Het zijn roerige tijden voor de Nederlandse waterhuishouding. Door steeds vaker voorkomende droogtes in de zomer dreigen watertekorten, terwijl we ook steeds meer water gebruiken. Daarnaast neemt het aantal verschillende soorten vervuilingen in afvalwater toe. Zoals bijvoorbeeld medicijnresten. ‘In het Nederlandse water zit jaarlijks zo’n 190 ton aan medicijnen’, zegt Roberta Hofman-Caris van onderzoeksinstituut KWR. Volgens het huidige concept van de EU Kaderrichtlijn Water richtlijnen moet 80% van de medicijnresten in de toekomst uit het water worden gehaald.

Hofman was betrokken bij twee pilot-onderzoeksprojecten, gericht op het gebruik van ozon om deze resten af te breken, bij rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) Wervershoof in de buurt van het Noord-Hollandse Medemblik. Deze installatie zuivert rioolwater en loost het gezuiverde water —het ’effluent’— via het oppervlaktewater in het IJsselmeer. Partners in het onderzoek waren Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier, Waternet, drinkwaterbedrijf PWN, installatiebouwer PWNT en twee industriële partijen, Tata Steel en papierfabrikant Crown van Gelder. Naast het directe doel, het opzetten van een installatie om medicijnresten af te breken met ozon, bood het onderzoek ingangen om na te denken over mogelijkheden tot hergebruik van het gezuiverde water. Ofwel: het sluiten van de watercyclus.   

Taboe  

‘Op zich is het zuiveren van medicijnresten met ozon niet nieuw’, vertelt Hofman, ‘De Zwitsers zijn ermee begonnen, daarna volgde Duitsland, en inmiddels wordt het in Nederland ook in Amsterdam en Houten al gedaan’. Bijzonder aan Wervershoof is de positie, vlak bij drinkwaterbedrijf PWN in Andijk, ook aan het IJsselmeer. Hofman wijst het aan op een kaart. ‘Kijk, hier zit het RWZI van Wervershoof, die loost op het IJsselmeer. En een paar kilometer verderop zit de waterinname van PWN, uit het IJsselmeer. Ofwel: je gooit het water hier in de plomp en dan haal je het er daar weer uit.’ 

Een deel van het gezuiverde water uit Andijk gaat naar industrieën, zoals Tata Steel en papierfabrikant Crown van Gelder. Een deel wordt geïnfiltreerd in de duinen, waar het verder gezuiverd wordt tot drinkwater. Hofman: ‘Dus toen kwamen we op het idee: als we het rioolwater-effluent toch beter gaan zuiveren, kunnen we het dan niet zodanig zuiveren dat het meteen naar de industrie kan. Of, en dat mocht je een jaar of zes geleden nog niet zeggen, zou je het ook kunnen infiltreren in de duinen voor drinkwater?’ Dat grote taboe — van afvalwater drinkwater maken — is in Nederland wettelijk vastgelegd, maar de proef was dan ook nadrukkelijk bedoeld als oriëntatie op de toekomst.  

‘Ofwel: je gooit het water hier in de plomp en dan haal je het er daar weer uit’

Roberta Hofman-Caris 

Het bouwen van de testinstallatie was in handen van PWNT. In deze installatie oxideert ozon allerlei small molecules, waaronder (resten van) geneesmiddelen en pesticiden, maar ook micro-organismen en resistente genen. De proef slaagde: ozon wist de medicijnresten voldoende en betrouwbaar af te breken, wat genoeg aanknopingspunten biedt om de vereiste verwijdering van medicijnresten te behalen. Maar bij het opwaarderen van het water naar drinkwater-halffabrikaat, eventueel geschikt voor duininfiltratie, was er wel een probleempje. Hofman: ‘Ozon heeft één nadeel.  In het Nederlandse water zit best wat bromide, en dat kan ook helemaal geen kwaad, maar ozon kan dat omzetten in bromaat, en dat is mogelijk kankerverwekkend, dus de criteria voor bromaat zijn heel streng.’ Een potentiële remedie is de ozon op een meer verspreide manier inbrengen. De gedachte is dat ozon zo eerder reageert met de small molecules waar het meer affiniteit voor heeft, zodat er minder bromaat wordt gevormd. ‘Dat is een compromis tussen afbraak van medicijnen en de vorming van bromaat’, zegt Hofman. 

