Water blijven hergebruiken

De effecten van de kurkdroge zomer van 2018 ijlden nog lang na. De regen die na de droogte viel, was bij lange na niet genoeg om het grondwaterpeil in het voorjaar van 2019 weer tot het gewenste niveau aan te vullen. Waar in de lente normaal sprake is van een wateroverschot dankzij machtige rivierstromen die voor aanvoer zorgen, misten vooral de hoger gelegen zandgronden in Oost- en Zuid-Nederland hun noodzakelijke waterbuffers voor de zomer.

In het lagergelegen westen van Nederland was het grondwater weliswaar nog op peil, maar ook daar zijn problemen met de watervoorziening, aldus prof. Huub Rijnaarts, hoogleraar Milieu- en Watertechnologie van WUR. “Gemeenten in het westen kampen vooral met verzilting. Doordat in het westen grondwater wordt weggepompt om het land droog te houden, krijgt het zoute grondwater minder tegendruk van het zoete water. De opwelling van het zoute grondwater verzilt de bodem.”

“In combinatie met het verder dalen van de bodem door bijvoorbeeld inpoldering en veenafbraak én de stijgende zeewaterspiegel zal er meer druk vanaf de zee op het grondwater komen, waardoor het proces zich in de kuststreken gaat versnellen.”

Waterzuivering niet ingesteld op zout water

Volgens Rijnaarts worden de gevolgen van klimaatverandering voor onze waterhuishouding steeds heviger voelbaar. Hij legt uit: “De landbouw, de industrie en huishoudens zijn volledig afhankelijk van de aanvoer van voldoende zoet water. Daar is het watersysteem op ingericht. In hoger gelegen gebieden is de aanvoer een groeiend probleem, terwijl in lager gebieden de verzilting tot steeds meer knelpunten leidt.”

“Zo is Amsterdam voor zijn watervoorziening afhankelijk van inname van zoet water uit het Amsterdam-Rijnkanaal, dat steeds meer verzilt. Het water wordt via leidingen naar de waterleidingduinen tussen Zandvoort en Noordwijk geleid, waar het op natuurlijke wijze gezuiverd wordt. Waternet worstelde daar afgelopen zomer flink met problemen door verzilting doordat dat de huidige waterzuiveringstechnieken volledig zijn ingesteld op zoet water en niet op zout water.”

Een wetland voor afval

Een toenemend aantal bedrijven ziet de problemen op zich afkomen en wil toe naar een zelfvoorzienend systeem. In de provincie Zeeland werken 24 partijen – eindgebruikers, technologiebedrijven en kennisinstituten - aan lokale, circulaire oplossingen. Dit gebeurt in het project Water Nexus. Rijnaarts: “Het grootste deel van de provincie Zeeland is afhankelijk van zoet water dat vanuit de Biesbosch aangevoerd wordt. In droge perioden kan het gebeuren dat er te weinig wordt aangevoerd om steden, landbouw en industrie van zoet water te voorzien. In het pilotproject creëren we een ‘wetland’ voor grootschalige opslag van water dat afkomstig is van de industrie, de landbouw en de stad. Daar wordt dit afvalwater allereerst langs natuurlijke weg schoongemaakt door planten en micro-organismen.”

“Voor sommige materialen, zoals zware metalen uit de industrie en bestrijdingsmiddelen uit de landbouw, biedt biologie niet de oplossing. Ook medicijnresten kunnen onvoldoende langs natuurlijke weg uit het water gehaald worden. Om die uit het water te halen, zetten we moderne elektrochemische technieken en membraantechnieken in.”

Oplossingen opschalen naar de praktijk

Wilfred Appelman is onderzoeker bij Wageningen Food & Biobased Research (WFBR), onderdeel van WUR. Hij springt bij waar de natuur alleen problemen in het watersysteem niet kan oplossen. Ook in Water Nexus gebeurt dit, zegt Appelman: “Huub Rijnaarts en zijn aio’s onderzoeken de mogelijkheden van zout water voor de industrie en hoe je zoet water beter kunt vasthouden. De fundamentele kennis die hieruit voortkomt gebruiken we bij WFBR voor de ontwikkeling van nieuwe praktijkoplossingen. Zo werken we aan de ontwikkeling van betere elektrochemische membraanprocessen om bijvoorbeeld zout uit het koelwater van chemieconcern Dow te halen zodat het water hergebruikt kan worden.”

