afvalwaterzuivering Archieven - Utilities

Om stagnatie in slibverwerking te voorkomen, krijgt Aquaminerals de regie over de collectieve incidentencapaciteit van de Nederlandse waterschappen. De drinkwatersector riep Aquaminerals het leven om grondstoffen aan commerciële afnemers aan te bieden en doet dit ook voor een aantal waterschappen. Nu komt daar dus ook een calamiteitenfunctie bij.

Bij het schoonmaken van rioolwater blijft naast gezuiverd water ook slib achter, dat naar afvalverwerkingsbedrijven gaat. Zij verbranden het slib samen met ander afval en maken hier energie van. De Nederlandse waterschappen zorgen voor genoeg capaciteit voor de verwerking van slib van hun rioolwaterzuiveringen. De afgelopen jaren zijn er echter bij verschillende waterschappen incidenten geweest bij fluctuaties van de hoeveelheid slib. Door veranderingen in de afzetmarkt of regelgeving of technische problemen bij een verwerker.

Alternatieve capaciteit

Omdat de aanvoer van slib nooit stopt, moet een waterschap bij zo’n incident direct capaciteit regelen bij een alternatieve verwerker. Als dat niet lukt moet men het slib afvoeren en tijdelijk opslaan. Dit brengt veel kosten met zich mee. Bovendien bestaat het risico dat het slib bij zware regen uit de opslag wegspoelt naar het oppervlaktewater. Wat slecht is voor de waterkwaliteit.

Regie

Meindert Smallenbroek, directeur van de Unie van Waterschappen: ‘De waterschappen zien het als een gezamenlijke verantwoordelijkheid om ervoor te zorgen dat er in de toekomst genoeg capaciteit is voor verwerking van het slib van de rioolwaterzuiveringen. Ook bij fluctuaties en incidenten. Daarom stelden de waterschappen eind 2020 gezamenlijk een plan op voor een collectieve incidentencapaciteit en een landelijke calamiteitenregeling. Aquaminerals is een onafhankelijke en kleinschalig organisatie met kennis van waterschappen, slib en verwerkers. Zij zijn zeer geschikt om de regie te voeren als de incidentenopslag gebruikt moet worden om capaciteit te vinden waar die nodig is.’

Vangnet

Olaf van der Kolk, directeur van AquaMinerals: ‘De slibverwerkingsketens kunnen in Nederland worden geconfronteerd  met tijdelijke hickups. Een collectief vangnet voorkomt veel onnodige kosten en transportkilometers. En het voorkomt dat elk door deze hickup getroffen waterschap het zelf maar moet regelen. AquaMinerals regelt dit vangnet al lang voor de reststoffen van de drinkwaterbedrijven, ze is verheugd dit nu ook voor de waterschappen te mogen doen.”

Duurzaamheid

Bij het opstellen van het collectieve plan is bijzondere aandacht uitgegaan naar de individuele ruimte voor de waterschappen om de zuivering van het rioolwater verder te verbeteren en te verduurzamen, bijvoorbeeld door energiewinning en de terugwinning van grondstoffen uit het rioolwater.

Waterschap Brabantse Delta en Evides Industriewater onderzoeken of gezuiverd afvalwater (effluent) van de RWZI in Bath kan worden opgewerkt tot proceswater. De inzet van effluent als proceswater, leidt tot minder grondwateronttrekkingen. Er is dan meer grondwater beschikbaar voor bijvoorbeeld drinkwater.

Zorgen voor voldoende zoet water van goede kwaliteit. Dat is een uitdaging voor Nederland, vooral wanneer langere droge periodes en hevige neerslag elkaar gaan afwisselen door een veranderend klimaat. Het bewust omgaan met beschikbare zoetwatervoorraden is dus van belang. Hergebruik van water is een manier om de zoetwatervoorziening vorm te geven.

Onderzoek

Evides plaatste een pilotinstallatie op het terrein van RWZI Bath, de grootste rioolwaterzuivering van waterschap Brabantse Delta. De RWZI Bath zuivert dagelijks gemiddeld zo’n 100.000 kuub afvalwater.

De pilotinstallatie neemt een deelstroom effluent in. Via bewezen en bekende technieken als ultrafiltratie en reverse osmose werkt Evides het effluent op tot proceswater.

