen

118-74-1

0,01 (9)

0,01 (9)

0,05

0,05

(17)

Hexachloorbutadieen

87-68-3

0,1 (9)

0,1 (9)

0,6

0,6

(18)

Hexachloorcyclohexaan

608-73-1

0,02

0,002

0,04

0,02

(9 bis)

(9 ter)

Cyclodieenbestrijdingsmiddelen: Aldrin (7) Dieldrin (7) Endrin (7) Isodrin (7) DDT totaal (7) (8)


309-00-2 60-57-1 72-20-8 465-73-6


6 TSO-IW


24.12.2008

NL

(1)

Publicatieblad van de Europese Unie

(2)

Nr.

33

Naam van de stof

L 348/93

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

CAS-nummer (1)

JG-MKN (2) Landoppervlakte wateren (3)

JG-MKN (2) Andere oppervlak tewateren

MAC-MKN (4) Landoppervlakte wateren (3)

MAC-MKN (4) Andere oppervlak tewateren

(19)

Isoproturon

34123-59-6

0,3

0,3

1,0

1,0

(20)

Lood en zijn verbindingen

7439-92-1

7,2

7,2

niet van toepassing

niet van toepassing

(21)

Kwik en zijn verbindingen

7439-97-6

0,05 (9)

0,05 (9)

0,07

0,07

(22)

Naftaleen

91-20-3

2,4

1,2

niet van toepassing

niet van toepassing

(23)

Nikkel en zijn verbindingen

7440-02-0

20

20

niet van toepassing

niet van toepassing

(24)

Nonylfenolen (4 nonylfenol)

104-40-5

0,3

0,3

2,0

2,0

(25)

Octylfenolen ((4-(1,1′,3,3′-tetramethylbutyl)fenol))

140-66-9

0,1

0,01

niet van toepassing

niet van toepassing

(26)

Pentachloorbenzeen

608-93-5

0,007

0,0007

niet van toepassing

niet van toepassing

(27)

Pentachloorfenol

87-86-5

0,4

0,4

1

1

(28)

Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK) (10)

niet van toepassing

niet van toepassing

niet van toepassing

niet van toepassing

niet van toepassing

Benzo(a)pyreen

50-32-8

0,05

0,05

0,1

0,1

Benzo(b)fluoranteen

205-99-2

Σ = 0,03

Σ = 0,03

niet van toepassing

niet van toepassing

Σ = 0,002

Σ = 0,002

niet van toepassing

niet van toepassing

Benzo(k)fluoranteen

207-08-9

Benzo(g,h,i)-peryleen

191-24-2

Indeno(1,2,3-cd)pyreen

193-39-5

(29)

Simazine

122-34-9

1

1

4

4

(29 bis)

etrachloorethyleen (7)

127-18-4

10

10

niet van toepassing

niet van toepassing

(29 ter)

Trichloorethyleen (7)

79-01-6

10

10

niet van toepassing

niet van toepassing

(30)

Tributyltinverbindingen (Tributyltinkation)

36643-28-4

0,0002

0,0002

0,0015

0,0015

(31)

Trichloorbenzenen

12002-48-1

0,4

0,4

niet van toepassing

niet van toepassing

(32)

Trichloormethaan (chloroform)

67-66-3

2,5

2,5

niet van toepassing

niet van toepassing

(33)

Trifluraline

1582-09-8

0,03

0,03

niet van toepassing

niet van toepassing

(1) (2) (3) (4)

CAS: Chemical Abstracts Service. Deze parameter is de MKN uitgedrukt als jaargemiddelde (JG-MKN). Tenzij anders is aangegeven, is deze van toepassing op de totale concentratie van alle isomeren. Landoppervlaktewateren omvatten rivieren en meren en de bijbehorende kunstmatige of sterk veranderde waterlichamen. Deze parameter is de milieukwaliteitsnorm uitgedrukt als maximaal aanvaardbare concentratie (MAC-MKN). Wanneer voor de MAC-MKN „niet van toepassing” wordt aangegeven, worden de JG-MKN-waarden verondersteld bescherming te bieden tegen kortdurende verontreinigingspieken in continue lozingen, aangezien deze aan zienlijk lager zijn dan de op basis van de acute toxiciteit afgeleide waarde. (5) Voor de groep prioritaire stoffen die vallen onder gebromeerde difenylethers (nr. 5), vermeld in Beschikking nr. 2455/2001/EG, wordt alleen voor de conegeren nr. 28, 47, 99, 100, 153 en 154 een MKN vastgesteld. (6) Voor cadmium en zijn verbindingen (nr. 6) zijn de MKN-waarden afhankelijk van de hardheid van het water, ingedeeld in vijf klassen (klasse 1: < 40 mg CaCO3/l, klasse 2: 40 tot < 50 mg CaCO3/l, klasse 3: 50 tot < 100 mg CaCO3/l, klasse 4: 100 tot < 200 mg CaCO3/l en klasse 5: ≥ 200 mg CaCO3/l). (7) Deze stof is geen prioritaire stof, maar een van de andere verontreinigende stoffen waarvoor de MKN identiek zijn aan die welke zijn vastgelegd in de wetgeving die vóór 13 januari 2009 van toepassing was. (8) DDT totaal omvat de som van de isomeren 1,1,1-trichloor-2,2-bis(p-chloorfenyl)ethaan (CAS-nummer 50-29 3), EU-nummer 200-024-3); 1,1,1-trichloor-2-(o-chloor fenyl)-2-(p chloorfenyl)ethaan (CAS-nummer 789-02-6), EU-nummer 212-332-5); 1,1-dichloor-2,2-bis(p-chloorfenyl)ethyleen (CAS-nummer 72-55-9) EU-nummer 200784-6); en 1,1-dichloor-2,2-bis(p-chloorfenyl)ethaan (CAS-nummer 72-54-8). EU-nummer 200-783-0). (9) Wanneer lidstaten niet de MKN voor biota toepassen, dienen zij striktere MKN voor water in te voeren teneinde hetzelfde beschermingsniveau te bieden als de in artikel 3, lid 2, van deze richtlijn bedoelde MKN voor biota. Zij stellen de Commissie en de andere lidstaten via het in artikel 21 van Richtlijn 2000/60/EG bedoelde comité in kennis van de motivering en de uitgangspunten voor de toepassing van deze aanpak, de vastgestelde alternatieve MKN voor water, met inbegrip van de gegevens en de methode waarmee de alternatieve MKN zijn afgeleid en de categorieën oppervlaktewateren waarvoor zij zouden gelden. 10 ( ) Op de groep prioritaire stoffen die onder polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK) vallen (nr. 28), is elke afzonderlijke MKN van toepassing, hetgeen betekent dat de MKN voor benzo(a)pyreen en de MKN voor de som van benzo(b)fluorantheen en benzo(k)fluorantheen en de MKN voor de som van benzo(g,h,i)peryleen en indeno (1,2,3-cd)pyreen moeten worden nageleefd.

Tabel 2: milieukwaliteitsnormen voor prioritaire stoffef



6 TSO-IW


34

3.1.2 Voorbeelden

Figuur 13: Gebruik meststoffen EU-27 in miljoen ton per jaar

Op bovenstaande grafiek is duidelijk te zien dat het probleem een sterke stijging heeft gehad maar de vorige jaren terug aan het dalen is. Nu in 2015 daalt deze vervuiling nog steeds. Nitraatrichtlijn De Nitraatrichtlijn of ook wel mestdecreet genoemd stamt al af van 1991 (Richtlijn 91/676/EEG van de Raad van 12 december 1991). De richtlijn heeft als doel de waterkwaliteit in heel Europa te beschermen. Dit door te voorkomen dat nitraten uit landbouw bronnen (besproken in 2.2) het gronden oppervlaktewater verontreinigen en door goede landbouwpraktijken te stimuleren. De landbouwers worden door de richtlijn verplicht de hoeveelheden stikstofhoudende meststoffen op akkers te beperken. De richtlijn besluit dat de grenswaarde nitraat in oppervlaktewater 50mg nitraat per liter water bedraagt. Anders geschreven is dit ook wel: 50

@A B

= ?M met: n= =

@ l

m,m5mA

b),mm?n

o pqr ;?

= 8,06 ∗ 10

𝑚𝑜𝑙

8,06 ∗ 10;? 𝑚𝑜𝑙 = 8,06 ∗ 10;? 𝑀 1l



6 TSO-IW


35

Ook landbouwers gaan steeds positiever om met de maatregelen en zijn zich meer en meer bewust van het feit dat er iets moet worden veranderd. Ze gaan steeds meer op zoek naar meer duurzame technieken zoals mestverwerking. Huishoudens Het Europees besluit verteld ons ook dat het verboden is huiswater zonder zuivering de beek in te lozen. Indien een woning niet is aangesloten op het rioleringsnetwerk, verplicht de overheid een individuele waterzuiveringsinstallatie te plaatsen. Deze installatie moet het waterzuivering alvorens dit in de beek terechtkomt. Dit kan bijvoorbeeld door een kokos bed. Stedelijk afvalwater Er staat in het Europees besluit ook een Richtlijn behandelen stedelijk afvalwater. Deze richtlijn zorgt ervoor dat lidstaten moeten investeren in infrastructuur om het stedelijk afval op te vangen en te behandelen. De specifieke vereisten zijn afhankelijk van de grote van de zogeheten “stedelijke agglomeraties” en de kwetsbaarheid van het water waar die stad loost. Industrieel afval De richtlijn geïntegreerde preventie en bestrijding van verontreiniging heeft het doel om de lozing van verontreinigde stoffen door grote industriële installaties tegen te gaan. Bij overtreding van deze richtlijnen zijn zware boetes opgelegd die door de oorsprong van de vervuiling moeten worden betaald. Bij overschrijden van normen door een Lidstaat krijgt het desbetreffende land een fikse boete.

3.2 Vlaams waterbeleid 3.2.1 VLAREM Als lidstaat van Europa moet België en dus ook Vlaanderen zich houden aan de normen omtrent de kwaliteit van water die Europa heeft opgesteld (KWR). Deze normen worden gebruikt als de basis voor het Vlaams Waterbeleid. Maar er zijn nog extra normen die de regering heeft opgesteld voor Vlaanderen. VLAREM staat voor het "VLAams REglement betreffende de Milieuvergunning". Het is het uitvoeringsbesluit van het Vlaamse milieuvergunningsdecreet en bestaat uit drie delen. Het hoofddoel van VLAREM is het voorkomen en beperken van hinder, milieuverontreiniging en veiligheidsrisico’s van bedrijven, handelszaken, ... VLAREM II stelt de milieukwaliteitsnormen vast waaraan het betrokken onderdeel van het milieu in het Vlaams gewest moet voldoen. Voor de evaluatie van de goede ecologische en de goede chemische toestand van het oppervlaktewater gelden richtwaarden volgens de VLAREM II. De basismilieukwaliteitsnormen kunnen verstrengd worden als ze van toepassing zijn voor specifieke doeleinden zoals drinkwater of zwemwater. De Vlaamse regering evalueert op regelmatige tijdstippen deze normen en zal indien nodig aanpassingen doen.



6 TSO-IW


36

De oppervlaktewaterlichamen worden ingedeeld in verschillende typen bv. kleine beek, grote beek, kleine rivier … hieronder vindt u een stuk uit de bijlage van de Vlarem II deel 2.3.1. Onderstaande normen zijn bepalend voor de goede ecologische en goede chemische toestand, en moeten uiterlijk behaald worden op 22 december 2015. Parameter thermische omstandigheden temperatuur impact thermische lozing zuurstofhuishouding opgeloste zuurstof (concentratie) opgeloste zuurstof (verzadiging) biochemisch zuurstofverbruik (BZV) chemisch zuurstofverbruik (CZV) zoutgehalte elektrische geleidbaarheid chloride sulfaat verzuringstoestand zuurtegraad (pH) nutriënten Kjeldahl-stikstof nitraat totaal stikstof totaal fosfor orthofosfaat diversen zwevende stoffen biologische parameter EKC-macrofyten EKC-fytobenthos EKC-macro-invertebraten EKC-visfauna

eenheid

toetswijze

milieukwaliteitsnorm

°C °C

maximum maximum

25° + 3°

mg O2/l % mg O2/l mg O2/l

10-percentiel maximum 90-percentiel 90-percentiel

6 120 6 30

µS/cm mg/l mg/l

90-percentiel 90-percentiel gemiddelde

600 120 90

pHeenheid

minimum - maximum

mg N/l mg N/l mg N/l mg P/l mg P/l

90-percentiel 90-percentiel Zomerhalfjaargemiddelde Zomerhalfjaargemiddelde gemiddelde

mg/l

90-percentiel

50

minimum minimum minimum minimum

0,6 0,6 0,7 0,6

6,5 - 8,5

6 10 4 0,14 0,10

Tabel 3: voor de oppervlaktewateren van het type kleine beek (Bk) en voor de niet in de stroomgebiedbeheerplannen afgebakende waterlichamen die behoren tot de categorie rivieren, gelden de onderstaande richtwaarden



6 TSO-IW


37

Parameter

eenheid

toetswijze

milieukwaliteitsnorm

thermische omstandigheden temperatuur impact thermische lozing

°C °C

maximum maximum

25° + 3°

mg O2/l % mg O2/l mg O2/l

10-percentiel maximum 90-percentiel 90-percentiel

6 120 6 30

zoutgehalte elektrische geleidbaarheid chloride sulfaat

µS/cm mg/l mg/l

90-percentiel 90-percentiel gemiddelde

600 120 90

verzuringstoestand zuurtegraad (pH)

pH-eenheid minimum - maximum

nutriënten Kjeldahl-stikstof nitraat totaal stikstof totaal fosfor orthofosfaat

mg N/l mg N/l mg N/l mg P/l mg P/l

90-percentiel 90-percentiel zomerhalfjaargemiddelde zomerhalfjaargemiddelde gemiddelde

diversen zwevende stoffen

mg/l

90-percentiel

50

minimum minimum minimum minimum

0,6 0,6 0,7 0,6

zuurstofhuishouding opgeloste zuurstof (concentratie) opgeloste zuurstof (verzadiging) biochemisch zuurstofverbruik (BZV) chemisch zuurstofverbruik (CZV)

biologische parameter EKC-macrofyten EKC-fytobenthos EKC-macro-invertebraten EKC-visfauna

5,5 - 8,5 6 10 4 0,14 0,07

Tabel 4: voor de oppervlaktewateren van het type kleine beek Kempen (BkK) gelden de onderstaande richtwaarden



6 TSO-IW


38

3.2.2 MAP 5 Het Vlaams Parlement heeft ook het decreet over het vijfde mestactieplan (MAP5) goedgekeurd. Het vijfde mestactieplan loopt van 2015 tot 2018 en is het vervolg van het vierde mestactieplan (MAP4). Te veel fosfaten en nitraten in beken en rivieren drijven de kosten voor de productie van drinkwater fors op en zijn nefast voor bedreigde planten en dieren. De doelstelling is om op maximaal 5 % van de MAP-meetpunten in het oppervlaktewater de 50mg 𝑁𝑂. -/L te overschrijden en om de gemiddelde concentratie van alle MAP-meetpunten onder de 32mg 𝑁𝑂. -/L. Gebieden waar de nitraatconcentraties in het oppervlaktewater worden overschreden of waar de evolutie van de nitraatconcentratie in het grondwater onvoldoende vooruitgang toont, worden jaarlijks als focusgebieden aangeduid Landbouwbedrijven in deze focusgebieden zullen als focusbedrijven worden aangeduid en zullen bijkomende maatregelen moeten toepassen om zo toch aan de normen te komen.

4 De waterkwaliteit in Vlaanderen De kwaliteit van het oppervlaktewater wordt beoordeeld op basis van enerzijds de meting van fysisch-chemische en chemische parameters en anderzijds de aan- of afwezigheid van microorganismen die indicatoren zijn voor een goede of minder goede waterkwaliteit. Deze gegevens kunnen worden aangevuld met de analyse van de sediment en (slib), die een “geheugen” vormen van het leven van de rivier , en meer bepaald van de vervuiling door zware metalen, polychloor bifenylen (PCB’s), polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) of andere biologisch niet afbreekbare organische stoffen. Aan de hand van al deze elementen kan de graad van verontreiniging van de waterlopen worden bepaald en kan hun vermogen tot zelfzuivering worden beoordeeld.

4.1 Gemiddelde ammoniumgehalte Een teveel aan ammoniak schaadt het milieu. Ammoniak is basisch, maar wordt door oxidatie in de lucht en in de bodem omgezet tot salpeterzuur. Deze verzuring is schadelijk voor bos- en natuurgebieden. Daarnaast leidt ammoniak tot vermesting of eutrofiëring. Ammoniak, kan net als door het lozen van afvalwater met een teveel aan nitraat en fosfaat, in het oppervlaktewater een overmaat aan voedingsstoffen veroorzaken. De algengroei in het water kan explosief toenemen wat aan het einde van het groeiseizoen als de algen afsterven en gaan rotten weer tot hypoxie (het ontbreken van zuurstof ) kan leiden. Tot slot kan het uit ammoniak ontstane nitraat het grondwater vervuilen. De huidige overmaat aan ammoniak in het milieu is voor 90 procent uit de landbouw afkomstig. De ammoniak ontsnapt uit de stallen of komt in de lucht terecht na bemesting van het land (emissie). Via de lucht komt het ammoniak in de bodem of het water terecht (depositie). Het effect van ammoniakuitstoot op de natuur kan onder andere worden gemeten aan de hand van de mate van aanwezigheid van bepaalde korstmossen.



6 TSO-IW


39

4.2 Zuurtegraad De pH is een maat van de zuurtegraad van het water, of met andere woorden van de concentratie aan waterstofionen (H+). De pH-schaal varieert in de praktijk van 0 (heel zuur ) tot 14 (heel basisch); de mediaan, 7, stemt over een met een neutrale oplossing bij 25°C. De pH van natuurlijk water kan variëren van 4 tot 10, afhankelijk van de zure of basische aard van de doorstroomde gebieden. Lagere pH’s (zuur water) verhogen met name het risico van aanwezigheid van metalen in een giftiger e ionische vorm. Hoge pH’s verhogen de ammoniakconcentraties die giftig zijn voor de vissen. Over een periode van 20 jaar ligt de pH gemiddeld tussen 7,5 en 7,8. In 2014 voldoet 91 % van de meetplaatsen aan de typespecifieke norm. Daarmee behoort dit jaar voor deze parameter tot de twee beste jaren sinds het begin van de metingen.

Figuur 14: evolutie zuurtegraad



6 TSO-IW


40

4.3 Nutriënten Nutriënten zoals nitraat en fosfaat zijn noodzakelijk voor het leven in het water, maar bij te hoge concentraties kunnen ze het ecosysteem ernstig ontwrichten.

4.3.1 Totaal fosfor

Figuur 15: evolutie totaal fosfor

De gemiddelde concentratie aan totaal fosfor daalt van ca. 2 mgP/l in 1990 naar 0,6 mgP/l in 2014. De typespecifieke norm is voor de meeste waterlichamen 0,14 mgP/l. Sedert de start van de metingen voldoet jaarlijks slechts een kleine minderheid van de meetplaatsen aan de norm. Het percentage van de meetplaatsen dat in 2014 voldoet aan de typespecifieke norm voor fosfaat bedraagt ca. 8 %. Te veel fosfaat draagt bij tot de eutrofiëring of overbemesting van de waterlopen. Fosfaten zijn hoofdzakelijk afkomstig van afvalwaterlozingen, en van uitspoeling en erosie van landbouwgronden. Dankzij de saneringsinspanningen van de overheid, landbouw en industrie is de gemiddelde concentratie van fosfaat (PO43-) in het oppervlaktewater het voorbije anderhalf decennium gedaald. De laatste 3 jaar is er een stagnatie. In 2014 is de gemiddelde concentratie 0,3 mg P/l.



