RADICAL PARTICLES ‘DESINFECTIE VAN WATER MET BEHULP VAN OZONRADICALEN'
KNAPPE WATERHOOFDEN 2010
Lianne Siemensma, Wouter van der Wal and Evelien van Zwol
Sharon Roose and Hetty Zeedijk
INHOUDSOPGAVE
Samenvatting
3
Lijst met afkortingen en acroniemen
4
Verantwoording en dankwoord
5
Biografie
6
Inleiding
7
§1.1 Algemene inleiding
7
§1.2 Probleemstelling
7
§1.3 Waarom is verbetering zo essentieel?
8
§1.4 Wat komt er aan de orde in dit verslag
8
Vooronderzoek
9
De oplossing
10 t/m 16
§2.1 Eisen waaraan de oplossing moet voldoen
10
§2.2 Mogelijke oplossingen
11 t/m 15
- A: radicale deeltje waterstofperoxide
11,12
- B: radicale deeltje ozon
12, 13
- C: radicale deeltje chloor
14,15
§2.3 Uiteindelijke oplossing: ozon
16
Toepassing oplossing: het radicale deeltje ozon
17,18, 19
Haalbaarheid
20
Conclusie
21, 22
Bronvermelding
23, 24
Mede mogelijk gemaakt door
24
Bijlagen
25
2|Pagina
SAMENVATTING Ieder persoon op aarde heeft recht op schoon en veilig drinkwater. Helaas zijn er nu nog steeds delen op de wereld waar niet aan dit recht kan worden voldaan. Vooral ontwikkelingslanden zijn hier een voorbeeld van. In deze landen, waar de bevolking vaak ook nog eens te kampen heeft met andere problemen, zoals corruptie en hoge sterftecijfers, is schoon drinkwater het essentiële element voor verandering van de leefsituatie. In ontwikkelingslanden wordt vaak oppervlaktewater of grondwater als drinkwater gebruikt. Het oppervlaktewater wordt gehaald uit rivieren en waterplassen, dit is vaak erg onhygiënisch en onveilig om te drinken. Het grondwater is echter vaak relatief schoon en veilig en kan eenvoudig worden opgepompt m.b.v. een waterpomp. Toch worden er nog steeds veel mensen in ontwikkelingslanden ziek van het drinken van drinkwater uit de waterpomp. Dit komt doordat het schone drinkwater vaak wordt vervoerd in onhygiënische en besmette jerrycans vol bacteriën. Omdat jerrycans in ontwikkelingslanden erg handig zijn in gebruik worden ze vaak gebruikt voor meerdere doeleinden. Voorbeelden hiervan zijn het vervoeren van benzine of besmet oppervlaktewater voor irrigatie, landbouw en veeteelt. Hierdoor zullen echter, de bacteriën die zijn achtergebleven in de jerrycans, ook in het schone drinkwater uit de waterpomp terechtkomen wanneer dit wordt vervoerd in een van deze besmette jerrycans en zullen veel mensen ziek worden van dit gecontamineerde drinkwater. Voor beide zaken: besmet drinkwater en besmette jerrycans, moet een oplossing gevonden worden. Omdat het drinkwater wordt besmet door de vuile jerrycans hebben wij ons gericht op de volgende onderzoeksvraag: Hoe kunnen de jerrycans effectief worden ontsmet, zonder dat ze hierna niet meer te gebruiken zijn voor andere doeleinden? Het oplossen van dit probleem kan d.m.v. radicale deeltjes. Radicale deeltjes zijn zeer onstabiele atomen die goed reageren met schadelijke stoffen waardoor ze een sterk ontsmettende werking hebben. Door deze deeltjes toe te voegen aan het schone water uit de waterpomp zullen ze ook terechtkomen in de jerrycans, die zo van binnenuit zullen worden ontsmet. De jerrycans kunnen vervolgens gebruikt worden voor andere doeleinden maar zullen weer worden ontsmet zodra de bevolking ze gebruikt om water mee te halen. Hierdoor zullen er uiteindelijk minder schadelijke stoffen vanuit de jerrycan in het drinkwater terechtkomen, waardoor de bevolking het water uit de waterpomp weer veilig kan drinken en minder mensen ziek zullen worden. Zo kan er een belangrijke stap worden gezet richting verbetering van de leefsituatie en maatschappelijke omstandigheden in ontwikkelingslanden. 3|Pagina
LIJST MET AFKORTINGEN EN ACRONIEMEN
d.m.v.
door middel van
i.p.v.
in plaats van
ong.
ongeveer
afb.
afbeelding
bijv.
bijvoorbeeld
ca.
circa
d.w.z.
dat wil zeggen
v/h
van het
V
aantal Volts (spanning)
BNP
bruto nationaal product
MDG’s
Millennium Development Goals
MAC-waarde
Maximaal Aanvaarde Concentratie van een schadelijke stof die geldt voor een gezonde volwassen man.
Afb. 1
4|Pagina
VERANTWOORDING EN DANKWOORD Allereerst willen wij in het bijzonder onze coach, Sharon Roose van Plan Nederland hartelijk bedanken voor alle hulp en steun die zij ons heeft geboden tijdens het schrijven van dit paper. We hebben ontzettend veel van haar geleerd over de situatie in ontwikkelingslanden en over de ontwikkelingssamenwerking die nog steeds zo ontzettend noodzakelijk is om ervoor te zorgen dat uiteindelijk iedereen gelijke kansen en rechten krijgt. Daarnaast willen wij graag ook onze biologie docente Hetty Zeedijk hartelijk bedanken. Ze heeft ons steeds weer weten te motiveren en gaf ons telkens weer dat duwtje in de rug om hier wat moois van te maken. En tenslotte gaat onze grootste dank uit naar Dhr. G.Goedvriend, scheikunde leraar aan het OSG Sevenwolden en tevens afgestudeerd waterdeskundige. U heeft ons ontzettend geholpen met het geven van tips, ideeën en opzetjes op het gebied van watertechnologie en de mogelijkheden hiervan. En we hebben mede dankzij u erg veel waterkennis opgedaan!
Ook willen wij de organisaties die deze wedstrijd hebben georganiseerd: Netherlands Water Partnership (NWP), Featurefoundation en het Ministerie van Verkeer en Waterstaat zeer bedanken voor de goede begeleiding. We vinden het fantastisch dat jullie ons deze mooie kans hebben aangeboden.