De kwaliteit van het effluent van de RWZI Bath voldoet aan de eisen, maar het heeft wel wat bijzondere uitdagingen. Denk bijvoorbeeld aan een hogere zoutconcentratie. Gedurende de pilot onderzoekt men de optimale procesomstandigheden voor dit relatief zoute water.

Pilotperiode

Omdat het afvalwater in Bath het hele jaar door wordt gezuiverd, is het gezuiverde water ook in droge tijden beschikbaar. Het onderzoeksproject loopt nu en duurt tot oktober 2021. Na deze pilotperiode kan er bij goed resultaat een nieuw (deel)traject richting een full scale toepassing volgen.

Toekomstbestendig

Waterschap Brabantse Delta en Evides Industriewater hebben een maatschappelijke verantwoordelijkheid om actief een rol te pakken in het toekomstbestendig maken van watervoorziening. Zij hebben de ambitie om volledig klimaatneutraal en circulair te zijn en een wezenlijke bijdrage te leveren aan een klimaatbestendige en vitale leefomgeving. Het hergebruiken van gezuiverd afvalwater voor proceswater draagt daaraan bij. Er wordt een nieuwe waterbron gecreëerd die een bijdrage levert aan de zoetwatervoorziening.

 

De nominatiefilm van het project Mid Mix is klaar. VSGM heeft bij Attero in Wilp een installatie gebouwd dat een cementachtiges stof uit slip van waterschappen haalt. Dat hoeft niet langer te worden verbrand. Dat scheelt bovendien heel veel uitstoot van CO2 en stikstofverbindingen. Bovendien levert het ook een bouwsteen op voor kunstmest. 

Op 11 februari dingt VSGM mee naar de Water Innovator 2021, tijdens Watervisie 2021 Online, vanuit Paleis Soestdijk. Andere finalisten zijn Mid Mix en Mezt. Inschrijven voor de livestream is kosteloos.

Stemmen

Vanaf donderdag 4 februari kan er via internet worden gestemd op de drie finalisten. Daarmee worden twintig van de honderd punten verdeeld. De andere punten kunnen ze bemachtigen via de juryleden (60) en het stemmen tijdens de livestream (20).

Heel schoon water en een toekomstbestendige waterzuivering. Waterschap Vallei en Veluwe en Dutch Water Refinery toonden met een proefopstelling de werking van het nieuwe zuiveringsconcept van de toekomstige Waterfabriek Wilp.

De waterfabriek scheidt rioolwater in plaats van biologisch te zuiveren. Daardoor komen grondstoffen beschikbaar uit het rioolwater. Bij het zuiveringsproces komen dan ook geen broeikasgassen vrij. Het schone water voedt de Twellose beek. Dit biedt kansen voor de toekomst om bijvoorbeeld lokaal droogte tegen te gaan.

Proefopstelling Waterfabriek Wilp

Op de rioolwaterzuivering van Terwolde draaide van mei 2019 tot juni 2020 een proefopstelling met een innovatief zuiveringsconcept. De proef leverde waardevolle informatie op over de kwaliteit van het gezuiverde water en het energieverbruik. Maar ook over de kosten, de betrouwbaarheid van de installatie en de omvang van de reststromen.

Aangetoond is dat met het fysisch chemisch scheidingsconcept het gezuiverde water van uitstekende kwaliteit is. Bovendien verwijdert het proces medicijnresten vergaand en wint het grondstoffen zoals cellulose en stikstof uit de reststromen.

Ook maakt dit zuiveringsproces bacteriën overbodig waardoor er in het proces geen broeikasgassen worden uitgestoten. Het energieverbruik en de operationele kosten zijn wel hoger dan bij een conventionele zuivering. Dit blijft binnen de door het waterschap gestelde voorwaarden.

Optimalisatie en onderzoek

Het waterschap vond ook verbeteringspunten. De pilot wijst uit dat het waterschap de reststromen uit het proces kan halen. Maar ze moet nog verder onderzoeken hoe ze deze stroom geconcentreerder kan maken en verder kan ontrafelen in afzonderlijke stoffen. Ook onderzoekt men in de volgende fase hoe ze de kosten kunnen verlagen.

Gefaseerd gebouwd

De volgende stap is het vertalen van de resultaten naar een definitief ontwerp voor de waterfabriek. Het waterschap wil dit ontwerp vervolgens gefaseerd bouwen. Zo kan men stapsgewijs de hoeveelheid te verwerken rioolwater opvoeren van 2,5 naar 50 en uiteindelijk naar 150 kuub per uur. Dit biedt de mogelijkheid om het zuiveringsconcept nog verder te optimaliseren tijdens de realisatie.

