AquaConnect zorgt voor zuivering van zout, brak en afvalwater plus het vasthouden van hemelwater

“Met het oog op klimaatverandering zullen deze opties steeds belangrijker worden. Nieuw voor AquaConnect is dat we kijken naar de regelgeving die de overheid nodig heeft om het gebruik van gereinigd afvalwater en brak water toe te staan ​​en te beheersen. Samen met de universiteiten van Utrecht en Amsterdam wordt onderzocht hoe deze regelgeving kan worden ingepast in de nieuwe omgevingswet die in Nederland gaat gelden en in de waterrichtlijnen van de Europese Unie.”

Voorloper AquaConnect

Water Nexus is de voorloper van AquaConnect. Een grootschalig onderzoeksprogramma gecoördineerd door Wageningen. Het richtte zich op vragen over hoe je zout water gebruikt voor irrigatie of voor industriële processen en hoe je industrieel afvalwater efficiënt hergebruikt en welke technologieën daarvoor nodig zijn. Het programma eindigde eind 2021.

Rijnaarts: “Water is steeds vaker een schaars goed - niet alleen in warme landen, maar ook in Nederland. Door klimaatverandering zal de kans op waterschaarste in de toekomst alleen maar toenemen. In de drinkwatervoorziening, landbouw, natuur en industrie kunnen dan tekorten ontstaan. In de strijd om water is er altijd concurrentie tussen die sectoren. Wij vroegen ons af hoe je die sectoren minder concurrerend kunt maken en hoe de wetenschap daaraan kan bijdragen. Met andere woorden, kunnen wij alternatieve bronnen van water ontwikkelen?”

Daarvoor zijn er grofweg twee opties: je kunt nieuwe bronnen uit de omgeving aanboren, zoals zout of brak water of je kunt industrieel afvalwater hergebruiken. “Bedrijven in de chemie en olie en gas produceren vaak veel afvalwater”, licht Rijnaarts toe. “Dat water wordt nu vaak direct naar zee geleid. Dat is zonde: je zou die stroom ook geschikt kunnen maken als watervoorziening.”

Wageningen sloeg de handen ineen met grote multinationals, het midden- en kleinbedrijf, adviesbureaus, universiteiten, toegepaste kennisinstellingen, drinkwaterbedrijven, waterschappen, het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat en technologieleveranciers voor waterzuivering. Samen dienden ze een aanvraag in bij NWO. “De aanvraag werd goedgekeurd en in 2015 konden we van start met een budget van 6,5 miljoen euro.”

Projecten in het binnen- en buitenland

Twee belangrijke casestudies stonden centraal in Water Nexus. Ten eerste Dow Benelux, een groot chemieconcern in Terneuzen met een waterbehoefte van 25 miljoen kubieke meter per jaar. De tweede case was het hergebruik van industrieel afvalwater in het Midden-Oosten, in samenwerking met Shell in Qatar en Oman. Ook daar vloeit dit afvalwater in zee, terwijl de woestijn kampt met systematische droogte. Rijnaarts: “Hier kun je gezuiverd water bijvoorbeeld hergebruiken voor vergroening van de woestijn en voor het telen van gewassen als sisal en katoen.”

Een derde component van Water Nexus was een zogeheten ‘Twinning’-programma. Via het NWO-onderzoeksprogramma Urbanizing Deltas of the World werd Water Nexus gekoppeld aan een project in Vietnam, genaamd ENTIRE. “We kregen een extra 1,2 miljoen euro om de concepten die waren ontwikkeld in Water Nexus, ook daarginds toe te passen in bedrijvenparken. Heel mooi om te zien dat de kennis dus niet alleen voor Nederland nuttig is, maar ook voor opkomende economieën.”

Drie belangrijke vragen

In Water Nexus stonden drie vragen centraal: waar in de omgeving bevindt zich zout, brak en zoet water en hoe kunnen we dat managen? Welke technologieën zijn daarvoor nodig? Hoe kunnen we een systeemontwerp maken van de waterhuishouding van die industrie en de omgeving, op basis van gesloten kringlopen en lokale waterbronnen? “Voor elk van die vragen werkten we samen met verschillende partners”, vertelt Rijnaarts, “die de kennis en technologie vervolgens ook doorontwikkelen naar de markt.”

