STOWA en het Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat hebben de afgelopen vier jaar praktijkonderzoek laten doen naar (combinaties van) technieken voor het verwijderen van medicijnresten en andere microverontreinigingen. Dat gebeurde in het ‘Innovatieprogramma microverontreinigingen uit rwzi-afvalwater’, kortweg: IPMV. Het programma loopt eind van dit jaar af. Voorjaar 2024 volgt de eindevaluatie. In deze STOWA ter Info besteden we uitgebreid aandacht aan dit programma, en de uitkomsten ervan. Maar we beginnen bij het begin: wat was de aanleiding voor het IPMV, hoe is het vormgegeven en wat is er precies onderzocht?

In Nederland, maar ook in veel andere landen, bestaan grote zorgen over de aanwezigheid van geneesmiddelen en andere microverontreinigingen in afvalwater, oppervlaktewater en drinkwater. De verwachting is dat het aantal medicijnen en andere verontreinigende stoffen in water de komende jaren verder gaat toenemen, maar ook dat de aangetroffen concentraties hoger worden. Dat komt onder meer omdat we steeds ouder worden en meer medicijnen gaan gebruiken.

Veel medicijnresten en andere microverontreinigingen komen in het riool terecht. Met het rioolwater komen de verontreinigingen vervolgens aan op rioolwaterzuiveringen (rwzi’s). Veel rwzi’s verwijderen, zonder aanvullende zuiveringstechnieken, maar een deel van deze verontreinigingen. Het gevolg is dat veel van deze verontreinigingen uiteindelijk met het gezuiverde afvalwater in het oppervlaktewater terechtkomen.

Hoewel er nog volop onderzoek plaatsvindt naar de ecotoxicologische effecten van medicijnresten en andere organische microverontreinigingen op het waterleven, wordt steeds duidelijker dat de aanwezigheid van (mengsels van) deze stoffen een risico kan vormen voor de volksgezondheid en een belangrijke sta in de weg vormt voor een gezond waterleven en het behalen van ecologische waterkwaliteitsdoelen (Kaderrichtlijn Water).

De afgelopen jaren zijn er in Nederland al de nodige initiatieven genomen om de emissies van organische microverontreinigingen naar het watermilieu te verminderen. Zo nemen beheerders van rwzi’s maatregelen om de emissies terug te dringen. Er is een bijdrageregeling voor de implementatie van verwijderingstechnieken op praktijkschaal (ook aangeduid als het ‘Versnellingsprogramma’, zie elders in dit e-zine). En binnen het IPMV vond de afgelopen vijf jaar praktijkgericht onderzoek plaats naar veelbelovende verwijderingstechnieken, of mogelijke verbeteringen van bestaande technieken. Doel: waterschappen binnen vijf tot zeven jaar meer keuzemogelijkheden geven voor de inzet van verwijderingstechnieken.

In twee openbare rondes, in 2018 en 2020, konden geïnteresseerde waterschappen en overige partijen in het kader van het IPMV voorstellen indienen voor het doen van pilotonderzoek naar de aangedragen (combinaties van) technieken. Daaruit maakte een speciale commissie een selectie. Er werd altijd eerst een haalbaarheidsstudie uitgevoerd. Bij een succesvol resultaat werd dit gevolgd door een pilot op een rwzi. Het draaide in het programma vooral om het geven van antwoorden die er over de aangedragen (combinaties van) technieken bestaan, met name wat betreft:

• het verwijderingsrendement voor geselecteerde gidsstoffen (eis: >70 procent voor zeven van de elf geselecteerde gidsstoffen, waaronder resten van pijnstillers, betablokkers, bloeddrukverlagers en antidepressiva, maar ook anticorrosiemiddelen die gebruikt worden in de industrie en in huishoudens);

• de duurzaamheid (CO2-footprint) ten opzichte van de referentietechnieken:

• de mate waarin ecotoxicologische risico’s door lozing van afvalwater op oppervlaktewater worden beperkt ten opzichte van de gekozen referentietechnieken;

• de kosten ten opzichte van de referentietechnieken.

Het IPMV richtte zich op zes thema’s/type verwijderingstechnieken:

Het doseren van actiefkool in poedervorm is een beproefde, kosteneffectieve methode om microverontreinigingen uit afvalwater te halen. Het poederkool wordt vaak rechtstreeks gedoseerd in de actiefslib-tanks van een zuivering. Dit staat bekend als PACAS. Maar het kan ook toegepast worden als nageschakelde technologie. De verwijdering vindt plaats via adsorptie (binding) van verontreinigingen aan het poeder-actiefkool. Als het poederkool is verzadigd, moet het worden gescheiden van het afvalwater. Het verzadigde kool wordt samen met het zuiveringsslib verbrand.

Belangrijke vragen binnen dit thema waren of het doseren van poeder-actiefkool in combinatie met bijvoorbeeld doekfiltratie of het doseren van ijzerverbindingen, leidt tot een betere score op duurzaamheid. Dat wil zeggen: minder verbruik van (fossiele) actiefkool. Ook is onderzocht in hoeverre poederkooldosering consequenties heeft voor de slibgisting en verdere slibverwerking. Tevens werd gekeken naar de mate waarin poederkooldeeltjes in het rwzi-effluent terecht komen en de effecten hiervan.