Partners

Het waterschap werkt in dit project nauw samen met Dutch Water Refinery (Witteveen+Bos en Royal HaskoningDHV), Stichting Toegepast Waterbeheer (STOWA), Aquaminerals, Gemeente Voorst, Attero en Schoneveld Breeding. Het project ontvangt financiële steun uit het LIFE programma van de Europese Unie.

KWR bracht onlangs naar buiten de verspreiding van het Coronavirus te kunnen monitoren via rioolwater. Daarbij ontstond de indruk dat medewerkers van RWZI’s gevaar lopen op besmetting. Colsen dook de literatuur in en vindt de risico’s gering, mits werknemers de nodige veiligheidsmaatregelen in acht nemen.

KWR toonde aan dat DNA en RNA van Covid-19 zich in afvalwater bevindt. Een logische vraag is of het virus zo een extra emissiebron heeft om zich te verspreiden. Mensen die professioneel direct met afvalwater werken, kunnen zo als eerste hieraan worden blootgesteld. De stabiliteit van het virus speelt een belangrijke rol bij de inventarisatie van de risico’s op besmetting.

Onhuld of naakt

Virussen die zorgen voor humane infecties zijn grofweg ingedeeld in omhulde en niet-omhulde of naakte virussen. Niet-omhulde virussen doorstaan extreme omstandigheden zoals droogte, hoge temperaturen en lage pH.

Het Covid-19 coronavirus behoort tot de omhulde virussen. Deze zijn beschermd door een lipidemembraan. Dit wil echter niet zeggen dat ze stabieler zijn: extreme omstandigheden doorstaan ze niet. Hun overlevingstijd in water is relatief laag in vergelijking met naakte virussen.

Industriewater

In besmette gebieden is het waarschijnlijk dat het Coronavirus in sanitair afvalwater aanwezig is. Mogelijk kan het virus vervolgens vrijkomen via aerosolvorming in open beluchte tanks, bij schoonmaakwerkzaamheden of monstername.

Industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties mengen echter slechts een relatief kleine hoeveelheid sanitair water op met een grote stroom warm industrieel afvalwater. De verkorte literatuurstudie van Colsen laat zien dat vergelijkbare virussen een afnemende levensduur hebben bij hoger wordende temperaturen.

Indien afvalwaterbuffering en anaerobe behandeling plaats vinden vóór de aerobe behandeling  levert dit aanzienlijke verblijftijden op bij verhoogde temperaturen. Hierdoor verkleint de kans op overleving van het Covid-19 virus aanzienlijk voordat enige aerosolvorming mogelijk is in de aerobie.

Persoonlijke beschermingsmiddelen

In het algemeen springen operators van afvalwaterzuiveringsinstallaties bewust om met de al bestaande risico’s geassocieerd aan afvalwaterzuivering. Dit betekent dat adequate persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) worden gedragen bij het uitvoeren van dagelijkse werkzaamheden. Deze moeten bescherming bieden tegen biologische agentia aanwezig in afvalwater.

Op basis van deze afweging wordt het risico klein geacht dat besmetting plaats kan vinden tijdens normaal bedrijf van de afvalwaterzuiveringsinstallatie.

Wetsus promovendus Thomas Wagner onderzocht hoe DOW Terneuzen het spuiwater uit zijn koeltorens kan reinigen. Een combinatie van planten en sediment met aerobe en anaerobe bacteriën in een aangelegd moeras verwijdert corrosieremmers, biociden en fosfonaten.

Water Nexus is een NWO-TTW programma gericht op het vinden van oplossingen voor zoetwatertekorten. Promovendus Thomas Wagner onderzoekt voor dit programma het gebruik van aangelegde wetlands om chemicaliën uit industrieel afvalwater te verwijderen.

Wagner richt zich specifiek op het reinigen van water uit industriële koeltorens. Om corrosie, overmatige bacteriële groei en afzetting van calciumzouten in het koelsysteem te voorkomen, voegt DOW corrosieremmers toe. Maar ook biociden, zoals glutaraldehyde en fosfonaten als antikalkmiddel. Het ontzilten van dit koelwater voor hergebruik vereist daarom een voorbehandeling. Daarbij moeten deze chemicaliën eerst worden verwijderd. Geconstrueerde wetlands kunnen hierbij een belangrijke rol spelen.

