project

Hergebruik van behandeld restwater voor de landbouw – RUST

Expert(s):
dr.ir. Ruud Bartholomeus

  • Startdatum
    01 apr 2018
  • Einddatum
    31 mrt 2022
  • samenwerkingspartner(s)
    NWO, Utrecht University, Wageningen University and Research, KnowH2O, KWR

Waterschaarste is een wereldwijd probleem, bijvoorbeeld in semi-aride regio’s met onvoldoende natuurlijke neerslag, en andere waterbronnen zijn nodig voor irrigatie. Ook in gematigde klimaten zoals in Nederland is sprake van periodiek watertekort in de landbouw. De gewasopbrengsten kunnen door onvoldoende beschikbaarheid van zoetwater afnemen. Terwijl in de kustgebieden onvoldoende beschikbaarheid van zoetwater kan leiden tot verzilting van het grondwater met extra nadelige gevolgen voor de opbrengsten, is de schade in hoger gelegen zandgronden van ons land veroorzaakt door droogte in een droog en een extreem droog jaar geraamd op respectievelijk 200 en 500 miljoen euro. Verwacht wordt dat in Nederland door klimaatverandering vaker te droge en te natte omstandigheden zullen voorkomen die beide tot minder opbrengsten zullen leiden. Waterbeheerders en de landbouwsector moeten een manier vinden om de beschikbaarheid van water voor alle belanghebbenden zo goed mogelijk te regelen. Het inzetten van behandeld restwater van industrieën en RWZI’s voor droogtebestrijding is een mogelijke vorm van (klimaat)adaptatie om te anticiperen op toenemende watertekorten.

Hergebruik van behandeld afvalwater voor de landbouw

De huidige directe emissies van behandeld afvalwater tasten vaak de kwaliteit van oppervlaktewateren aan. Direct of indirect gebruik van behandeld afvalwater als bron is niet zonder risico met het oog op verontreinigingen, zoals geneesmiddelen, pathogenen, persoonlijke verzorgingsproducten en biociden. Deze en andere stoffen worden Contaminants of Emerging Concern (CEC’s) genoemd, wat weergeeft dat deze niet routinematig worden gevolgd, maar dat hun aanwezigheid in het milieu is aangetoond, onzekerheid bestaat over hun persistentie en giftigheid, en wettelijke milieukwaliteitsnormen ontbreken. Zo is bijvoorbeeld weinig informatie beschikbaar over de risico’s van CEC’s voor de gezondheid voor mensen en het milieu, hoewel deze stoffen wijdverspreid in oppervlaktewater en afvalwater voorkomen en vele hiervan niet goed door de conventionele afvalwaterbehandelingstechnieken worden verwijderd. Dit is een urgent probleem gezien het grote aantal stoffen dat in de maatschappij wordt gebruikt.

Direct gebruik van behandeld afvalwater voor irrigatie heeft meerdere voordelen: (i) betere beheersing van de vochtigheid van de bodem en dus betere groeiomstandigheden voor gewassen, (ii) minder behoefte aan onttrekking van grond- of oppervlaktewater, en (iii) een lagere CEC-belasting van oppervlaktewater door verwijdering van CEC’s in de bodem en minder directe lozing van behandeld afvalwater.

Bij directe emissie van behandeld afvalwater in oppervlaktewater kunnen de resulterende concentraties in het oppervlaktewater worden geregeld, maar emissie door subirrigatie kan leiden tot lagere concentraties, omdat CEC’s worden afgebroken of gebonden tijdens het verblijf in de bodem voordat zij het oppervlaktewater bereiken. De verlaging is afhankelijk van de eigenschappen van de bodem, redoxcondities en een aangepast bodemleven dat de biologische afbraak stimuleert, maar ook van de fysisch-chemische eigenschappen van de stof. Bij gebruik van behandeld afvalwater voor irrigatie kunnen verschillende omstandigheden zoals retentietijd en verzadiging van het water binnen bepaalde grenzen worden geregeld, zodat omstandigheden voor verlaging van de emissie kunnen worden geoptimaliseerd.

Omdat hergebruik van behandeld afvalwater negatieve gevolgen kan hebben voor de kwaliteit van voedsel, bodem en grondwater, en dus voor de gezondheid van mensen of het ecosysteem, moeten de risico’s worden onderzocht. Hoewel gerichte druppelirrigatie en ondergrondse irrigatie door middel van klimaatadaptieve drainagesystemen beter zouden moeten zijn dan directe lozing van behandeld afvalwater in het oppervlaktewater, is aantasting van grondwater door CEC’s een reden tot zorg.

Controle en regeling van subirrigatie met behandeld afvalwater

Hergebruik van behandeld afvalwater voor subirrigatie in de landbouw dient een tweevoudig doel van toevoer van water aan gewassen en vermindering van emissies van Contaminants of Emerging Concern (CEC’s) in het oppervlaktewater. Om dit hergebruik te onderzoeken, wordt op twee veldlocaties, voorzien van klimaatadaptieve drainage, door subirrigatie via het drainagesysteem behandeld afvalwater aangevoerd. Het onderwerp van onderzoek, uitgevoerd door twee promovendi, is nagaan hoe subirrigatie/drainagecycli optimaal kunnen worden ontworpen en gestuurd om de grondwaterniveaus naar de wortelzone te verhogen en de emissie van CEC’s in het oppervlaktewater te verminderen. Omdat emissie van CEC’s in het diepere grondwater of opname van CEC’s in de gewassen verwaarloosbaar zou moeten zijn (het stand still-principe), moet bij de aansturing van de systemen rekening worden gehouden met het complexe driedimensionale water- en stoftransport. Analyse van waterstroming, stoftransport en degradatie van CEC’s en de toevoer van water en CEC’s naar de wortelzone worden op twee veldlocaties gevolgd. Tevens worden kolomexperimenten opgezet, waaraan numerieke modellen worden getoetst. Deze worden ook toegepast op de veldexperimenten. In een laatste stap worden de modellen gebruikt voor beoordeling van het risico en regionale opschaling.

Al met al zijn de onderzoeksvragen die in dit project zullen worden beantwoord de volgende:

  • Hoe en in welke mate kan subirrigatie met behandeld afvalwater bijdragen aan verlaging van de CEC-emissie in oppervlaktewater in vergelijking met de huidige directe lozing en zo de kwaliteit van het oppervlaktewater verbeteren?
  • Wat is de meest effectieve en efficiënte dimensionering en wat is het optimale operationele beheer van systemen, om een optimale wisselwerking tussen watertoevoer, hergebruik van behandeld afvalwater en reductie van de emissie van CEC’s in het oppervlaktewater te realiseren?
  • Kan hergebruik van behandeld afvalwater in subirrigatie zo worden gecontroleerd dat transport van CEC’s naar de wortelzone van gewassen en het dieper gelegen grondwater wordt vermeden?
  • Welke essentiële factoren betreffende opschaling van subirrigatie van behandeld afvalwater kunnen worden vastgesteld?