Bacteriële bondgenoot in de grondwaterreiniging

Grondwater, essentieel voor Nederlands drinkwater, wordt bedreigd door hardnekkige verontreinigingen. Dr. Rita Branco onderzocht hoe bacteriën natuurlijke afbraakprocessen kunnen versterken om vreemde stoffen milieuvriendelijk te verwijderen. Met innovatieve labmodellen simuleert ze ondergrondse watervoerende lagen, waarbij zuurstof en bacteriële diversiteit lijken te zorgen voor effectievere reiniging. Haar werk biedt perspectief op duurzame waterzuiveringstechnieken die chemicaliën en energie-intensieve processen kunnen vervangen, en benadrukt het potentieel van microben als bondgenoten voor schoon drinkwater.

Decennia aan werk

De bron van meer dan de helft van het Nederlandse drinkwater is grondwater. Helaas, worden de ogenschijnlijk veilig opgeslagen watervoerende lagen steeds meer bedreigd door microverontreinigingen. Deze moeilijk afbreekbare stoffen zoals industriële chemicaliën en pesticiden sijpelen met een slakkengang door de grond en zijn nu, na decennia, te vinden in onze waterbronnen. Waterzuiveringsbedrijven zijn genoodzaakt om dure, chemische en energetisch intensieve, methoden in te zetten om het water schoon te maken dat in de vorige eeuw besmet is geraakt.

Dr. Rita Branco, deed de afgelopen jaren onderzoek naar het gebruik van microben om deze stoffen op natuurlijke wijze af te breken. Als fervent voorstander van de kracht van de natuur ging ze aan de slag om te achterhalen hoe bacteriën in watervoerende lagen kunnen bijdragen aan het schoonmaken van ons drinkwater op een duurzame en kostenbesparende manier.

Aquifers in het lab

Om beter te begrijpen hoe de van nature aanwezige bacteriën vreemde stoffen verwerken, ontwierp Branco een model van de watervoerende lagen. Daarbij selecteerde ze microverontreinigingen op basis van eigenschappen zoals oplosbaarheid en elektrische lading, en bootste de ondergrondse aquifers na in het lab. Ze bouwde verschillende kolommen met grond op verschillende dieptes, waar zuurstof wel of niet doordringt. Gehuisvest in de verschillende opstellingen zaten bacteriën die een vijftal andere stoffen ademden – zuurstof voor de bovenste laag, maar dieper in de aard, respireren ze nitraten.

Zuurstofrijke omgevingen zijn het meest geschikt voor bacteriën om microverontreinigingen af te breken. Maar de afbraakcapaciteit neemt niet lineair af in diepere lagen, waar minder zuurstof aanwezig is. Ze breken de vreemde stoffen wel af, maar langzamer. Bovendien toonde Branco aan dat de bacteriële rijkdom – het aantal en de diversiteit van aanwezige soorten – cruciaal is. Hoe meer verschillende wezens er in een omgeving zijn, hoe beter ze in staat zijn om de vervuiling te verwerken.

Kansen voor de watersector

Wat betekent dit onderzoek voor de watersector? Branco’s werk opent de deur naar duurzamere oplossingen voor drinkwaterzuivering. In plaats van chemische en energie-intensieve processen, kan natuurlijke biologische afbraak een schoner en milieuvriendelijker alternatief bieden.

Een mogelijke toepassing is het idee om zuurstof te injecteren in aquifers om bacteriën een zetje te geven. Ook kan inspiratie worden gehaald uit hoe microben van nature vervuiling aanpakken, bijvoorbeeld door deze processen buiten het grondwater na te bootsen en vervolgens het gereinigde water terug te brengen naar de bron.

Hoewel er nog werk aan de winkel is om deze technieken op grote schaal toe te passen, toont het onderzoek aan dat de natuur zelf krachtige hulpmiddelen biedt om de kwaliteit van ons drinkwater te waarborgen. We moeten vertrouwen hebben in de kracht van de natuur – die kan ons helpen waar de scheikunde en technologie tekortschieten.

Publicaties

• Branco, Rita HR; Meulepas, Roel JW; Rijnaarts, Huub HM; Sutton, Nora B. Exploring long-term retention and reactivation of micropollutant biodegradation capacity, Environmental Science and Pollution Research 31(34), 47055-47070 (2024)
• Branco, Rita HR; Meulepas, Roel JW; Sekar, Priyadharshini; van Veelen, H Pieter J; Rijnaarts, Huub HM; Sutton, Nora B. Biostimulation with oxygen and electron donors supports micropollutant biodegradation in an experimentally simulated nitrate-reducing aquifer. Science of the Total Environment 928, 172339 (2024)
• Branco, Rita HR; Meulepas, Roel JW; Kadlecová, Kateřina; Cardoso, Marta FS; Rijnaarts, Huub HM; Sutton, Nora B. Effect of dissolved organic carbon on micropollutant biodegradation by aquifer and soil microbial communities, Chemosphere 347, 140644 (2024)
• Branco, Rita HR; Meulepas, Roel JW; van Veelen, H Pieter J; Rijnaarts, Huub HM; Sutton, Nora B. Influence of redox condition and inoculum on micropollutant biodegradation by soil and activated sludge communities, Science of the Total Environment 897, 165233 (2023)
• Proefschrift: https://edepot.wur.nl/647647