Je leest:

Bacteriehuwelijk doet ammonium verdwijnen

Bacteriehuwelijk doet ammonium verdwijnen

Auteurs: en | 14 maart 2003

Bacteriën ontdoen Rotterdams afvalwater van ammonium. In het eerste vat zit de zuurstofminnende Nitrosomonas, in het tweede doet de zuurstofhatende anammox zijn werk. Dat is mooi, maar beide bacteriën blijken ook naast elkaar te gedijen.

In de Dokhaven in Rotterdam-Zuid steekt een lange, blauwwitte pijp boven de slibverwerkingsinstallatie Sluisjesdijk uit. Hier ontdoet het zuiveringsschap Hollandse eilanden slibwater van stikstof. Stikstofverbindingen kunnen flora en fauna schaden, in meren en sloten leidt een teveel aan ammonium (NH4+) tot vissterfte.

Stikstofverwijdering is doorgaans een duur en milieubelastend proces. Hier niet. De blauwwitte reactor in Dokhaven is de eerste industriële toepassing van het anammox-proces. ‘Anammox staat voor ANaërobe AMMonium OXidatie,’ vertelt prof.dr. Mike Jetten, als microbioloog verbonden aan de KU Nijmegen en TU Delft. ‘Het betekent dat we stikstof onder zuurstofloze (anaërobe) omstandigheden uit afvalwater kunnen halen. Zo zetten we de ongewenste verbindingen ammonium en nitriet zonder toevoeging van zuurstof om in het onschadelijke stikstofgas. Ten opzichte van de oude methode bespaart het energie en hebben we geen methanol meer nodig – een relatief dure, chemische stof.’

De traditionele methode, met methanol- etende bacteriën, is ook prijziger omdat er veel meer beluchting nodig is. Bovendien komen er schadelijke tussenproducten vrij als bruingas of het broeikasgas lachgas. De dieprode Anammox-bacterie ( Brocadia anammoxians) krijgt in Rotterdam hulp van een bacterie uit de Nitrosomonas-familie. De nitrificerende Nitrosomonas zet ammonium met behulp van een beetje zuurstof om in nitriet (NO2-).

De Anammox-bacterie zet vervolgens dit nitriet om in stikstofgas met ammonium als voedselbron. Samen zetten ze ammonium uit afvalwater om in het onschadelijke stikstofgas. Op het Anammox-proces rusten twee patenten en het wordt inmiddels door Paques B.V. op de markt gebracht.

Samenleven

In de proefafvalwaterzuiveringsinstallatie Dokhaven in Zuid-Holland zitten de zuurstofhater en zuurstofliefhebber nog in een apart reactorvat. Dat is niet noodzakelijk. Tot een paar jaar geleden dachten microbiologen dat de zuurstofhatende Anammox-bacterie en de zuurstofminnende Nitrosomonasbacterie nooit beide in hetzelfde reactorvat konden gedijen. Bij heel lage zuurstofconcentraties en een overmaat aan ammonium kunnen ze echter prima samenleven, ontdekten Delftse microbiologen. En ze noemden het proces canon, dat staat voor completely autotrophic nitrogen removal over nitrite.

Bij canon beschermen de zuurstofliefhebbers waarschijnlijk de zuurstofhaters. Beide bacteriesoorten vormen samen een vlokje, waarbij de zuurstofhaters in het midden gaan zitten. ‘De zuurstofconcentratie in zo’n vlokje is in ieder geval zo laag dat we met een elektrode geen zuurstof meer kunnen detecteren,’ vertelt promovendus drs. Olav Sliekers. ‘Verder knijpen we de toegevoegde hoeveelheid zuurstof flink af’, stelt de microbioloog. Door de lage concentraties in de reactor verdwijnt de aanwezige zuurstof, die giftig is voor de anammox- bacterie, snel.

‘We voegen precies zoveel toe dat de zuurstof steeds snel met ongeveer de helft van het toegevoegde ammonium reageert.’ De andere helft blijft dan voor de tweede reactie beschikbaar.

Kaper

Zo’n goede balans tussen de hoeveelheid zuurstof en ammonium is essentieel. Voeg je te veel zuurstof toe in verhouding tot de aanwezige hoeveelheid ammonia, dan verschijnt een derde kaper op de kust. Deze ongewenste gast gebruikt zuurstof om nitriet in nitraat om te zetten en eet zo de kaas van het brood van de nuttige bacteriën. En dat is vervelend voor waterzuiveraars, omdat dan de ene milieuvervuilende stof, ammonium, wordt omgezet in een andere milieuvervuilende stof, namelijk nitraat.

Om de krachtsverhoudingen in de reactor te bepalen, nam de microbioloog regelmatig monsters van vlokjes bacteriën. Door unieke stukjes DNA-codes met lichtgevend label eraan toe te voegen, gaven de bacteriën onder een fluorescentiemicroscoop hun identiteit prijs. In experimenten met te veel zuurstof zag Sliekers dat de ongewenste gast het proces verstoorde. Dit leverde echter geen onherstelbare schade op, wat het systeem geschikt maakt voor industriële toepassingen. Hij gaf de bacteriën bijvoorbeeld een maand weinig ammonium te eten en daarna voerde hij de toevoer weer op. Het proces bleek robuust. De aërobe en anaërobe ammoniumoxiderende bacteriën hadden een huwelijkscrisis overleefd en konden onder deze omstandigheden weer samenwerken in de afbraak van ammonium tot het onschadelijke stikstofgas.

Het canonproces is erg geschikt voor het afvalwater dat vrijkomt na slibvergisting. Dit slib wordt gevormd bij de zuivering van rioolwater en is rijk aan organische stikstof die tijdens de vergisting wordt omgezet in ammonium. Sliekers en Jetten hebben hun kennis inmiddels overgedragen aan de ingenieurs van Paques B.V. Die proberen het nu op grote schaal toe te passen. Mogelijk drinken de Rotterdammers straks ook water gezuiverd met de canon-methode.

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 maart 2003
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.