Afb. 2
5|Pagina
BIOGRAFIE
Evelien van Zwol
Wouter van der Wal
Lianne Siemensma
Geboortedatum:
Geboortedatum:
Geboortedatum:
01-11-1992
13-02-1992
10-03-1993
Woonplaats:
Woonplaats:
Woonplaats:
Oudehorne
Delfstrahuizen
Joure
Klas: Atheneum 5
Klas: Atheneum 5
Klas: Atheneum 5
Toekomstplannen:
Toekomstplannen:
Toekomstplannen:
‘Na het vwo wil ik een
‘Ik wil zeer graag
‘Waarschijnlijk wil ik na
universitaire opleiding
industrieel ontwerper
mijn examen bouwkunde
doen. Mogelijk
worden. En heb me dan
studeren in Delft of in het
psychologie of iets in de
ook al ingeschreven voor
buitenland, maar dit weet
richting van het profiel
de TU in Eindhoven. Ook
ik nog niet helemaal
natuur en gezondheid, het
lijkt het me prachtig om
zeker. Ook wil ik in de
lijkt me leuk om iets met
dingen te ontwikkelen
toekomst veel van de
mensen te doen.’
waar de mensheid wat aan
wereld zien.’
heeft.’
Afb. 3
Van links naar rechts: Boven: Hetty Zeedijk en Sharon Roose Onder: Evelien van Zwol, Wouter van der Wal, Lianne Siemensma
6|Pagina
INLEIDING
1.1Algemene inleiding Een van de grootste problemen in ontwikkelingslanden is de hoge kinder- en moedersterfte. In Afrika bijv. sterft één op de zes kinderen voor hun vijfde verjaardag en ook sterft er elke minuut één moeder. Moeders zijn ontzettend belangrijk, omdat zij een cruciale rol spelen in het gezin. Zij zijn namelijk diegenen die zorgen voor de overdracht van kennis op hun kinderen, zodat zij in de toekomst kunnen zorgen voor verbetering van de maatschappelijke omstandigheden in het land. Het terugdringen van kinder- en moedersterfte is zo belangrijk dat het zelfs wordt beschreven in twee van de acht Millennium Development Goals (MDG’s). In goal 4, reduce child mortality1, wordt beschreven dat de kindersterfte nog steeds onacceptabel hoog ligt (zie ook bijlage bron 1). En in goal 5, improve maternal health2, wordt beschreven dat ook de kans op moedersterfte in ontwikkelingslanden drastisch moet afnemen, wil dit tot acceptabele normen worden teruggedrongen. (Zie ook bijlage bron 2).
1.2Probleemstelling Een belangrijke oorzaak van de hoge kinder- en moedersterfte in ontwikkelingslanden is het gebrek aan schoon drinkwater. Water zorgt namelijk voor overdracht van ong. viervijfde deel van alle ziekten waardoor vooral zwangere vrouwen en kinderen onder de vijf, die nog onvoldoende resistentie hebben opgebouwd, infecties en ziektes oplopen3. Echter is het drinken van besmet water in ontwikkelingslanden de normaalste gang van zaken. Het oppervlaktewater uit rivieren is vaak besmet en zelfs het relatief schone fossielgrondwater, dat uit de plaatselijke waterpomp komt is minder veilig dan men denkt. Dit omdat het schone drinkwater vaak wordt vervoerd in onhygiënische jerrycans vol bacteriën, waardoor ook het drinkwater gecontamineerd wordt4. In ontwikkelingslanden worden jerrycans vaak, naast het vervoeren van schoon drinkwater, gebruikt voor het vervoeren van benzine of besmet oppervlaktewater voor irrigatie, landbouw en veeteelt. Dit zorgt ervoor dat de jerrycan, mede door het warme klimaat, een broeinest van bacteriën wordt. Deze bacteriën uit de jerrycan zullen ook in het schone drinkwater terechtkomen , als het hierin wordt vervoerd. Een groot deel v/d lokale bevolking, die in de veronderstelling is schoon drinkwater te drinken, zal hierdoor ziek worden. Omdat de bevolking door hulporganisaties wordt geleerd dat het drinken van water uit de waterpomp veilig is dan oppervlaktewater, zal het vertrouwen in de plaatselijke waterpomp afnemen wanneer blijkt dat dit toch niet het geval is. Mede hierdoor zullen velen teruggrijpen op het drinken v/h sneller en beter bereikbare gecontamineerde oppervlaktewater5 waardoor er uiteindelijk geen verbetering plaats zal vinden in de leefsituatie van de bevolking. 7|Pagina
Nu het probleem gedefinieerd is, is de volgende onderzoeksvraag tot stand gekomen: Hoe kunnen de jerrycans effectief worden ontsmet, zonder dat ze hierna niet meer te gebruiken zijn voor andere doeleinden?
1.3 Waarom is verbetering zo essentieel? Het hebben van schoon drinkwater is ontzettend essentieel voor verbetering van de leefsituatie in ontwikkelingslanden. Gecontamineerd drinkwater kan namelijk bij mensen leiden tot groeiafwijkingen, verminderde vruchtbaarheid of verminderde weerstand tegen ziekten. Ook is er een ontzettend hoog sterftecijfer door het drinken van vuil water, namelijk 7500 mensen per dag, waarvan 2/3 jonger is dan 5 jaar. Veel mensen overlijden aan uitdroging, omdat ze last krijgen van diaree en buikloop (of wel dysenterie) waardoor mensen niet meer in staat zijn het juiste vochtpeil in hun lichaam te behouden. Verder zijn er vele ziekten die via het water worden overgebracht op mensen6 zoals: cholera (infectieziekte), tyfus (infectieziekte) en amoeben (parasieten). Maar naast vuil drinkwater spelen ook slechte sanitatie en hygiëne een belangrijke rol. Deze 3 elementen (WASH: water, sanitatie, hygiëne) moeten altijd samen genomen worden wil er een grote gezondheidsverbetering optreden. Slechte persoonlijke hygiëne is bijvoorbeeld de oorzaak van vervuiling van drinkwater of de hand-mondtransmissie van bacteriën. En hierdoor kunnen ziekten zoals: schurft (huidafwijking door schurftmijt), trachoom (ontsteking aan bindvlies van het oog) en ziektes die overgedragen worden door vlooien, luizen, teken, parasieten en platwormen ontstaan. Door het drinken van schoon drinkwater zullen naast verbetering van de gezondheid, ook sociale, financiële en economische verbeteringen optreden. Wanneer kinderen namelijk minder vaak ziek zijn kunnen ze vaker naar school en hebben ze meer tijd om te spelen (sociale verbetering). Ook zal de bevolking minder geld kwijt zijn aan gezondheidzorg nu ze minder vaak naar de ziekenpost hoeven (financiële verbetering). Daarnaast kan de tijd die men nu niet ziek is besteden aan inkomensgenererende activiteiten (economische verbetering).