Voor die eerste vraag, het watersysteemmanagement, combineerden de onderzoekers radartechnologie met geologische kennis van de ondergrond. “Dat deden we samen met de Universiteit van Utrecht, TNO en Deltares”, vertelt Rijnaarts, “met name in de provincie Zeeland, waar veelal een tekort is aan zoetwater. Zeker als we in de toekomst vaker te maken krijgen met droogte, wordt die kennis heel belangrijk voor het ontwikkelen van industriële watersystemen die in balans zijn met hun omgeving.”

Micro-organismen bestand tegen zout water

De tweede vraag, rond de benodigde technologieën, betrof vooral microbiologie. Het omgevingswater of afvalwater wordt in grote bioreactoren gezuiverd door bacteriën. Zij gebruiken de schadelijke organische verbindingen als voedingsbron en zetten die om in onschadelijke stoffen. “Een probleem is dat bacteriën in die bioreactoren slecht tegen zout water kunnen”, vertelt Rijnaarts. “Samen met het laboratorium voor Microbiologie van Wageningen University & Research, de TU Delft en een aantal bedrijven, hebben wij bacteriën gekweekt die daar beter tegen bestand zijn.”

Daarbij ontdekten de onderzoekers een nog onbekend mechanisme waarmee bacteriën zichzelf kunnen beschermen tegen zout. Ze maken bepaalde organische zouten aan, zogeheten osmolieten, die in en buiten hun cellen als het ware tegendruk geven tegen het zout uit het omgevingswater. Daarmee voorkomen ze dat er zoveel water uit hun cellen wordt getrokken dat ze in elkaar klappen. “Dit is ook heel interessant vanuit fundamenteel oogpunt”, stelt Rijnaarts. “Ons onderzoek diende niet alleen een directe toepassing, maar is ook wetenschappelijk gezien heel inspirerend en vernieuwend geweest.”

De onderzoekers hebben ook nieuwe combinaties van natuurlijke en technologische zuiveringssystemen ontwikkeld. “De basis van dit concept is een zogeheten helofytenfilter: een wetland met daarin planten en micro-organismen die het water zuiveren”, vertelt Rijnaarts. “Deze wetlands kunnen alleen bepaalde chemicaliën in industrieel afvalwater minder goed verwijderen en zijn niet bestand tegen te hoge zoutconcentraties. In ons project zijn ook nieuwe membranen ontwikkeld die chemicaliën en zout eruit halen. Die combinatie van technologieën hebben we getoetst in de praktijk en dat werkt.”

Een nieuw systeemontwerp

Voor de derde component, een systeembenadering, hebben de onderzoekers nieuwe modelleringstechnieken ontwikkeld om bijvoorbeeld de meest effectieve waterinfrastructuur, zoals pijpleidingen, te berekenen. “Het gaat om geavanceerde computermodellen waarmee je miljoenen varianten kunt doorrekenen en dan de meest gunstige kunt selecteren”, legt Rijnaarts uit. “Voor de regio Zeeuws-Vlaanderen waar voor circa vijftig locaties zoet en brak water uit de bodem gehaald kan worden, hebben we berekend hoeveel water uit elk punt te halen is zonder schade toe te brengen aan landbouw en natuur, met welke infrastructuur dat getransporteerd kan worden en hoeveel het dan kost om de hoeveelheid en de kwaliteit te bereiken die de gebruiker nodig heeft.”

Dit laatste onderdeel wordt een smart water grid genoemd en wordt ingezet in AquaConnect”, aldus de hoogleraar. “Daarin gaan we voor West-Nederland en de hogere zandgronden in Oost- Nederland alternatieve watervoorzieningen ontwikkelen, mede op basis van de mogelijkheden die Water Nexus heeft opgeleverd.”

Inspirerende nieuwe periode

De resultaten van dit onderdeel, een smart water grid, moeten nog naar de praktijk worden vertaald. “Dat gaan we in AquaConnect doen”, zegt de hoogleraar. “Het programma gaat deels door met dezelfde partijen als Water Nexus, maar ook met nieuwe kennispartners en lokale stakeholders zoals drinkwaterbedrijven, provincies, gemeenten en waterschappen. Voor West-Nederland en de hogere zandgronden in Oost-Nederland gaan we alternatieve watervoorzieningen ontwikkelen, mede op basis van de output die Water Nexus heeft geleverd. Ik ben zeer enthousiast. We hebben een interessante en inspirerende nieuwe periode voor de boeg.”