project

Biologische omzetting van microverontreinigingen in de drinkwaterzuivering

Expert(s):
dr.ir. Cheryl Bertelkamp, Arslan Ahmad MSc, Wolter Siegers, dr.ir. Nikki van Bel

  • Startdatum
    01 jan 2018
  • Einddatum
    31 dec 2020
  • samenwerkingspartner(s)
    University of Auckland, Universiteit Denemarken, Ugent, Evides, WML, PWN en Waternet

Diverse wetenschappelijke studies laten zien dat biologische processen, zoals snelle zandfiltratie (SF), oeverfiltratie, biologisch granulair actieve kool filtratie (BAKF) en langzame zandfiltratie (LZF), een verscheidenheid aan organische microverontreinigingen kunnen verwijderen. Echter, de onderliggende mechanismes die verantwoordelijk zijn voor de biologische omzetting worden nog niet volledig begrepen.

De fundamentele onderzoeksvraag in dit project is of en hoe de verwijdering van microverontreinigingen verbeterd/geoptimaliseerd kan worden met behulp van biologische zuiveringsprocessen. Daarnaast richten de onderzoekers zich op het toepassingsgereed maken van de technologie.

Meer inzicht in de mechanismes achter de afbraak van OMV’s

Recente voorbeelden van pyrazool en genX laten zien dat de kans groot is dat de komende jaren steeds meer “nieuwe” stoffen zullen opduiken in bronnen voor drinkwater. Daarnaast is het al lange tijd bekend dat deze bronnen (grondwater, rivierwater) lage concentraties (ng/L – μg/L) van organische microverontreinigingen (OMV’s) kunnen bevatten. De concentraties van deze stoffen in de bronnen zullen waarschijnlijk toenemen door vergrijzing/klimaatverandering. Het is daarom van groot belang om deze stoffen goed te kunnen verwijderen – net als anorganische microverontreinigingen zoals arseen.

Diverse wetenschappelijke studies laten zien dat biologische processen, zoals snelle zandfiltratie (SF), oeverfiltratie, biologisch granulair actieve kool filtratie (BAKF) en langzame zandfiltratie (LZF), een verscheidenheid aan organische microverontreinigingen kunnen verwijderen. Daarnaast lijkt het ook mogelijk om anorganische microverontreinigingen (zoals arseen) biologisch om te zetten in snelle zandfilters. Biologische processen zijn weinig energie-intensief en vormen daarmee een duurzame en milieuvriendelijke oplossing voor de verwijdering van OMV’s. Bijkomend voordeel is dat biologische zuiveringsprocessen zoals SF, BAKF en LZF in veel Nederlandse zuiveringen al aanwezig zijn. Er is dus (vaak) geen grote extra investering nodig om een nieuw proces te implementeren.

Echter, de onderliggende mechanismes die verantwoordelijk zijn voor de biologische omzetting worden nog niet volledig begrepen. Tevens is het onduidelijk waarom de ene stof wel biodegradeerbaar is en de andere niet. Wanneer er meer inzicht wordt verkregen in deze mechanismes, ontstaat een extra mogelijkheid om deze processen beter te sturen of te optimaliseren voor afbraak van OMV’s.

De fundamentele onderzoeksvraag in dit project is of en hoe de verwijdering van microverontreinigingen verbeterd/geoptimaliseerd kan worden met behulp van biologische zuiveringsprocessen. Hiervoor is meer inzicht nodig in welke bacteriën/enzymen verantwoordelijk zijn voor de omzetting van bepaalde microverontreinigingen. Daarnaast richten onderzoeksvragen zoals: ‘Hoeveel ent-materiaal is er nodig om een filter te enten? En zijn er wellicht mogelijk andere ent-technieken toepasbaar?’ zich op het toepassingsgereed maken van de technologie.

Welke bacteriën zijn verantwoordelijk zijn voor de afbraak van microverontreinigingen?

De fundamentele onderzoeksvraag in dit project is of en hoe de verwijdering van microverontreinigingen verbeterd/geoptimaliseerd kan worden met behulp van biologische zuiveringsprocessen. Hiervoor is meer inzicht nodig in welke bacteriën/enzymen verantwoordelijk zijn voor de omzetting van bepaalde microverontreinigingen. Getracht wordt dit te onderzoeken door middel van een combinatie van metingen in full-scale filters (SF, BAKF, of LZF) en in laboratoriumschaal kolom- en ophopingsexperimenten. In eerste instantie zal worden gekeken naar één type filtermedium, die wordt gekozen op basis van full-scale data en in overleg met de begeleidingsgroep.

Daarnaast is er nog de praktijkgerichte toepassing van dit concept. Uit eerder onderzoek is gebleken dat het mogelijk is een filter te enten om specifieke OMV’s (bijvoorbeeld pyrazool en metformine) beter te verwijderen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van filtermateriaal van een filter dat wel in staat is deze specifieke OMV te verwijderen. Echter, er was wel een grote hoeveelheid entmateriaal nodig (50%) om dit resultaat te bereiken. De verwachting is dat dit ent-concept relevant kan zijn voor een nog veel breder palet aan OMV’s en mogelijk ook voor anorganische microverontreinigingen zoals bijvoorbeeld arseen.

De fundamentele vraag welke bacteriën verantwoordelijk zijn voor de afbraak van microverontreinigingen is meer verdiepend van aard, terwijl de onderzoeksvragen zoals: ‘Hoeveel ent-materiaal is er nodig om een filter te enten? En zijn er wellicht mogelijk andere ent-technieken toepasbaar?’ zich richten op het toepassingsgereed maken van de technologie.

door middel van een combinatie van metingen in full-scale filters (SF, BAKF, of LZF) en in laboratoriumschaal kolom- en ophopingsexperimenten

Door middel van een combinatie van metingen in full-scale filters (SF, BAKF, of LZF) en in laboratoriumschaal kolom- en ophopingsexperimenten wordt geprobeerd te onderzoeken welke bacteriën/enzymen verantwoordelijk zijn voor de omzetting van bepaalde microverontreinigingen.

De opbrengsten van het onderzoek

De opbrengsten van het onderzoek zijn:

  • informatie en kennis over de bacteriën die verantwoordelijk zijn voor de verwijdering van microverontreinigingen;
  • informatie en kennis over welke organische microverontreinigingen goed biologisch kunnen worden afgebroken en welke persistent gedrag vertonen;
  • informatie over biologische afbraakroutes van een nog te selecteren anorganische microverontreiniging in drinkwaterzuiveringsprocesssen;
  • informatie en kennis over de mogelijkheden filters te enten voor het verbeteren of optimaliseren van de afbraak van microverontreinigingen en
  • een rapport dat of publicatie die de verkregen inzichten beschrijft, en de praktische toepasbaarheid daarvan voor microverontreinigingen.

Ook worden projectopbrengsten extern gedeeld via congressen, en verschijnt er een wetenschappelijk artikel over het onderzoek.