1.4 Wat er aan de orde komt in dit verslag In dit paper zullen drie mogelijke oplossingen genoemd worden die het ‘jerrycanprobleem’ zouden kunnen verhelpen. Deze oplossingen zullen worden ingeleid aan de hand van een vooronderzoek en daarna stuk voor stuk op verschillende fronten (hoe werkt het, op welke manier kan het worden toegepast) worden uitgewerkt. Hierna zullen we de best haalbare oplossing verder uitleggen. Bij de verwerking hiervan behandelen we de totale haalbaarheid van de oplossing op grond van financiën, bevolking en locatie. Op grond van dit alles zal uiteindelijk een conclusie worden getrokken. 8|Pagina
VOORONDERZOEK Er blijkt meer dan genoeg water op aarde te zijn om iedereen van voldoende schoon drinkwater te voorzien. Het grote probleem is dat dit drinkwater niet overal even makkelijk te bereiken is of zelfs afwezig is. Op aarde is ongeveer 1.360.000.000 km3 water, waarvan 97% zout en 3% zoet water7. Wanneer we ons richten op het zoete water hebben we te maken met ongeveer 40.800.000 km3 water, waarvan gemiddeld 0,3% oppervlakte water is en 30,1% tot het grondwater behoort. Dit betekent dat er ongeveer 12.403.200 km3 grondwater beschikbaar is wat ongeveer gelijk staat aan 12.403.200.000.000.000 miljard liter. Dit is genoeg water om iedereen van voldoende water te voorzien. Dit blijkt ook uit een rapport van de Verenigde Naties uitgebracht in 2006 waarin het volgende staat: ‘There is enough water for everyone, but the access to it is hampered by mismanagement and corruption.’ Na vooronderzoek blijkt dat de bevolking vaak wel regenwater opvangt in watertonnen maar dat het water hierin vuil wordt. Hier is de volgende mogelijke oplossing voor, namelijk een waterton waarin een zuiveringsmechanisme zit. D.m.v. waterverdamping stijgt het vuilste water wat in het binnenste vat zit op. Vervolgens slaat het neer tegen de bovenkant van de koepel en glijdt het in het buitenste vat. In dat vat zit dus schoon water. Maar na meer onderzoek blijkt dat dit al op soortgelijke manier toegepast wordt, en de kosten ervoor zijn te hoog voor een ontwikkelingsland. In de wereld speelt nog een groot probleem, namelijk dat er niet veel geld wordt gestoken in de waterproblemen. Ook dit jaar blijkt dat er wereldwijd drie keer zoveel geld aan oorlog is uitgegeven als aan ontwikkelingshulp. Verschillende landen hebben afgesproken om 0,7% v/h BNP te besteden aan ontwikkelingshulp, er is nog geen land die dit percentage haalt. Een manier om geld te verkrijgen zou kunnen opgestart worden door een bedrijf, dat samenwerkt met scholen en scholieren. Doordat het bedrijf geen winstoogmerk nastreeft kan het beschikbare geld geïnvesteerd worden in kleine problemen, waardoor de mensen er voordelen van in gaan zien. Het verkopen van waterflesjes is een idee zijn, echter is dit plan nog niet uitvoerbaar momenteel. 9|Pagina
DE OPLOSSING Om het veel voorkomende ‘jerrycanprobleem’ in ontwikkelingslanden op te kunnen lossen, moeten de jerrycans gedesinfecteerd worden. Zodat het schone water, wat in de jerrycan vervoerd zal worden, ook schoon blijft. Omdat het belangrijk is rekening te houden met de situatie in het land, waar de middelen beperkt zijn, moet er rekening gehouden worden met een aantal eisen. Ook zijn er op het gebied van water desinfectie m.b.v. radicale deeltjes meerdere mogelijke oplossingen te vinden. In dit verslag zullen we deze mogelijkheden allen eerst apart behandelen. Vervolgens zullen we de beste oplossing uitwerken, rekening houdend met de situatie in het ontwikkelingsland.