Verschillende ontwerpen

Wagner richt zich op verschillende verwijderingsmechanismen van chemicaliën die aanwezig zijn in zijn industriële watermix, waarbij hij het echte industriële koelwater nabootst. Het bevat een mengsel van verschillende zouten, nitraat, fosfaat en de corrosie-inhibitor benzotriazool. De verwijdering van chemicaliën kan het gevolg zijn van adsorptie aan het sediment, microbiologische afbraak in het sediment, of opname en afbraak door de planten.

Daarnaast kijkt hij naar verschillende geconstrueerde wetlandontwerpen om het meest optimale systeem voor het reinigen van zijn watermix te achterhalen. ‘We bestuderen zowel horizontale als verticale waterstromen door de sedimenten’, legt hij uit. Bij het verticale stromingsontwerp beweegt het water van het oppervlak door het sediment en neemt het meer zuurstof op dan bij het horizontale stromingsontwerp.

Bacteriën

Dit verschil in zuurstofgehalte beïnvloedt ook de activiteit van verschillende bacteriën en daarmee de afbraak van verschillende chemicaliën. Zo is bijvoorbeeld adsorptie aan het sediment het belangrijkste verwijderingsmechanisme voor benzotriazool. Maar door de zuurstof die aanwezig is in een verticaal stromingssysteem, dragen aërobe bacteriën bij aan de verwijdering van deze verbinding, wat resulteert in een algemeen betere prestatie om benzotriazool te verwijderen.

Nitraat wordt daarentegen efficiënter verwijderd in het meer anaerobe horizontale systeem, waar anaerobe bacteriën actief zijn. Een andere belangrijke factor voor een efficiënte chemische verwijdering is de temperatuur.  Wagner: ‘Lagere temperaturen kunnen leiden tot lagere verwijderingssnelheden als gevolg van een lagere microbiële activiteit. Bovendien nemen planten die in de late herfst afsterven geen verontreinigingen meer op en leveren ze geen zuurstof meer aan het aangelegde moerasland.

Biociden

Naast de aanwezige zuurstof en de omgevingstemperatuur kunnen ook biociden in koelwater, zoals glutaraldehyde, een op formaldehyde lijkende verbinding, invloed hebben op de reinigende werking van het aangelegde moerasland. Een extra complicerende factor hierbij is de gedeeltelijke afbraak van dergelijke biociden, met als gevolg de vorming van volledig nieuwe verbindingen met andere toxische eigenschappen. Dit kan gevolgen hebben voor de goede reinigingsfunctie van het systeem. Daarom richt Wagner zich ook op de invloed van deze biociden op de chemische verwijderingsgraad.

‘In theorie kunnen deze giftige verbindingen de biologische afbraak vertragen, maar onze experimenten toonden aan dat de laagste concentraties die in koeltorens worden gebruikt, 5 microgram per liter, geen effecten aan het licht brachten’, aldus Wagner. Als we een effect vinden bij hogere concentraties, moeten we misschien een extra biocideverwijderingsstap opnemen of een biocide vinden met minder impact op onze geconstrueerde wetlands.

Natuurlijk uiterlijk

Ondanks enkele uitdagingen is Wagner ervan overtuigd dat aangelegde wetlands een belangrijke rol kunnen spelen bij de voorbehandeling van industrieel koelwater, vóór de laatste ontziltingsstap. Afhankelijk van de te verwijderen verbindingen is het mogelijk om een op maat gemaakt wetlandontwerp te maken, waarbij de voorkeur wordt gegeven aan de afbraak van specifieke verbindingen. Zo is bijvoorbeeld fosfaat efficiënter te verwijderen door het sediment te mengen met beter absorberende stoffen. Aluminiumslib, restmateriaal uit de drinkwaterindustrie, is een potentieel goede kandidaat. Maar ook de bacteriepopulaties, die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van verschillende verbindingen, kunnen worden gemanipuleerd: aerobe bacteriën kunnen worden bevorderd door beluchting van het systeem met behulp van luchtpompen. Dit kan leiden tot een betere afbraak van bijvoorbeeld benzotriazool.

