Verwijdering van microverontreinigingen en antibioticaresistentie in aërobe systemen met granulair slib

Gemeentelijk afvalwater bevat opkomende verontreinigende stoffen, waaronder residuen van geneesmiddelen en industriële chemicaliën, antibioticaresistente bacteriën en antibioticaresistentiegenen. Sommige van deze verontreinigende stoffen kunnen de afvalwaterzuiveringsinstallaties passeren en in rivieren en meren terechtkomen, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid over het milieu en de volksgezondheid. In de herziene EU-richtlijn voor stedelijke afvalwaterzuivering zijn daarom nieuwe eisen opgenomen om de lozing van microverontreinigingen uit afvalwaterzuiveringsinstallaties terug te dringen.

In dit project is onderzocht hoe full-scale aerobe granulaire slibsystemen (AGS) microverontreinigingen, antibioticaresistente bacteriën en resistentiegenen verwijderen. De nadruk lag op de invloed van verschillende korrelgroottes op de verwijdering van verontreinigingen en op de veranderende zuiveringsprestaties bij droog- en nat weer.

Uit de resultaten blijkt dat verschillende korrelfracties een uiteenlopende bijdrage leveren aan de verwijdering van verontreinigingen, terwijl hevige regenval de totale zuiveringsprestaties kan verminderen. Deze bevindingen bieden drinkwaterbedrijven en technologieleveranciers nieuwe inzichten om de monitoring te verbeteren en kunnen als leidraad dienen voor toekomstige tests en optimalisatie van full-scale AGS-installaties.

Een kenniskloof in de verwijdering van opkomende verontreinigende stoffen door AGS-systemen

Het AGS-proces wordt steeds vaker toegepast voor de behandeling van gemeentelijk afvalwater, omdat het minder ruimte in beslag neemt en minder energie en chemicaliën verbruikt dan conventionele afvalwaterzuivering met actief slib. Er was echter nog maar weinig bekend over de mate waarin deze systemen microverontreinigingen, antibioticaresistente bacteriën en antibioticaresistentiegenen verwijderen.

Een AGS-reactor bevat niet één uniform type slib. In plaats daarvan overheersen grotere korrels, terwijl er ook slib van kleinere omvang aanwezig is. Deze AGS-fracties hebben een verschillende slibsamenstelling en verschillende microbiële en protozoaire gemeenschappen. Dit kan van invloed zijn op de manier waarop verontreinigingen worden opgevangen, afgebroken of door het zuiveringssysteem worden getransporteerd. Bovendien zorgt hevige regenval in full-scale AGS-installaties voor een toename van de hoeveelheid afvalwater die de zuiveringsinstallatie binnenkomt. Dit verandert de manier waarop het proces wordt uitgevoerd, waarbij vaak minder tijd overblijft voor biologische zuivering.

Inzicht in de invloed van de korrelgrootteverdeling en weersomstandigheden op de verwijderingsprestaties van microverontreinigingen en antibioticaresistentie is van belang voor waterschappen die de kwaliteit van gezuiverd afvalwater en slib beoordelen, en voor technologieleveranciers die werken aan de verbetering van AGS-systemen. Een betere verwijdering kan bijdragen aan de bescherming van de kwaliteit van het oppervlaktewater en ondersteunt het veilige hergebruik van gezuiverd water en slib.

Van losse korrels tot een full-scale zuiveringsinstallatie

Het project omvatte laboratoriumexperimenten onder gecontroleerde omstandigheden en veldwerk, waaronder een jaar lang monitoring bij een full-scale AGS-zuiveringsinstallatie in Utrecht. Het granulaire slib dat uit full-scale installaties werd verzameld, werd gescheiden in zes groottefracties. Vervolgens werd onderzocht hoe deze fracties bijdroegen aan drie belangrijke processen: het binden van microverontreinigingen (sorptie), het biologisch afbreken ervan (biotransformatie) en het verwijderen van Escherichia coli door predatie door protozoën – kleine organismen die zich voeden met bacteriën. Ook werd de verdeling van antibioticaresistentiegenen over de verschillende korrelgroottefracties onderzocht.