Aan bod komen: §2.1: Eisen waaraan de oplossing moet voldoen §2.2: Mogelijke oplossingen: -
A: Desinfectie van de jerrycan m.b.v. het radicale deeltje uit waterstofperoxide
-
B: Desinfectie van de jerrycan m.b.v. het radicale deeltje uit ozon
-
C: Desinfectie van de jerrycan m.b.v. het radicale deeltje uit chloor
§2.3: Uiteindelijke oplossing
§2.1. Eisen waaraan de oplossing moet voldoen • De oplossing moet haalbaar zijn met lokale grondstoffen en middelen. • De oplossing moet toepasbaar zijn in verschillende gebieden, ongeacht de omstandigheden. • De oplossing moet uitgevoerd kunnen worden in gebieden waar de dusdanig benodigde kennis en financiën niet altijd in voldoende hoeveelheid voor handen is. • Eventuele reparatie moet uitgevoerd kunnen worden door de lokale bevolking. Het is belangrijk dat de oplossing voor het ‘jerrycanprobleem’ aan deze bovengenoemde eisen voldoet. Hierdoor kunnen zo snel mogelijk resultaten op korte termijn worden geboekt en bovendien op langere termijn, zodat de gewenste resultaten worden behouden. De hulp van de lokale bevolking is hierbij cruciaal. Door de bevolking snel te laten zien wat de positieve effecten zijn van de oplossing, zal het vertrouwen in de waterpomp terugkeren. Hierdoor zal de bevolking bewuster worden van het probleem en de oplossing m.b.v. lokale middelen blijven onderhouden. Waardoor de bevolking ook op langere termijn optimaal zal kunnen profiteren van het resultaat. 10 | P a g i n a
§2.2 Mogelijke oplossingen
A: Desinfectie v/d jerrycan m.b.v. het radicale deeltje uit waterstofperoxide Wat is het? Waterstofperoxide (H2O2) bestaat uit waterstof en zuurstof, het verschil met een watermolecuul is dat het een zuurstofatoom meer heeft. Waterstofperoxide is zeer goed mengbaar met water, hierdoor kan de stof zich goed verdelen in het water. Momenteel wordt waterstofperoxide voor allerlei doeleinden gebruikt maar vooral als bleekmiddel. Een ander zeer nuttig doeleinde zou zijn, om het te benutten als water desinfectie middel.8 Hoe werkt het? Waterstofperoxide kan gebruikt worden om water op een snelle wijze te zuiveren. Een oplossing om verontreinigd water te desinfecteren. Een molecuul waterstofperoxide kan zich gemakkelijk tot een radicaal deeltje vormen, doordat de binding tussen de zuurstofatomen niet stabiel is. Hierdoor ontstaan 2 radicalen (H-O radicalen). Deze radicalen kunnen na het verbreken van de peroxidebinding een nieuw radicaal vormen, het reageert namelijk gemakkelijk met een andere zuurstof atoom. Desinfectie gebeurt door oxidatie, dit is een chemisch proces, waarbij elektronen worden overgedragen naar een ander deeltje van een bepaald atoom. Het desinfecterende gebruik is afkomstig van de zuurstofradicalen. Door de extra reactie ontstaat namelijk O2, stoffen met peroxide verbindingen zijn allen goede desinfectie- en oxidatiemiddelen.9 Door de radicale deeltjes kan bacteriegroei tegengegaan worden. De effectiviteit en snelheid van de reactie met waterstofperoxide is van een aantal zaken afhankelijk. Zoals de pH-waarde; de zuurgraad zal invloed hebben op de reactie. Bij toevoeging van katalysatoren zal de reactie sneller kunnen verlopen. Als de temperatuur hoger ligt zal de reactie ook sneller plaats kunnen vinden. De concentratie van waterstofperoxide is uiteraard ook van belang, want hoe hoger de concentratie des te sneller water gezuiverd kan worden. Waterstofperoxide kan ook gevormd worden door elektrolyse, zo ontstaat zeer zuiver waterstofperoxide. Het ontleden van waterstofperoxide gebeurt altijd spontaan en deze reactie verloopt exotherm, hierbij ontstaat water en zuurstofgas.9 In een basisch milieu kan de waterstofperoxide nog beter zijn werk doen. Stoffen worden namelijk door waterstofperoxide dmv katalyseren afgebroken. Waterstofperoxide heeft ook de werking dat het salmonella en andere ziektekiemen doodt. Hierdoor kan er d.m.v. waterstofperoxide schoon water in een jerrycan over worden gebracht, die eerst vuil was, zonder dat deze ziektekiemen in het drinkwater terecht komen.8 11 | P a g i n a
Voldoet de oplossing aan de gestelde eisen? Het desinfecteren van jerrycans door gebruik te maken van de radicale deeltjes van waterstofperoxide moet mogelijk zijn in ontwikkelingslanden. Het winnen van waterstofperoxide is al mogelijk, aangezien het verkrijgbaar is uit een reactie met waterstof en zuurstof (H2 + O2 H2O2). Daarnaast moet de oplossing ook nog toepasbaar zijn in verschillende gebieden. Door het hoge kookpunt (423 K) zal waterstofperoxide ook bij hogere tempraturen nog goed bruikbaar zijn. En de stof hoeft slechts toegevoegd te worden, dus is het bruikbaar in verschillende gebieden. Voor voldoende kennis en financiën zal eerst nog wel moeten gezorgd. Hiervoor kunnen bijv. voorlichtingscampagnes worden gebruikt. De mogelijkheid tot reparatie door de lokale bevolking hangt af van de installatie zelf, hierbij zal het gebruik van het waterstofperoxide zelf geen rol spelen, zolang het geen moeilijkheden veroorzaakt. De stof die wordt gebruik, mag niet schadelijk zijn voor de gezondheid en mag daarom de MAC waarde van 1,4 mg/m3 niet overschrijden. Omdat er hoogstwaarschijnlijk slechts een kleine hoeveelheid van het waterstofperoxide nodig is, zal het geen schade opleveren bij het gestel van de bevolking. Hier kan vervolgonderzoek naar gedaan worden. Hoe kan het worden toegepast in ontwikkelingslanden? Door het toevoegen van waterstofperoxide aan water, zal het waterstofperoxide zich splitsen waardoor het belangrijke radicale deeltje (O) ontstaat. Vervolgens zal dit deeltje met de genoemde vervuilingen in het water reageren. Men hoeft dus alleen het vuile water in de tank te doen met het waterstofperoxide. Daarna kan het water gedronken worden8. Er zal echter nog wel een manier moeten worden bedacht op welke wijze het waterstofperoxide aan het water moet worden toegevoegd en in welke hoeveelheid. Ook hier zal verder vervolgonderzoek voor nodig zijn.
