Zuiveren met zuurstof
Een deel van de organische stof in het afvalwater wordt door zogenaamde heterotrofe bacteriën met zuurstof geoxideerd tot kooldioxide en water. De energie die hierbij vrijkomt gebruiken de bacteriën om van het andere deel nieuwe biomassa te vormen.
RWZI’s maken gebruik van microbiële processen die ook in de natuur voorkomen. Het grote verschil is dat we de omstandigheden in een RWZI kunnen aanpassen en veel hogere concentraties micro-organismen gebruiken. Hierdoor verlopen de processen in een RWZI veel sneller en efficiënter dan in de natuur. Dit is mogelijk doordat de micro-organismen die het zuiveringsproces uitvoeren de neiging hebben om samen te klonteren tot grote vlokken of, door een slimme manipulatie van de procesomstandigheden, tot compacte korrels.
Aerobe slibkorrels uit de afvalwaterbehandelinginstallatie uit Ede.
Royal HaskoningDHV
Spuislib
Een deel van de organische stof in het afvalwater (uitgedrukt in BZV) wordt door zogenaamde heterotrofe bacteriën met zuurstof geoxideerd tot kooldioxide en water. De energie die hierbij vrijkomt gebruiken de bacteriën om van het andere deel nieuwe biomassa te vormen. Bij de afbraak van elke kilogram BZV ontstaat ongeveer een halve kilogram biomassa, het uiteindelijke ‘spuislib’.
Het spuislib wordt meestal naar een vergister getransporteerd. Hier zetten anaerobe micro-organismen, die geen zuurstof gebruiken, een deel van het spuislib om in biogas bij een temperatuur van 35oC. Dit biogas bevat 60-70 procent methaan (CH4) en die energie die erin zit opgeslagen, gebruikt de RWZI voor het verwarmen van de vergister, de verlichting en het aandrijven van de pompen. Op deze manier wordt zo’n 15 tot 20 procent van de chemische energie die in de organische afvalstoffen in afvalwater zit nuttig hergebruikt.
De anaerobe bacteriën kunnen niet alle spuislib omzetten in biogas. Omdat het restant allerlei nuttige meststoffen bevat, werd het vroeger uitgereden op het land. Tegenwoordig is dit niet meer toegestaan omdat de concentraties giftige zware metalen (lood, zink, cadmium, etc.) te hoog zijn. Overigens is dit inmiddels discutabel omdat de gehaltes aan zware metalen in afvalwater, en daarmee ook in het spuislib, de laatste jaren sterk zijn gedaald en de nog resterende zware metalen direct afkomstig zijn van het voedsel dat wij consumeren. Nu wordt het resterende spuislib na vergisting ontwaterd en afgevoerd naar slibverbrandingsovens of gecomposteerd.
Rioolwaterzuivering Nieuwveer van het Waterschap Brabantse Delta zuivert het water van ongeveer 250.000 mensen. Het beluchten van het afvalwater in de zuiveringsinstallatie om voldoende zuurstof aan te voeren voor oxidatiereacties is essentieel, maar kost ook veel energie.
ANP Photo, Rijswijk
Ammonium en fosfaat
De meeste stikstof in afvalwaterwater is aanwezig in de vorm van ammonium (NH4+). Zogenaamde nitrificerende bacterieën zetten dit ammonium om in een andere stikstofvorm, nitraat (NO3–). Net als voor de omzetting van BZV is hier zuurstof voor nodig. Het nitraat wordt vervolgens door denitrificerende bacterieën omgezet in stikstofgas (N2). Stikstof is zeer slecht oplosbaar in water, ontsnapt daarom vanzelf aan het water en komt in de atmosfeer terecht.
Voor de denitrificatiestap is BZV nodig en bij voorkeur wordt hier de organische stof uit het afvalwater voor benut. Soms is dit onvoldoende aanwezig om het gewenst verwijderingsrendement voor stikstof te halen, en is het nodig om wat extra organische stof (methanol, ethanol, molasse) te doseren.
Fosfor is in afvalwater vooral aanwezig in de vorm van fosfaat (PO43–). Dit kan op twee verschillende manieren worden verwijderd. In Nederland wordt meestal de biologische methode gebruikt waarbij zogenaamde fosfaatophopende bacteriën het fosfaat uit het water opnemen en als polyfosfaat in hun cellen opslaan. Volgens de chemische methode wordt een metaalzout, ijzerchloride (FeCl3) bijvoorbeeld, aan het water gedoseerd waarna het fosfaat als ijzerfosfaat neerslaat. Bij beide methoden komt de fosfor in het spuislib terecht en zal het samen met dit spuislib naar de vergister of slibverbranding worden afgevoerd.
