De laatste 50 jaar zijn in Nederland vele technologieën ontwikkeld en toegepast in rwzi’s voor de verwijdering en terugwinning van bulkstoffen uit afvalwater. Deze bulkstoffen zijn de gangbare organische afvalstoffen in huishoudelijk en industrieel afvalwater en de nutriënten fosfaat en stikstof. Deze technologieën blijken veel organische microverontreinigingen niet of slechts gedeeltelijk te verwijderen.
Bedreiging volksgezondheid
Deze microverontreinigingen en hun afbraakproducten zijn mogelijk al vele jaren in zeer lage concentraties in het water aanwezig, maar kunnen door de recente ontwikkeling van analysetechnieken in zeer lage concentraties worden gedetecteerd. Verschillende studies over de kwaliteit en het ecologisch functioneren van watersystemen tonen steeds vaker aan dat deze microverontreinigingen een nieuw probleem vormen in oppervlaktewater en gevolgen hebben voor het milieu, bijvoorbeeld de ‘feminisering’ van vissen door stoffen die op vrouwelijke hormonen lijken.
Het gebruik van chemicaliën in huishoudens en industrie neemt steeds verder toe, met een steeds groter scala aan stoffen. Daarbij komt dat we, vanwege ambities richting een circulaire economie en aanpassing aan klimaatverandering, (afval)water steeds meer gaan hergebruiken. Dit leidt tot een toenemende kans dat deze stoffen ophopen in water- en voedselkringlopen en daarmee ook een bedreiging gaan vormen voor de volksgezondheid. Vandaar dat verwijdering van deze stoffen uit water steeds noodzakelijker wordt.
Bestaande rwzi’s zorgen slechts voor een beperkte verwijdering van deze microverontreinigingen. Hoe die waterzuiveringen verder geoptimaliseerd kunnen worden met extra technologische maatregelen is daarom op dit moment een belangrijk onderwerp van onderzoek. Hierbij is een onderscheid te maken in chemische, fysische, biologische en gecombineerde processen, waarvan een aantal al op pilot-scale of full-scale is getest.
Oxidatieprocessen
Gebruikte chemische technologieën zijn ozonering en geavanceerde oxidatieprocessen. Oxidatie met ozon is een effectief proces voor de afbraak van organische microverontreinigingen. Ozonering zorgt normaal gesproken alleen voor een gedeeltelijke oxidatie van de aanwezige organische microverontreinigingen, en niet tot volledige mineralisatie. Daarnaast zijn er andere geavanceerde oxidatieprocessen die gebruik maken van UV of H2O2, eventueel in combinatie met ozon, die met radicalen (meestal OH) een directe of indirecte oxidatie van een verbinding geven.
Zo is gebleken dat bij hormoonverstorende verbindingen of antibiotica, de specifieke activiteit (of toxiciteit) van organische microverontreinigingen significant afneemt na ozonbehandeling. Bovendien zijn de gevormde stoffen vaak biologisch afbreekbaar. Ook is aangetoond dat bij ozonering en andere geavanceerde oxidatieprocessen toxische metabolieten kunnen ontstaan. Vandaar dat een zandfilter, actief kool of een biologisch proces als extra nabehandeling wordt toegevoegd.
Fysische en biologische processen
Een veel gebruikte fysische methode is de adsorptie van organische microverontreinigingen aan actief kool (granulair of poeder), waarbij met name hydrofiele stoffen adsorberen. Het actief kool raakt na verloop van tijd verzadigd en moet regelmatig geregenereerd of vervangen worden, een proces dat veel energie en chemicaliën verbruikt en duur is.
De lage kosten van biologische processen, maken dit tot een interessante optie. Een groot aantal verbindingen is (gedeeltelijk) biologisch afbreekbaar, mits de juiste procescondities worden aangelegd. Veel organische microverontreinigingen worden het beste afgebroken onder aerobe omstandigheden, terwijl de afbraak van sommige verontreinigingen juist anoxische of anaerobe condities vereisen. De biologische afbreekbaarheid is met name afhankelijk van de chemische structuur en de fysisch-chemische eigenschappen van een organische microverontreiniging.
Gecombineerde processen
Vooralsnog lijken combinaties van verschillende processen de meeste slaagkans te hebben voor de verwijdering van organische microverontreinigingen. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van natuurlijke systemen of reactoren, waarin processen worden gecombineerd.
In natuurlijke systemen zoals constructed wetlands spelen fotodegradatie, opname en omzetting door planten, adsorptie en biodegradatie een rol bij de afbraak van organische microverontreinigingen. Constructed wetlands zijn op een aantal rwzi’s in Nederland aanwezig en zorgen voor verwijdering van organische microverontreinigingen. Daarnaast vindt onderzoek plaats naar de optimale configuratie voor een maximale verwijdering van deze organische microverontreinigingen.
Ook in reactoren kunnen verwijderingsprocessen worden gecombineerd, zoals bijvoorbeeld de Pharmafilter-installatie of het 1-STEP®-filter. Lopende onderzoeken naar combinaties van ozonering en biodegradatie tonen aan dat dit een effectief en duurzaam proces is voor de verwijdering van organische microverontreinigingen. Hetzelfde geldt voor de combinatie van sorptie aan actief kool en biodegradatie.
Momenteel ontbreekt het aan duidelijke wetgeving in Nederland. Op Europees en nationaal gebied vinden er echter ontwikkelingen plaats die ervoor kunnen gaan zorgen dat er in de (nabije) toekomst wet- en regelgeving voor microverontreinigingen in de waterketen komt. Ook op wetenschappelijk gebied vinden er ontwikkelingen plaats die gaan helpen om het probleem van microverontreinigingen in water aan te pakken.