B: Desinfectie van de jerrycan m.b.v. het radicale deeltje ozon Wat is Ozon? Ozon (O3) is een vorm van zuurstof, die bestaat uit drie zuurstofatomen. Het molecuul is zeer onstabiel en heeft een extreem korte halfwaardetijd van ca. 30 minuten10, dus de concentratie van het molecuul halveert elk half uur. Vaak zal deze halfwaardetijd echter in de praktijk nog lager liggen omdat factoren zoals temperatuur, pH-waarde en concentratie hierop van invloed zijn, net als bij waterstofperoxide. Het ozonmolecuul kan op twee manieren ontstaan, allereerst door de kracht van corona ontlading (corona-discharge). Hierbij ontstaat ozon onder invloed van een zeer hoog voltage zoals gebeurd tijdens onweer. Daarnaast kan het ontstaan onder invloed van UV-licht door de zon. 12 | P a g i n a
Hoe werkt het? Doordat ozon ontstabiel is, wil het graag naar zijn oorspronkelijke vorm (O2) terugkeren. Dit gebeurd d.m.v. oxidatie, het opnemen en/of afstaan van een zuurstofatoom. 2O3
3O2
Wanneer ongewenste schadelijke stoffen/herbiciden, zoals geurstoffen en micro-organismen zoals virussen, schimmels en bacteriën, in aanraking komen met ozon, zal één v/d zuurstofatomen van ozon zich vrijwel onmiddellijk binden aan het schadelijke bestanddeel. Hierdoor zullen ongewenste bestanddelen onschadelijk worden gemaakt en is het water gedesinfecteerd10. Een groot voordeel van ozon is dat, nadat het water gezuiverd is, van de ozon alleen nog puur en stabiel zuurstof (O2) overblijft. Bovendien ontstaan er geen schadelijke restproducten, laat het geen smaak na en is desinfectie m.b.v. ozon een natuurlijke methode vrij van chemicaliën. Hierdoor is desinfectie m.b.v. ozon dus een zeer effectieve en veilige zuiveringsmethode. Voldoet de oplossing aan de gestelde eisen? Om desinfectie van de jerrycan m.b.v. het radicale deeltje ozon mogelijk te kunnen maken in ontwikkelingslanden zal het moeten voldoen aan de door ons gestelde eisen. Allereerst moet ozon kunnen worden opgewekt met behulp van lokale grondstoffen en middelen. Aangezien de belangrijkste benodigdheden zuurstofatomen zijn, die vrij voorkomen in de lucht, is aan deze eis voldaan. Daarnaast moet er rekening mee worden gehouden dat voor productie van ozon een redelijke hoeveelheid technologische kennis nodig is, omdat ozon alleen kan ontstaan bij een hoog voltage. Ook hiervoor zijn voorlichtingscampagnes dus wederom essentieel. Verder hoeft de stof slechts toegevoegd te worden aan het water waardoor het bruikbaar is in verschillende gebieden. Wel is het hierbij belangrijk dat het in gedoseerde hoeveelheden aan het drinkwater wordt toegevoegd (niet meer dan de MAC-waarde van 0,2 mg/m3) omdat te veel ozon schadelijk kan zijn voor de gezondheid11.
Hoe kan het worden toegepast in het ontwikkelingsland? Voor de productie van ozon is óf UV-licht óf een zeer grote hoeveelheid energie nodig. Aangezien het klimaat in ontwikkelingslanden vaak erg tropisch is, is er aan zonlicht en dus UV-straling geen gebrek. Het probleem is echter dat voor de omzetting van O2 in O3 een erg hoge concentratie UV-straling nodig is, die er vrijwel alleen is in het bovenste gedeelte van de atmosfeer12. Er zou geprobeerd kunnen worden de UV-straling te bundelen d.m.v. een lens. Maar omdat lenzen erg kostbaar en duur zijn en de plaatselijke bevolking ze moet kunnen onderhouden is dit geen optie. Daarnaast zou geprobeerd kunnen worden corona energie op te wekken. Hiervoor zouden verschillende opties mogelijk zijn aangezien tegenwoordig steeds meer gebieden in ontwikkelingslanden voorzien zijn van elektriciteit en continenten zoals Afrika veel potentie hebben voor zonne- en windenergie. 13 | P a g i n a
C: Desinfectie van de jerrycan m.b.v. het radicale deeltje chloor Wat is chloor? Chloor (Cl) is een gas dat bij kamertemperatuur makkelijk zouten vormt. Hierdoor noemen we het een halogeen. Daarnaast is chloor een zeer sterke oxidator omdat er een elektron ontbreekt in de buitenste schil. Chloor reageert dus zeer snel en makkelijk met vrijwel elk ander element, waardoor het wederom goed is te gebruiken voor het desinfecteren van water. In kleine proporties is chloor niet schadelijk voor de gezondheid. Overschrijdt het echter de MAC-waarde van 1,5 mg/m³ dan is chloor zeer gevaarlijk en erg schadelijk voor de longen13. Verder kan chloor gemakkelijk uit zout (NaCl) gewonnen worden d.m.v. elektrolyse15. Hoe werkt het? Desinfectie van drinkwater m.b.v. chloor werkt vrijwel op dezelfde manier als desinfectie m.b.v. waterstofperoxide en ozon. Chloor zal echter eerst moeten worden gemaakt, omdat het niet vrij voorkomt in de natuur. De beste manier om dit te doen is om chloor uit NaCl te halen. Dit doet men als volgt: wanneer er aan een bak met water zout wordt toegevoegd en men vervolgens tussen twee speciale elektroden een gelijkstroom laat lopen valt het zout (NaCl) uiteen in Na+ en Cl- (NaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq) ). Vervolgens bindt Cl- zich met één waterstofatoom en één zuurstofatoom en vormt het onderchlorigzuur (HClO)14. Dit onderchlorigzuur is zeer reactief en zal daardoor snel reageren met alle onzuiverheden in het water. Zo zullen bacteriën en andere organismen op snelle wijze gedood worden. Voldoet de oplossing aan de gestelde eisen? Het desinfecteren van jerrycans door gebruik te maken van chloor zal ook goed mogelijk zijn in ontwikkelingslanden. Voor het winnen van chloor is namelijk zout nodig. En aangezien deze grondstof wereldwijd goed en goedkoop verkrijgbaar is, is deze oplossing dus ook haalbaar met lokale grondstoffen en middelen. Voor de bouw van het apparaat zijn wellicht geïmporteerde onderdelen nodig zoals elektroden. Maar verder is desinfectie m.b.v. chloor dus niet afhankelijk van de locatie. Om dit product goed te laten werken is het wel nodig dat de plaatselijke bevolking enige kennis heeft over de werking van het apparaat. Ook hiervoor zullen dus voorlichtingscampagnes noodzakelijk zijn, die de lokale bevolking op simpele wijze de werking kunnen uitleggen. Bijv. door middel van een striptekening op de zijkant van het apparaat. Zo zouden ook kleine problemen uitgelegd kunnen worden, voor grotere problemen is er waarschijnlijk een installateur nodig.
14 | P a g i n a
Hoe kan het worden toegepast in het ontwikkelingsland? Desinfectie van jerrycans m.b.v. chloor zou goed toegepast kunnen worden in ontwikkelingslanden aangezien zout wereldwijd goed verkrijgbaar is. Ook zou het zelfs lokaal gewonnen kunnen worden. Het onderhoud en de levering van de benodigde stroom (bijv. met behulp van zonnecollectoren) zou echter een probleem kunnen vormen. Hiervoor zou dus eventueel vervolgonderzoek noodzakelijk zijn. Toch zou het deze oplossing zelfs wellicht toe te passen zijn op de huidige waterpompen door het water dat uit de pomp komt in een bak eronder op te vangen waar het systeem in zit, om van zout chloor te maken, en dit met water te vermengen.