6 TSO-IW


41

4.3.2 Nitraat

Figuur 16: evolutie nitraat

Nitraten komen vooral via de landbouwgronden in de waterlopen terecht. De mate van uitspoeling is niet enkel afhankelijk van de bemestingspraktijken. Ook de weersomstandigheden, in het bijzonder de neerslag, beïnvloeden deze uitspoeling in sterke mate. Naast fosfaat speelt nitraat een belangrijke rol in de eutrofiëring van oppervlaktewater. De concentratie van de nitraten in de Vlaamse waterlopen is het afgelopen decennium geleidelijk gedaald. Het percentage meetplaatsen dat voldoet aan de norm was nog nooit zo hoog als in 2014 en bedraagt 85,7 %.

4.4 Bestrijdingsmiddelen Op een dertigtal locaties werd er een zeer hoge concentratie bestrijdingsmiddelen gevonden. In 1997 werden door de VMM negen stoffen in meer dan de helft van de metingen aangetoond in concentraties boven de detectielimiet, waaronder simazine, atrazine, lindaan, diuron en propazine

4.5 Zware metalen De meeste normoverschrijdingen voor zware metalen werd vastgesteld voor zink, gevolgd door cadmium, nikkel, koper, lood en chroom. Een belangrijke bron voor de directe afvoer van zink, en in mindere mate van koper en lood, is de corrosie van leidingen en afvoeren. In een aantal gevallen kunnen die in verband gebracht worden met industriële lozingen of de lozingen van een effluent van een zuiveringsinstallatie.



6 TSO-IW


42

4.6 Evolutie Opgeloste dizuurstof Het percentage van de meetplaatsen dat voldoet aan de typespecifieke norm voor opgeloste zuurstof stijgt van 25 % in 1990 naar 55 % in 2014. In 2013 was het percentage dat voldoet hoger (69 %). Maar het cijfer van 2014 is wel vergelijkbaar met dat van 2009. Een belangrijke factor voor het gehalte aan opgeloste zuurstof is de watertemperatuur, die in 2014 het hoogste was van het afgelopen decennium (13,7 °C). Bij hoge temperatuur kan minder zuurstof oplossen in water omdat het oppervlaktewater sneller verzadigd is. De zuurstofverzadiging (het percentage opgeloste zuurstof ten opzichte van de temperatuur afhankelijke verzadigingswaarde) vertoont echter een gelijkaardige trend als het gehalte aan opgeloste zuurstof. De watertemperatuur kan deze daling van het gemiddelde gehalte aan opgeloste zuurstof dus niet afdoende verklaren.

Figuur 17: evolutie opgeloste zuurstof

4.7 BOD Als we naar het gemiddelde biochemisch zuurstofverbruik kijken, dan is die in 2013 en 2014 telkens lichtjes toegenomen t.o.v. het jaar voordien. Het biochemische zuurstofverbruik geeft een indicatie van het gehalte aan organisch afbreekbare vervuiling in het water en is afhankelijk van geloosde vuilvrachten enerzijds en afvoerdebieten anderzijds. Afbraak van dit organisch materiaal leidt tot een verbruik van de aanwezige zuurstof in het water, die geheel of gedeeltelijk kan gecompenseerd worden door natuurlijke reäeratie.



6 TSO-IW


43

Figuur 18: evolutie biochemisch zuurstofverbruik

4.8 De biologische waterkwaliteit Uit metingen in 1997 blijkt dat meer dan één derde van de meetplaatsen een matige biologische waterkwaliteit heeft, terwijl ruim één vierde een zeer slechte tot uiterst slechte kwaliteit vertoont. 17 % van deze meetplaatsen behoort tot de kwaliteitsklassen goed of zeer goed en voldoet hiermee aan de Vlaamse basiskwaliteitsnorm. Maas en Nete scoren hier andermaal het best, terwijl het Denderbekken het minst goed doet. De vergelijking met de eerste bepaling sinds 1989 toont aan dat op bijna twee derden van de meetplaatsen de biologische waterkwaliteit niet of niet noemenswaardig is gewijzigd. Bij 26,5 % wordt een verbetering vastgesteld, terwijl 8,3 % in kwaliteit achteruitging. Bij het IJzer bekken is de kwaliteitsverslechtering het meest uitgesproken.

4.9 De bacteriologische waterkwaliteit In het badseizoen 1997 voldeden alle 39 bad zones aan de kust steeds aan de norm voor het totaalgehalte aan colibacteriën en het gehalte aan fecale colibacteriën. In 5 bad zones werd de aanwezigheid van salmonella éénmalig aangetoond. Bij één bad zone gebeurde dat twee keer. Voor de 112 open zwem- en recreatievijvers werd op 23 plaatsen de norm voor totale coliforme overschreden. Voor 18 meetplaatsen gold dit voor de norm fecale coliforme. Op 11 plaatsen werd de norm voor salmonella overschreden. De meeste van deze overschrijdingen werden vastgesteld in open kanalen en rivieren, waar wel aan watersport wordt gedaan, doch waar weinig wordt gezwommen. De vastgestelde verbeteringen, als gevolg van de saneringen die binnen en buiten Vlaanderen hebben plaatsgevonden, zijn beperkt belangrijk maar nog onvoldoende om de kwaliteitsdoelstellingen te halen. Er is reeds een verbeterde visstand, maar van een verregaand herstel van de visstand is in de grote rivieren nog geen sprake.



6 TSO-IW


44

4.10 Zwevende deeltjes Tot de zwevende deeltjes behoren alle minerale of organische stoffen die niet worden opgelost in water. Het gaat om klei, zand, leem, organische en minerale stoffen met kleine afmetingen, plankton en andere micro-organismen die in water voorkomen. De hoeveelheid zwevende deeltjes varieert met name volgens de seizoenen en volgens het stromingsregime van het water. Ze tasten de transparantie van het water aan en verminderen de lichtpenetratie en bijgevolg de fotosynthese. De zwevende deeltjes kunnen bovendien grote hoeveelheden giftige stoffen opstapelen (metalen, pesticiden, minerale oliën, polycyclische aromatische koolwaterstoffen, …). De zwevende deeltjes worden uitgedrukt in mg/l.

4.11 Opgeloste ionen De chloriden (CI-) en sulfaten (S042-) worden in het algemeen aandachtig opgevolgd. Een hoog chloridegehalte kan wijzen op een verontreiniging door huishoudelijk afvalwater (regenereert zout dat in vaat wassers wordt gebruikt ) of door bepaalde soorten van industrieel afvalwater . De hoogste chlorideconcentraties kunnen gewoonlijk worden waar genomen in periodes van vorst (strooizout ). Het afvalwater van tal van industrietakken kan eveneens sulfaten bevatten. Voor al bruuske en sterke veranderingen van de chloride- en sulfaatgehaltes kunnen rampzalig blijken. Andere ionen, zoals calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), kalium (K+) en fluor (F-) kunnen eveneens gemeten worden. De opgeloste elementen worden uitgedrukt in mg/l.

4.12 Hardheidsgraad van water De hardheidsgraad van water geeft de concentratie van metaalionen, veelal magnesium- en calciumionen, maar ook carbonaten en sulfaten, in het leidingwater aan. De hardheid wordt gemeten in mg CaCO3 per liter. Tijdelijke hardheid: Hieronder vallen de stoffen die verdwijnen na het koken van het water, namelijk het calciumbicarbonaat (Ca(HCO3)2 en magnesiumbicarbonaat Mg(HCO3)2. Deze stoffen zijn ook de oorzaak van de gevormde neerslag die zo typisch is voor hard water. Doordat kokend water niet in staat is om gassen zoals koolzuur vast te houden zal het waterstofcarbonaatgebonden koolzuur uitgedreven worden. De moeilijk oplosbare carbonaten blijven dan over en zetten af op de wanden van het kookvat (ketelsteen). Het water wordt hierdoor zachter.

Enkele chemische formules: Ca(HCO3)2 (goed oplosbaar) <-> CaCO3 (moeilijk oplosbaar) + CO2 + H2O Mg(HCO3)2(goed oplosbaar) <-> MgCO3 (moeilijk oplosbaar) + CO2 + H2O



6 TSO-IW


45

Blijvende hardheid: Hieronder vallen de magnesium- en calciumionen die na het koken nog steeds in het water aanwezig zijn. De meest voorkomende zijn : CaSO4, MgSO4, CaCl2, SiO2. Totale hardheid: Onder de totale hardheid van water verstaat men de som van alle daarin voorkomende ionen van de aardalkalimetalen calcium (Ca2+) en magnesium (Mg2+) . Zacht water bevat weinig, hard water veel van de genoemde verbindingen. De calciumionen zijn veruit het belangrijkst. Er zijn drie tot tienmaal meer calciumionen dan magnesiumionen. Calcium- en magnesiumioen bevinden zich in kalkhoudende lagen in de bodem. Het lost op in grondwater doordat het met met koolzuur (CO2) chemische verbindingen vormt, de zogeheten carbonaten. Deze zijn moeilijk in water oplosbaar en zouden daarom voor de hardheid van het water van weinig betekenis zijn, ware het niet, dat ze bij een overmaat koolzuur in het water verder reageren en dan de goed oplosbare waterstofcarbonatenzouten vormen. Enkele chemische formules: CaCO3 (moeilijk oplosbaar) + CO2 + H2O <-> Ca (HCO3)2 (goed oplosbaar) MgCO3 (moeilijk oplosbaar) + CO2 + H2O <-> Mg (HCO3)2 (goed oplosbaar)

4.13 Oppervlakteactieve stoffen De oppervlakteactievestoffen worden gevormd door moleculen met een water afstotend gedeelte en een water aantrekkend gedeelte. Deze oppervlakteactievestoffen worden anionisch, kationisch, amfoteer (stoffen die zich tegelijk als zuur en als base kunnen gedragen) of niet -ionisch genoemd, afhankelijk van de lading van hun wateraantrekkende groep. De chemische configuratie van de oppervlakteactievestoffen verleent hen belangrijke eigenschappen voor reiniging (ontvetting). Deze stoffen spelen dus een rol in de samenstelling van de detergenten, zepen enz. Hoewel de oppervlakteactievestoffen op zich relatief weinig giftig zijn, houdt hun milieu-impact verband met het feit dat ze de membranen van de cellen doordringbaar kunnen maken voor bepaalde stoffen die er doorgaans weinig of niet in doordringen.



6 TSO-IW


46

4.14 Gevaarlijke stoffen De stoffen die de gezondheid van de mens of van het milieu kunnen aantast en, zij n uiterst talrijk. Hier door is de aanduiding van de individuele stoffen die gereglementeerd zijn in het kader van de richtlijn, het voorwerp geweest van een complex selectieproces dat met name rekening houdt met de kenmerken van giftigheid, persistentie en bioaccumulatie van de moleculen. De gereglementeerde stoffen werden geselecteerd uit de volgende families en groepen van stoffen, die in de bijlage van de richtlijn zijn opgenomen: • • • • • • • •

• •

•

• •

organische halogeenverbindingen en stoffen waar uit in wat er der gelijke verbindingen kunnen ontstaan organische fosforverbindingen/ tinverbindingen, Stoffen waarvan is aangetoond dat zij in of via het water een kankerverwekkende werking hebben kwik en kwikverbindingen cadmium en cadmiumverbindingen persistente minerale oliën en uit aardolie bereide persistente koolwaterstoffen persistente kunststoffen die in wat er kunnen drijven, zweven of zinken en die enig gebruik van het water kunnen hinderen sommige met alloïden en metalen en verbindingen daar van (zink, koper , nikkel, chroom, lood, selenium, arsenicum, antimoon, molybdeen, titaan, tin, barium, beryllium, borium, uranium, vanadium, kobalt , thallium, tellurium en zilver) biociden en niet in andere categorieën genoemde derivaten daarvan stoffen met een schadelijke werking op de smaak en/ of geur van product en uit het water en bestemd voor de mens, alsmede verbindingen waar uit dergelijke stoffen in het wat er kunnen ontstaan (vb. fenol dat de smaak van vis verandert) organische siliciumverbindingen die toxisch of persistent zijn en stoffen waar uit dergelijke verbindingen in het wat er kunnen ontstaan, met uit zondering van die welke biologisch onschadelijk zijn of die in water snel worden omgezet in onschadelijke stiffen Anorganische fosforverbindingen en elementair fosfor Niet-persistente minerale oliën en uit aardolie bereide niet-persistente koolwaterstoffen

5 Analyse van oppervlaktewater 5.1

Staalname van water

Tijdens de staalname is het belangrijk om geen verontreinigingen of wijzigingen te hebben in het staal. Deze staalnames zouden niet representief zijn omdat de inhoud de werkelijkheid niet weergeeft. Daarom moeten er speciale voorzorgen genomen worden. Vooreerst dienen de recipiënten waarmee we werken zuiver te zijn. De grootte/omvang van oppervlaktewater en het mogelijk optreden van turbulentie heeft een belangrijke invloed op de representativiteit van het genomen monster. Tenslotte is het belangrijk om op voorhand de locaties te selecteren waar er vermoeden is van een homogene samenstelling van het water.



6 TSO-IW


47

5.1.1 Soorten recipiënten: 5.1.1.1 Emmer Als we een staal wensen te nemen vanop een kade, een brug, een boot of een ponton kunnen we gebruik maken van een emmer. Hierbij moeten we opletten dat we het opwervelen van bodemmateriaal vermijden. Een emmer is dus niet geschikt voor ondiepe wateren. Verwijder eventuele takken, grassen en andere verontreinigingen van het wateroppervlak. Vul de emmer door deze onder te dompelen in het oppervlaktewater. Vermijd dat hierbij verontreinigingen in de emmer terechtkomen. Meng (homogeen mengsel) elke emmer vooraleer de staalnameflessen te vullen. Maatbeker of fles: Een maatbeker of fles met een inhoud van 250 – 1000 ml al dan niet in combinatie met een telescopische stok kan gebruikt worden. Hierbij kan men wel uit ondiepe wateren of vanaf de oever stalen nemen. Net zoals bij een emmer moeten we eerst takken, grassen en andere verontreinigingen verwijderen. Breng de maatbeker of fles snel in het oppervlaktewater en laat deze in schuine stand vollopen. Vermijd hierbij eveneens verontreinigingen. Herhaal deze werkwijze om voldoende staalnameflessen te kunnen vullen.

5.1.2

Keuze van de monsternamelocatie

Staalname vanop een brug: Bij staalname vanop een brug dient rekening te worden gehouden met volgende factoren. Het water is diep genoeg om het recipiënt te kunnen onderdompelen. Het recipiënt mag niet uit het zicht verdwijnen met andere woorden het mag niet onder de brug worden meegesleurd. We moeten ook voorkomen dat er materiaal die aan of onder de brug hangt loskomt en zo in het staal terecht komt.; Staalname in het water: Bij ‘in-stream’ staalname worden de recipiënten rechtstreeks in het oppervlaktewater gevuld. Deze manier verdient de voorkeur omdat het oppervlaktewater rechtstreeks in het recipiënt komt. Deze werkwijze kan wel een aantal gevaren opleveren voor de uitvoerder. Staalname vanop de oever: Bij staalname vanop de oever moeten we extra aandacht besteden dat we het oppervlaktewater niet opwervelen. Hiervoor kunnen we een telescopische stok gebruiken waaraan we het staalnamerecipiënt bevestigen. Staalname vanop een boot of vlot: Bij staalname vanop een boot of vlot moeten we vermijden dat het staal vervuild geraakt met vuil afkomstig van de boot of het vlot (e.g. verf, benzine, …).



6 TSO-IW


48

5.1.3 Eigen staalnames Staal1 Ik heb de plastiek fles ongeveer een armlengte van de oever horizontaal in het water gehouden tot de fles vol was. We hebben ervoor gezorgd dat de fles niet volledig ondergedompeld was en er zo nog lucht kon ontsnappen. De fles werd volledig gevuld zodat het zuurstofgehalte constant bleef. Staal2 Ik heb een geschikte fles genomen om waterstalen te nemen. Ik heb dan gezocht naar een geschikte locatie om waterstalen te nemen, in mijn geval de Lieve te Beke. Ik heb de fles meerdere malen laten vollopen en dan terug laten leeglopen omdat de stalen zo representatief mogelijk zouden zijn. Dan heb ik de fles volledig gevuld met eindstaal. Staal3 Het staal uit Ursel is genomen in de vijver van Jonas thuis. Het is genomen omstreeks 11 uur 's avonds. De vijver heeft diameter van 15 meter. Het staal is genomen op een goede 5 meter van de rand. Op die plek was de vijver een goede 1,5 à 2 meter diep. Het staal is onmiddellijk in een donkere ruimte bewaart en heeft nauwelijks licht gezien tot het uitvoeren van de proeven. De fles was ook volledig gevuld. We hebben nagelaten om de temperatuur te plaatsen te registreren.

5.2

Werkwijze van de chemische analyse

5.2.1 Zuurtegraad (pH) Om de zuurtegraad te meten gebruiken we 2 verschillende methodes: Elektronische pH-meter: Omdat een elektronische pH-meter altijd vochtig moet gehouden worden hangt er nog water aan. Om het water weg te krijgen vullen we een potje met staalwater en spoelen de elektronische pHmeter erin. Zo blflijt er geen water aan de meter zitten die de proef zou verstoren. Dan vullen we het potje opnieuw met staalwater en steken de elektronisch pH-meter er weer in. We wachten ongeveer 30 seconden en dan kunnen we de pH aflezen van het scherm



6 TSO-IW


49

pH-indicatorpapier: We nemen een stukje indicatorpapier en dompelen dit kort onder in het staal. De kleur van het papier zal veranderen. Na ongeveer 30 seconden vergelijken we het kleur van het papier met het kleur op de verpakking en we kunnen de pH aflezen. Deze proef is met 3 verschillende soorten papiertjes gedaan. De een is al wat preciezer dan de andere en zo weten we ook of al de metingen hetzelfde uitkomen en dus correct is.

Figuur 19: voorbeeld van pH-papier

5.2.2 Nitriet-/nitraationen Voor de bepaling van het gehalte nitrieten nitraationen maken we gebruik van een snelanalysekit. Nitrietionen We brengen 5 ml van het staalwater in het bekerglas. We voegen hierbij 1 schepje van het nitriet testreagens. Dan wachten we 5 minuten voor we de kleur van de oplossing vergelijken met de kleur op de ijkingschaal. De kleur waarmee dit overeenkomt geeft de hoeveelheid nitriet aan in mg/l.

Nitraationen We brengen 5 ml van het staalwater in het bekerglas. We voegen hierbij 2 schepjes van het nitraat testreagens aan en schudden hier 1 minuut mee. Dan wachten we 5 minuten voor we de kleur van de oplossing vergelijken met de kleur op de ijkingschaal. De kleur waarmee dit overeen komt geeft de hoeveelheid nitraat aan in mg/l.



6 TSO-IW


50

5.2.3 Ammoniumionen We maken gebruik van een sneltestkit voor de bepaling van het ammoniumgehalte.

1. We nemen een bekerglas. 2. We spoelen dit meerdere malen uit zodat de waterstaal representatief is. 3. We brengen nu ongeveer 5 milliliter van het staal in het bekerglas.