Granulair actief kool bestaat in tegenstelling tot poeder-actiefkool uit korrels. Deze korrels zorgen in een koolfilter, dat achter een bestaande zuivering wordt geplaatst, voor adsorptie van microverontreinigingen, net zoals bij poeder-actiefkool. Het belangrijkste verschil is dat de korrels in een filterbed zitten. Er is geen aanvullende stap nodig om het te scheiden van het behandelde water. Een ander verschil is dat op het granulaire kool tegelijkertijd bacteriën kunnen groeien in zogenaamde biofilms, die aanvullend microverontreinigingen biologisch kunnen afbreken. Ook kan de afbraak van fosfaat en stikstof simultaan plaatsvinden, maar hiervoor dienen dan wel aanvullend chemicaliën te worden gedoseerd.

De uitdaging binnen dit thema was vooral om de werking van de filters voor microverontreinigingen te verbeteren en de standtijd te verlengen (=de tijd dat één vulling van GAK meegaat voordat het vervangen of geregenereerd moet worden). Hierdoor dalen de kosten en wordt de effectiviteit van deze techniek verhoogd.

Binding of adsorptie van microverontreinigingen aan poeder-actiefkool wordt al vaak op praktijkschaal toegepast, vooral in het buitenland. Maar het gebruikte actiefkool is doorgaans van fossiele oorsprong (steenkool of bruinkool). De uitdaging is om het poederkool duurzamer te gaan produceren (met een lagere CO2-voetafdruk), dan wel te vervangen door alternatieve adsorptiemiddelen, zoals Zeoliet of cyclodextrines. Hier is in het IPMV onderzoek naar gedaan.

Er bestaat een scala aan oxidatieve nazuiveringstechnieken. Hiermee worden microverontreinigingen in rwzi-afvalwater omgezet in andere, minder schadelijke stoffen. Ozonisatie (i.c. het doseren van O3) wordt het meest toegepast, vooral in het buitenland. Naast ozon kunnen andere technologieën worden toegepast voor de omzetting, bijvoorbeeld UV-licht of waterstofperoxide, al dan niet in combinatie met ozon.

De oxidatietechnieken zijn effectief, maar bij het toepassen kunnen afbraakproducten worden gevormd, die vanuit ecotoxicologisch oogpunt schadelijker kunnen zijn dan de oorspronkelijke stof. Een voorbeeld hiervan is de omzetting van bromide naar het persistente bromaat bij ozondosering.

Belangrijke vragen binnen dit thema waren of er combinaties van kosteneffectieve oxidatieve technieken zijn waarbij het risico op de vorming van schadelijke bijproducten veel kleiner is dan bij de huidige technieken, en hoe je de vorming van schadelijke bijproducten kunt beperken.

Filtratie wordt vaak ingezet bij drinkwaterbereiding, waar het water onder druk door een membraan geperst wordt met zeer kleine filterporiën (variërend van nanometers tot 0,1 micrometer). In het IPMV zijn keramische filtratie en nanofiltratie onderzocht op rwzi-effluent, in combinatie met oxidatieve technieken zoals ozon, UV en waterstofperoxide. Dit levert een hoge kwaliteit water op dat kan worden ingezet voor industriële toepassingen. Omdat het geproduceerde water van een hogere kwaliteit is, zijn de bijbehorende CO2-footprint en kosten ook navenant hoger. Een uitdaging is de wijze waarop de afgescheiden fractie met de aanwezige microverontreinigingen moet worden behandeld.

Er zijn in het IPMV veel haalbaarheidsstudies en pilotonderzoeken verricht naar combinaties van technieken. Vaak om de nadelen van een bepaalde techniek te ondervangen, zoals een hoge CO2-footprint en/of hoge kosten in relatie tot het verwijderingsrendement, risico op vorming van schadelijke afbraakproducten (met name bromaat bij toepassing van ozon). Maar ook om de verwijdering te combineren met bijvoorbeeld nutriëntenverwijdering. Enkele voorbeelden:

• combinaties van granulair-actiefkoolfilter met biologische afbraak (via inbrengen zuivere zuurstof of lucht: BODAC, Bio GAK);

• combinaties van ozon en biologische afbraak (Microforce en BO3);

• combinaties van ozondosering en poeder-actiefkool (PAC-03) en granulair-actiefkoolfilter met ozondosering en nutriëntenverwijdedring (O3 step);

• combinatie nanofiltratie en UV-oxidatie+H2O2 en ozonisatie plus keramische filtratie (GeOzond).

Door de lage CO2-footprint en lage kosten kunnen natuurlijke zuiveringssystemen een interessant alternatief zijn voor technologieën als ozon of actief kool. Dergelijke systemen lijken in staat organische microverontreinigingen te verwijderen uit rwzi-effluent (tot in de buurt van de 70%-eis van het IPMV) en tegelijkertijd een bijdrage te leveren aan de verwijdering van nutriënten en ziekteverwekkers. In het programma is verkennend onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheden van natuurlijke systemen.

Het IPMV-programma had een budget van 11,7 miljoen euro. Dat geld is opgebracht door het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat (5 miljoen), STOWA (2,4 miljoen) en de gezamenlijke Nederlandse waterschappen (4,3 miljoen). Het programma startte in 2019 en wordt eind dit jaar afgerond.  

> Ga naar www.stowa.nl/ipmv
> Download de brochure over het IPMV