Wagner promoveerde 25 maart op het onderwerp: Removal and transformation of conditioning chemicals in constructed wetlands treating cooling tower water

 

In andere landen wordt de MID MIX-technologie al toegepast, maar de Waterschappen wilden graag zelf onderzoeken of het werkt voor hun slib. Dat onderzoek is inmiddels positief afgerond. VSGM kreeg financiering van het Innovatie en Energiefonds Gelderland om de technologie die slib omzet in een additief voor cement op de markt te brengen.

Nu wordt slib nog verwerkt in verbrandingsovens, gecomposteerd of gestort, met CO2-uitstoot of vervuiling tot gevolg. Door slib te verwerken met de technologie van VSGM, ontstaat een nieuw materiaal dat als grondstof te gebruiken is in de bouwindustrie. Naast zeer lage CO2-uitstoot heeft deze technologie als enige bijna geen stikstofuitstoot. Provincie Gelderland investeert via Topfonds Gelderland in het bedrijf om deze veelbelovende techniek sneller op de Nederlandse markt te brengen.

VSGM biedt met de zogenaamde MID MIX-technologie een alternatief voor slibeindverwerking. Na verwerking van ontwaterd zuiveringsslib in de MID MIX-installatie resteert een fijn wit poeder: Neutral. Neutral is te gebruiken in een breed scala van toepassingen in de bouw en kan in bepaalde producten cement geheel of gedeeltelijk vervangen. Ook is het geschikt voor bodemstabilisatie in de bouw en bij de wegenbouw.

Calciumoxide

MID MIX is een fysisch-chemisch stollingsproces waarbij diverse stoffen op moleculair niveau reageren met calciumoxide. Daardoor ontstaan nieuwe verbindingen waarmee wordt voorkomen dat de schadelijke stoffen uit de slibben uitlogen of op een andere manier het milieu aantasten. De technologie wordt al jaren toegepast in Frankrijk, Spanje, Servië en Kroatië, waar de technologie werd ontwikkeld en is gepatenteerd.

Mladen Filipan van VSGM: ‘De organische componenten in het slib reageren met het calciumoxide tot calciumcarbonaat en calciumhydroxide. Daarmee neutraliseer je eventuele verontreinigingen. Voordat de Nederlandse waterschappen de techniek echter wilden toepassen, wilden ze zeker weten dat de organische en schadelijke stoffen bijvoorbeeld niet uitlogen en alsnog in het milieu terechtkomen. Die proef heeft Neutral glansrijk doorstaan.’

Praktijktest

Ingenieursbureau Tauw deed in opdracht van Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (Stowa) een uitgebreid onderzoek naar de MID MIX techniek. De installatie is full scale uitgetest in Wilp met slib van vier verschillende Nederlandse waterschappen. Tauw acht de methode geschikt om slib met droogstofgehaltes van 18 tot 55 procent te verwerken.

Geen uitstoot

In het eindrapport van januari 2020 concludeert STOWA dat MID MIX een kansrijk en uniek alternatief is voor slibverwerking van Nederlandse waterschappen. Verder spreekt het rapport over een relatief beperkte investering en een competitief kostenplaatje. Hoewel calciumoxide niet goedkoop is, is het wel ruim voorradig. De lifecycle analysis (LCA) was volgens Filipan ook zeer voordelig: ‘De organische componenten binden zich chemisch met het calciumoxide tot calciumcarbonaat waardoor de CO2-uitsoot bijna nul is. En de uitstoot van stikstofoxides is zelfs onder de detectiegrens.’

Mobiele installatie

Volgens Tauw zijn de installaties flexibel opschaalbaar en is de benodigde oppervlakte klein. Filipan: ‘We kunnen per lijn vier tot acht ton slib per uur verwerken. Idealiter doen we dat zo dicht mogelijk bij de afvalwaterzuiveringsinstallatie omdat je dan het slib minder hoeft te verplaatsen. Slib bestaat namelijk voor soms meer dan vijftig procent uit water. De MID MIX installatie kan slib met een vochtpercentage van 18 tot 55 procent verwerken en houdt aan het einde zo’n vijftig tot zestig procent van de massa over. De overige veertig tot vijftig procent is water. De reactie die het calciumoxide aangaat met de organische stoffen is exotherm, waardoor een deel van het water verdampt na behandeling in de filters en gaswasser. Aan het eind van het proces blijft dan ook alleen een grijswit poeder over, dat zelfs drijft op water.’