Figuur 20: werkwijze uit de testkit (amonium)

4. Hierbij brengen we 10 druppels van de ammonium 1 tester. 5. Vervolgens doen we hierbij één schepje ammonium 2 tester. 6. Deze oplossing mengen we goed. 7. We laten deze rusten gedurende 5 minuten 8. Daarna voegen we 6 druppels toe van de ammonium 3 tester. 9. Opnieuw laten we dit gedurende 5 minuten rusten 10. Nu kijken we welke kleur onze oplossing heeft gekregen en vergelijken dit met de ijkingsschaal.

Figuur 21: strookje om te kleur te vergelijken



6 TSO-IW


51

5.2.4 Fosfaationen Voor we met de proef kunnen beginnen moeten we ervoor zorgen dat de gebruikte proefbuis of het gebruikte bekertje geen resten meer bevat van een vorige proef. We moeten deze dus eerst uitspoelen voordat we kunnen beginnen met de proef. Dit doen we met het water dat we willen testen. We vullen de proefbuis of het bekertje en gieten het dan weer uit. Dit herhalen we twee of drie keer.Eens we dit gedaan hebben kunnen we met de proef beginnen. Hiervoor maken we gebruik van een bestaande testset. Deze proef bestaat uit een druppelflesje gevuld met reagens 1 en een vaste stof (poeder) en dit is reagens 2-. Voor deze proef zullen we 5ml van het te testen water nodig hebben. Er is een bekertje toegevoegd met een streepje bij 5ml. Het is aangeraden om dit potje te gebruiken zo heb je zeker de juiste hoeveelheid van het te testen water. Het eerste wat we doen is 5 druppels toevoegen aan het water van reagens 1. Daarna voegen we een schepje van het poeder, reagens 2, toe. Er zit een lepeltje in het potje met het poeder zodat je zeker de juiste hoeveelheid hebt. Als we dit gedaan hebben moeten eens goed roeren en dan twee minuten wachten. Het water zal verkeuren. Na die twee minuten moeten we kleur van de oplossing vergelijken met geijkte vlakjes en kunnen we de hoeveelheid PO43- aflezen. De uitkomst is in mg/l.

5.2.5 Zuurstofgehalte Het testen van het dizuurstofgehalte gebeurt aan de hand van een bestaande zuurstoftest. Deze test gebeurt via een titrimetrische methode. We hebben een glazen flesje, dat bij deze test aanwezig is, gevuld tot de rand met ons waterstaal. Daarna doen we in het flesje 5 druppels van reagens 1, en ook 5 druppels van reagens 2 (aanwezig bij de tester). We schudden dit 10 seconden goed door elkaar. Nu laten we dit 1 min rusten. Na die minuut rust voegen we 10 druppels toe van reagens 3. We zetten alweer de stop op het flesje en mengen dit stevig. We nemen nu met de spuit 5 ml van het mengsel en brengen dit over in een plastic potje. Hier voegen we nu nog 1 druppel van reagens 4 aan toe. Afhankelijk van het zuurstofgehalte krijgt dit mengsel een violette tot blauwe kleur. Hiermee start de eigenlijke titratie. Nu nemen we met de speciale spuit reagens 5 en doen deze spuit helemaal vol. we druppelen met deze spuit druppel per druppel reagens 5 in het plastic potje met de te testen oplossing. Tot de kleur van het mengsel volledig is verdwenen. Kijk nu op de spuit hoeveel mg/l O) er in het staal zat. Dit is het zuurstofgehalte. We doen 5 dagen later deze test opnieuw nadat we het waterstaal heel deze periode in een donkere ruimte hebben geplaatst. Als we nu de waarde van het zuurstof gehalte van de 2e proef aftrekken van de waarde van het zuurstof gehalte van de eerste proef hebben we het biologische zuurstof verbruik bepaald (=BZV of BOD).



6 TSO-IW


52

5.2.6 Ijzergehalte Bij deze proef gaan we door gebruik van een bestaande test het ijzergehalte in water bepalen. Voor we met de proef kunnen beginnen moeten we ervoor zorgen dat de gebruikte proefbuis of het gebruikte bekertje geen resten meer bevat van een vorige proef. We moeten deze dus eerst uitspoelen voordat we kunnen beginnen. Dit doen we met het water dat we willen testen. We vullen de proefbuis of het bekertje en gieten het dan weer uit. Dit herhalen we twee of drie keer. Eens we dit gedaan hebben kunnen we met de proef beginnen. Hiervoor maken we gebruik van een test set. In het doosje van deze set vinden we reagens 1, reagens 2 en reagens 3. Deze zullen we alle drie nodig hebben om de proef uit te voeren. Voor de proef hebben we 10ml water nodig dat we willen testen. Dit doen we in het buisje dat bij de test zit. Eerst voegen we zes druppels van reagens 1 toe en schudden daarna eens goed met het water. Dan voegen zes druppels van reagens 2 toe en schudden nog een keer. Daarna voegen we dan zes druppels van reagens 3 toe en schudden een laatste keer. Nu moeten we de oplossing tien minuten laten staan. Na tien minuten zullen we de kleur van de oplossing vergelijken met de kleur in de buisjes die naast het buisje met de oplossing zitten. Het buisje dat wij gebruikt hebben is te vergelijken met het buisje hier afgebeeld. We kunnen de totale hoeveelheid ijzer dus aflezen in de gekleurde vakjes. De uitkomst wordt uitgedrukt in mg/l.

Figuur 22: bekertje om kleur mee te vergelijken

5.2.7 Hardheid We maken gebruik van een testset ter bepaling van de totale hardheid. De test is een vereenvoudigde titratie en steunt op de kleurverandering van een geschikte indicator. 1. We nemen een bekerglas. 2. We spoelen dit meerdere malen uit zodat de waterstaal representatief is. 3. We brengen nu ongeveer 5 milliliter van het staal in het bekerglas. 4. Hierna brengen we het indicatortabletje in de waterstaal.



6 TSO-IW


53

Figuur 23: roodkleurige vloeistof bij hardheid

5. We zien nu dat de vloeistof roodkleurig wordt. 6. Verder voegen we de titreervloeistof toe met een druppelflesje, het is van groot belang dat we goed de druppels kunnen tellen want dit geeft de hardheid weer.

Figuur 24: toevoegen titreervloeistof

7. We voegen druppels toe tot de indicator van kleur gaat veranderen. (rood naar groen) 8. Het aantal druppels dat we hebben toegevoegd tot het groen werd is het resultaat uitgedrukt in Duitse hardheid.

Figuur 25: van kleur veranderde vloeistof



6 TSO-IW


54

5.2.8 Chloriden Het bepalen van het chloridegehalte van water gebeurt op een zeer eenvoudige manier. We nemen 5ml van het te testen water en voegen hier 4 druppels chloridereagens 1 aan toe. We laten dit kort goed mengen en vergelijken het verkregen kleur met de kleuren op de tester. Hieruit kunnen we bepalen hoeveel chloriden aanwezig zijn in het water.

5.3

Praktische uitvoering van analyse van water

5.3.1 Stalen Voor onze praktische proef hebben we 3 stalen genomen op woensdag 3 februari: 1. Sloot rond de waterspaarbekken in Sleidinge. 2. De Lieve in Waarschoot. 3. Vijver bij Jonas thuis.

5.3.2 Resultaten nr. 2 3 4 5 6

parameter Zuurtegraad (pH) Nitrietionen (𝑁𝑂) ; ) Nitraationen (𝑁𝑂. ; ) Ammoniumionen (𝑁𝐻? < ) Fosfaationen (𝑃𝑂? .; )

7

9 10

Zuurstofgehalte (𝑂) ) test 1 test 2 Biologisch zuurstof verbruik (BOD) Ijzergehalte (𝐹𝑒 )
11

Chloriden (𝐶𝑙d; )

8

Staal 1 7,2 0,15 mg/l 20 mg/l 0,0 mg/l 2,0 mg/l



6,8 mg/l 3,7 mg/l 3,1 mg/l

6,0 mg/l 3,6 mg/l 2,4 mg/l

7,9 mg/l 3,2 mg/l 4,7 mg/l

2 mg/l 13 ˚Dh

0,5 mg/l 22 ˚Dh

0 mg/l 7 ˚Dh

0,3 mg/l

0,0 mg/l

0,0 mg/l

norm 6,5 -8,5 0,003 mg/l 10 mg/l 4 mg/l 0,07 mg/l tot 0,14 mg/l >6,0 mg/l

<6,0 mg/l 0,2 mg/l tussen 5.6 en 14 ˚Dh < 200 mg/l

Tabel 5: meetresultaten van de parameters rond waterkwaliteit van eigen stalen



6 TSO-IW


55

5.3.3 Interpretatie van de meetresultaten. Bij de metingen zijn enkele resultaten goed maar er zijn een paar resultaten die niet goed zijn of waar we ons vragen bij stellen.

1. We hebben de temperatuur genomen voordat we de proefjes hebben gedaan. We hebben te laat gerealiseerd dat de temperaturen na een dag zullen veranderd zijn en dus niet meer representatief. De temperatuur moet worden genomen onmiddelijk na het nemen van de stalen om het verband met de andere parameters te kunnen leggen. 2. De zuurtegraad ligt goed binnen de normen. De verschillende stalen liggen ook heel dicht bij elkaar. 3. Voor nitrietionen is er maar 1 staal dat voldoet aan de norm. Nitriet is vooral afkomstig uit de landbouw en een deels uit de huishoudens. De stalen met een te veel waren in een directe omgeving van landbouwgrond. Een te veel aan nitriet is erg schadelijk want het blokkeert de hemoglobine in het bloed, waardoor de zuurstoftransporterende functie ervan geblokkeerd wordt. Een blauwe verkleuring van huid kan wijzen op een nitrietvergiftiging. Te veel aan nitrietionen zorgt ook voor zuurstofgebrek bij waterorganismen. 4. Bij nitraat is er 1 staal dat niet voldoet aan de normen. Zoals nitriet is nitraat afkomstig van de landbouw en de huishoudens. Nitraat is echter niet schadelijk. Het venijn zit in de omzetting van nitraat naar nitriet, wat wel ernstige problemen kan geven 5. De concentratie van ammoniumionen ligt telkens binnen de normen maar we stellen ons vragen bij de betrouwbaarheid van de proef omdat het staal 2 is genomen naast landbouwgrond, weliswaar voor het mestseizoen begonen was. 6. De milieukwaliteitsnormen voor fosfaat in oppervlaktewater zijn gespecifieerd per waterlooptype en variëren van 0,07 tot 0,14 mg/l. zoals we zien zitten de waarden van onze die stalen daar redelijk ver boven, zeker waterstaal 1. Het gebruik van dierlijke mest is in het verleden voornamelijk gericht geweest op de invulling van de stikstofbehoeften van de gewassen. Hierdoor zijn grote hoeveelheden fosfaat opgebracht die niet werden opgenomen door de gewassen en geleid hebben tot een accumulatie van fosfaat in de landbouwgronden. Bodems kunnen een bepaalde hoeveelheid fosfaat vasthouden maar hoe meer deze sorptiecapaciteit opgebruikt wordt, hoe minder plaats beschikbaar is om bijkomend fosfaat vast te leggen. Daardoor zal fosfaat uiteindelijk uitspoelen naar gronden oppervlaktewater. In die zin hebben de huidige fosfaatverliezen vanuit landbouwgronden, onze stalen werden voornamelijk in de buurt van of vlak bij landbouwbedrijven genomen, naar het oppervlaktewater gedeeltelijk een historische oorzaak. 7-8.Er is duidelijk te zien dat de zuurstofgehaltes in alle 3 de stalen bij de eerste nogal laag liggen. Bij test 2 is te zien dat de waarden nog lager liggen, er is dus veel zuurstof verbruikt. Het biologisch zuurstof verbruik (BOD) van de 3 stalen is daardoor vrij aanvaardbaar. De waarden liggen niet zo hoog. Er is niet zo veel dizuurstof nodig om op 5 dagen alle biologische stoffen af te breken. Dit is een goed punt voor het water.

9. De toegelaten hoeveelheid ijzerionen water in België is 0.2mg Fe /L. Zoals we zien zitten waterstaal 1 en waterstaal 2 daar ver boven. Voor waterstaal 3 in dit perfect in orde. De hoge waarde van waterstaal 1 en waterstaal 2 kan liggen aan een zeer ijzerrijke bodem.



6 TSO-IW


56

10. Bij hardheid verkrijgen we bij staal 22 ˚Dh wat aan de hoge kant ligt. Dit kan mogelijk een gevolg zijn van de nieuwe betonnen verstevigingen die men heeft aangebracht in en rond de Lieve op deze plaats. 11. De toelaatbare concentratie voor de basiskwaliteit van oppervlakte water ligt op 200 mg/l. Alle 3 de te testen waterstalen zitten dus zeer sterk onder die norm. Op gebied van chloriden zijn de stalen in orde. Deze waarden liggen zo laag gewoonweg omdat er niet echt een bron van chloriden aanwezig is in en rond het water.



6 Praktische integratie

6TSO-IWc

Elektronica

58

6.1 Inleiding Gezien de ervaringen van vorig schooljaar hebben we vorig schooljaar samen met de leerkrachten besloten om de TCS3200 kleursensor in een praktische toepassing te gebruiken. Hierbij werd gedacht aan het meten van chemische parameters door het bepalen van de kleur van meetstrookjes. De nadruk ligt bij de praktische opdracht op het proefondervindelijk toepassen. Over elk onderdeel of stap kan een theoretische verdiepende studie worden gemaakt die echter al vlug naar een niveau van masterstudies zal gaan of nog verder en dit is niet de bedoeling. Bovendien heeft de begeleidende leerkracht ons gewezen op de korte tijd die we hebben om te besteden aan de GIPopdracht. Een GIP-opdracht duurt geen schooljaar, ze duurt in het beste geval 34 weken en in die 34 weken moet uiteraard al het andere schoolwerk óók nog worden gedaan.

6.2 Kleursensor TCS3200 De TCS3200 bestaat uit fotodiodes (lichtgevoelige diodes), met of zonder kleurfilters, in combinatie met een deel die de door de fotodiodes opgevangen lichtsterkte omzet naar een evenredige frequentie. De doorlaatcurven van de kleurfilters ziet u hieronder voorgesteld. Op de horizontale as ziet u de golflengte van het licht. Op de verticale as ziet u de hoeveelheid licht bij elke golflengte die wordt doorgelaten t.o.v. de best doorgelaten golflengte (715 nm) waarvan de waarde wordt gelijkgesteld aan 1.

Figuur 26: Spectrale gevoeligheid TCS 3200

De chip is opgedeeld in 64 kleine vierkantjes die de rood-, groen- en blauwfilters vormen. Onder deze kleurfilters bevinden zich de fotodiodes die gevoelig zijn voor alle kleuren. Elke kleurfilter heeft een afmeting van 110 μm x 110 μm. 16 diodes zijn niet voorzien van een filterlaagje. Industriële Wetenschappen


6TSO-IWc

Elektronica

59

Figuur 27: SMD Chip TCS 3200

De chip is een erg klein onderdeeltje (ongeveer 4 op 4 mm) die op een drager (printplaatje) moet worden geplaatst zodat er verbindingsdraden kunnen worden op bevestigd. Wat verder in het verslag volgt hierover nog wat uitleg.

6.3 Gebruik van de sensor Doordat we de chip hebben gemonteerd op een printplaat en de nodige elektronische componenten hebben toegevoegd hebben we de mogelijkheid om te kunnen communiceren tussen de processor en de kleursensor. Communicatie met de sensor gebeurt via enkele in- en uitgangen die hieronder kort worden beschreven. Tevens ziet u in de afbeelding hieronder de locatie van deze in- en uitgangen op de chip alsook het blokschema en de functionele beschrijving van de chippinnen zoals deze voorkomen in de datasheet.

Figuur 28: Aansluitingen TCS 3200

Figuur 29: Function Block Diagram

Tabel 6: Aansluitingen kleurensensor



6TSO-IWc

Elektronica

60

De sensor beschikt allereerst over twee voedingsklemmen namelijk de VDD en GND. De intensiteit van het gemeten licht wordt doorgegeven aan de hand van één enkele uitgang (OUT). Deze uitgang geeft een blokgolfvormig signaal door naar de processor. De periodeduur van dit signaal is omgekeerd evenredig met de intensiteit van de gemeten kleurwaarde. Om een kleurintensiteit te meten moeten we de kleursensor duidelijk maken welke kleurenfilter deze zal moeten activeren. Dit doen we aan de hand van twee ingangen (S2 en S3). Door een hoog of een laag signaal op deze ingangen selecteert men een kleurfilter. In onderstaande tabel vindt u welke combinaties met welk kleurfilter overeenkomen.

S2 LOW LOW HIGH HIGH

S3 LOW HIGH LOW HIGH

PHOTODIODE TYPE RED BLUE CLEAR (NO FILTER) GREEN

Tabel 7: Actief kleurenfilter

In het ‘Functional Block Diagram’ ziet u ook dat de sensor over een ingebouwde stroom naar frequentie convertor beschikt. Deze vormt de sperstroom in de lichtgevoelige diodes om naar een blokgolfsignaal waarvan de frequentie evenredig is met de gemeten lichtintensiteit. Om deze convertor aan te sturen beschikt de sensor over nog 2 ingangen (S0 en S1). Door hoog en laag signalen kan men in de convertor een deelwaarde instellen. Bij onze sensor hebben we de deelwaarde gekozen op 2 %. Een deelwaarde van 2 % betekent dat de frequentie nog slechts 2 % zal bedragen van het interne signaal. We hebben slechts 2 % gekozen omdat de functies waarmee we onze processor programmeren slechts een beperkte resolutie hebben. Daardoor verloopt het meten van hoge frequenties niet nauwkeurig. Wanneer we een stukje programma zouden schrijven die rechtstreeks de interne hardware van de processor zou kunnen benutten dan zijn nauwkeurigere metingen wellicht wel mogelijk. Bij een schaal factor van 20 % of meer krijgen we dus een te hoge frequentie, die praktisch gezien niet meer meetbaar is met de “PulseIn”-functie. Deze functie meet de tijdsduur van de positieve alternatie van het blokgolfsignaal. Door te grote schaalfactoren te gebruiken wordt de periodeduur dus te kort om nog nauwkeurig te meten. In onderstaande tabel vindt u welke schaalfactoren met welke hoog-laag signalen overeenkomen.

Tabel 8: functie frequentiedeler



6TSO-IWc

Elektronica

61

Een printplaat bestaat uit verschillende lagen. De verbindingen worden gemaakt via een koperlaag van om en bij de 35 µm dikte. Steun voor deze koperlaag wordt gevormd door een 1,6 mm epoxyhars plaat versterkt met glasvezel. Op de koperlaag ligt nog een lichtgevoelige toplaag. Bij een dubbelzijdige printplaat (het type die wij hebben gebruikt) is er een koper en lichtgevoelige laag aan beide kanten van de drager.

