“Afvalwater spreekt aan. Iedereen weet dat je rioolwater schoon moet maken, anders komen de vissen dood bovendrijven. Iedereen kent ook wel ergens een afvalwaterzuivering.”
De Kreuk werkte aan een compleet nieuw afvalwater – zuiveringsproces, dat minder ruimte en energie gebruikt dan huidige processen. Naast het fundamentelere laboratoriumonderzoek, zette ze samen met ingenieursbureau DHV een pilot-installatie op tijdens haar promotie- onderzoek. Inmiddels zijn er drie octrooien, en wordt het proces, met de handelsnaam Nereda®, toegepast in drie zuiveringsinstallaties in de levensmiddelenindustrie, en binnenkort in twee rioolwaterzuiveringsinstallaties in Portugal en Zuid-Afrika, “Het is heel snel gegaan”, zegt De Kreuk, nog altijd onderzoeker in Delft.
Samenklonteren van korrels
De nieuwigheid was ‘aëroob korrelslib’. Die term betekent dat de microorganismen die de afvalstoffen verteren hun werk doen onder zuurstofrijke omstandigheden, en dat ze in korrels samenklonteren, in plaats van de gebruikelijke, minder stevige vlokken. De Kreuk: “Er werd lang geloofd dat onder zuurstofrijke omstandigheden geen korrels gevormd konden worden. Dat bleek dus niet zo te zijn.”
Het voordeel van korrels is dat ze sneller bezinken. Daardoor kan het zuiveren voordelig als batch-proces in één bassin verlopen: het bassin wordt gevuld met het afvalwater, micro-organismen maken het schoon en zinken naar de bodem, en het gezuiverde water wordt afgepompt, waarna een nieuwe ronde kan beginnen.
De vlokken in de huidige zuiveringsinstallaties bezinken veel langzamer, en daarvoor zijn grote nabezinktanks nodig. Dat zijn de ruimteverslindende, cilindervormige bassins die waterzuiveringen op luchtfoto’s herkenbaar maken. “Terwijl de meeste installaties in stedelijk gebied staan, waar ruimte schaars is”, zegt De Kreuk. Het proces verloopt continu: een gestage stroom water doorloopt alle processtapen. Dat lijkt gemakkelijk, maar in het overpompen van water tussen verschillende processtappen gaat veel energie zitten. “Het nieuwe proces verbruikt daarom 30 procent minder energie”, aldus de Kreuk.
Feesten of verhongeren
De Kreuk wist haar microorganismen zo ver te krijgen om in korrels samen te scholen met een speciaal toevoerregime voor het afvalwater. Het ene moment krijgen de micro-organismen volop te eten, het volgende moment worden ze uitgehongerd. ‘Feast-or-famine’, noemt de onderzoekster het, ‘feesten of verhongeren’. In vette tijden gaan de microben niet snel delen, maar slaan ze hun eten op in interne reserves, vergelijkbaar met de vetvoor – raden van mensen. De Kreuk: “Ze weten immers niet wanneer ze weer eten krijgen.” De trage deling levert de compacte korrels op."
De Kreuk laat twee plexiglazen cilinders zien, één met de traditionele slibvlokken, een met korrelslib, dikke wolkige zwarte korrels. Als ze de cilinders ondersteboven draait, zakken de korrels veel sneller dan de vlokken.
Expanderende bel
“Nieuw is ook de opbouw van de korrels zelf”, zegt De Kreuk. Micro-organismen in afvalwaterzuivering hebben twee belangrijke taken: ‘nitrificerende’ organismen zetten ammonium, afkomstig uit bijvoorbeeld urine, om in nitraat. Andere, zogeheten ‘heterotrofe’ microben laten organische afvalstoffen wegreageren, bijvoorbeeld met behulp van zuurstof of nitraat. Normaal gesproken groeien de nitrificerende micro-organismen trager dan de heterotrofe. Bij het vormen van een vlok zullen de laatsten aan de aan de buitenkant van de vlokken komen te zitten.
“Hier is het precies omgedraaid”, zegt De Kreuk. De ammonium-etende nitrificerende organismen zitten buiten. De Kreuk: “Dat is handig, want nu kan het in de buitenste schil gevormde nitraat dieper in de korrel verder reageren met de organische stoffen, wat efficiënter is. De truc was om het afvalwater langzaam van onderaf in de tank te laten lopen, dan vormt het een expanderende bel, zonder menging met het zuurstofrijke water in de tank.” Zulke zuurstof – arme omstandigheden zijn gunstig voor langzaam groeiende heterotrofe organismen. Dat soort dingen bedenk je samen tijdens de discussies met mijn promotor Mark van Loosdrecht. Ik ben meteen terug – gegaan naar het lab. En jawel, het lukte. Dat was een mooi moment."
Monsters nemen
Vertalen naar een realistische situatie bleek alleen lastiger. “Op een gegeven moment zaten we vast, we kregen maar geen korrels in de pilotreactor. Bij het monsters nemen kregen we alleen een soort egale drab. Op dat soort momenten is het echt niet leuk meer. Alles is vies, het slib blijft maar uitspoelen, en je weet niet wat je nog kunt doen.”
De Kreuk vermoedde dat de korrels vernield werden bij het monsternemen, als het water onderin de reactor met hoge druk door een kraantje geperst kwam. “Uiteindelijk is toen het monster gewoon met een emmertje genomen. Toen zaten er wel korrels in. Dat was een enorme opluchting. We zaten toen ook op een moment dat de gebruikerscommissie er anders geen geld meer in had gestopt.”
Inmiddels is aëroob korrelslib hot in het vakgebied. “Het aantal publicaties wereldwijd schiet omhoog”, zegt De Kreuk, die zelf wil doorgaan met het onderzoek. “Dit vak trekt me omdat het heel veelzijdig is. Je hebt procestechnologie, chemie, biologie, natuurkunde. En bovendien spreekt het me aan dat er ook iets mee gebeurt.” Het huidige onderzoeksproject duurt tot 2009, een STW-aanvraag voor een vervolg is alweer ingediend. De Kreuk: “Nu is het moment waarop het naar de praktijk vertaald wordt, en dan zullen er heel veel interessante vragen terugkomen. Ik ben nog niet klaar met de korrels.”
De artikelen in de brochure Technologisch Toptalent 2007 werden geschreven door wetenschapsjournalist Bruno van Wayenburg.