Afb. 4
Jerrycans worden naast het halen van drinkwater, vaak ook gebruikt voor andere doeleinden zoals het vervoeren van (vaak besmet) oppervlakte water voor bijvoorbeeld irrigatie. 15 | P a g i n a
§2.3 Uiteindelijke oplossing: Ozon Waterstof- voordelen: goed toepasbaar m.b.v. lokale grondstoffen en lage veiligheidsrisico’s peroxide
Nadelen: kan spontaan uit elkaar vallen wanneer het in contact komt met verontreiniging en verliest hierdoor zijn werking.
Ozon
voordelen: biologisch afbreekbaar, ontstaan geen schadelijke restproducten, laat geen smaak na aan het water, werkt 3000x sneller dan chloor, doodt bacteriën binnen enkele seconden (d.m.v. cellysine)16, is i/h algemeen veilig omdat lage concentraties al snel opgemerkt zullen worden door de karakteristieke geur. Nadelen: ontploffingsgevaar bij verwarming, irriterend voor luchtwegen en ogen
Chloor
voordelen: goed toepasbaar m.b.v. lokale grondstoffen Nadelen: niet biologisch afbreekbaar, kan zeer giftig mengsel van chloorgas ontstaan wanneer het in aanraking komt met zuren zoals urine of zoutzuur.
Wanneer we de alle voor- en nadelen van de verschillende desinfectiemethodes onder elkaar hebben gezet komen we tot de conclusie dat toevoeging van ozonradicalen aan het drinkwater de beste manier is om het veel voorkomende ‘jerrycanprobleem’ in ontwikkelingslanden op te kunnen lossen. Dit om twee belangrijke redenen: allereerst is ozon in het algemeen veilig in gebruik en daarnaast is het waarschijnlijk het meest betrouwbare desinfectiemiddel omdat het zo snel werkt. Ook is ozon niet alleen bruikbaar op gebied van desinfectie maar ook op gebied van hygiëne. Dit zal duidelijk worden aan de hand van onderstaande bron17:
Afb.5
Op deze bron is duidelijk te zien dat de hoeveelheid bacteriën aanzienlijk verkleind wanneer de bevolking hun handen wast met water waarin ozonradicalen zitten. Persoonlijke hygiëne zal hierdoor verbeteren en minder mensen zullen ziek worden omdat hand-mondtransmissie van bacteriën afneemt. Zoals al eerder besproken in de inleiding zullen de 3 elementen, WASH: water, sanitatie, hygiëne, altijd samen moeten worden genomen wil er een grote gezondheidsverbetering optreden. Bij deze oplossing is dat dus duidelijk het geval. In het volgende hoofdstuk zal de toepassing van de oplossing verder worden uitgewerkt, rekening houdend met de situatie in het ontwikkelingsland. 16 | P a g i n a
TOEPASSING OPLOSSING: HET RADICALE DEELTJE OZON De beste manier om ozon toe te kunnen passen in ontwikkelingslanden is door middel van een piëzo-element. Dit is een element dat in staat is een zeer hoog voltage op te wekken wanneer er grote druk op wordt uitgeoefend. Dit element is essentieel omdat hiermee ozon kan worden opgewekt zonder elektriciteit, waardoor de oplossing ook kan worden toegepast in gebieden waar dit niet voor handen is. Ook kan het piëzo-element nooit ‘op’ raken, in tegenstelling tot accu’s of batterijen. Een piëzo-element wordt gemaakt van quartz en kan bij een grote van 1 cm3 12.500 volt afgeven als er een druk van 203 kg op uitgeoefend wordt18. Feiten: • Er mag maximaal 0,2 mg/m3 ozon in de lucht zitten. • Ozon reageert zeer snel in water met de nog sterkere oxidator OH- waardoor er een zeer kleine kans bestaat dat er te veel ozon in het water komt. Daarnaast is de halfwaardetijd van ozon minder dan een half uur. Hierdoor zal alle ozon binnen een half uur in het water zijn omgezet tot de niet-schadelijke deeltjes O2 en O. • Oplosbaarheid ozon in water = 0,57 g/liter Mogelijke toepassingen in het ontwikkelingsland: Door lucht in aanraking te laten komen met het piëzo-element, waardoor een plotseling voltage wordt afgegeven van enkele duizenden volts, ontstaat er ozon. Ozon heeft een kleinere dichtheid dan lucht en dus stijgt dus op. Wanneer je de ozon vervolgens door het water lijdt, zal het water worden gedesinfecteerd. Vervolgens komt het water met de ozondeeltjes in de jerrycan en reageert ozon met alle schadelijke deeltjes en organismen die in de binnenkant van de jerrycan zitten.
Financiering: De waterpomp zou gedeeltelijk gemaakt kunnen worden van lokale grondstoffen zoals de zuiger die gemaakt kan worden van een oude autoband waarin een uitsparing zit voor de drukklep. Ook de hefboom, die gemaakt kan worden van zwerfhout, kan zo gemodificeerd worden met behulp van de locale bevolking waardoor de kosten worden verlaagd. Wel zal het noodzakelijk zijn dat de overheid en hulporganisaties helpen bij het slaan van waterputten en de financiering. Ook bestaat er een mogelijkheid dat een dorp samenwerkt om een waterpomp aan te schaffen.
17 | P a g i n a
Punten ter discussie: -
De stoot van de binnenste buis zou te zacht kunnen zijn en te weinig kracht bevatten. Dit zou uitgezocht moeten worden. Maar als oplossing zouden er 2 tandwielen tussen geplaatst kunnen worden, dit maakt de waterpomp wel wat complexer.
-
De drukkleppen bewegen erg veel en zijn dus aan slijtage onderhevig. Ook zitten de drukkleppen op plaatsen die niet makkelijk te bereiken zijn. Hier raden wij dus aan om de kwaliteit van de drukkleppen zo hoog mogelijk te maken zodat die niet de beperkende factor zijn met betrekking tot de levensduur.