De technieken die worden gebruikt, zijn niet nieuw. Maar de ontwikkeling van nieuw materiaal en betere apparatuur zorgen wél voor een efficiëntere toepassing, aldus Appelman. Een voorbeeld is elektrodialyse, een elektrochemisch proces waarbij met behulp van een elektrisch spanningsveld en halfdoorlatende membranen een opgelost product uit de oplossing kan worden gehaald. Dit membraanproces wordt al lang toegepast en is zeer geschikt om zout uit water te filteren. “Wij schalen deze techniek nu op voor allerlei praktijktoepassingen. Bijvoorbeeld in de tuinbouw, dat last heeft van zout dat zich in water ophoopt. Samen met bedrijven werken we aan oplossingen om natrium en chloride uit het water te halen. Dankzij dit soort lokale waterzuiveringstechnieken kun je water veel langer blijven gebruiken.”

25 miljoen kuub water circulair aanvoeren

De Nederlandse vestiging van het internationale chemieconcern DOW gebruikt nu al jaarlijks 7 miljoen kuub huishoudelijk afvalwater uit de nabijgelegen havenstad Terneuzen. Via Water Nexus wil het de totale hoeveelheid water via circulaire weg laten aanvoeren. Rijnaarts: “Dan heb je het over 25 miljoen kuub. En dat is nog maar één industrieel bedrijf. Bedenk dat er in de regio ook bedrijven als Cosun, Cargill en Shell afhankelijk zijn van de aanvoer van zoet water. En ook in Zeeland is verzilting een groeiend probleem.”

Volgens de hoogleraar is voor de Nederlandse delta de uitdaging om op grote schaal brak water geschikt te maken voor hergebruik. De biologische waterzuiveringstechnieken die nu in het Nederlandse watersysteem worden ingezet, waren daar tot voor kort niet geschikt voor. Rijnaarts: “Bestaande technieken maken gebruik van zoetwaterbacteriën in het slib die door polymeren aan elkaar plakken en korrels vormen. Om hun reinigende werk te kunnen doen, moeten die korrels in stand blijven. Onder zoetwatercondities gaat dat prima, maar zodra je overschakelde naar zoutwatercondities, dan vielen de bacteriekorrels uit elkaar en functioneerden ze niet meer.”

De oplossing bleek simpel, vertelt Rijnaarts: “We zijn op zoek gegaan naar bacteriën die wél functioneren onder zoute condities. Wat bleek: na enige tijd trad ook onder die condities korrelvorming op. De korrels bleken verder heel aardig bestand tegen verandering van zoute naar zoete condities en behielden hun reinigende werking.”

Zout als het kan, zoet als het moet

“Langs biologische weg, aangevuld met elektrochemische en membraantechnieken, kunnen we er in principe voor zorgen dat water in elke toepassing lang hergebruikt kan worden”, vult Appelman aan. “Door alle technieken in combinatie te gebruiken, kan er een nieuw, circulair watersysteem ontstaan. Waarbij we bijvoorbeeld met de warmte uit gebruikt water stroom opwekken.”

Appelman benadrukt dat drinkwaterkwaliteit als norm lang niet altijd nodig is. Als voorbeeld noemt hij het doorspoelen van het toilet. “Dat kan prima met brak of zout water. Ook voor veel industriële toepassingen is het gebruik van zoet water niet altijd nodig en duur. Afhankelijk van de toepassing kun je in het watersysteem dus de passende oplossingen inzetten. Waarbij geldt: zout als het kan, zoet als het moet.”

Zo wordt het pad geëffend richting een circulair watersysteem, waarbij afvalwater van stad, land en industrie na reiniging in lokale reservoirs wordt opgeslagen voor hergebruik. Overtollig rivierwater en regenwater stroomt daarbij niet naar zee, maar wordt opgevangen en dient als spons om de omgeving in drogere tijden van water te voorzien. En dankzij de nieuwe zoutwatertechnologie die in Wageningen is ontwikkeld, kunnen ook bekkens met brak afvalwater onderdeel van een circulair watersysteem uitmaken. Rijnaarts: “De waterkwaliteit in Nederland is uitstekend en dat kan zo blijven.”

Rijstboeren bestand maken tegen klimaatverandering

Binnenkort reist Rijnaarts af naar deltagebieden in Zuidoost-Azië, waar de problemen een factor drie tot vijf groter zijn dan in Nederland. “De steden hebben daar vaak een zeer beperkt systeem van waterzuivering, terwijl de rijstboeren steeds meer kampen met verzilting. Door water in de stad herbruikbaar te maken voor de rijstteelt, kunnen we steden en dorpen daar beter bestand maken tegen klimaatverandering. We gebruiken daarvoor dezelfde technologie als hier.”