STOWA investeerde in het verleden fors in de membraanbioreactor (MBR), een techniek om afvalwater met membranen te zuiveren. Communale zuiveringen startten begin 2000 naar tevredenheid met grootschalige pilots en demonstratie-installaties. Maar destijds bleek MBR duurder dan traditionele zuiveringen met een robuuste, betonnen bezinkbak. En dus stopten de waterbeheerders met de zuiveringstechnologie. Inmiddels zijn de tijden veranderd en verwachten experts een comeback.

“MBR zal de komende tijd waarschijnlijk veranderen van nice-to-have naar need-to-have”, stelt STOWA-programmamanager Afvalwatersystemen Cora Uijterlinde. “De Europese waterkwaliteitseisen worden steeds strenger en vanwege de droogte zullen we vaker gaan inzetten op waterhergebruik. Zo wordt er nu in de Ultieme Waterfabriek in Emmen gekeken of je met membranen van gezuiverd afvalwater drinkwater kan maken. Ook in Brabant wordt naar membraantechnologie gekeken om te zien of je gezuiverd afvalwater kunt zuiveren tot grondwaterkwaliteit en het daarna kunt infiltreren in de zandgronden.”

Ook afvalwatertechnoloog Helle van der Roest is ervan overtuigd dat MBR in Nederland terugkomt in verband met waterschaarste en verplicht hergebruik van water. Hij was destijds, in zijn functie als leading professional bij DHV (nu Haskoning), intensief betrokken bij het STOWA-project en de introductie van de technologie op de rioolwaterzuivering in Varsseveld. Wereldwijd was de grootschalige toepassing van Zenon-membranen op de rwzi in Varsseveld van groot belang. Veel buitenlandse partijen volgden de ontwikkelingen op de voet en kwamen naar Nederland om het project te bekijken. 

Van der Roest: “Op de rioolwaterzuivering Varsseveld heeft de MBR-technologie tien jaar uitstekend gefunctioneerd. Maar toen er moest worden besloten of de membranen zouden worden vernieuwd, is er uit kosten- en duurzaamheidsoverwegingen toch weer gekozen voor een betonnen nabezinktank. Niet unaniem overigens. De keuze voor de nabezinktank was goedkoper en de wettelijke eisen aan het effluent werden destijds niet zo streng als eerder verwacht.”

De ontwikkeling van MBR voor een communale zuivering kent een lange geschiedenis. Helle van der Roest vertelt dat hij begin jaren negentig professor Andrew Benedek (de latere oprichter van het Canadese membraanbedrijf Zenon) ontmoette. “De membraanbioreactortechnologie bestond op dat moment al, maar werd vanwege de hoge kosten alleen op kleine schaal en voor specifieke toepassingen ingezet. Benedek voorspelde echter dat deze technologie van groot belang zou worden voor de wereldwijde watervoorziening. In die tijd publiceerde ik veel over afvalwateronderzoek en Benedek benaderde me omdat hij met me wilde samenwerken voor de verdere ontwikkeling van de MBR-technologie. ‘Ik ken jou, jij innoveert, ik heb je nodig’, was letterlijk wat hij zei.”

“Destijds werkte ik bij DHV en het adviesbureau wilde toen geen producten ontwikkelen. Dat vond ik jammer, want ik zag de grote potentie van de MBR-technologie. Ook door mijn buitenlandse ervaring in het Midden-Oosten, waar het watertekort steeds duidelijker werd. Een paar jaar later probeerde Benedek het opnieuw. Samen gingen we aan de slag en kregen we zelfs subsidie, maar geen waterbeheerder was op dat moment geïnteresseerd. In 2000 werd ik door een collega gebeld die aangaf dat membranen steeds goedkoper werden. In die periode zat ik met Paul Roeleveld van STOWA in het vliegtuig naar Amerika. Onze beider interesse in de MBR-technologie leidde uiteindelijk tot de opzet van een pilotonderzoek dat we samen op de rioolwaterzuivering in Beverwijk zijn gestart”, herinnert Van der Roest zich.