Figuur 30: Dubbelzijdige printplaat

6.4 Etsen De kleursensorchip moet, zoals reeds vermeld, om praktische redenen op een drager (printplaat) gemonteerd worden. Op de printplaat worden de elektrische verbindingen tussen de diverse onderdelen tot stand gebracht. Dit gebeurt door de koper laag op bepaalde plaatsen te verwijderen en op andere te laten staan. Vertrekkende van het elektrische schema en de fysische opbouw van de componenten moeten we dus een tekening maken die de diverse verbindingen weergeeft. Deze tekening wordt printlay-out genoemd. Om de printlay-out te maken bestaan zeer gesofisticeerde programma’s maar wanneer de lay-out niet al te complex is kan dit echter ook gewoon met open office gebeuren zoals wij deden. Wanneer je een printlay-out klaar hebt kan beginnen met het eigenlijke belichten, ontwikkelen en etsen van de printplaat. We hebben hiervoor een fotogevoelige printplaat nodig (In ons geval een dubbelzijdige zodanig dat we alle “ground” verbindingen samen konden bundelen aan de achterkant.), een transparante film waarop de printlay-out in echt volledig ondoorlatend zwart afgedrukt is zodat er geen UV licht meer door kan en een bron van UV licht om de printplaat te belichten. Op de onderstaande figuur ziet u rechts de uitgeprinte transparanten en links de nieuwe printplaat. De printplaat is zwart omdat er een zwarte plastic beschermfolie is op aangebracht om de invloed van UV licht tegen te gaan tijdens het bewaren. Op de achtergrond is een schets te zien van het schema. Het schema werd niet uitgetekend met een tekenprogramma omdat, zoals reeds vermeld, deze programma's wel wat studie vergen alvorens men er een lay-out kan mee maken. Wij hadden deze tijd niet.



6TSO-IWc

Elektronica

62

Figuur 31: Printen van de printbanen

Na het uitpakken van de printplaat waar we eerst de plastic bescherm folie af halen brengen we als eerste stap het transparant aan op de printplaat. Printplaat en transparant worden tussen twee glazen platen geklemd. Er mag in geen enkel geval licht of lucht tussen het transparant en de printplaat komen want dan kunnen delen belicht worden die we niet wensen te belichten. Wij gebruikten een bak waarin enkele fluoricentiebuizen die UV licht uitstralen naast elkaar werden geplaatst. Je hoeft er enkel de printplaat onder te leggen, hier op enkele boeken, zodanig dat de afstand printplaat en bron niet de te groot is. Hieronder een foto waarop de bak te zien is.

Figuur 32: Belichten met UV-licht

We plaatsen de printplaat ongeveer 22 min onder het UV licht. De fotogevoelige laklaag die bovenop het koper ligt wordt nu op de plaatsen waar het koper weg moet belicht.



6TSO-IWc

Elektronica

63

Na die belichting wordt de plaat ontwikkeld in een vloeistof. We bewegen deze voorzichtig op en neer zodat de vloeistof kan bewegen rond de printplaat en er zich geen reactiestoffen gaan ophopen. Je zal langzamerhand groene slierten in het water zien komen, dit is de belichte laag die oplost. De koperen banen zullen nu zichtbaar worden dit doordat de laklaag hier wel blijft liggen. Wanneer je niks meer ziet gebeuren in de ontwikkelvloeistof en alle banen zijn duidelijk zichtbaar plaats je de print in een bad met water en spoel je ze zeer goed af. Het water stopt de reactie. Wanneer de printplaat helemaal schoon is dep je hem af zonder erop te wrijven of leg je deze direct in het etsbad. Het volgende bad waarin we de print gaan plaatsen is een koper oplossend bad. Het bad bestaat uit een IJzer(III)chloride oplossing. IJzer(III)chloride (FeCl3) is een zout van driewaardig ijzer en chloride. Dit lost het koper op daar waar deze niet wordt beschermd door de laklaag. De oplossing dient opgewarmd te worden tot een temperatuur van 30 tot 50 °C. De print moet zo’n 10 tot 15 min in dit bad blijven, de vloeistof moet gedurende die tijd blijven circuleren in het bad. Dit deden wij door een zelf gemaakte constructie met een ruitenwisser motor te gebruiken. Deze zorgt ervoor dat het bakje op en neer gaat en er zo geen opstapeling van opgelost koper ontstaat. Een rode 150 Watt spot zorgt ervoor dat de vloeistof warm blijft. Dit is te zien op onderstaande foto’s.

Figuur 33: Etsen van de printplaat

Wanneer het laatste beetje koper is opgelost halen we meteen de print uit het etsbad. Indien we de print toch zouden laten liggen treedt onderetsing op. Dit is het verschijnsel waar het koper langs de kopse onbeschermde kanten verder weg etst en zo de baantjes steeds dunner worden. Na het spoelen in water is de printplaat geëtst en klaar voor verdere afwerking.

6.5 Uitsnijden De volgende stap is nu het uitsnijden van de printplaat. Dit was bij ons een cirkel niet groter dan een 2€ muntstuk, zodanig dat dit in een koker of iets dergelijk kan gemonteerd worden. Dit uitsnijden gebeurde met een plaatschaar waarna de laatste kantjes werden afgevijld.



6TSO-IWc

Elektronica

64

6.6 Boren Vooraleer we kunnen bestukken moeten we in de printplaat de gaten boren waar draden, elektronische componenten en dergelijke kunnen worden aangebracht. Dit gebeurde met een eenvoudige tafelboormachine waarop een boortje zat van 0.8mm, deze maat was goed voor zowel onze condensatoren als draden, LED’s en weerstanden.

Figuur 34: Verwijderen fotogevoelige laag

6.7 Lakken Alvorens het eigenlijke bestukken kan beginnen resteert ons enkel nog de printplaat te lakken. Dit doen we om het koper te beschermen tegen oxidatie door vocht van bv. werken. De lak helpt ook tijdens het solderen want ze bestaat uit stoffen waardoor het soldeertin beter kan vloeien. Hieronder wordt de printplaat gereinigd alvorens laklaag erop wordt aangebracht.

6.8 Bestukken Het belangrijkste onderdeel van onze hele printplaat is de kleurensensor, het zwarte vlak in het midden van de print op de foto. De volgende stap is het solderen van de componenten: • 5 weerstanden, deze dienen op de stroom in de kring te beperken. • 2 condensatoren, deze gaan dienen om de toekomende spanningen op de print beter constant te houden. • 3 LED’s, de functie hiervan werd al besproken. Er komen ook heel wat draden toe op de print, elk van hen heeft een functie: • 4 gele, 2 hiervan gaan dienen om de kleuren filters aan te sturen. De 2 andere gaan de frequentie aanpassen zodat deze in een waarde schaal ligt die de Arduino kan verwerken. In ons geval is dit 2 % van de normale frequentie.



6TSO-IWc

• •

•

Elektronica

65

1 rode, gaat de volledige print en alle elektronische componenten voeden. 1 zwarte die naar de 'ground' of massa gaat. Alle componenten op het bord hebben een aansluiting die verbonden is met het onderste vlak van de print. Dit onderste vlak is niet behandeld met UV licht. Dit is dus een volledig koperen vlak dat als massavlak gaat dienen. Flat kabel bestaat uit 3 draden die de LED’s gaan verbinden met de Arduino en 1 rode kabel die de LED’s voedt. We kunnen niet de 5V gebruiken waarmee we de print voeden omdat de spanning te laag voor de LED’s. 1 witte draad die de gemeten waarde van de kleurensensor naar de Arduino brengt.

Hieronder ziet u de bestukte printplaat (zonder de 3 LED's) en het zijaanzicht met de LED's en draden.

Figuur 36: Solderen van componenten

Figuur 35: Aansluiten kleursensor

6.9 De keuze van de lichtbronnen Willen we een kleur meten dan moeten we uiteraard het oppervlak van het object belichten. We doen dit met LEDjes. Kleuren die niet in het spectrum van onze LED's voorkomen kunnen we uiteraard niet meten en bijgevolg hebben we enkele (drie) soorten LED's gekozen die samen het volledige te meten kleurspectrum bestrijken. Hieronder zijn de spectra te zien. Vishay VLHW4100 White LED 3mm:

Figuur 37: Witte LED Figuur 38: Spectrum witte LED



6TSO-IWc

Elektronica

66

Op bovenstaande grafiek kunnen we waarnemen dat deze witte LED de hoogste intensiteit afgeeft rond een golflengte van ongeveer 450nm. We zien ook een dip tussen de 480 en 490nm. Best zou zijn van deze dip iets meer op te vangen zodat ook daar relevante metingen kunnen gemaakt worden. Cree C513-MSN-CW0Y0511 LED 2800k (warm white) 5mm:

Figuur 40: Spectrum warm witte LED

Figuur 39: Warm witte LED

Bij deze grafiek moeten we rekening houden dat we te maken hebben met een 2800k (warm witte) LED, dus moeten we kijken naar de rode curve. We kunnen zien dat deze LED zijn maximum intensiteit afgeeft bij ongeveer 600nm, dat wil zeggen dat het totale spectrum al een beetje wordt aangevuld. Let wel, we zien dat er zich nu nog steeds een dip bevindt rond de 480nm. Avago HLMP-CE35-Y1CDD Cyan LED 505nm 5mm:

Figuur 42: Spectrum cyaan LED

Figuur 41: Cyaan LED

Uit deze grafiek kunnen we opmaken dat deze LED eigenlijk onze dip in ons totaal spectrum opvangt. Nu kunnen we stellen dat alle spectra goed aan bod komen en we metingen kunnen gaan uitvoeren in het volledige kleurenspectrum. Opgepast, de topwaarden in deze grafieken worden gelijk gesteld aan één maar onderling verschillen de sterktes nog. Indien de drie LED's dus in één grafiek zouden worden getekend dan zou het goed mogelijk zijn dat dit eruit ziet zoals hieronder afgebeeld. Wij hebben proefondervindelijk het spectrum samengesteld en beoordeeld 'op het zicht'.



6TSO-IWc

Elektronica

67

Figuur 43: Samengesteld spectrum

6.10 Het uitvoeren van een meting Het licht van de LED’s zal weerkaatst worden door het gekleurd object dat eronder ligt. Afhankelijk van de kleur dat het object heeft zal er meer of minder rood, groen, of blauw weerkaatst worden. De sensor meet de hoeveelheid licht dat wordt weerkaatst en zet dit om in een blokgolf met een zekere frequentie. Hoe meer licht hoe hoger de frequentie en hoe korter de periodetijd. De arduino meet die periodetijd. Indien alle 3 de LED’s tegelijk gebruikt worden zou de tijdsduur te kort worden om nog goed te kunnen meten met de arduino. We hebben een resolutie van 1µs en we hebben uit metingen ontdekt dat de functie ‘pulsIn’ die we gebruiken wanneer we een programma schrijven voor de arduino een nauwkeurigheid heeft van + of – 4 µs. Zo kwamen we bij meting van een wit object met 3 LED’s een tijd van 71 µs uit. Als we hier een variatie hebben van + of – 4 µs komen we aan een foutmarge van 11 %. Indien we voor elke meting slechts twee 2 LED’s gebruiken komen we niet meer aan hetzelfde lichtspectrum. We gaan dus 3 keer meten met telkens een verschillende combinatie van 2 LED’s om zo hetzelfde lichtspectrum te behouden. We tellen de 3 meetwaarden op om zo aan het resultaat te komen. Door telkens met twee LED’s te meten zal de tijd langer worden en de procentuele fout kleiner. Als de fout bovendien volledig random zou zijn dan zou de procentuele fout in theorie kleiner worden als we meerdere resultaten optellen.



6TSO-IWc

Elektronica

68

Als de tijd van een halve periode 100 µs is zal de arduino een waarde meten die kan liggen tussen 96 µs en 104 µs meten. Als we x keer een random getal nemen tussen 96 en 104 en dat delen door x zou de limiet voor x gaande naar +∞ gelijk moeten zijn aan 100 en dus komen we aan de werkelijke tijd. Het zou ook kunnen zijn dat de arduino geen echte random fout bezit maar dat er bv. meer metingen onder de 100 µs liggen. In dit geval zouden we bv. als gemiddelde 98µs kunnen uitkomen i.p.v. 100 µs. Om dit in praktijk te weten te komen zouden de proef met de zeer nauwkeurige referentie kristal oscillator weer moeten uitvoeren en kijken of de arduino een voorkeur heeft om hogere of lagere tijden te meten. Nu hebben we enkel gekeken naar de variatie over een zekere tijd maar we hebben geen reeks van bv. 100 waarden bijgehouden. Let op, indien de fout écht random is rond de werkelijke waarde dan kunnen we dus door veel te meten een steeds nauwkeurigere waarde verkrijgen. Het nadeel is echter dat de meettijd dan sterk toeneemt wat in bepaalde toepassingen dan weer niet wenselijk is.

6.11 Het kalibreren van de sensoren We konden vaststellen dat er bij iedereen andere waarden gemeten werden wanneer we hetzelfde kleurenkaartje onder de sensor legden. Dit ondanks dat we allemaal dezelfde kleurensensor gebruiken (namelijk de TCS 3200). In theorie zouden de meetwaarden die de sensoren uitsturen hetzelfde moeten zijn voor elke sensor. In praktijk is dit niet zo, elke sensor zal meetwaarden hebben die afwijken. Daarom moeten we de sensoren kalibreren. Het kalibreren van onze sensor is een belangrijke stap in het omzetten van de gemeten waarden naar waarden die we gaan gebruiken om kleuren te bepalen. De afwijkingen die elke sensor vertoont kunnen meerdere oorzaken hebben. Een eerste mogelijke factor is het feit dat wanneer een elektronisch component wordt gemaakt het onmogelijk is om twee maal hetzelfde component te bouwen. In de productie is er altijd wel iets wat verschilt. Een tweede en derde mogelijke factor is dat de drie gebruikte ledjes niet altijd even sterk gaan branden en ook niet bij iedereen exact hetzelfde spectrum vertonen. Een vierde factor is de montage van de sensor op het meetbord. De ene heeft een wat langere koker dan de andere of de afstand van de ledjes tot het te meten oppervlak verschilt. Kortom, er zijn erg veel factoren die de uiteindelijke meetwaarde bepalen, vandaar dat die bij iedereen (aanzienlijk) verschillen. Kalibreren gaat er nu net voor zorgen dat alle verschillen worden weggewerkt en dat elke sensor dezelfde meetwaarde zal uitgeven bij het meten van één bepaalde kleur, wat het onderling vergelijken makkelijker maakt. Het is de bedoeling om na kalibratie dezelfde RGB-waarden te verkrijgen alsook eenzelfde intensiteit wanneer we om het even welke kleur meten, bij het gebruik van eender welke sensor. De kalibratie maakt het nu ook mogelijk om software uit te wisselen.



6TSO-IWc

Elektronica

69

Wij kozen als kalibratie kleur voor wit, dit omdat we dan zeker weten dat elke kleurwaarde hierin is vertegenwoordigd. Wanneer we een kleur zouden kiezen verschillend van wit is het zeer moeilijk om te kalibreren, daar we nooit zeker weten welke RGB-waarde deze kleur bevat. Nemen we bijvoorbeeld rood weten we niet hoeveel procent rood, hoeveel procent blauw en hoeveel procent groen in deze kleur aanwezig moet zijn. Wanneer we meten met een niet gekalibreerde sensor dan verkrijgen we voor elke kleur een verschillend percentage. Wij stellen echter dat elke waarde bij dit witte kalibratiekaartje voor 33,33 % aanwezig moet zijn. Iedereen moet ditzelfde kleurkaartje wit gebruiken en geen ander kaartje met dezelfde kleur. Dit omdat wanneer deze kleurkaartjes worden gemaakt in de fabriek ook nooit tweemaal identiek hetzelfde kleur met identiek dezelfde RGB-samenstelling wordt gemaakt. Kortom, eens een referentie gekozen is is deze uniek en moet daarmee worden gewerkt. Bij ons kalibratie wit meet de sensor een verschillende frequentie voor rood, groen en blauw dus zullen we die frequenties met een bepaalde factor moeten vermenigvuldigen zodat na de vermenigvuldiging alle frequenties hetzelfde zijn bij die witte kleur. Het bepalen van de factor gebeurt heel eenvoudig. Wanneer we ons wit meten krijgen we vier frequenties (RGB en intensiteit). Dan gaan we één van de drie kleur waarden kiezen en deze gebruiken als basis waarde. Daarna berekenen we met welke twee verschillende factoren we de andere twee gemeten waarden moeten vermenigvuldigen om dezelfde frequentie te bekomen. De drie kleurwaarden zijn dan gekalibreerd. Ook de intensiteitswaarde moet worden gekalibreerd. Deze waarde leggen we vast op 80 % omdat we niet weten of andere objecten misschien nog wat meer intensiteit kunnen afgeven. Berekening van de kalibratiewaarde: Roodfreq = 750 Hz Groenfreq = 670 HZ Blauwfreq = 820 Hz *1 *750/670 *750/820 Roodfreq = 750 Hz Groenfreq = 750 HZ Blauwfreq = 750 Hz De kalibratie waarden zijn dus 1 voor rood, 1.12 voor groen en 0.91 voor rood. Nu zetten we alle frequenties om naar percentages: 750 𝐻𝑧 = 33.33 % 750 𝐻𝑧 + 750 𝐻𝑧 + 750 𝐻𝑧 Nu we onze sensoren gekalibreerd hebben zullen we met elke sensor onafhankelijk van de meetmethode steeds dezelfde procentuele kleurwaarden meten bij het meten van de kleur van een bepaald object.



6TSO-IWc

Elektronica

70

Het bepalen van de kleurnaam bij het meten van een object: Elk van ons heeft dan een reeks kleuren gemeten en voorgesteld in een staafdiagram. Aan de hand van dit staafdiagram hebben we dan regels afgeleid waaraan moet worden voldaan om een bepaalde kleur te benoemen. Dit staafdiagram vindt u terug als bijlage in deze GIP map. Ook de gemeten kleuren zijn als bijlage terug te vinden. Hierna volgt het programma dat uiteindelijk werd opgesteld om kleuren te bepalen. Het programma is enkel geschikt om de kleuren te detecteren die wij hebben geprogrammeerd (9 kleuren). Ik zal echter eerst verklaren op welke manier ik mijn kleurenalgoritme heb opgesteld. In mijn kleuren algoritme heb ik zoveel als mogelijk gebruik gemaakt van de waarden die we meten tijdens het doorlopen van het programma, zo weinig mogelijk getal waarden. De voorwaarden in mijn algoritme zijn de volgende: • •

•

•

•

•

•

De voorwaarden voor zwart zijn zeer eenvoudig, er is er slechts 1. Als de intensiteit kleiner is dan 12 % definieer ik het kleur onder de sensor als zwart. Om de voorwaarden van rood te vinden was dit niet zo eenvoudig. Hierbij ben ik gekomen op het feit dat de roodwaarde in rood groter moet zijn dan de blauwwaarde en groenwaarde. Ook moet de blauwwaarde op zijn beurt dan weer groter zijn dan de groenwaarde. Als laatste 2 elementen ga ik zeggen dat de intensiteit groter moet zijn dan 10 en kleiner dan 65 (dit om geen rood of zwart te bekomen). In geel en oranje zijn veel gelijke voorwaarden te vinden. Net zoals in rood is de roodwaarde in oranje en geel groter dan zowel de groenwaarde als de blauwwaarde. In oranje en geel is echter de groenwaarde op zich groter dan de blauwwaarde. Het verschil tussen oranje en geel zit heml in de grootte van de groenwaarde. Is de groenwaarde groter dan 32,5 % of eraan gelijk dan definieer ik het kleur geel. Is de groenwaarde kleiner dan 32,5 % definieer ik het kleur oranje. Ook bij deze 2 kleuren komt de voorwaarde om zwart en wit uit te sluiten (intensiteit groter dan 10 en lager dan 65). Groen definieren was niet zo moeilijk. Namelijk wanneer de groenwaarde de grootste factor is definieer ik het kleur groen. De groenwaarde is dus zowel groter dan blauw- als roodwaarde. Ook hier maken we gebruik van de uitsluiting van wit en zwart. Blauw en lichtblauw bepalen gebeurt door de voorwaarden van blauw op te stellen en daarna het verschil tussen donker en licht te bepalen. Een kleur wordt blauw gedefinieerd wanneer de blauwwaarde groter is dan zowel de groen- als roodwaarde en de groenwaarde is op zich dan weer groter dan de roodwaarde spreken we van blauw. Uiteraard sluiten we ook hier wit en zwart uit. Het verschil tussen licht en donkerder blauw zit hem enkel in de grote van de groenwaarde, net zoals bij geel en oranje. Wanneer de groenwaarde groter is dan 33 of gelijk aan 33 spreken we van lichtblauw, is de groenwaarde kleiner spreken we van gewoon blauw. Violet defineren doen we door net zoals bij blauw te zeggen dat de blauwwaarde groter moet zijn dan de rood- en groenwaarde. Hier is de roodwaarde echter op zich groter dan de groenwaarde. De uitsluiting van wit en zwart mag natuurlijk ook hier niet ontbreken. Voor wit is de voorwaarde vrij envoudig, wanneer de intensiteit van het kleur groter is dan 65 % definieer ik dit kleur als wit

In bijlage is dit Arduino programma te vinden als code.



