Elke druppel water optimaal benutten

Afgelopen zomer werd maar weer eens duidelijk hoe kwetsbaar we in Nederland zijn voor droogte. Het uitblijven van neerslag had met name impact op de natuur, landbouw en drinkwatervoorziening. Waar ons land eeuwenlang is ingericht op het afvoeren en tegenhouden van water, blijkt nu dat we het water harder dan ooit nodig hebben.

Ook de waterkwaliteit baart kopzorgen, onder meer door oprukkende verzilting, medicijnresten en industriële stoffen als PFAS. Kwantiteit en kwaliteit zijn altijd aan elkaar gelinkt, vertelt Nora Sutton, universitair hoofddocent Milieutechnologie bij Wageningen University & Research (WUR) en verbonden aan het Wagenings Instituut voor Milieu en Klimaatstudies (WIMEK). “Wanneer water verontreinigd is, neemt ook de bruikbare en beschikbare hoeveelheid af. Je kunt deze vraagstukken dus niet los zien.”

Klimaatrobuust watersysteem

Om de uitdagingen integraal aan te pakken zette WUR met andere kennisinstellingen, bedrijven en partners uit de watersector het programma AquaConnect op. Doel van het programma – dat in september 2021 van start ging – is het ontwerpen en implementeren van een toekomstig, klimaatrobuust watersysteem.

Sutton: “Zo’n systeem vraagt om een breed spectrum aan perspectieven en oplossingen. Je hebt de hardcore technologische maatregelen nodig, maar ook een goed ontwerp van een circulair systeem en netwerk van producenten en gebruikers. Daarnaast moet je kijken naar beleid, wet- en regelgeving en maatschappelijk draagvlak. Al deze aspecten komen samen in AquaConnect. Dat maakt deze benadering heel innovatief.”

Vijf werkpakketten voor onderzoek

De verschillende onderdelen zijn verdeeld in vijf onderzoeksonderwerpen, ofwel werkpakketten: technologieën voor het modelleren van grondwaterstromen, risicobeoordeling van circulair watergebruik, technieken voor het zuiveren van afvalwater, governance voor de zoetwatervoorziening en, tot slot, het ontwerp van een slim waternetwerk.

Sutton is onder meer betrokken bij het pakket over risico’s van verontreinigingen, waar ze projectleider van is. “Bij dit onderdeel kijken we naar het gedrag van verontreinigingen om de waterkwaliteit te kunnen voorspellen in circulaire systemen. Bijvoorbeeld als het gaat om hergebruik van gezuiverd afvalwater – effluent – van rioolwaterzuiveringen (rwzi’s). We weten dat effluent nog verontreinigingen bevat, maar niet wat de precieze risico’s hiervan zijn voor mens en milieu.”

Ook wordt onderzoek gedaan naar transformatieprocessen. Sutton: “Sommige stoffen veranderen onder invloed van zonlicht of bacteriën van samenstelling, waardoor ze schadelijker worden. Al deze inzichten vormen de basis voor het opstellen van richtlijnen. Die heb je weer nodig om te bepalen of je gezuiverd water veilig kunt inzetten.”

Samenwerking wetenschap en watersector

Bij AquaConnect is samenwerking tussen kennisinstellingen en partijen uit de watersector van cruciaal belang, zegt Sutton. “Door de eindgebruiker te betrekken kunnen we echt aan praktijkproblemen werken. We maken gebruik van locaties, zoals een grondwaterwinning van Vitens, en systemen voor monitoring en analyse.”

Daarnaast geven de waterpartners input voor onderzoek. Sutton: “Waterschappen en drinkwaterbedrijven weten precies wat de uitdagingen zijn en tegen welke beperkingen ze aan lopen. Dit vormt de basis voor de onderwerpen waarmee wij als onderzoekers aan de slag gaan. Hierbij proberen we verder te kijken dan de watersector misschien zelf zou doen, zoals buiten bestaande wet- en regelgeving.”

Het onderzoek vindt plaats in vier gebieden – demonstration areas – die elk kampen met een andere uitdaging. Sutton: “In Oost-Nederland zijn veel hoge zandgronden, waardoor water snel wegstroomt. Daar kijken we naar manieren om water beter vast te houden. In Zeeland, dat kampt met beperkte beschikbaarheid van zoet water, verkennen we mogelijkheden voor opslag en hergebruik van regenwater en afvalwater.”