Hij vervolgt: “Het was een grootschalig onderzoek waarbij veel leveranciers betrokken waren. Het filtreren van actief slib bleek echter een stuk lastiger dan gedacht. Hoe harder we aan de membranen trokken, hoe minder water erdoorheen kwam. Toen heb ik bij DHV een aantal knappe koppen in een kamertje gestopt en hen gezegd dat ze er pas uit mochten komen als het probleem was opgelost. En dat werkte. We zuigen te hard, was de conclusie. Dan verstopt de sliblaag de fijne poriën van het membraan. Als we de druk verlagen, zal het beter gaan. En dat klopte. In die tijd droegen we bij aan het ontwerp van membraanmodules van de diverse leveranciers en daar hebben we enorm veel van geleerd. Het is ons toen ook gelukt om het energieverbruik van de membranen significant te verlagen. Het onderzoek op rwzi Beverwijk vormde de basis voor grotere installaties in de industrie. Daar wordt minder water gebruikt dan op een communale zuivering en dat was dus een mooie tussenstap voor verdere opschaling.”

Het MBR-innovatiefonds waarmee STOWA de waterschappen hielp om de financiële risico’s van de overstap naar de nieuwe technologie te beperken, maakte het gemakkelijker om de stap te zetten naar toepassing op praktijkschaal. Waterschap Rijn en IJssel gaf de opdracht om in Varsseveld de eerste grootschalige Nederlandse MBR te bouwen. Cora Uijterlinde herinnert zich dat STOWA destijds ook een marktverkenning heeft gedaan. “Daar hebben we veel van geleerd. De verkenning was destijds gebaseerd op ‘wishful thinking’. Er bleek in de markt behoefte aan MBR, maar we hebben te positief naar de vraagstelling gekeken. Geen waterschap heeft iets tegen excellente waterkwaliteit, maar waterschappen waren destijds niet bereid om kosten te dragen voor betere waterkwaliteit als daar niet om wordt gevraagd.”

Ook Helle van der Roest heeft in het MBR-project het een en ander opgestoken over de commercialisering van technologie. “Wij hebben de MBR-technologie verder gebracht. Maar de kennis en producten die we in Beverwijk gezamenlijk ontwikkelden, waren van de membraanleveranciers die in het onderzoek investeerden. In Nederland was Stork erbij betrokken, met de ontwikkeling van haar eigen MBR. Het bedrijf dat de technologie uiteindelijk heeft overgenomen (Pentair) verdient er nog steeds geld mee. Daarom heb ik bij de ontwikkeling van de Nereda®-technologie met de toenmalige STOWA-directeur Jacques Leenen afgesproken dat een percentage van het geld dat DHV in het buitenland met Nereda zou gaan verdienen, naar STOWA en technologiestichting STW zou gaan. Zo creëer je een vliegwiel waardoor innovatie gaat werken.”

Zowel Cora Uijterlinde als Helle van der Roest denken dat het STOWA MBR-onderzoek geen schitterende mislukking was en dat de MBR-technologie van grote waarde kan zijn voor komende generaties. Uijterlinde is ervan overtuigd dat de technologie door de toenemende droogte toch weer van pas komt. Ook bij ruimtegebrek zal de MBR-technologie aantrekkelijk zijn. Van der Roest verwacht dat ons land door de klimaatverandering op termijn dezelfde problemen krijgt als het Midden-Oosten. Daar wordt de technologie soms verplicht toegepast om zoetwater te kunnen hergebruiken. “Een MBR op Schouwen-Duiveland, de plaats waar Van der Roest woont, zou de boeren op het eiland ook van het broodnodige zoet water kunnen voorzien.”

Bij een conventionele rwzi wordt afvalwater eerst biologisch gezuiverd met actief slib. Bacteriën en andere micro-organismen breken organische verontreinigingen af. Vervolgens bezinkt het slib in een nabezinktank, zodat het gezuiverde water ervan kan worden gescheiden. Bij een membraanbioreactor (MBR) wordt het slib van het water gescheiden met behulp van membranen. De nabezinktank wordt dus vervangen door membranen. De poriën in de membranen zijn zo klein dat water en opgeloste stoffen erdoorheen kunnen, terwijl het actief slib en vrijwel alle zwevende deeltjes worden tegengehouden. Ook veel bacteriën worden fysiek tegengehouden. Het resultaat is daardoor zeer helder effluent.

Wereldwijd wordt de MBR-technologie op veel plaatsen gebruikt. Het gaat daarbij om de zuivering van communaal en industrieel afvalwater. Er worden de laatste jaren steeds meer grote, communale zuiveringen gebouwd. Volgens Global Water Intelligence bevindt inmiddels ongeveer 60 procent van de grote MBR-installaties ter wereld zich in China. De wereldwijd geïnstalleerde MBR-zuiveringscapaciteit werd in 2019 al geschat op meer dan 20 miljoen kubieke meter afvalwater per dag.

Helle van der Roest bij de MBR in Terneuzen