6TSO-IWc

Elektronica

71

De eerste praktische metingen met de gekalibreerde sensoren: Klassikaal hebben we met onze sensoren kleurmetingen verricht op PH-indicatorstrookjes. De metingen werden 2 keer uitgevoerd (dus telkens met een nieuw teststrookje) met oplossingen die in het labo bij Mevr. Van Houtte werden bereid. De waarden werden telkens door twee kleursensoren gemeten (De sensor van Stef Van Wassenhove en die van Klaas Van Dorpe.) Opgepast, Bij de sensor van Klaas werd de intensiteitswaarde bij 'wit' op 100 % gesteld terwijl dit 80 % diende te zijn. De intensiteitswaarden zullen bij Klaas dus steeds iets hoger liggen dan bij Stef. Eens ingevoerd in Excel kan dit uiteraard vlug verholpen worden door de waarden van Klaas maal 0,8 te vermenigvuldigen. In bijlage zijn deze gemeten waarden te vinden uitgezet als vectoren met GeoGebra.

6.12 Meetresultaten

teststrookje 1 – sensor Stef teststrookje 1 – sensor Klaas teststrookje 2 – sensor Stef teststrookje 2 – sensor Klaas teststrookje 1 – sensor Stef teststrookje 1 – sensor Klaas teststrookje 2 – sensor Stef teststrookje 2 – sensor Klaas teststrookje 1 – sensor Stef teststrookje 1 – sensor Klaas teststrookje 2 – sensor Stef teststrookje 2 – sensor Klaas teststrookje 1 – sensor Stef teststrookje 1 – sensor Klaas teststrookje 2 – sensor Stef teststrookje 2 – sensor Klaas teststrookje 1 – sensor Stef teststrookje 1 – sensor Klaas teststrookje 2 – sensor Stef teststrookje 2 – sensor Klaas

PH waarde 10 10 10 10 9 9 9 9 7 7 7 7 5,7 5,7 5,7 5,7 4 4 4 4

Rood % 42,8 43,3 44,1 44,2 40,3 40,5 39,9 40,2 52,4 53,0 52,2 53,8 60,7 60,7 60,7 60,7 66,2 64,8 65,8 64,3

Groen % 29,9 29,5 30 30,1 29,5 29,5 29,9 30,4 27,2 27 27,4 26,7 23,3 23,6 23,2 22,6 18,5 19,2 18,8 19,7

Blauw % 27,4 27 26 26,2 30,2 30,2 30,3 30,1 20,3 19,7 20,4 19,4 16 15,9 15,9 15,7 15,3 16,2 15,3 15,7

intensiteit % 10,4 12,4 10,5 12,4 7,8 9,7 8,3 10,2 15,2 17,2 17,8 20,2 25,4 24,9 23,2 24,5 20,3 22,3 21,2 22,5

kleur (benadering)

Tabel 9: Meetresultaten



6TSO-IWc

Elektronica

72

6.13 Automatisatie Aan de hand van bovenstaande meetresultaten kunnen we nu een geautomatiseerd proces maken. Wanneer we een systeem uitdenken en programmeren met een oplsagplaats van pH-strookjes en via een mechanisch systeem onderdompelen in water (liefst bewegend water). Kunnen we deze strookjes via een transportsysteem onder de sensor brengen. Wanneer we een juist wiskundig algorimte vinden om de kleurwaarden van een pH strookje om te zetten naar de desbetreffende pHwaarde kunnen we de sensor gekoppeld aan een Arduino de pH-waarde laten bepalen. Deze zou dan visueel kunnen gemaakt worden. Het strookje kan dan vervolgens gewoon weggegooid worden. Het idee dat ik hieromtrent had was een draaischijf met de waterstalen. Een robotarmpje brengt de pH-papiertjes in het water en legt het vervolgens op een transportband. Op deze transportband zit de sensor gemonteerd die de kleurwaarden inlees. Hoe we een wiskundig algoritme zouden kunnen opstellen kan men lezen in deel 8. Om de meetstrookjes weg te voeren zou ik gewoon een vuilbakje plaatsen aan het einde van de transportband. Er was dit schooljaar echter te weinig tijd dergelijk systeem uit te bouwen. Ook het opstellen van het algoritme op zich is een immense opgave. Voor eender welke andere parameter omtrent waterkwaliteit kan dit soort systeem gebruikt worden. Er zijn echter nog een hele hoop problemen aan dit systeem verbonden die men zou moeten verhelpen. Dit is slechts een theoretisch idee van een spin-off die in de praktijk zou kunnen gebruikt worden.



7 Chemie

6TSO-IWc

Chemie

74

7.1 Oefening buffermengsel bereiden met gegeven pH Opgave: oplossing bereiden met pH 4 en pH 5 met azijnzuur en natriumacetaat. 1: azijnzuur CH3 COOH (=BufferZuur) 2: natriumacetaat CH3 COONa (=BufferBase) geg: Cbz = 1,5M = 1,5

mol

l Vbz = 100 ml = 0,1l pKHAc = 4,76 pKAC− = 9,24 gevr: a mbb = ? pH = 4,0 b mbb = ? (pH = 5,0) opl: HAc ⇌ H < + Ac ; (1) NaAc → Na< + Ac ; (2) nbz mol Cbz = ⟺ nbz = Cbz ∗ Vbz = 1,5 ∗ 0,1 l = 0,15 mol Vbz l Mbb = 2 ∗ MC + 3 ∗ MH + 2 ∗ MO + MNa = 2 ∗ 12,01 + 3 ∗ 1,01 + 2 ∗ 16,00 + 22,99 = 82,03 a) pH = 4 pH = pKbz + log

nˆˆ = 4 , 0 nˆ‰

nˆˆ = −0,76 nˆ‰ ⟹ nˆˆ = 10;m,eb ∗ nˆ‰ ⟹ nbb = 0,026 mol Ac− omdat 1 mol Ac− ontstaat uit 1 mol NaAc zal ook nNaAc = 0,026 mol(2) ⟺ log

mbb = nbb ∗ Mbb = 0,026 ∗ 82,03 = 2,13 g b) pH = 5 pH = pKbz + log

nˆˆ = 5 , 0 nˆ‰

nˆˆ = 0,24 nˆ‰ ⟹ nˆˆ = 10m,)? ∗ nˆ‰ ⟹ nbb = 0,261 mol Ac− omdat 1 mol Ac− ontstaat uit 1 mol NaAc zal ook nNaAc = 0,261 mol(2) ⟺ log

mbb = nbb ∗ Mbb = 0,261 ∗ 82,03 = 21,41 g



8 Integratie Wiskunde

6TSO-IWc

Wiskunde

76

8.1 Kleurenalgoritme We hebben nu wel een praktische sensor die rood-, groen- en blauw-waarden kan inlezen, verwerken en gebruiken. Wij stelden een kleurenalgoritme op, op basis van de gemeten waarden. Er moet echter een wiskundig algoritme zijn waarmee we voor om het even welke rood-, groen- en blauw-waarde een kleur kunnen toekennen zonder een immens lang programma te hoeven schrijven. We bekijken nu 2 mogelijkheden om aan de hand van rood-, groen- en blauw-waarde een algoritme op te stellen. Wanneer we de kleuren van onze pH-meeting hebben omgezet naar vectoren in een 3D-stelsels met voor de X-, Y- en Z-as de rood-, groen- en blauw-waarde van het kleur. De rood-, groen- en blauw-waarde wordt bekomen door gebruik te maken van onze kleurensensor. Om nu met deze vectoren een wiskundige functie op te stellen zijn enkele mogelijkheden. We kunnen gebruik maken van een kleurenkubus. Zoals te zien is op figuur 1 en 2 kan je van elke kleur die bestaat de rood-, groen- en blauw-waarde uitzetten in een 3D-stelsel. Hierdoor bekomt men een kubus. Wanneer we deze kubus onderverdelen in kleinere kubussen en aan elke kleinere kubus een pH-waarde toekennen zouden we in staat moeten zijn om een vector die we uitzetten met een gemeten waarde de pH toe te kennen. Wanneer we een vector uitzetten kijken we gewoon in welke kleinere kubus deze terecht komt en dat zou dan zijn pH-waarde zijn.

Figuur 44 kleurenkubus

Zoals reeds in deze GIP-bundel werd besproken zijn er voor de pH-schaal een aantal kleuren gekozen. We zouden dus niet alle kleuren uit dergelijke kleurenkubus nodig hebben. We moeten echter een wiskundige functie vinden om dit vierkant in de juiste rood-, groen- en blauwwaarden te getekend te krijgen op een bepaalde schaal. Een extra moeilijkheid is dat de intensiteit hier van groot belang is mits het verschil tussen kleuren (rood-, groen- en blauw-waarde) soms zeer klein is.



6TSO-IWc

Wiskunde

77

Een tweede mogelijkheid is dat we de pH-waarden die we zelf hebben gemeten gaan gebruiken om een schaal op te stellen. Wanneer je de vectoren goed bekijkt zie je dat deze op een soort van lijn liggen. Ook liggen voor elke pH-waarde alle 4 de metingen zeer dicht bij elkaar. We zouden door deze gemeten waarden een lijn kunnen tekenen, dit zou een cirkel zijn. Wanneer wie deze cirkel nu gaan onderverdelen in segmenten of sectoren en dan elk segment een pH-waarde toekennen kunnen we dit gebruiken als een soort schaal die we opstellen met eigen waarde. Voor elke nieuw gemeten waarde gaan we gewoon kijken waar deze op onze cirkel terecht komt.

Figuur 45 delen van een cirkel

In bijlage vind u ook de GeoGebra bestanden terug waarop zowel de pH-waarden als de test waarden werden uitgezet als vectoren.



9 Taalintegratie

9.1 Nederlands

9.1.1 Stageaanvraag 9.1.2 Sollicitatiebrief 9.1.3 Verzoekmail

Jonas Baecke Heirstraat 9 B-9910 URSEL [email protected] gsm 0472 75 90 49

EEKLO 2015-10-29

Infrabel Mevrouw Els Wynant 10-31 I-HRO.111 Marcel Broodthaersplein 2 B-1060 BRUSSEL [email protected] tel. 02 525 13 09 Aanvraag stageplaats Geachte mevrouw Beste Els Met deze mail wens ik een aanvraag te doen om stage te lopen gedurende 5 dagen van 2016-0321 tot en met 2016-03-25. Dit is een korte periode daar ik een vrij theoretische richting volg met weinig uren praktijk. Ik zou deze korte periode graag nuttig besteden, veel zien en leren. Het doel van deze stage is mee te draaien in het bedrijfsleven met een werknemer om enerzijds veel bij te leren over techniek en anderzijds bedrijfservaring op te doen. Ik ben een zesdejaarsstudent in de Industriële Wetenschappen van het PTI Eeklo. Deze richting behoort tot het vakgebied Elektriciteit, maar bevat ook een grote dosis Mechanica, Elektronica, ICT, … Het doel is na mijn laatste jaar een Master in de Industriële Wetenschappen Elektronica-ICT te volgen aan de Odisee Technologiecampus in Gent. In mijn vrije tijd ben ik vrijwilliger bij vzw het Stoomcentrum Maldegem. Graag zou ik mijn stage doen in een omgeving die me boeit, namelijk de treinwereld. Ik heb veel kennis en ervaring opgedaan in mijn vereniging en ook enorm veel interesse gekweekt via spoorwegmensen met wie ik dankzij het Stoomcentrum in contact ben gekomen. In welk onderdeel van de Infrabeltak de stage plaats vindt, maakt me niet zo veel uit, mijn interesse is zeer breed. Of het nu bij de Ingenieurs is of met de technici, ik doe het allemaal met plezier. De stage zou me enorm vooruithelpen en enorm veel plezier doen, hopelijk kun je mij een positief antwoord geven. Ik zou er graag op aandringen mij voor 2015-11-10 te antwoorden. Mijn stagecoördinator is Dhr. Michiel Van De Velde, leerkracht stage en praktijk elektriciteit. Alvast bedankt voor de moeite. Hoogachtend

Jonas Baecke

Jonas Baecke Heirstraat 9 B-9910 URSEL [email protected] gsm 0472 75 90 49

EEKLO 18-1-2016

Infrabel Personeelsdienst 10-31 I-HRO.111 Marcel Broodthaersplein 2 B-1060 BRUSSEL Sollicitatie werfleider spoorwerken Infrabel 1753 Geachte heer Geachte mevrouw Met deze brief zou ik me graag kandidaat stellen voor de job van ingenieur werfleider spoorwerken. Ik vond de advertentie van deze job op de site van de spoorwegen op 16 januari 2016. Mijn droom van jongs af is altijd al geweest om bij de spoorwegen te werken op een manier waarbij ik mijn interesses en passie ten volle kan benutten. Projecten leiden en dit in het kader van de spoorwegen is hierbij de ideale combinatie. Grootse projecten, veel deadlines en een voldoende dosis stress spreken mij enorm aan. De regio “Area North-east” is bovendien een gebied met een groot aanbod aan interessante lijnen en stations. Ook de doorgroeimogelijkheden spreken me aan. Ik bezit een master in de industriële ingenieurswetenschappen vakgebied elektronica-ICT afstudeerrichting ICT. Leiding geven schrikt mij niet af en verantwoordelijkheid al evenzeer niet. Hoe voller de agenda hoe liever ik het heb, stress en drukte houden mij zeker niet tegen. Leidinggeven zit me in het bloed, luisteren naar oversten is echter geen probleem. Gedurende 4 jaar ben ik voorzitter geweest van de leerlingenraad te PTI Eeklo. Ik ben trouw lid van vzw Stoomcentrum Maldegem, waar ik tijdens de winterse onderhoudswerken aan de spoorlijn 50B (Maldegem-Eeklo) vaak werfleider ben van de werkzaamheden. Verder ben ik door mijn actieve deelname als vrijwilliger in deze vzw enorm gepassioneerd door de treinindustrie maar heb ik ook al wel een grote dosis ervaring in verband met werkzaamheden aan de sporen en het rollend materieel. Ik ben zowel sterk op administratief als op praktisch vlak. Graag kom ik deze sollicitatie en mijn cv persoonlijk toelichten en ik kijk uit naar een uitnodiging voor een gesprek. Hoogachtend

Jonas Baecke bijlage: curriculum vitae

6TSO-IWc

Nederlands

85

9.1.3.1 Bouwplan Aan wie? Geachte heer Regelbrugge Aline 1 Aanleiding van het verzoek Aline 2 Verzoek Aline 3 Details bij het verzoek Aline 4 Wanneer wil je info ontvangen? +dank

9.1.3.2 Mail Van: Aan:

[email protected] [email protected]

Onderwerp: Verzoek om brochures Geachte heer Regelbrugge Op 11 maart a.s. vindt er een afstudeermarkt plaats in het PTI te Eeklo. Op de afstudeermarkt wens ik de leerlingen info te geven over de wachttijden. Daar de VDAB alle info heeft in verband met de arbeidssector, mail ik u mijn verzoek. Wilt u 170 brochures ter beschikking stellen over de verlengde wachttijd? De brochures worden meegegeven met onze leerlingen tijdens de afstudeermarkt. Er is eventueel ook de mogelijkheid voor u om uitleg te komen geven op de afstudeermarkt en de brochures zelf te verdelen. Graag spreek ik met u af hoe we dit verder regelen. Wij zijn een technische school met vooral TSO/BSO studenten die niet verder studeren maar direct op de arbeidsmarkt terecht komen. Er is nog niet zo lang geleden beslist de wachttijd te verlengen zodat pas afgestudeerden later een wachtuitkering krijgen als ze geen werk vinden. Ik zou de leerlingen hier graag over informeren. Wij hopen dat u ons voor 10 maart kunt antwoorden. Bij voorbaat dank voor uw moeite. Hoogachtend

Jonas Baecke (leerkracht Nederlands aan het PTI te Eeklo)



9.2 Frans



6TSO-IW

Frans

87

9.2.1 Demande de documentation Voir lettre en annexe.

9.2.2 Compréhension écrite Voir texte source en annexe.

9.2.3 Les capteurs : questionnaire technique Quels sont les cinq types de capteurs les plus utilisés dans le monde aujourd’hui ? Les capteurs optiques, inductifs, capacitifs ainsi que les capteurs de pression et de température sont les cinq types de capteurs les plus utilisés dans le monde. Pourquoi est-ce que le transistor du capteur inductif n’est plus alimenté et se bloque quand il y a un objet métallique tout près de la bobine de détection et de son noyau ? Des courants d’induction ou de Foucault sont générés dans l’objet. Ces courants d’induction vont contrecarrer leur cause d’origine, réduisant ainsi le courant oscillatoire. Plus l’objet est proche du noyau, plus l’amortissement est grand. A partir d’un seuil minimal, le transistor n’est plus alimenté et se bloque. Comment est-ce qu’on alimente un raccordement à trois fils ? Et une connexion à deux fils ? Le raccordement à trois fils est pratiquement toujours alimenté en CC. Une connexion à deux fils peut être alimentée en CC ou CA. Qu’est-ce que les capteurs capacitifs peuvent détecter ? Les capteurs capacitifs peuvent détecter tant des métaux que des matériaux non conducteurs comme le papier, l’eau, le plastique, le verre, l’huile... Que se passe-t-il quand un objet entre dans la zone active du capteur capacitif ? Lorsqu’un verre, de l’eau ou un métal entre dans la zone active du capteur, la capacité du condensateur se modifie et le transistor s’enclenche ou se déclenche. Quand est-ce que l’emploi des fibres optiques dans les capteurs optiques est utile (trois exemples) ? Les fibres trouvent leur utilité lorsque l’espace est réduit, que les températures sont élevées ou qu’il faut travailler dans des environnements explosifs.