-
Ontstaat er genoeg ozon bij een voltage van enkele duizenden volts? Hiervoor is een vervolgonderzoek nodig.
-
Is het piëzo element slijtagevast? Dit is ook interessant voor een vervolgonderzoek.
-
Is het mogelijk of het piëzo element ook onder water ozon kan vormen? Dit laatste punt kan ook verder worden onderzocht in een vervolgonderzoek
Werking van de waterpomp19/20: Als men begint te pompen word de zuiger bewogen. Stel dat hij eerst naar beneden wordt bewogen, dan zit er dus al water in het middelste compartiment, gaat de 2e water drukklep open en beweegt de zuiger door het water naar beneden en gaat het water via de drukklep naar het bovenste compartiment. Vervolgens beweegt de zuiger weer omhoog, de 2e water drukklep sluit zich en het water wordt omhoog gestuwd zo naar de uitgang van de waterpomp. Ondertussen openen de 1e en 2e luchtdrukklep als de zuiger omhoog beweegt en wordt de lucht met ozon in het middelste compartiment gezogen. Vervolgens wordt er weer nieuwe lucht in het onderste compartiment gezogen. Ook gaat de 1e waterdrukklep open zodat er nieuw grondwater het middelste compartiment in stroomt. Als de zuiger naar beneden wordt bewogen stoot de middelste buis (3) tegen het piëzo element. In het onderste compartiment ontstaat dan ozon. De hoeveelheid ozon en lucht kunnen variabel gemaakt worden door de grote van de luchtdrukkleppen te variëren. De zuiger zit verbonden aan de eerste buis. De middelste buis is de buis die voor stevigheid zorgt en waarin de binnenste buis zich bevindt. Dit is dus een lucht- en waterdichte afscheiding.
Afb. 6 18 | P a g i n a
Afbeelding waterpomp
Afb. 7
19 | P a g i n a
HAALBAARHEID De 3 gegeven oplossingen voor water desinfectie moeten wel haalbaar zijn, omdat toepassing hiervan anders niet in overweging hoeft genomen te worden. Allereerst kan men kijken naar het financiële gebied voor de 3 methodes. De 3 methodes die gebruikt zullen worden zijn; ozon, waterstofperoxide en chloor. We hebben gezien dat het ozon gewoon kan ontstaan door een reactie, dit zal dus geen extra kosten op leveren. Waterstofperoxide kan gemakkelijk ontstaan doordat waterstof en zuurstof vrijwel overal aanwezig zijn. Het chloor was afkomstig van het natriumchloride, dit is zout wat ook overal uit de bodem te winnen is. Wel moet er rekening gehouden worden met de benodigde materialen want het water moet ergens in opgeslagen worden. Momenteel worden deze ook gebruikt, dus deze bakken kunnen gebruikt blijven worden. En anders zouden er gemakkelijk goedkope plastic (of andere materialen) jerrycans aangeboden kunnen worden, die in grote hoeveelheden voor een gehele bevolking ingekocht worden. Dit zou dan voor de mensen in ontwikkelingslanden een investering zijn, maar de kosten van deze jerrycans zal beperkt blijven, zodat het eerder voor meer mensen haalbaar is. Ook zou de bevolking eraan kunnen denken om met buren of vrienden samen te werken, zo creëer je ook sociale cohesie bij de bevolking. Ook hangt de haalbaarheid af van de kennis van de bevolking, zij zullen eerst bewust gemaakt moeten worden van de problemen van vies water. Door bewustwording kunnen de mensen de voordelen van schoonwater ontdekken. En wat voor gevolgen dit heeft voor de gezondheid, als het water niet gezuiverd wordt. Veel mensen weten namelijk niet in de ontwikkelingslanden dat door bacteriegroei ook allerlei infecties kunnen ontstaan. Het bewust maken moet al beginnen bij de kinderen die onderwijs volgen, dit is dan ook te combineren met een van de 8 millennium doelen dat in 2015 alle jongens en meisjes naar school gaan. Dit houdt dus in dat ieder gezin met voorlichting te maken krijgt. Het is ook mogelijk om in centrale plekken van plaatsen in ontwikkelingslanden afbeeldingen te plaatsen, waarop een begrijpelijke wijze is uit te halen dat desinfectie van water noodzakelijk is (bijvoorbeeld via voorlichtingscampagnes met tekeningen). Wel is het ook erg belangrijk om het de bevolking niet te moeilijk te maken, dit zal ze afschrikken en aan hun oude vertrouwde methode doen behouden.
20 | P a g i n a
CONCLUSIE In deze paper hebben we onderzocht hoe jerrycans effectief konden worden ontsmet, zonder dat het hierna niet meer mogelijk was de jerrycans te gebruiken voor andere doeleinden zoals het vervoer van benzine of oppervlaktewater uit rivieren en plassen.
Door middel van het radicale deeltje ozon zou dit uiteindelijk zeer effectief gerealiseerd kunnen worden. Door ozon toe te voegen aan het relatief schone drinkwater uit de waterpomp zal de jerrycan van binnenuit worden ontsmet wanneer deze in aanraking komt met de ozonradicalen. Vervolgens kan de jerrycan gerust voor andere doeleinden gebruikt worden, omdat hij opnieuw zal worden gedesinfecteerd zodra de bevolking de jerrycan weer besluit te gebruiken om drinkwater mee te halen. Hierdoor zullen minder mensen in ontwikkelingslanden ziek worden ten gevolge van het drinken van gecontamineerd drinkwater. Daarnaast zal ook de persoonlijke hygiëne van de lokale bevolking verbeteren omdat veel schadelijke bacteriën (die anders d.m.v. hand-mondtransmissie voor ziektes zorgden) nu zullen worden gedood door het ozonwater wanneer de bevolking hun handen wast bij de waterpomp.
De totale werking van desinfectie m.b.v. ozon zullen we aan de hand van dit schema nog één keer duidelijk illustreren:
Afb. 8 21 | P a g i n a
Zoals te zien is zullen er uiteindelijk minder schadelijke stoffen vanuit de jerrycan in het drinkwater terechtkomen, waardoor de bevolking het water uit de waterpomp weer veilig kan drinken. Zo zullen minder moeders en kinderen ziek worden en het vertrouwen in de waterpomp weer toe nemen.
