Wateronderzoeksinstituut KWR onderzocht hoeveel SAR-CoV-2, ofwel het coronavirus, ze konden terugvinden in rioolwater. Niet omdat het coronavirus via rioolwater kan worden overgedragen. Maar wel om te kunnen inschatten hoeveel procent van de bevolking in een gebied is besmet. De onderzoekers konden de aanwezigheid van het virus aantonen en denken in de toekomst het verloop van een besmetting te kunnen monitoren.

Twee weken geleden evalueerde KWR hoe waarschijnlijk overdracht van het nieuwe coronavirus via water is. KWR doet al bijna tien jaar onderzoek naar stoffen, zoals drugs, in het rioolwater van steden. Corona wordt in ontlasting gevonden. Daarom vermoedden de microbiologen dat zij in rioolwater ook het coronavirus SARS-CoV-2 zouden kunnen vinden. In de afgelopen weken onderzochten zij de aanwezigheid van het virus bij verschillende rioolwaterzuiveringen in Nederland.

De onderzoekers wilden weten of het virus in rioolwater aanwezig is. Overigens niet omdat verspreiding van het virus via water waarschijnlijk is. Maar wel om een indicatie te krijgen van het aantal virusinfecties in de bevolking van een stad. Omdat in de ziekenhuislaboratoria alleen COVID-19 patiënten met ernstige symptomen worden getest, zijn de gerapporteerde cijfers een onderschatting van het échte aantal COVID-19 patiënten. Met regelmatige rioolwatermetingen zou KWR aanvullende informatie over het voorkomen van virussen in de bevolking kunnen opleveren. Zouden laboranten met deze methode kunnen meten of het aantal virusinfecties in een stad komende winter weer toeneemt.

Coronavirus

KWR nam 24-uurs monsters van rioolwater dat de rwzi binnenkomt. Uit die monsters concentreerden ze het virus. Vervolgens zuiverde men het erfelijk materiaal van het virus (RNA) uit het concentraat en testte of er SARS-CoV-2 virusgenen aanwezig waren.

Op 6 februari 2020 startte het onderzoek, drie weken voordat de eerste besmetting met het coronavirus in Nederland bekend werd. Deze eerste meting was nodig om de methode te testen. De tweede serie monsters namen de onderzoekers op 5 maart, een week nadat de eerste COVID-19 patiënt in Nederland werd gemeld. De derde serie monsters namen ze op 15 maart.

Resultaat

In de monsters van 6 februari toonden alle testen, zoals verwacht, nog geen reactie. In de monsters van 5 maart vertoonde een van de gen-fragmenten wel een reactie bij vier rioolwaterzuiveringen. Omdat de andere gen-fragmenten geen reactie vertoonden, rapporteerden de onderzoekers ze als ‘niet eenduidig’. Wel was het een indicatie dat het beeld veranderde ten opzichte van 6 februari.

In de monsters van 15 maart gaven de gen-fragmenten, die op 5 maart een reactie vertoonden, opnieuw een reactie, die ook sterker was dan op 5 maart. Ook twee andere gen-fragmenten vertoonden nu een reactie in een deel van de monsters. Daarom rapporteerden de onderzoekers dat ze het nieuwe coronavirus in het rioolwater hebben aangetroffen.

Effluent

De onderzoekers onderzochten in de rwzi van Tilburg of ze SARS-CoV-2 in het effluent konden vinden. Dit was niet het geval. De onderzoekers schatten dan ook in dat het risico medewerkers van de rwzi om COVID-19 te krijgen via contact met rioolwater(aerosolen) heel gering is. De Stichting onderzoek Waterschappen (Stowa) geeft hierover meer informatie.

Screeningtool

KWR denkt dat de SARS-CoV-2 screening van rioolwater te gebruiken is als tool voor het meten van de viruscirculatie in een populatie. Daarmee krijgt de watersector een instrument in handen dat waardevolle extra informatie geeft over de verspreiding van het virus in de bevolking.