6TSO-IW

Frans

88

De quoi se compose l’élément de commutation du capteur magnétique et comment fonctionne-t-il ? L’élément de commutation se compose de 2 lames placées dans un tube en verre hermétiquement scellé. Lorsqu’un aimant s’approche du tube en verre, les languettes s’attirent, créant ainsi un contact électrique. Qu’est-ce que l’effet piézo-électrique permet de détecter efficacement ? Les pressions et forces peuvent être détectées efficacement à l’aide de l’effet piézoélectrique. Quelle est la différence entre les thermomètres à thermistor PTC et les thermomètres à thermistor NTC ? Avec les PTC, la résistance est proportionnelle à la température et inversement avec les NTC. A quoi servent les pyromètres optiques et comment fonctionnent-ils ? Ils servent à mesurer des températures très élevées pouvant atteindre 3500°C. Le rayonnement thermique de la source est introduit via une lentille pour y générer une tension.



6TSO-IW

Frans

89

9.2.4 Les capteurs : lexique bilingue français

néerlandais

aimant magnétique

permanente magneet

alimentation

voeding

amortissement

demping

bobine (de détection)

(detectie)spoel

boîtier

behuizing

capteur (numérique)

(digitale) sensor

charge (interne)

(interne) belasting

circuit (oscillant)

(trillings)kring

commande

sturing

courant alternatif / continu (CA / CC)

wissel-/gelijkstroom

distance (de commutation)

(schakel)afstand

émetteur

zender

fibre optique

optische vezel

force (de traction)

(trek)kracht

interrupteur (fin de course)

(eind)schakelaar

languette / lame

tong

lentille

lens

longueur d’onde

golflengte

matériau (non) conducteur

(niet-)geleidend materiaal

miroir de réflexion

reflexiespiegel

noyau (de ferrite)

(ferriet)kern

octet

byte

outil de traitement de données

gegevensverwerker

pilotage d’image

beeldsturing

plage de mesure

meetbereik

plan focal

focuspunt

pression

druk

raccordement (à trois fils)

(driedraads)aansluiting

rayon lumineux

lichtstraal

rayonnement thermique

warmtestraling

récepteur

ontvanger

surface (active)

(actieve) oppervlakte

tension

spanning

tube (en verre)

(glazen) kolf / buis

vérin pneumatique

pneumatische cilinder



Jonas Baecke Heirstraat 9 BE-9900 URSEL BELGIQUE +32 472 75 90 49 [email protected]

2015-10-07

Sensor Instruments France 22 rue Vieville FR-62860 SAUCHY CAUCHY FRANCE

Demande de documentation

Madame Monsieur Vous serait-il possible de me faire parvenir votre documentation sur les caractéristiques du capteur “SI-COLO3-30-FCL”? Je suis élève de terminale en section sciences industrielles, dans un lycée flamand, à Eeklo, en Belgique. En ce moment, je prépare un travail de fin d’études sur la qualité de l’eau, et notamment le contrôle de l’eau avec un capteur couleur. Votre documentation à ce sujet me serait donc très utile. Je vous remercie d’avance de la suite favorable que vous pourriez donner à ma demande. Veuillez agréer, madame, monsieur, mes sincères salutations.

Jonas Baecke

Capteurs Comment évoluent-t-ils ? Le degré croissant d’automatisation requiert toujours plus de capteurs. Ceux-ci doivent, de surcroît, être toujours plus intelligents. Aujourd’hui, il n’est plus possible de produire sans capteurs, sans systèmes d’automatisation hautement développés, sans algorithmes de commande intelligents ou systèmes de contrôle et de communication électroniques. Le scope des capteurs s’étend des simples interrupteurs fin de course à la reconnaissance d’images complexes. Les capteurs détectent les paramètres physiques, chimiques ou électrochimiques. Plus un système dispose de capteurs, mieux il pourra réagir aux événements qui surviennent dans un processus de production. Donnons un exemple : un convoyeur qui passe à travers une installation de remplissage transporte 50.000 bouteilles par heure. Il est primordial pour le rendement de l’installation que les bouteilles arrivent à une certaine vitesse à l’embouchure de remplissage et au contrôle. Un capteur ultrasonore détermine la position des bouteilles et un autre l’espace intermédiaire dans le flux de bouteilles. Si l’on constate une trop grande distance entre les bouteilles, le convoyeur accélère pour garantir un remplissage et un étiquetage corrects. Les systèmes intelligents requièrent donc divers types de capteurs. L’information de ces capteurs est ensuite traitée afin de sensiblement augmenter la fiabilité et l’efficacité du système. 50.000 types Aujourd’hui, il existe en Europe plus de 50.000 types de capteurs sur le marché qui détectent quelque 100 paramètres de mesure. Le secteur de l’automatisation utilise environ huit types de capteurs. Les capteurs optiques et inductifs occupent près d’un tiers du marché global. Le reste du marché se répartit comme suit : 12 % pour les capteurs de pression, 10 % pour les capteurs capacitifs, 8 % pour les capteurs de température et 6 % pour les débitmètres. Les capteurs magnétiques et les fibres optiques interviennent chacun pour 2 %. Les capteurs sont surtout utilisés pour le contrôle et la régulation, les systèmes de protection, les tests, le contrôle de qualité et le comptage. Un capteur n’est pas limité au simple récepteur qui est en contact direct avec la valeur physique mais comprend aussi une interface électronique. Nous distinguons les capteurs numériques et les capteurs analogiques. Il va de soi que les capteurs analogiques cèdent de plus en plus le pas aux capteurs numériques. Inductif Les capteurs inductifs sont les capteurs les plus utilisés en automatisation. Un noyau de ferrite et une bobine de détection constituent ensemble un condensateur et un circuit oscillant. Ce courant sinusoïdal est redressé et le courant obtenu est envoyé vers un transistor qui fait office d’élément de commutation. Une tension extérieure fait alors circuler un courant de mesure à travers le transistor de commutation. Lorsqu’un objet métallique est placé dans les environs de la bobine de détection, des courants d’induction ou de Foucault sont générés dans l’objet. Ces courants d’induction vont contrecarrer

leur cause d’origine, réduisant ainsi le courant oscillatoire. Plus l’objet est proche du noyau, plus l’amortissement est grand. A partir d’un seuil minimal, le transistor n’est plus alimenté et se bloque. Il est clair que le capteur inductif ne nécessite aucun contact avec l’objet. Une température ambiante de -20°C à +70°C ne pose aucun problème. Même si le contacteur ne commute pas, on mesure quand même une consommation de courant d’environ 10 mA. Quels sont les matériaux qui peuvent être détectés ? Selon la norme EN50010, des tests sont effectués avec une plaque d’acier carrée d’une épaisseur de 1 mm et une face égale au diamètre inscrit dans la surface active du capteur. Lorsque d’autres matériaux sont testés, on mesure un facteur de réduction par rapport à l’acier. Pour l’acier inoxydable, il est égal à 1, pour le chrome et le nickel à 0,85, pour le cuivre à 0,35 … La distance de commutation des capteurs inductifs varie de 20 à 30 mm. La fréquence de commutation maximale se situe entre 300 et 5000 Hz. La méthode visant à déterminer cette fréquence est également standardisée. En matière de raccordements, on distingue les raccordements à deux, trois ou quatre fils. Le raccordement le plus utilisé est le raccordement à trois fils, pratiquement toujours alimenté en CC. On distingue ici les capteurs NPN et PNP : les premiers sont surtout utilisés aux Etats-Unis, les autres en Europe. La différence réside dans la commutation de la charge interne : avec les capteurs NPN vers le pôle plus et avec les capteurs PNP vers le pôle moins. Une connexion à deux fils peut être alimentée en CC ou CA. Avec une alimentation CC, le schéma repose sur le principe de la connexion à collecteur ouvert, avec une alimentation en courant alternatif, il s’appuie sur le principe de commutation d’un thyristor. Les capteurs intégrant un contact NF et NO présentent quatre fils de connexion. Capacitif Contrairement aux capteurs inductifs, les capteurs capacitifs peuvent détecter tant des métaux que des matériaux non conducteurs comme le papier, l’eau, le plastique, le verre, l’huile… Le fonctionnement interne de ce capteur ressemble très fort à celui du capteur inductif. La surface active est constituée des électrodes d’un condensateur ouvert. En état de repos, l’air fait office de diélectrique mais lorsqu’un verre, de l’eau ou un métal entre dans la zone active du capteur, la capacité du condensateur se modifie et le transistor s’enclenche ou se déclenche. Selon la nature du capteur, il sera sensible à la constante diélectrique, au volume et à la distance de l’objet à mesurer. A l’instar des capteurs inductifs, les matériaux sont classifiés selon un facteur de réduction par rapport aux métal : métaux : 1, eau : 1, verre : 0,4, huile : 2,2… La distance maximale est d’environ 60 mm. Ce type de capteur est malheureusement sensible à la poussière, l’humidité… Tout comme les capteurs inductifs, il existe avec une connexion à 2, 3 et 4 fils. Optique

A l’instar des capteurs inductifs et capacitifs, les capteurs optiques sont fortement utilisés dans l’automatisation. Ils présentent un grand avantage en ce sens que la distance de commutation peut être supérieure à 10 mètres. Un capteur optique comprend deux parties importantes : l’émetteur et le récepteur. La partie principale de l’émetteur se compose d’une source lumineuse, généralement une LED. La longueur d’onde est d’environ 900 mm, donc dans l’infrarouge. La lumière de la LED est focalisée via une lentille et émise. Lorsque la lumière réfléchit sur un objet, elle active un récepteur, généralement un phototransistor ou une photodiode. Le signal lumineux est d’ordinaire modulé à une fréquence avoisinant les 1000 Hz. Nous distinguons quatre types de capteurs optiques : • le capteur à émetteur et récepteur distincts • le capteur avec réflecteur • le capteur avec réflexion sur l’objet • le capteur à plan focal

Dans le premier type, l’émetteur et le récepteur sont deux éléments indépendants. Le rayon lumineux est interrompu par l’objet qui est ainsi détecté. La distance de travail peut être supérieure à 10 mètres. Lorsque l’émetteur et le récepteur sont hébergés dans un même boîtier, il faut un miroir de réflexion pour réfléchir le rayon lumineux. Les interruptions sont détectées par le récepteur. Il est également possible de considérer l’objet même comme réflecteur. La nature et la surface de l’objet jouent alors un rôle primordial. La distance ne peut pas non plus être très grande. Une variante du précédent modèle nécessite que le rayon de lumière et le champ visuel du récepteur se coupent dans un plan focal. Lorsque l’objet se trouve dans le plan focal, une lumière suffisante est réfléchie. L’influence de l’arrière-plan ne joue dans ce cas qu’un moindre rôle. Les capteurs optiques utilisent de plus en plus les fibres optiques, en verre ou en polymère, qui conduisent la lumière sur une certaine distance. Les fibres trouvent leur utilité lorsque l’espace est réduit, que les températures sont élevées, qu’il faut détecter de petits objets, qu’une grande précision est requise ou qu’il faut travailler dans des environnements explosifs. Magnétique Le fonctionnement de ce capteur se base sur la présence d’un aimant magnétique. On utilise, essentiellement dans le cas des vérins pneumatiques, une variante connue sous le nom de capteur reed. L’élément de commutation se compose de 2 lames placées dans un tube en verre hermétiquement scellé. Lorsqu’un aimant s’approche du tube en verre, les languettes s’attirent, créant ainsi un contact électrique. Il n’y a aucun contact physique entre l’aimant et le contact reed. Ultrasons Le capteur ultrasonore se compose également d’un émetteur et d’un récepteur. Une onde ultrasonore touche l’objet et est réfléchie. La durée de transit de l’onde dépend de la distance de

l’objet. Ce type de capteur détecte surtout les objets solides, liquides, granuleux et pulvérulents. Le capteur ultrasonore peut également être utilisé de façon analogique, par exemple pour mesurer le niveau d’un liquide. Les capteurs de pression et de force Les pressions et forces peuvent être détectées efficacement à l’aide de l’effet piézo-électrique. Une force exercée sur certaines plaques métalliques en tourmaline ou en titanate de plomb peut générer des charges électriques sur les parois latérales. Cette charge, et par conséquent la différence de potentiel, est proportionnelle à la force exercée. Les forces de traction engendrent des tensions de signe opposé. Il est également possible de travailler avec des jauges de contrainte. Lorsqu’une telle jauge de contrainte est collée sur une membrane, la résistance se modifie lors de la dilatation ou du rétrécissement de la membrane. Capteurs de température Aujourd’hui, l’industrie utilise surtout quatre types de capteurs, tous analogiques : • le thermocouple • le thermomètre à résistance • le thermomètre à thermistor • le pyromètre optique

Le thermocouple est constitué de deux fils métalliques différents raccordés ensemble d’un côté. Une hausse de température provoque une différence de tension proportionnelle. La plage de mesure s’étend de -190°C à +1300°C.

Les thermomètres à résistance vont de -190°C à 350°C. Leur fonctionnement se base sur la résistance croissante en cas d’élévation de la température. Parmi les thermomètres à thermistor, nous distinguons les PTC et les NTC. Avec les PTC, la résistance est proportionnelle à la température et inversement avec les NTC. Leur plage de mesure s’étend de -80°C à +700°C. Pour pouvoir mesurer des températures très élevées pouvant atteindre 3500°C, on utilise des pyromètres optiques. Le rayonnement thermique de la source est introduit via une lentille pour y générer une tension.

Mobile Pour l’heure, les outils de traitement de données mobiles peuvent assumer entre 40 octets et 32 kilooctets. Dans un avenir proche, ils pourront traiter jusqu’à 256 kilooctets. Les données sont échangées sans fil. Une connexion directe et visible est également superflue. Dans une distance de 3 mètres (et de 60 cm pour le raccordement inductif), il est possible de transmettre environ 20 kilobits par seconde. Il existe des outils de traitement de données mobiles dédicacés à la logistique, la distribution et l’automatisation de production. Erreur Plus tôt un défaut est décelé dans un processus de production, moins les coûts de correction seront élevés. Le contrôle visuel ne peut pas toujours garantir les exigences élevées de qualité. C’est pourquoi l’homme doit être assisté par des machines équipées de caméras. Un tel appareil de contrôle peut analyser jusqu’à 768x512 points d’image, il dispose d’un pilotage d’image intégré et d’une mémoire de 16 mégaoctets de DRAM. Les capteurs contiennent toujours plus d’électronique pour faire transiter leur information de façon optimale vers le système de niveau supérieur. Aujourd’hui, le capteur se contrôle de plus en plus lui-même. La lentille d’un détecteur lumineux peut par exemple se souiller progressivement. Un contrôle systématique permet dès lors d’éviter une panne de production en raison de l’encrassement de la lentille. Conclusion Les capteurs sont les sens du système ou de la machine automatisée. Afin de pouvoir répondre à la grande diversité d’applications, il existe un grand nombre de variétés et de modèles sur le marché. Grâce à leur logiciel intégré, ces capteurs transmettent de plus en plus un signal numérique plutôt qu’analogique à la machine ou au système automatisé. Cela présente l’avantage de pouvoir contrôler le fonctionnement même du capteur. Dans les années à venir, les plus grands progrès seront réalisés dans ce domaine

9.3 Engels

9.3.1 Formal letter 9.3.2 Technical text 9.3.3 Glossary 9.3.4 Questions and answers 9.3.5 Summary and outline

Heirstraat 9 9910 Ursel Belgium +32 472 75 90 49 [email protected] 18 November 2015 PR Manager Cleveland Circuits Ltd Wandhills Avenue Skelton Industrial Estate Saltburn-by-the-Sea North Yorkshire TS12 2LQ Great Britain

Dear Sir or Madam

I am writing to enquire about a reservation for a guided tour in the factory in Yorkshire. I am a student Industrial Sciences at a school in Belgium, PTI Eeklo. With regards to my final project I am making a colour sensor. The use of print boards is indispensable. As Cleveland Circuits Ltd is one of the best factories in the world when it comes to print boards it would be fabulous to get a guided tour in the factory. The objective of this tour is to get more perception in the making of print boards and the process behind it. I would be grateful if you could send me some dates and details to get a visit in the factory in Yorkshire. If possible I want to see both the PCB Manufacture and the PCB Assembly. The best moment for me to come to England is in a vacation period. As the vacations in Belgium are not the same as those in England, there is a vacation table attached to this letter. It is also possible to visit you company at a weekend even though a vacation is more logical and easier.

I look forward to hearing from you. Yours faithfully

Jonas Baecke Attachment: Belgian vacation table

Vacation Autumn break Christmas holiday Spring half term Easter holidays Ascension

Belgian vacation table Start date 02-11-2015 21-12-2015 08-02-2016 28-03-2016 05-05-2016

End date 08-11-2015 03-01-2016 14-02-2016 10-04-2016 06-05-2016

Light emitting diodes Light emitting diodes, commonly called LEDs, are real unsung heroes in the electronics world. They do dozens of different jobs and are found in all kinds of devices. Among other things, they form numbers on digital clocks, transmit information from remote controls, light up watches and tell you when your appliances are turned on. Collected together, they can form images on a jumbo television screen or illuminate a traffic light. Basically, LEDs are just tiny light bulbs that fit easily into an electrical circuit. But unlike ordinary incandescent bulbs, they don't have a filament that will burn out, and they don't get especially hot. They are illuminated solely by the movement of electrons in a semiconductor material, and they last just as long as a standard transistor. The lifespan of an LED surpasses the short life of an incandescent bulb by thousands of hours. Tiny LEDs are already replacing the tubes that light up LCD HDTVs to make dramatically thinner televisions. In this article, we'll examine the technology behind these ubiquitous blinkers, illuminating some cool principles of electricity and light in the process.

What is a Diode? A diode is the simplest sort of semiconductor device. Broadly speaking, a semiconductor is a material with a varying ability to conduct electrical current. Most semiconductors are made of a poor conductor that has had impurities (atoms of another material) added to it. The process of adding impurities is called doping. In the case of LEDs, the conductor material is typically aluminum-gallium-arsenide (AlGaAs). In pure aluminum-gallium-arsenide, all of the atoms bond perfectly to their neighbors, leaving no free electrons (negatively charged particles) to conduct electric current. In doped material, additional atoms change the balance, either adding free electrons or creating holes where electrons can go. Either of these alterations make the material more conductive. A semiconductor with extra electrons is called N-type material, since it has extra negatively charged particles. In N-type material, free electrons move from a negatively charged area to a positively charged area. A semiconductor with extra holes is called P-type material, since it effectively has extra positively charged particles. Electrons can jump from hole to hole, moving from a negatively charged area to a positively charged area. As a result, the holes themselves appear to move from a positively charged area to a negatively charged area. A diode consists of a section of N-type material bonded to a section of P-type material, with electrodes on each end. This arrangement conducts electricity in only one direction. When no voltage is applied to the diode, electrons from the N-type material fill holes from the P-type material along the junction between the layers, forming a depletion zone. In a depletion zone, the semiconductor material is returned to its original insulating state -- all of the holes are filled, so there are no free electrons or empty spaces for electrons, and charge can't flow. To get rid of the depletion zone, you have to get electrons moving from the N-type area to the P-type area and holes moving in the reverse direction. To do this, you connect the N-type side of the diode to the negative end of a circuit and the P-type side to the positive end. The free electrons in the Ntype material are repelled by the negative electrode and drawn to the positive electrode. The holes in the P-type material move the other way. When the voltage difference between the electrodes is high enough, the electrons in the depletion zone are boosted out of their holes and begin moving



freely again. The depletion zone disappears, and charge moves across the diode.

If you try to run current the other way, with the P-type side connected to the negative end of the circuit and the N-type side connected to the positive end, current will not flow. The negative electrons in the N-type material are attracted to the positive electrode. The positive holes in the P-type material are attracted to the negative electrode. No current flows across the junction because the holes and the electrons are each moving in the wrong direction. The depletion zone increases.