Dus jerrycans desinfecteren met behulp van het radicale deeltje ozon? Aan u de keus. Deze oplossing is haalbaar (met lokale grondstoffen en middelen), toepasbaar (in verschillende gebieden) en daarnaast uiterst doeltreffend en effectief. Verder zullen de positieve gevolgen op vele fronten zichtbaar zijn. Niet alleen veel minder moeders en kinderen zullen ziek worden, ook zullen er sociale, financiële en economische verbeteringen optreden. Kinderen kunnen vaker naar school en hebben meer tijd om te spelen wanneer ze minder vaak ziek zijn. Ook moeders kunnen nu een grotere rol gaan spelen in het gezin. Daarnaast zal de bevolking minder geld kwijt zijn aan gezondheidzorg en kan men de tijd die men nu niet ziek is besteden aan inkomensgenererende activiteiten. Al met al zal de bevolking er dus op verschillende fronten op vooruitgaan. Maar misschien wel de belangrijkste vooruitgang is dat de bevolking het vertrouwen in de waterpomp terug zal krijgen zodra de bevolking doorheeft dat er minder mensen ziek worden. Hierdoor zal het algemene waterbesef van de lokale bevolking toenemen en zal de bevolking inzien dat goede hygiëne en schoon drinkwater essentieel zijn voor de verbetering van de leefsituatie en maatschappelijke omstandigheden in het land. Daarnaast zal de bevolking dan ook bereidt zijn met z’n allen samen te werken om eventuele reparaties te realiseren. Omdat deze reparatie met behulp van lokale grondstoffen en middelen uitgevoerd kan worden zal dit zelfs werkgelegenheid creëren.
Vandaag de dag is de bevolking in ontwikkelingslanden nog steeds afhankelijk van de kennis en financiële steun van hulporganisaties. Om ervoor te zorgen dat zij uiteindelijk op hun eigen benen kunnen staan is het belangrijk te beginnen bij kinderen. Wanneer hun wordt geleerd dat voedsel eerst gewassen moet worden (met bijvoorbeeld water uit de waterpomp) en ze hun handen moeten wassen na het spelen, zullen ook zij opgroeien met het belang van hygiëne. Omdat kinderen dit thuis aan hun ouders en vriendjes zullen vertellen zullen zij hier ook van leren. Hierdoor zal ook de latere generatie profiteren van deze gevolgen en zal de oplossing ook op lange termijn blijven doorwerken.
Hopelijk zal desinfectie van water in de toekomst tot verbetering van de leefsituatie en maatschappelijke omstandigheden in ontwikkelingslanden leiden. Zodat uiteindelijk ook moeders en kinderen een eerlijke kans krijgen op een rechtvaardig bestaan. 22 | P a g i n a
BRONVERMELDING De door onze gebruikte informatie is afkomstig van onderstaande bronnen: Bronnen voorblad: Afbeelding: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=901665&redirect=photo Bronnen inleiding: 1. Millennium Development Goals Report 2008 pagina 20, zie ook bijlage bron 1 (http://mdgs.un.org/unsd/mdg/Resources/Static/Products/Progress2008/MDG_Report_200 8_En.pdf#page=22) 2. Millennium Development Goals Report 2008 pagina 24, zie ook bijlage bron 2 3. Informatie kindersterfte: http://nl.wikipedia.org/wiki/Kindersterfte 4. Informatie bacteriële groei water: http://www.hatenboer-water.com/docs/news/ANWBwaterkampioenApr2009.pdf 5. Informatie vervuiling oppervlaktewater: http://www.milieuloket.nl 6. Informatie watergerelateerde ziekten: http://www.pacinst.org/reports/water_related_deaths/water_related_deaths_report.pdf http://www.lenntech.nl/processen/desinfectie/deseases/watergedragen-ziektes.htm Bronnen vooronderzoek: 7. Informatie water en bron Distribution of Earth’s water: http://en.wikipedia.org/wiki/Water Bronnen oplossing: 8. Informatie waterstofperoxide: http://www.lenntech.nl/processen/desinfectie/chemisch/desinfectiemiddelenwaterstofperoxide.htm 9. Informatie waterstofperoxide: http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_peroxide 10. Informatie ozon: http://www.lenntech.nl/faqozon.htm 11. Informatie ozon: http://nl.wikipedia.org/wiki/Ozon_(stof) 12. Informatie``http://wetenschap.infonu.nl/sterrenkunde/52967-de-ozonlaag-de-opbouw.html 13. Informatie chloor: http://nl.wikipedia.org/wiki/Chloor_(element) 14. Reactievergelijking chloor: http://www.saunastudie.nl/zwemwater_electrolyse.html 15. Informatie chloor: http://belgochlor.be/nl/PDF_NL/220_NL.PDF 16. Informatie werking ozon: http://www.filtermat.nl/Ozon-Introductie.htm 17. Afbeelding experiment bacterieverwijdering d.m.v. ozon: http://www.meditecheurope.nl/ozone-water-generator-aqutos.php 23 | P a g i n a
Bronnen toepassing oplossing: het radicale deeltje ozon 18. Eigenschappen piëzo element: http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity 19. Werking waterpomp:http://nl.wikipedia.org/wiki/Zuigerpomp 20. Werking drukkleppen: http://www.pompenvantorre.com/werking-zuigerpomp.html
Bronnen afbeeldingen: Afbeelding 1 afkomstig van eigen materiaal Plan Nederland Afbeelding 2 internet: http://waslijn.com/wp-content/uploads/2008/09/water-dragen.jpg Afbeelding 3 foto, eigendom van makers van de paper Afbeelding 4 afkomstig van eigen materiaal Plan Nederland Afbeelding 5 afbeelding experiment, zie bron 17 van de oplossingen Afbeelding 6 internet: http://farm2.static.flickr.com/1091/746003799_e732d3f792_o.jpg Afbeelding 7 eigen materiaal, ontworpen toepassing waterpomp Afbeelding 8 eigen materiaal, ontworpen schema werking totale oplossing
Persoonlijke bronnen: • G.Goedvriend • Sharon Roose
MEDE MOGELIJK GEMAAKT DOOR
Feature foundation
24 | P a g i n a
Plan Nederland
OSG Sevenwolden
BIJLAGEN
Bron 2:
Bron 1:
25 | P a g i n a