In Zuid-Holland kijken onderzoekers hoe grootverbruikers, zoals industrie en glastuinbouw, op een slimme manier verbonden kunnen worden, zodat het gezuiverde afvalwater van de één benut kan worden door de ander. Verder vindt er onderzoek plaats in de stedelijke context. Sutton: “In Amsterdam gaat op het Marineterrein een pilot starten voor zuivering en hergebruik van stedelijk afvalwater voor irrigatie van stadsparken. Deze hebben zeker in de zomer veel water nodig.”

Betere en efficiëntere zuivering

Sutton is ook betrokken bij onderzoek dat zich richt op technologische oplossingen. “Hierbij gaat het om zuiveringstechnieken, zoals membraantechnologie en elektrodialyse. Membranen zijn geschikt voor het verwijderen van chemische en biologische verontreinigingen. Elektrodialyse voor niet-organische stoffen, zoals zout.”

Deze technieken worden al door verschillende drinkwaterbedrijven toegepast. Maar volgens Sutton is er nog genoeg ruimte voor verbetering. “Onder meer als het gaat om zuiveringsefficiëntie en energieverbruik. Daarnaast kijken we voor welke toepassingen en op welke locaties je bepaalde technologieën het beste kunt inzetten.”

Waternetwerken slim verbinden

Betere zuivering biedt weer uitkomst voor de ontwikkeling en inrichting van een slim waternetwerk, oftewel water grid. In zo’n netwerk worden gebruikers aan elkaar gelinkt, zodat ze water kunnen ‘uitwisselen’. Sutton: “Bijvoorbeeld agrariërs die gezuiverd afvalwater van een lokaal industrieterrein gebruiken voor irrigatie.”

Hiermee wordt een watergebruiker ook producent. Het uitwisselen van water vraagt volgens Sutton wel om goede afstemming van vraag en aanbod. “Hiervoor moet je slimme digitale tools ontwikkelen die simulaties en optimalisaties maken. Daarom spreken we ook wel van een digital water grid.”

Het kunnen implementeren van technologische oplossingen vraagt om meer dan alleen aanpassingen in de watersector, benadrukt Sutton. “Het vergt een andere mindset, een die is gericht op circulariteit in plaats van lineair gebruik. Dat geldt voor gebruikers, maar ook voor beleidsmakers. Onze hele manier van denken moet op de schop.”

Belangrijk is dat de samenleving veranderingen, zoals hergebruik van gezuiverd afvalwater en gebruik van regenwater, accepteert, zegt Sutton. “Deze sociale component zit in het governancedeel. Daar wordt ook gekeken naar regels en richtlijnen die de veiligheid garanderen. Dit wordt zowel op landelijk als Europees niveau geregeld.”

Aanpassen wet- en regelgeving

De huidige wet- en regelgeving biedt niet alleen bescherming, maar zorgt soms ook voor beperkingen. Bijvoorbeeld als het gaat om hergebruik van effluent. Sutton: “Sinds vorig jaar is het vanuit Europa toegestaan om dit water te benutten voor bepaalde toepassingen. Maar in Nederland moet dit nog wel worden verankerd in de wet.”

Ook moet nog worden gekeken hoe waterbedrijven kunnen omgaan met reststromen van zuivering, zegt Sutton. “In sommige landen wordt de afvalstroom gewoon gedumpt op zee. Door hoge concentraties van bepaalde stoffen kan dit grote schade veroorzaken aan het milieu. In Nederland zijn hier dus strenge regels voor. Maar je moet wel iets bedenken om te zorgen dat bedrijven hun reststroom kwijt kunnen.”

Uiteindelijk hoopt Sutton met haar onderzoek wereldwijd impact te kunnen maken. Bijvoorbeeld in de regio waar ze opgroeide, Californië. “Als kind maakte ik al mee wat de impact van droogte kan zijn. We hadden regelmatig te maken met waterschaarste, waardoor we thuis heel bewust moesten omgaan met water. Dat motiveerde me om in dit vakgebied te gaan werken. Het lijkt me erg mooi om de oplossingen waaraan ik hier in Nederland werk op een dag ook te kunnen toepassen in Californië.”