The interaction between electrons and holes in this setup has an interesting side effect -- it generates light! In the next section, we'll find out exactly why this is.

How Can a Diode Produce Light? Light is a form of energy that can be released by an atom. It is made up of many small particle-like packets that have energy and momentum but no mass. These particles, called photons, are the most basic units of light.



Photons are released as a result of moving electrons. In an atom, electrons move in orbitals around the nucleus. Electrons in different orbitals have different amounts of energy. Generally speaking, electrons with greater energy move in orbitals farther away from the nucleus. For an electron to jump from a lower orbital to a higher orbital, something has to boost its energy level. Conversely, an electron releases energy when it drops from a higher orbital to a lower one. This energy is released in the form of a photon. A greater energy drop releases a higher-energy photon, which is characterized by a higher frequency. As we saw in the last section, free electrons moving across a diode can fall into empty holes from the P-type layer. This involves a drop from the conduction band to a lower orbital, so the electrons release energy in the form of photons. This happens in any diode, but you can only see the photons when the diode is composed of certain material. The atoms in a standard silicon diode, for example, are arranged in such a way that the electron drops a relatively short distance. As a result, the photon's frequency is so low that it is invisible to the human eye -- it is in the infrared portion of the light spectrum. This isn't necessarily a bad thing, of course: Infrared LEDs are ideal for remote controls, among other things. Visible light-emitting diodes (VLEDs), such as the ones that light up numbers in a digital clock, are made of materials characterized by a wider gap between the conduction band and the lower orbitals. The size of the gap determines the frequency of the photon -- in other words, it determines the color of the light. While LEDs are used in everything from remote controls to the digital displays on electronics, visible LEDs are growing in popularity and use thanks to their long lifetimes and miniature size. Depending on the materials used in LEDs, they can be built to shine in infrared, ultraviolet, and all the colors of the visible spectrum in between.

LED Advantages While all diodes release light, most don't do it very effectively. In an ordinary diode, the semiconductor material itself ends up absorbing a lot of the light energy. LEDs are specially constructed to release a large number of photons outward. Additionally, they are housed in a plastic bulb that concentrates the light in a particular direction. As you can see in the diagram on the next page, most of the light from the diode bounces off the sides of the bulb, traveling on through the rounded end.



LEDs have several advantages over conventional incandescent lamps. For one thing, they don't have a filament that will burn out, so they last much longer. Additionally, their small plastic bulb makes them a lot more durable. They also fit more easily into modern electronic circuits.

But the main advantage is efficiency. In conventional incandescent bulbs, the light-production process involves generating a lot of heat (the filament must be warmed). This is completely wasted energy, unless you're using the lamp as a heater, because a huge portion of the available electricity isn't going toward producing visible light. LEDs generate very little heat, relatively speaking. A much higher percentage of the electrical power is going directly to generating light, which cuts down on the electricity demands considerably. Per-watt, LEDs output more lumens of light than regular incandescent bulbs. Light emitting diodes have a higher luminous efficacy (how efficiently electricity is converted to visible light) than incandescents -- for example, Sewell's EvoLux LED bulb produces 76.9 lumens per watt compared to an incandescent bulb's 17 lm/W [source: Sewell]. And they last: LEDs can have lifetimes of 50,000 hours or more [source: Design Recycle Inc]. Up until recently, LEDs were too expensive to use for most lighting applications because they're built around advanced semiconductor material. The price of semiconductor devices has plummeted since the year 2000, however, making LEDs a more cost-effective lighting option for a wide range of situations. While they may be more expensive than incandescent lights up front, their lower cost in the long run can make them a better buy. Several companies have begun selling LED light bulbs designed to compete with incandescent and compact fluorescents that promise to deliver long lives of bright light and amazing energy efficiency. ©Tom Harris and Wesley Fenlon; http://www.howstuffworks.com



6TSO-IW

Engels

104

Word

Context

Explanation

Translation

Additionally

Additionally, they are housed in a plastic bulb that concentrates the light in a particular direction. This arrangement conducts electricity in only one direction. The negative electrons in the N-type material are attracted to the positive electrode. Additionally, they are housed in a plastic bulb that concentrates the light in a particular direction. Light emitting diodes are commonly called LEDs. In pure aluminum-galliumarsenide, all of the atoms bond perfectly to their neighbors, leaving no free electrons (negatively charged particles) to conduct electric current. Conversely, an electron releases energy when it drops from a higher orbital to a lower one. A depletion zone between the N-type material and the P-type material is formed. The size of the gap determines the frequency of the photon. Additionally, their small plastic bulb makes them a lot more durable. While all diodes release light, most don't do it very effectively. In this article, we'll examine the technology behind these ubiquitous blinkers.

As an extra factor or circumstance.

Bovendien, daarenboven

The action, process, or result of arranging or being arranged.

Opstelling

Exert a force on (an object) which is directed towards the source of the force.

Aantrekken

Short for light bulb.

Lamp

Very often; Frequently

Gewoonlijk/Vaak

Transmit (a form of energy such as heat or electricity) by conduction.

geleiden/(Half)geleid er/Geleiding

Introducing a statement or idea which reverses one that has just been made or referred to.

Tegenovergesteld/Omgekeerd

Reduction in the number or quantity of something.

Uitputting (=sper)

Cause (something) to occur in a particular way or to have a particular nature. Able to withstand wear, pressure, or damage; hardwearing. In such a manner as to achieve a desired result.

Bepalen

Arrangement

Attract

Bulb

Commonly Conduct/(Semi) conductor/ Conduction

Conversely

Depletion

Determine

Durable

Effectively

Examine

Filament

For one thing, they don't have a filament that will burn out, so they last much longer.


Inspect (someone or something) thoroughly in order to determine their nature or condition. A conducting wire or thread with a high melting point, forming part of an electric bulb or thermionic valve and heated or made incandescent by an electric current.

Duurzaam

Doeltreffend

Onderzoeken

Fijne draad, gloeidraad


6TSO-IW

Illuminate

Incandescent

Insulate

Engels

Collected together, they can form images on a jumbo television screen or illuminate a traffic light. LEDs have several advantages over conventional incandescent lamps. The semiconductor material is returned to its original insulating state.

Nucleus

In an atom, electrons move in orbitals around the nucleus.

Orbital(s)

In an atom, electrons move in orbitals around the nucleus.

Portion

It is in the infrared portion of the light spectrum. The free electrons in the Ntype material are repelled by the negative electrode and drawn to the positive electrode. In this article, we'll examine the technology behind these ubiquitous blinkers. LED’s are real unsung heroes in the electronics world. Broadly speaking, a semiconductor is a material with a varying ability to conduct electrical current.

Repel

Ubiquitous

Unsung

Vary


105

Light up.

Verlichten

(Of an electric light) containing a filament which glows whitehot when heated by a current passed through it. Prevent the passage of electricity to or from (something) by covering it in non-conducting material. The positively charged central core of an atom, consisting of protons and neutrons and containing nearly all its mass. Each of the actual or potential patterns of electron density which may be formed in an atom or molecule by one or more electrons, and can be represented as a wave function.

Witgloeiend

A part of a whole.

Deel

(Of a magnetic pole or electric field) force (something similarly magnetized or charged) away from itself.

Afstoten

Present, appearing, or found everywhere.

Alomvertegenwoordigd, alomtegenwoordig Onbezongen

Not celebrated or praised.

Differ in size, amount, degree, or nature from something else of the same general class

Isoleren

Kern

Orbitaal (baan)

Wisselend, variërend


6TSO-IW

Engels

106

9.3.6 Questions & answers What is a semiconductor and what is it made of? A semiconductor is a material with a varying ability to conduct electrical current. Most semiconductors are made of a poor conductor that has had impurities (atoms of another material) added to it, this is called doping.

What is N-type material and P-type material? N-type material is a semiconductor with extra electrons. P-type material is a semiconductor with extra holes.

In how many directions does a diode (consisting of a section P-type material bonded to N-type material) conduct electricity? A diode conduct electricity in only one direction.

How does a depletion zone get formed? When no voltage is applied to the diode, the electrons from the N-type material fill the holes of the P-type material. In this zonde the semiconductor material is returned to it’s original insulating state.

How do we get rid of the depletion zone? When you connect the N-type side to a negative end of a circuit and the P-type to the positive end of the circuit (and the voltage difference is high enough) the electrons from the N-type area move to the P-type area and the holes move from the P-type area to the N-type. This because the free electrons in the N-type material are repelled by the negative electrode and drawn to the positive electrode. The holes in the P-type material move the other way.

What are the particles that have energy and momentum but no mass? These are photons and they are these are the basic units of light.

Electron 1 and and electron 2 have an amount of energy, E1 and E2. Which is the electron in the nearest orbital to the nucleus, if E1 > E2. Why? E1 has most energy and greatest energy means farther away from nucleus. E1 farther away than E2 so E2 is the nearest to the core.



6TSO-IW

Engels

107

What energy compared to E1 and E2 does an electron have if it moves in an orbital closer to the nucleus than E1 and further away than E2? Why? How closer how to the nucleus how lower the energy. If E3 has to be closer to the nucleus than E1 it has to have less energy than E1. If E3 has to be further away from the nucleus than E2 its amout of anergy has to be bigger than E2 its amount of energy. So E3 has to have a bigger amount of energy than E2 and it has to have less energy than E1. The energy of electron 3 is in between the energy of electron 1 and 2. This is logical as it has to fly on an orbital in between electron 1 and 2.

If we want to drop electron 1 to an orbital closer to the core, what do we have to do? We have to reduce its amount of energy. The electron has to release energy. (How lower E how closer).

Give me 5 advantages of a LED. They last much longer. They’re more durable. (+50,000 hours) They fit more easily into modern electronic circuits. They have a very little heat so electricity demands are considerably cut down. They have a higher luminous efficacy. In the long run they’re a better buy.



6TSO-IW

Engels

108

9.3.7 Summary and outline Light emitting diodes (LED) are found in all kinds of devices. Unlike incandescent bulbs, they don't have a filament that will burn out, and they don't get especially hot. Solely the movement of electrons in a semiconductor material illuminates them. A diode is a semiconductor device, a material with a varying ability to conduct electrical current. In the case of LEDs, the conductor material is typically aluminum-gallium-arsenide. In this material all of the atoms bond perfectly to their neighbors or leaving no free electrons to conduct electric current. In doped material, additional atoms change the balance, either adding free electrons or creating holes where electrons can go. Either of these alterations make the material more conductive. If a semiconductor has extra electrons it’s called N-type material, if it has extra holes it’s called Ptype material. In N-type material, free electrons move from a negatively charged area to a positively charged area. As a result, the holes in P-type material appear to move from a positively charged area to a negatively charged area. A diode consists of a section of the 2 types of material, with electrodes on each end. This arrangement conducts electricity in only one direction. When no voltage is applied, electrons fill holes along the junction. This forms a depletion zone, the material is returned to its insulating state, charge can’t flow. If the electrons move from N-type to P-type area, holes reverse direction, you get rid of the depletion zone. If the negative end of a circuit is connected to N-side and the positive end to P-side, the electrons in the N-type material are repelled by the negative electrode and drawn to the positive electrode. The holes in the P-type material move the other way. When the voltage difference is high enough the depletion zone disappears. You can’t run current in the other way because the depletion zone increases. Photons (basic units of light) are released as a result of moving electrons. Electrons in different orbitals have different amounts of energy. Generally speaking, electrons with greater energy move in orbitals farther away from the nucleus. For an electron to jump from an orbital to an orbital the energy has to change. Releasing energy is dropping from higher to lower orbital, the energy is released in the form of a photon. Free electrons moving across a diode can fall into empty holes. This involves a drop from the conduction band to a lower orbital. If the the electron drops a relatively short distance the light is invisible because the photon's frequency is to low. Visible light-emitting diodes are made of materials with a wider gap between the conduction band and the lower orbitals (higher frequency, so visible). The advantages of LEDs are the long lifetimes and they can be built to shine in every type of light. A LED is effectively with energy. They also fit more easily into modern electronic circuits. While they may be more expensive than incandescent lights up front, their lower cost in the long run can make them a better buy.



6TSO-IW

Engels

109

• LED ≠ device

ð No filamant ð Not hot

• DIODE

ð = semi-conductor (varying ability to conduct electrical current) ð aluminum-gallium-arsenide = all atoms perfectly bond ð doped material = additional atoms change balance ð N-type material = free electrons (-) ð Free electrons to positive area ð P-type material = free holes (+) ð Free holes to negative area

• PRODUCING LIGHT moving electrons = photons = basic units of light general different orbital ð different amounts of energy ð dropping higher to lower orbital ð energy released (= photon) diode free electrons ð fall into empty holes ð drop from conduction band ð electron drops short distance ð low frequency ð invisible light ð electron drops long distance ð high frequency ð visible light

• ADVANTAGES ð ð ð ð

long lifetime every type of light fit in electronic circuits economical



6TSO-IW ICT 110 ______________________________________________________________________________

10 ICT



6TSO-IW ICT 111 ______________________________________________________________________________

10.1 Website Voor het vak Industriële informatie- en communicatietechnologie werd in functie van deze GIP een site gemaakt. Hierbij heb ik zelf HTML en CSS geschreven. De site is te bekijken op volgende link: http://users.telenet.be/jonasbaecke1/index.html



6TSO-IW Figuur-en tabellijst 112 ______________________________________________________________________________

11 Figuurlijst Figuur 1: pH waarden tabel ............................................................................................................. 13 Figuur 2: Transportroutes lozing bedrijfsafvalwater ........................................................................ 16 Figuur 3: Kringloop bedrijfslozing .................................................................................................... 17 Figuur 4: verontreinigde beek door ijzer (Fe-ionen) ........................................................................ 17 Figuur 5: gemiddelde dosis straling per jaar in kaart gebracht voor België. .................................... 19 Figuur 6: Nitraat concentratie en overschrijding van de drempelwaarde in oppervlaktewater in landbouwgebieden ................................................................................................................... 23 Figuur 7: Trends fosfaat in oppervlaktewater .................................................................................. 24 Figuur 8: Klassenverdeling van de MAP-meetpunten op basis van de fosfaatconcentratie (Vlaanderen, 2002-2015) ......................................................................................................... 25 Figuur 9: Evolutie netto-emissies totaal fosfor (periode 2010-2014) (cijfers voor landbouw 2011 werden overgenomen in 2012, 2013 en 2014) ........................................................................ 26 Figuur 10: Evolutie van de huishoudelijke lozingen ........................................................................ 27 Figuur 11: Transportroutes van huishoudelijk afvalwater ................................................................ 29 Figuur 12: vuilvracht van huishoudens ............................................................................................ 30 Figuur 13: Gebruik meststoffen EU-27 in miljoen ton per jaar ........................................................ 34 Figuur 14: evolutie zuurtegraad ....................................................................................................... 39 Figuur 15: evolutie totaal fosfor ....................................................................................................... 40 Figuur 16: evolutie nitraat ................................................................................................................ 41 Figuur 17: evolutie opgeloste zuurstof ............................................................................................ 42 Figuur 18: evolutie biochemisch zuurstofverbruik ........................................................................... 43 Figuur 19: voorbeeld van pH-papier ................................................................................................ 49 Figuur 20: werkwijze uit de testkit (amonium) ................................................................................. 50 Figuur 21: strookje om te kleur te vergelijken .................................................................................. 50 Figuur 22: bekertje om kleur mee te vergelijken ............................................................................. 52 Figuur 23: roodkleurige vloeistof bij hardheid .................................................................................. 53 Figuur 24: toevoegen titreervloeistof ............................................................................................... 53 Figuur 25: van kleur veranderde vloeistof ....................................................................................... 53 Figuur 26: Spectrale gevoeligheid TCS 3200 .................................................................................. 58 Figuur 27: SMD Chip TCS 3200 ...................................................................................................... 59 Figuur 28: Aansluitingen TCS 3200 ................................................................................................ 59 Figuur 29: Function Block Diagram ................................................................................................. 59 Figuur 30: Dubbelzijdige printplaat .................................................................................................. 61 Figuur 31: Belichten met UV-licht .................................................................................................... 62 Figuur 32: Printen van de printbanen .............................................................................................. 62 Figuur 33: Etsen van de printplaat .................................................................................................. 63 Figuur 34: Verwijderen fotogevoelige laag ...................................................................................... 64 Figuur 35: Aansluiten kleursensor ................................................................................................... 65 Figuur 36: Solderen van componenten ........................................................................................... 65 Figuur 37: Witte LED ....................................................................................................................... 65 Figuur 38: Spectrum witte LED ....................................................................................................... 65 Figuur 39: Warm witte LED ............................................................................................................. 66 Figuur 40: Spectrum warm witte LED .............................................................................................. 66 Figuur 41: Cyaan LED ..................................................................................................................... 66 Figuur 42: Spectrum cyaan LED ..................................................................................................... 66 Figuur 43: Samengesteld spectrum ................................................................................................ 67 Figuur 44 kleurenkubus ................................................................................................................... 76 Figuur 45 delen van een circkel ...................................................................................................... 77



6TSO-IW Figuur-en tabellijst 113 ______________________________________________________________________________

12 Tabellijst Tabel 1: Hoeveelheid zuurstof bij een bepaalde temperatuur ......................................................... 11 Tabel 2: milieukwaliteitsnormen voor prioritaire stoffef ................................................................... 33 Tabel 3: voor de oppervlaktewateren van het type kleine beek (Bk) en voor de niet in de stroomgebiedbeheerplannen afgebakende waterlichamen die behoren tot de categorie rivieren, gelden de onderstaande richtwaarden ....................................................................... 36 Tabel 4: voor de oppervlaktewateren van het type kleine beek Kempen (BkK) gelden de onderstaande richtwaarden ...................................................................................................... 37 Tabel 5: meetresultaten van de parameters rond waterkwaliteit van eigen stalen .......................... 54 Tabel 6: Aansluitingen kleurensensor ............................................................................................. 59 Tabel 7: Actief kleurenfilter .............................................................................................................. 60 Tabel 8: functie frequentiedeler ....................................................................................................... 60 Tabel 9: Meetresultaten ................................................................................................................... 71



6TSO-IW Besluit 114 ______________________________________________________________________________

Besluit Het 6de middelbaar was voor mij persoonlijk een jaar waar ik enorm naar uitkeek. Het middelbaar ben ik ontgroeid, het is tijd voor een volgende stap. Je laatste jaar in het middelbaar brengt echter ook een eindwerk met zich mee. In het begin van het schooljaar begin je hier met volle moed aan, logisch het is de laatste stap naar het hoger onderwijs. Al heel snel lag het onderwerp van ons eindwerk vast. De hele klas kon zich vinden in een onderwerp waarbij theorie en praktijk elkaar ontmoeten en je ook nog eens een leuk projectje kan maken. Voor mij persoonlijk is zo’n combinatie ideaal. Je verwacht je aan een leuke tijd samen in groep, een afsluiter van je hele carrière. Je merkt echter snel de ernst van deze GIP, er komt enorm veel werk bij kijken en er gaat bijna niks zoals geplant. Ook het werken in groep, in ons geval met 4 leerlingen, was niet altijd evident. Door deze GIP heb ik enorm veel bijgeleerd, niet enkel over het onderwerp dat besproken werd, alhoewel ik dit zeer interessant vond en waaroverik wel degelijk een heleboel heb bijgeleerd. Een eerste en belangrijke les voor mij is geweest dat je altijd meer tijd mag rekenen voor opdrachten en projecten dan je denkt nodig te hebben. Er kruipt onzettend veel werk in elk odnerdeel van de GIP maar er komen vooral constant nieuwe dingen bij om nog maar te zwijgen van de onverwachte. Een 2de belangerijke pijler waaruit ik enorm veel heb bijgeleerd is teamwork. Hierbij zijn enkele zaken zeer belangrijk. Een eerste voorwaarde is dat je enorm veel en duidelijk moet communiceren onderling. Een continue flow van informatie tussen elkaar en duidelijk afspreken wanneer wie wat zal doen is noodzakelijk. Een tweede onderdeel is het halen van deadlines in groep. Als er iets is dat ik heb geleerd uit deze GIP is het wel dat wanneer je in een team één persoon hebt die niet meewerkt, je hele project dreigt te mislukken. Jammer genoeg hadden wij de pech in ons team zo iemand te hebben, iemand die zijn opdrachten niet maakt, laattijdig indient, niet communiceert, etc. Dit had echt een negatieve neerslag op het hele team, iedereen raakte gefrustreerd en achterstand stapelde zich op door die ene persoon. Ook over mezelf heb ik veel bijgeleerd. Ik ben iemand die nogal snel de touwtjes in handen zal nemen en het team wil leiden. Dit is negatief omdat je zo soms de andere probeert te overstijgen en te leiden terwijl je moet samenwerken. Het positieve aspect is dat je op deze manier wel het hele team wil verder brengen en vooruit stuurt. Het is echter belangrijk al het werk te verdelen en samen af te spreken wie wat doet, ik zal liever zoveel mogelijk zelf doen. Ik ben iemand die enorm werkt volgens het “wat ik zelf doe, doe ik beter” motto. Ik heb in deze GIP echter een enorme progressie gemaakt op dat vlak en kom hier zeker uit als een betere teamspeler. Tijdens het maken van dergelijk project kom je onvermijdelijk in aanraking met enkele problemen. Bij ons was dit niet anders, graag zou ik enkele hiervan aankaarten. Het probleem op gebied van tijd heb ik reeds aangekaart, het is belangrijk meer tijd dan nodig te voorzien en als groep naar de deadlines te streven. Het is ook handig een duidelijke planning bij de hand te hebben. In het begin van het schooljaar geven de leerkrachten een planning mee voor het hele schooljaar. Ik vond het echter jammer dat de leerkrachten slecht enkele dagen voor of zelfs na deze deadlines pas lieten horen dat de opdracht bijna klaar moest zijn. Het is inderdaad onze eigen verantwoordelijkheid de planning in de gaten te houden, een kleine reminder is echter altijd handig.