Circulaire economie
Bovenstaande principes worden al een paar decennia met veel succes toegepast. Desondanks begint langzaam maar zeker het besef door te dringen dat het misschien wel heel anders moet. Dit heeft alles te maken met de potentiële waarde van het gezuiverde water en van de bulkverontreinigingen die erin zitten: de organische stof, stikstof en fosfor.
Biologische zuiveringsprocessen voor verwijdering van organische stoffen (BZV), stikstof en fosfor uit rioolwater.
Sittrop Grafisch Realisatie Bureau, Nijmegen
Dat het gezuiverde water heel waardevol is in gebieden met waterschaarste is evident. Slim hergebruik van het gezuiverde water als irrigatiewater, industrieel proceswater en in de toekomst misschien zelfs als bron voor de productie van drinkwater is hier een must. Dit betekent wel dat er grote behoefte is aan (goedkope en energiearme) technologie waarmee ook het laatste beetje verontreiniging, inclusief de microverontreinigingen en pathogenen, uit het water gehaald kunnen worden.
Organische stof en de nutriënten stikstof en fosfor werden tot voor kort primair beschouwd als milieuverontreinigende stoffen. Dat zijn ze natuurlijk nog steeds maar tegelijkertijd wordt erkend dat een meer duurzame, circulaire economie alleen maar mogelijk is door er iets nuttigs mee te doen. Organische stof wordt nu door de bacteriën geoxideerd tot kooldioxide waarbij heel veel energie wordt verbruikt, vooral voor het beluchten van het afvalwater om deze bacteriën van zuurstof te kunnen voorzien. Echter, dezelfde organische stof kan ook gebruikt worden om biogas of elektriciteit van te maken of, misschien nog beter, als grondstof voor de productie van organische chemicaliën als vetzuren, alcoholen en bio-plastics. Diverse onderzoeksprojecten hebben aangetoond dat het een en ander technisch heel goed mogelijk is.
Er is nog een lange weg te gaan maar de waterschappen en onderzoekers in Nederland zijn goed op weg om rioolwaterzuiveringsinstallaties geleidelijk om te bouwen tot dit soort ‘grondstoffabrieken’, iets waar we in de toekomst allemaal van zullen profiteren.
Lees het volgende artikel van het thema ‘Afvalwater’
(Na)zuiveren met planten
Speuren naar poliovirus in afvalwater
In Nederland komt het poliovirus niet meer voor. De meeste kinderen krijgen vanaf de leeftijd van twee maanden een inenting tegen polio. Daarmee is het grootste deel van de bevolking beschermd tegen deze ziekte. Het is toch belangrijk om te blijven controleren op de aanwezigheid van het poliovirus, omdat een uitbraak nog steeds tot de mogelijkheden behoort.
De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft zich in 1988 ten doel gesteld om polio uit te roeien en dat is inmiddels bijna gelukt. Wereldwijd analyseert het Global Polio Laboratory Network van de WHO hiervoor nog jaarlijks meer dan 10.000 rioolwatermonsters op de aanwezigheid van het poliovirus. Het wildtype poliovirus wordt alleen nog maar in Afghanistan en Pakistan gevonden.
Polio staat in Nederland ook bekend als kinderverlamming omdat het gepaard gaat met acute slappe verlamming van de ledematen en soms ook van de ademhalingsspieren. Dit klassieke beeld komt slechts bij 1 op de 100 tot 200 infecties voor. De meeste infecties met poliovirus veroorzaken geen of slechts milde griepachtige symptomen. Dat is gunstig omdat daarmee het aantal ernstige ziektegevallen vaak meevalt.
Het nadeel hiervan is echter dat het poliovirus daardoor minder snel wordt opgemerkt. Omdat iedere geïnfecteerde, met of zonder symptomen, het poliovirus wel uitpoept, hebben veel landen, waaronder Nederland, besloten om rioolwatermonsters te analyseren op de aanwezigheid van poliovirus.
Voor de surveillance analyseert het RIVM jaarlijks ongeveer 100 monsters rioolwater op aanwezigheid van het poliovirus. Deze rioolwatermonsters worden genomen in gemeenten of bij scholen met een lager dan gemiddelde vaccinatiegraad (de bible belt). Dit in de hoop een eerste geïnfecteerde zo snel mogelijk te vinden en via een vaccinatiecampagne verdere ziektegevallen te voorkomen.
Met de huidige methodiek kan poliovirus gevonden worden als gevolg van uitscheiding van één geïnfecteerde op een populatie van 1.000 tot 7.000 mensen. In Nederland hebben we op deze manier vanaf 2006 driemaal een poliovirus gevonden. Omdat het steeds een vaccinstam betrof, waren geen maatregelen ter bestrijding nodig.
Erwin Duizer