Circulaire economie

Het patent van MID MIX is in handen van het Kroatische ASTRA Engineering International. VSGM heeft in Nederland de exclusieve licentie om het gepatenteerde systeem te vermarkten. Filipan: ‘Nu lopen er onderzoeken waarbij de bouwwereld langzaam maar zeker de overtuiging krijgt van de toepasbaarheid van de Neutral in combinatie met een vergroening van het bouwproces. Er is inmiddels veel meer vraag naar Neutral dan we kunnen leveren. We praten dan over tienduizenden tonnen. De cementindustrie gebruikt al calciumcarbonaat in het zogenaamde rauwe meel, dat met klinker wordt gemengd tot Portland cement. Ook daar lopen gesprekken over een groene toepassing. Wij leveren alleen de technologie die het slib duurzaam verwerkt, maar dit kan zeker bijdragen aan een volgende stap in de circulaire economie.’

 

Het is wetenschappers gelukt om waterstof uit afvalwater te produceren met behulp van zonlicht. In een gatenkaas van zwart silicium splitsen ze water in zuurstof en waterstof. De fotokatalytische techniek combineert waterzuivering met waterstofproductie en is daarbij behoorlijk efficiënt.

Wetenschappers van het Andlinger Center for Energy and the Environment, ontwikkelden een fotokatalitisch systeem dat organische componenten in afvalwater afbreekt en omzet in waterstof.

De techniek gebruikt een speciaal ontworpen kamer met een Zwitserse kaas-structuur van zwart silicium voor de splitsing van water en de isolatie van waterstofgas. Het proces wordt ondersteund door bacteriën die elektrische stroom opwekken wanneer ze organisch materiaal in het afvalwater verbruiken. De stroom helpt op zijn beurt het watersplitsingsproces.

Het team, geleid door Zhiyong Jason Ren, hoogleraar civiele en milieutechniek , koos afvalwater uit bierbrouwerijen voor de test. Ze stuurden het afvalwater door de kamer en gebruikten een lamp om zonlicht te simuleren. Vervolgens zagen ze hoe de organische verbindingen uiteen vielen en de waterstof omhoog borrelde.

Organische vervuiling

De technologie zou goed kunnen worden ingezet in de raffinagesector en petrochemie, waar veel organische afvalstromen zijn. Volgens de onderzoekers is dit de eerste keer dat afvalwater, en geen op het laboratorium gemaakte oplossingen, is gebruikt om waterstof te produceren met behulp van fotokatalyse. Het team produceerde het gas continu gedurende vier dagen tot het afvalwater op was.  Vergelijkbare systemen die chemicaliën uit water produceren werkten tot nog toe niet langer dan een paar uur.

Energiepositief

De onderzoekers maten de waterstofproductie door de hoeveelheid elektronen te meten die de bacteriën produceerden. De resultaten waren zeer positief en de opbrengst was volgens de onderzoekers tweemaal zo hoog als vergelijkbare technologieën.

De technologie is bovendien schaalbaar omdat de kamer die wordt gebruikt om de waterstof te isoleren modulair is. Hoewel de onderzoekers nog geen levenscyclus analyse konden uitvoeren, denken ze dat het proces op zijn minst energieneutraal, zo niet energiepositief, zal zijn.

Stikstofmonoxide is een signaalmolecuul en een toxine die een belangrijke rol speelt in de microbiële stikstofcyclus. Een onderzoek door microbiologen van de Radboud Universiteit en het Max Planck Institute for Marine Microbiology laat nu zien dat anammoxbacteriën stikstofmonoxide verslinden in concentraties waarbij dit dodelijk zou zijn voor alle andere levensvormen. De resultaten veranderen het huidige idee van de stikstofcyclus op aarde en vergroten de toepassing van anammoxbacteriën in door de mens gemaakte ecosystemen.

Stikstofmonoxide (NO) is een fascinerend en veelzijdig molecuul, belangrijk voor al het leven. Het molecuul is namelijk zeer reactief en toxisch, wordt gebruikt als signaalmolecuul, vermindert de ozonlaag in onze atmosfeer en is de voorloper van het broeikasgas distikstofmonoxide (lachgas, N2O). Het huidige onderzoek van microbiologen werpt nieuw licht op het metabolisme van stikstofmonoxide in anammoxbacteriën.

Anammoxbacteriën

Een grote onbeantwoorde vraag over stikstofmonoxide is: kan een organisme het gebruiken om te groeien? ‘Dat zou je wel denken’, vertelt Boran Kartal van het Max Planck Institute for Marine Microbiology, ‘want stikstofmonoxide is al sinds het begin van het leven op aarde aanwezig.’ Maar tot nu toe was er geen microbe bekend die op hoge concentraties van stikstofmonoxide kon groeien.