6TSO-IW Besluit 115 ______________________________________________________________________________ Een tweede probleem is het teamwork. Een GIP moet je in team maken. Zoals ik echter al zei hadden wij dit jaar problemen met een “luie” medeleerling. Ik vond het ontoelaatbaar dat dit ook onze punten heeft beïnvloed ondanks onze vermeende pogingen hem mee op gang te krijgen. Een derde en laatste probleem dat ik wil aankaarten is dat leerkrachten van ons verlangen alles tijdig en liever te vroeg in te dienen, wat ook maar logisch is. Ik vind het echter een vorm van respect dat de leerkrachten binnen een aanvaardbare termijn onze taken nalezen. Drie maanden laten wachten op een verbeterde versie van iets dat sindsdien al enkele keren werd aangepast is niet nuttig. Ook kan de communicatie tussen leerkrachten soms iets beter. Leerkrachten gaven soms tegensovergestelde opdrachten of juist twee keer dezelfde. Ik vond deze GIP enorm leuk en leerrijk ondanks de minpunten en ik ben zeer blij dat we dit tot een mooi geheel hebben kunnen verwerken. Ik denk dat we nu klaar zijn voor een volgende stap in onze carrière



6TSO-IW Bronnen 116 ______________________________________________________________________________

13 Bronnen •

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

• • • • • • • • • •

https://www.vmm.be/water/kwaliteit-waterlopen/chemie/nutrienten http://www.milieufocus.nl/factsheets/b/biologisch-zuurstofverbruik.html https://nl.wikipedia.org/wiki/PH http://www.natuurlexicon.be/Verzuring.htm http://www.encyclo.nl/begrip/inwonersequivalent https://www.vmm.be/publicaties/bronnen-van-waterverontreiniging-2014 http://www.lavieestbelle.be/groothandel/vragen-over-vegetarisch-eten/op-welke-manier-draagtlandbouw-bij-aan-watervervuiling--en-verspilling http://www.milieuloket.nl/9353000/1/j9vvhurbs7rzkq9/vhurdyxqjfyu http://www.milieuloket.nl/9353000/1/j9vvhurbs7rzkq9/vhurdyxq2n7m https://nl.wikipedia.org/wiki/Nitraat http://www.milieu-en-gezondheid.be/rapporten/nitraten%20en%20nitrieten.pdf https://nl.wikipedia.org/wiki/Kunstmest http://www.wijwordenwakker.org/content.asp?m=P1917 https://nl.wikipedia.org/wiki/Nitriet http://www.oudewijsheden.nl/het-voorkomen-van-waterverontreiniging/ http://www.viva-svv.be/duurzaamheid/consumeren/pages/watervervuiling.aspx http://www.milieurapport.be/Upload/main/AG2010_oppervlaktewater_def_TW.pdf http://ecohuis.antwerpen.be/Ecohuis/Ecohuis-Hoofdnavigatie/Bewoners/Bewoners-Gezondwonen/Waterkwaliteit.html http://pedago.rago.be/pbddoc/pav/pav2002_2003/water_en_elektriciteit_ook_afval/daar_gaat_ ons_afval/wa/Watervervuiling.htm http://www.belgaqua.be/document/Blauwboek.pdf http://www.europarl.europa.eu/sides/getDoc.do?pubRef=-//EP//TEXT+TA+P7-TA-20130068+0+DOC+XML+V0//NL http://www.compendiumvoordeleefomgeving.nl/indicatoren/nl0111-Radioactieve-stoffen%3Aemissies-door-de-procesindustrie.html?i=5-71 http://rivm.nl/Onderwerpen/S/Stralingsbronnen_reguleerbaar/Lozingen_en_externe_straling http://publications.sckcen.be/dspace/handle/10038/39 https://books.google.be/books?id=L87ZWSKj34sC&pg=PA370&lpg=PA370&dq=radioactief+gip safval&source=bl&ots=cghns5XZVD&sig=_C-Px2PvKd8zaA9LtJnDbdYsdg&hl=nl&sa=X&ved=0CDMQ6AEwBGoVChMIrOrjsabjyAIVxJIeCh2zxA46#v=onepage&q=ra dioactief%20gipsafval&f=false http://www.milieuloket.nl/9353000/1/j9vvhurbs7rzkq9/vhurdyxq5fuv https://nl.wikipedia.org/wiki/Chemisch_zuurstofverbruik https://www.vmm.be/woordenboek/eutrofiering http://www.iseca.eu/nl/2012-09-20-09-08-30/2012-09-20-09-07-43.html https://en.wikipedia.org/wiki/Algal_bloom http://www.encyclo.nl/begrip/antropogeen http://sportvisacademie-gorinchem.nl/files/8213/2310/5587/Theorie_toets_1.pdf  https://nl.wikipedia.org/wiki/Waterzuivering  https://nl.wikipedia.org/wiki/Chemisch_zuurstofverbruik  https://nl.wikipedia.org/wiki/Biologisch_zuurstofverbruik



6TSO-IW Bronnen 117 ______________________________________________________________________________ • •

http://www.eurabo.be/nl/lexicon/detail/inwonersequivalent/2262 http://www.milieurapport.be/nl/feitencijfers/milieuthemas/vermesting/nutrienten-in-water/nitraatin-oppervlaktewater-in-landbouwgebied/

•

www.vliz.be/imisdocs/publications/32549.pdf http://europa.eu/rapid/press-release_IP-94-536_nl.htm https://www.rijksoverheid.nl/onderwerpen/water/inhoud/waterkwaliteit http://eur-lex.europa.eu/legal-content/NL/TXT/?uri=URISERV:l28002b http://vcm-mestverwerking.be/information/index_nl.phtml?informationtreeid=26 http://ec.europa.eu/environment/water/participation/pdf/waternotes/WN9-Framework-NL.pdf

• • • • •



14 Logboek

6TSO-IW Logboek 119 ______________________________________________________________________________

Logboek: GIP Jonas Baecke Datum/Week

Activiteit/planning

2 sept 2015

Opzoekingswerk: “Wat is watervervuiling”

4 sept 2015

Overlopen planning technisch werk van de GIP, inleiding. Beginnen monteren Arduino op het praktische oefenbord.

7 sept 2015

12 sept 2015

Bespreken van het GIP onderwerp met een externe elektronicus (medewerker VUB)

14 sept 2015

Verder werken aan de montage van de Arduino.

21 sept 2015

Overleg over de printplaat.

25 sept 2015 +…

Opdrachten en vragen Elektronica-1.

28 sept 2015

Etsen van de printplaat, uitsnijden en boren.


Eigen evaluatie

Tijdsduur Paraaf/ datum LKR

Veel en voldoende info gevonden, weinig site’s geraadpleegd. Goede afspraken kunnen maken. Niet zo heel veel kunnen doen maar toch een begin kunnen maken. Montage probleem! • contacten gelegd • informatie verzameld • ideeën opgedaan • … Montage probleem kunnen oplossen en Arduino goed kunnen monteren. Concrete afspraken zijn gemaakt over hoe de prietpraat zal gemaakt worden en hoe ze eruit zal zien. Van 1 vraag geen info kunnen vinden. Een andere vraag weet ik gewoon geen raad mee. (uitleg vragen aan Mr. Gervoyse!) Printplaat volledig kunnen boren en genoeg prinsplaten kunnen Etsen voor iedereen.

1h

50 min 50 min

1h

50 min

50 min

3h

2,5h


6TSO-IW Logboek 120 ______________________________________________________________________________ 3 okt 2015

7 okt 2015

8 okt 2015

8 okt 2015

9 okt 2015

-Mappen • 30 zitten min ordelijk. Smartschool documenten zijn nog niet • voor dit jaar • 20 en dienen min • aangepast te worden (laten weten aan • 40 mentoren!) min • Goede tekst gevonden toestemming aan Mr. Gervoyse is aangevraagd via Smartschool. • Goed begin kunnen maken en 3 onderdelen gevonden. Afwerking vereist! • Afwerken opdrachten • Afgewerkt. • 25 en vragen Elektronica(Afgeven!) min 1. • Eerste versie • 2h • Brief Engels versie 1 af en vrij • 1,75 typen. geslaagd. h • Glossary versie 1 • Glossary maken. versie 1 is af. Kop- en • 1,25h • Brief Frans typen. voettekst aangebracht (ook op brief!). (Afgeven!) • Brief is af en goed (Afgeven!) Montage printplaat Arduinobord bijna 50 min voorbereiden op Arduinobord. klaar om prietpraat te monteren. • Laten tekenen Engelse tekst Mr Gervoise (2e lesuur) • Afgeven Engelse tekst, brief en Glossary. • Afgeven opdrachten en vragen Elektronica-1. Bestukken van de printplaat. Printplaat solderen 50 min lukt ons goed. We •


-In orde brengen van de GIP map digitaal en op papier. Overlopen van de documenten op Startschool. -Zoeken tekst vak Engels. -Beginnen schrijven aan het inleidende deel van de GIP “Landbouw als bron van oppervlaktevervuiling”.

•


6TSO-IW Logboek 121 ______________________________________________________________________________

12 okt 2015 13 okt 2015 19 okt 2015 23 okt. 15 23 okt. 15

26 okt 2015 27 okt. 15

28 okt. 15

29 okt. 15 30 okt. 15

30 okt. 15

31 nov. 15 2 nov. 15 3 nov. 15 6 nov. 15

leren veel, schieten goed op. Printje bijna klaar

Bestukken van de printplaat. Afgeven Franse brief. Bespreken volgende stappen Afwerken bestukken en klaar maken montage printplaat. Verbeteren inleidend deel. Schiet goed op. Aanpassingen makkelijk te maken en veel extra info toegevoegd. Maken van een voetje voor de sensor en monteren van de sensor. Sensor bevestigd op de plank Sensor bevestigd en aangesloten aan de en werkt perfect Arduino. perfect tests geslaagd. Led functioneren perfect. Laatste hand leggen aan Verbetering is klaar verbetering inleidend deel nu alle doc verzamelen van de 3 andere leerlingen en beginnen layouten. Stage brief schrijven. Inleidend deel samenvoegen Inleidend deel en lay-outen + verdelen deel volledig kunnen lay1 outen. Ingediend en doorgemaild naar klasgenoten. Deel 2 was zeer snel verdeeld, iedereen was akkoord. Laatste hand leggen aan Sensor meet plankje en zorgen dat we verschillen in kleur tijdens de komende vakantie intentie maar maakt kunnen programmeren. geen onderscheid in RGB waarde (GROOT PROBLEEM SHIT!!!) Site GIP

Deel 1 typen.


Niet enorm veel info gevonden. Mooi samen kunnen brengen.

50 min 50 min 1u 40m 2,5h

50 min 50m

1u 30min

55m 5h

6h 5,5h 7h 3,5h


6TSO-IW Logboek 122 ______________________________________________________________________________ 8 nov. 15

9 nov. 15

10 nov. 2015 12 nov. 2015 12 nov. 2015

13 nov. 15 19 nov. 15

27 nov. 15

4 dec. 15

Deel 1 lay-outen en indienen.

Ingediend AFDRUKKEN EN OP PAPIER INDIENEN (DI)

45 min

Probleem bordje is opgelost, bespreken. Programmeren bespreken. Site GIP Verbeteren inleidend deel en deel 1.

Site GIP Praktische opdracht rond GIP (meetingen met bord + verslag) Verder werken met de vorige gemeten waarden (omzetten naar %) en aanpassingen aan programma om in % te meten. Schrijven in de technische bundel hoe wij alles bepalen, afleidingen, … Verbeteren inleidend_2 deel en deel 1_1.

17 dec. 15

lay-outed en verzamelen alle verbeteringen Deel 1 en inleidend deel om morgen in te dienen.

10 jan 16 19 jan 16 25 jan 16 04 feb 16

site bijwerken Site bijwerken

8 feb 16

proeven i.v.m. zuurstof gehalte 2 maal uitvoeren.

Alle theoretische tekst verbeteren, 1 document van maken en alle laatste verbeteringen doorvoeren


50 min

Spellingsfouten zijn verbeterd in deel 1. Inleidend deel vraagt nog werk. Deel 1 bezorgen aan Mevrouw Dejaegher voor haar opmerkingen.

1h 2,5h 45 min

1,5h

Moeilijk om alles te verwoorden. Programma vraagt nog veel werk.

Veel kunnen doen. Alles verbeterd en extra info toegevoegd. Problemen via Startschool opgelost en met klasgenoten afspraken gemaakt. Delen werden ingediend, niet volgens vraag van HVH. Extra werk zal noodzakelijk zijn.

Alles is doorgevoerd, de tekst zou nu in een eind versie meoten zijn. De proeven zijn geslaagd, het verbruik is bepaald

4h

6,5h

5h

2,5h 2h 30 min 4h

30 min


6TSO-IW Logboek 123 ______________________________________________________________________________

9 feb 16

Deel 2 uitschrijven.

11 feb 16

Deel 2 afwerken.

18 feb 16

22 feb 16 26 feb 16

Verbeteren inbreng taalvakken (Sollicitatiebrief (N), woordenlijst (E) en vragen+antwoord (E)) Automatiseringssysteem uitbouwen

2 mrt 16

Onderzoeksvragen opstellen

2 mrt 16

8 April 16

Brainstormen over wiskunde functie om de kleuren te bepalen. deel 3 verbeteren

8 April 16

Wiskundige vectoren tekenen

9 April 16

Praktisch project uitwerken en beginnen maken van de onderdelen -ppt voorbereiden pré GIP

11 April 16

-Vectoren afwerken -Verbeteren brief verzoek Nederlands

en vertoond realistische waarden De proeven bespreken verloopt vlot, enkel wat weinig beeld materiaal. Deel 2 is af en ingediend.

1h

1h 2h

Idee is bedacht Beginnen bouwen aan de transportband, goede vorderingen. Veel vragen kunnen opstellen en bedenken. Er zijn veel ideeën aangebracht

50 min 50 min

Deel 3 is in orde en verstuurd naar Klaas Zo goed als afgewerkt

3h

-Duidelijke lijn en structuur in het idee en de te vertellen info

4h

-Vectoren klaar, nu idee bedenken van wiskundige functie

30 min

50 min

2h

30min 10min

-Ingediend 12 April 16 13 April 16

ppt voorbereiden pré GIP Hardware afwerken


Het hardware bord ter automatisatie van pH en Ca van water zal niet voor dit jaar zijn. Te veel werk en te weinig tijd, moeilijk concept. Wel veel

3h 4h


6TSO-IW Logboek 124 ______________________________________________________________________________ geleerd uit het bouwen van een eerste versie. 15 April 16

PRE GIP!!!!

16 April 16

Testen van alle hardware, beginnen aan software op de opendag

20 April16 30 April

Opmerkingen Pre GIP bespreken, eventuele aanpassingen doorvoeren

23 April 16 27 April 16

Site afwerken

10 mei 12 mei 18 mei

Schrijven woord vooraf Schrijven inleiding Samenstellen definitieve bundel

19 mei 25 mei

1 juni

Schrijven besluit afwerken samenstelling GIP bundel.

Gip bundel volledig finiceren en afprinten. Bijlages toevoegen en de nodige aanpassingen uitvoeren.


De pre GIP verliep heel vlot, er moet zeker nog gesleuteld worden maar er is een enorm sterke basis Hardware werkt niet, zal geen vervolg aan komen. We blijven bij het test bord Er is een duidelijke eenduidige lijn waarop we de GIP zullen aanpakken, de opmerkingen werden doorgevoerd

4*50min

Site is op enkele mini details na helemaal af. ingediend ingediend Zal nog moeten worden verder gewerkt. Sjabloon is af en eenduidig tussen 3 klasgenoten. Besluit is te lang De bundel is op onverbeterde opdrachten na helemaal klaar om in te dienen GIP bundel is af, geprint, geperforeerd en klaar om in te dienen. EINDE!

4h 2,5h

3h

50 min 50 min 3h

50min 3h

4,5h


6TSO-IW Bijlagen 125 ______________________________________________________________________________

15 Bijlagen



6TSO-IW Bijlagen 126 ______________________________________________________________________________

15.1 Bijlage 1: Datasheet TSC3200 15.2 Bijlage 2: Datasheet ULN 2003 15.3 Bijlage 3: Datasheet led 1 15.4 Bijlage 4: Datasheet led 2 15.5 Bijlage 5: Datasheet led 3 15.6 Bijlage 6: Datasheet Arduino 15.7 Bijlage 7: Schema kleurensensor 15.8 Bijlage 8: Arduino programma 15.9 Bijlage 9: GeoGebra kleurmeting zonder intensiteit 15.10 Bijlage 10: GeoGebra kleurmeting met intensiteit 15.11 Bijlage 11: GeoGebra pH-meting 15.12 Bijlage 12: Grafiek kleurmeting 15.13 Bijlage 13: Overzicht gebruikte kleuren



PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze Eeklo GEÏNTEGREERDE PROEF. Schooljaar Jonas Baecke 6IW. Heirstraat 9, 9910 Ursel

Recommend Documents