Uit de full-scale monitoring blijkt dat, onder droge weersomstandigheden, de verwijdering van microverontreinigingen door de AGS-installatie vergelijkbaar was met of iets hoger lag dan de waarden die voor conventionele actiefslibinstallaties zijn gerapporteerd. Tijdens nat weer nam de verwijdering van verschillende microverontreinigingen met 8–38% af. Dit gold voornamelijk voor verbindingen die afhankelijk zijn van biologische afbraak. Tijdens hevige regenval wordt de beluchting verkort, wat resulteert in kortere contacttijden voor de biologische afbraak van microverontreinigingen. Hevige regenval zorgde ook voor een toename van de hoeveelheden antibioticaresistentiegenen die de installatie binnenkwamen en verlieten, deels doordat er meer zwevende stoffen door het systeem werden getransporteerd.

Naar betere monitoring en een meer veerkrachtige bedrijfsvoering

Een van de belangrijkste bevindingen van dit project is dat er niet één ‘beste’ korrelgrootte bestaat. Zowel grotere als kleinere korrels bieden verschillende voordelen, wat betekent dat het simpelweg maximaliseren van het aandeel grote korrels wellicht niet leidt tot de beste algehele verwijdering van opkomende verontreinigende stoffen. De resultaten wijzen er juist op dat het belangrijk is om een geschikte verdeling van de korrelgroottes te bepalen en te handhaven.

Voor drinkwaterbedrijven laten de resultaten zien dat monitoring bij droog weer mogelijk geen volledig beeld geeft van de prestaties van de zuiveringsinstallatie. Monitoring bij nat weer, in combinatie met metingen van zwevende deeltjes, kan meer inzicht bieden in wanneer de kans het grootst is dat microverontreinigingen en antibioticaresistentiegenen vrijkomen. Voor technologieleveranciers zoals Haskoning bieden de resultaten een wetenschappelijke basis om te onderzoeken hoe de korrelgrootteverdeling en de instellingen van de bedrijfscyclus van invloed zijn op de verwijdering van verontreinigingen.

Voor drinkwaterbedrijven laten de resultaten zien dat monitoring bij droog weer mogelijk geen volledig beeld geeft van de prestaties van de zuiveringsinstallatie. Monitoring bij nat weer, in combinatie met metingen van zwevende deeltjes, kan meer inzicht bieden in wanneer de kans het grootst is dat microverontreinigingen en antibioticaresistentiegenen vrijkomen. Voor technologieleveranciers zoals Haskoning bieden de resultaten een wetenschappelijke basis om te onderzoeken hoe de korrelgrootteverdeling en de instellingen van de bedrijfscyclus van invloed zijn op de verwijdering van verontreinigingen.

Samenwerkingspartners

Het project werd geleid door de groep Milieutechnologie van Wageningen Universiteit, in samenwerking met hoogleraren van het RIVM en TU Delft op het gebied van antimicrobiële resistentie en aëroob korrelslib. Haskoning droeg kennis bij over de Nereda®-technologie en ondersteunde de interpretatie van de full-scale resultaten. Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden en Waterschap Limburg droegen operationele kennis bij, evenals toegang tot zuiveringsinstallaties en perspectieven vanuit de eindgebruikers.

Het project draagt bij aan een betere waterkwaliteit, een klimaatbestendige afvalwaterzuivering en een veiliger hergebruik van gezuiverd water en slib.

Het project bracht onderzoekers, drinkwaterbedrijven, waterschappen en de AGS-technologieleverancier samen, waardoor wetenschappelijke expertise werd gecombineerd met full-scale praktijkervaring. Daarnaast ondersteunde het project een vierjarig promotietraject, terwijl de resultaten regelmatig werden gedeeld met de consortiumpartners en verspreid via wetenschappelijke publicaties en presentaties. Een van de meest opvallende bevindingen was dat er niet één ‘beste’ korrelgrootte bestaat: grote en kleine korrels vervullen verschillende functies bij het verwijderen van verontreinigingen.