Gunstig effect  

Een ander opvallend resultaat kwam aan het licht in combinatie met de keramische membraanfiltratie na de ozon-stap, namelijk dat ozon een reinigende werking heeft. Maar dat verraste niet iedereen. ‘We wisten dat ozon een gunstig effect heeft op de vervuiling die zich ophoopt op het membraan’, zegt Martin Spruijt, projectleider namens PWNT, die ook de keramische membranen levert. Ook deze keer bleek dat het geval. Maar het achterliggende mechanisme was nog onduidelijk en dat werd een van de vragen in het tweede pilot-onderzoek. Hofman: ‘Er waren meerdere ideeën waarom de membranen schoon kunnen worden door ozon.’ Het eerste idee was dat de ozon op het membraanoppervlak hydroxylradicalen maakt, die de aankoekende organische resten afbreken. ‘Dat hebben we getest door een vrij hoge concentratie ozon in de reactor te brengen via een korte route, zodat je nog ozon over hebt op het moment dat je bij het membraan bent.’  

‘We wisten dat ozon een gunstig effect heeft op de vervuiling’

Martin Spruijt 

Een andere hypothese was dat het aan de watersamenstelling zelf zou liggen. Dat werd getest in een tweede proefopstelling waarbij het water een lange route nam, zodat de ozon was weggereageerd tegen de tijd dat het water bij het membraan was. En er was nog een derde opstelling waarbij er bij het membraan extra hydroxylradicalen werden gevormd. Als die radicalen de oorzaak waren, zou je daar een extra afname van de microverontreinigingen moeten zien. Uiteindelijk bleken hydroxylradicalen niet het antwoord en ook de lengte van de waterroute maakte geen verschil. Hofman: ‘Toen was er nog één verklaring over: er verandert iets aan de samenstelling van het water, de watermatrix noemen we dat, waardoor de vervuiling van karakter verandert.’ Het vermoeden was dat de ozon ook het organisch materiaal afbreekt dat uiteindelijk de verstoppende koeklaag op het membraan vormt. ‘Met de ozon knip je het in stukjes, en zo maak je AOC, assimileerbaar organisch koolstof’. Dat spoelt gemakkelijker door het membraan, ‘maar het zijn ook lekkere hapjes voor bacteriën. Die gaan dan groeien, en dat betekent dat het water dus biologisch minder stabiel is’, zegt Hofman. ‘Als je dat water in de duinen zou proberen te infiltreren, is het risico dat de hele zaak verstopt raakt met een slijmerige bacteriemassa.’ 

Koolfilters 

Hofman: ‘Toen zijn we gaan kijken of we die AOC er niet uit kunnen krijgen. Nou, ze worden dus graag gegeten door bacteriën, en die groeien vaak op actieve koolfilters. Bij een waterzuivering in Emmen heb ik actieve kool gehaald met die bacteriën erin en daarmee konden we meteen van start, en je zag inderdaad dat die bacteriën op dat koolfilter een feestje bouwen en het grootste deel van de AOC opeten.’ Kortom: De combinatie ozon, koolfilter en keramische membraanfiltratie werkte prima. Raadsel opgelost, onderzoek geslaagd, doel bereikt. Voor industrieel gebruik is het water in principe schoon genoeg, al hangt het af van de precieze eisen van de afnemer. ‘Als je dit water in de duinen probeert te infiltreren, verwacht ik niet dat dat echt tot problemen leidt’, zegt Hofman. Al was er wel een andere kanttekening: het zoutgehalte is iets te hoog. ‘Dat probleem is nog niet opgelost, en dat is dus de reden waarom je er geen drinkwater van kunt maken.’ 

‘Daarmee zijn we een stap dichter bij het sluiten van de watercyclus’, zegt Maaike Hoekstra, innovatietechnoloog bij het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier. ‘We hebben veel van dit onderzoek geleerd. We wilden onderzoeken wat de mogelijkheden zijn richting circulariteit. Dat is geslaagd, nu moeten we ons bezinnen. Daarnaast heeft het effluent zoals we dat op het IJsselmeer lozen ook een functie. Het is een compleet systeem, waarin je veranderingen goed moet overwegen.’ De pilot was vooral een aanzet om scenario’s te ontdekken, beaamt Spruijt van PWNT. ‘En dat is goed gelukt. Daarnaast: een hoogheemraadschap, een drinkwaterbedrijf, een technologie-leverancier en eindgebruikers die allemaal samenwerken, dat is best uniek in de waterwereld.’