Nu heeft het multidisciplinaire team van onderzoekers ontdekt dat de anaerobische ammonium-oxiderende (anammox) bacterie NO direct gebruikt om te groeien, en het omzet in het onschadelijke stikstofgas (N2) in plaats van het broeikasgas N2O. Hierdoor wordt dus steeds een NO-molecuul minder omgezet in een broeikasgas. ‘Zo verminderen anammoxbacteriën het gehalte NO dat beschikbaar is voor broeikasgasproductie door andere bacteriën,’ verklaart Kartal.

‘Ons werk is belangrijk om te begrijpen hoe anammoxbacteriën N2O- en NO- emissies reguleren in natuurlijke en door de mens gemaakte ecosystemen, zoals waterzuiveringsinstallaties.’

Herziening vstikfstofcyclus

Stikfstofmonoxide staat centraal in de cyclus van stikstof. ‘Deze bevindingen veranderen ons begrip van de stikstofcyclus op aarde. We dachten dat stikfstofmonoxide voornamelijk een toxine was, maar hier laten we zien dat anammoxbacteriën erop kunnen leven door NO om te zetten in N2,’ stelt Kartal. Het huidige onderzoek roept nieuwe vragen op. ‘Anammox werkt niet op de manier waarop we aannamen dat het werkte.’ Annamoxbacteriën zijn overal ter wereld gevonden. ‘Dat betekent dat de anammoxmicroben die op stikstofmonoxide groeien zich ook overal zouden kunnen bevinden.’

Veel nieuwe vragen

‘Op dit moment speuren we verschillende ecosystemen van over de hele wereld af, op zoek naar gespecialiseerde stikstofcylus micro-organismen die nog niet ontdekt zijn’, vertelt Mike Jetten, hoogleraar Microbiologie aan de Radboud Universiteit. ‘We willen graag weten hoe deze micro-organismen interacties hebben met andere stikstofcyclus- en methaanoxiderende microben.’ Daarnaast zijn deze nieuwe (combinaties van) microben belangrijke voor toepassing in verschillende waterzuiveringsinstallaties.

Bedrijven uit de farmacie, chemie en metaalverwerking zitten vaak met afvalwater dat niet zomaar naar de traditionele waterzuiveringsinstallatie mag. De Belgische spin-off InOpSys heeft een duurzame oplossing: ‘Plant-on-a-Truck’, een mobiele unit die afvalwater ter plaatse kan zuiveren.

De ‘Plant-on-a-Truck’ ziet eruit als een gewone container, maar binnenin zit heel wat chemische technologie die afvalwater kan verwerken. Het water wordt gezuiverd van restanten van bijvoorbeeld medicatie, metalen of solventen: daarna kan het alsnog naar de gewone waterzuivering. De restanten kunnen hergebruikt worden. Afhankelijk van de grootte van de afvalstroom worden verschillende containers gecombineerd – net als Legoblokjes – en eventueel op maat gemaakt.

‘Vroeger had een bedrijf alleen maar de mogelijkheid om gevaarlijk afvalwater in een speciale waterzuiveringsinstallatie te laten verbranden. Dat betekent transport en bovendien recupereer je niets. Er was ook vraag naar een meer flexibele oplossing, die ter plaatse bij het bedrijf ingezet kan worden. Janssen Pharmaceutica, bijvoorbeeld, heeft een grote site waar men verschillende medicijnen produceert. Dat vergt telkens weer een ander waterzuiveringsproces. Vanuit hun vraag ontstond het idee om een vorm van mobiele waterzuivering aan te bieden, operatie en service inbegrepen. Daaruit is in 2015 de spin-off ontstaan’, vertelt CEO Steven De Laet.

De aanpak is enerzijds gebaseerd op technologie die werd ontwikkeld en verfijnd door professoren Raf Dewil en Lise Appels aan het Labo voor Proces- en Milieutechnologie (PETLab) op Campus De Nayer, en anderzijds op een nieuwe technologie die werd ontwikkeld door AvoRe NV, één van de mede­oprichters. InOpSys heeft ondertussen zijn werkterrein uitgebreid naar andere Europese landen: ‘We zitten ook steeds meer al in de R&D-fase aan tafel bij bedrijven.’