In de huidige situatie helpt onze rioolwaterscreening om een beter beeld te krijgen van de viruscirculatie. Als de huidige piek voorbij is, helpt rioolwaterscreening ook om vroegtijdig te signaleren of de viruscirculatie (weer) toeneemt.

Het CoRe Water-project van TKI Water Technology is begonnen met de installatie van een eerste pilot in de Wehl-afvalwaterzuiveringsinstallatie van het waterzuiveringsbedrijf Rijn en IJssel. CoRe Water is een samenwerkingsproject van de waterschappen Rijn en IJssel en Vallei en Veluwe, het Waterschap Limburg Water, Royal Haskoning DHV, BLUE-tec en KWR en vertegenwoordigt een nieuwe, ‘omgekeerde’ benadering van afvalwaterzuivering.

Het CoRe Water-concept luidt de overgang in naar een geheel nieuwe generatie afvalwaterzuivering. CoRe staat voor ‘Concentrate, Recover and Reuse’. Forward osmosis (FO) staat centraal in het nieuwe proces. In feite bouwden de partners het behandelingsproces rond deze technologie. De installatie produceert eerst schoon water dat de demiwaterkwaliteit benadert door een sterke zoutoplossing te gebruiken om water uit het afvalwater te onttrekken. De afvalproducten blijven achter in een geconcentreerde stroom, waarvan het volume 20-30 maal kleiner is, waaruit grondstoffen kunnen worden gewonnen en energie zeer effectief en efficiënt kan worden geproduceerd.

Onderzoek

De CoRe-onderzoekspartners werken aan drie deelprojecten, ondersteund door pilot- en laboratoriumonderzoek. Dit omvat het bestuderen van de winning van water, energie en hulpbronnen op verschillende schalen. Eerst en vooral is de FO-technologie zelf het doelwit van onderzoek, naast anaërobe behandeling, extractie van nutriënten en verwijdering van microvervuilingen uit het concentraat.

Schaalvergroting

De eerste pilot-installatie op de Wehl-site van het Waterschap Rijn en IJssel heeft een capaciteit van 0,2 kuub per uur en zal onder andere worden gebruikt om te onderzoeken hoe de techniek het best kan worden opgeschaald. Het onderzoek op deze site richt zich ook op de winning van stikstof. In 2019 wordt deze pilot overgedragen aan het waterschap Vallei en Veluwe om te worden gebruikt in een stedelijke context waar de nadruk ligt op waterhergebruik. Later in 2019 zal een nieuwe pilot-installatie, die nog moet worden gebouwd, worden getest bij het Waterschap Limburg op een schaalcapaciteit van twee kuub per uur.

Op 1 mei 2018 start het onderzoek naar de concentratie en het hergebruik van afvalwater onder de naam CoRe. Het concept CoRe Water staat voor een sterk vernieuwende aanpak van de behandeling van afvalwater, en beoogt hergebruik van water en waardevolle grondstoffen te bewerkstelligen, emissies van broeikasgassen te verminderen, de emissie van geneesmiddelen sterk te reduceren en een modulaire bouwwijze te stimuleren.

Hoe ziet de waterzuivering van de toekomst eruit? In het CoRe Water-concept wordt dit fundamenteel anders dan nu. ‘Als eerste stap concentreren we communaal afvalwater met een factor twintig met behulp van Forward Osmose’, aldus Lex van Dijk, directeur van BLUE-tec. De geconcentreerde stroom (één deel van de twintig) wordt biologisch – eerst anaeroob dan aeroob – gezuiverd. Danny Traksel, Business Developer bij Royal HaskoningDHV: ‘Op deze wijze kunnen we maximaal energie en waardevolle componenten terugwinnen, en maken we de verwijdering van geneesmiddelenresten hanteerbaar. Bovendien maken we grote stappen in het beperken van de emissie van broeikasgassen.’

De overige negentien delen van het oorspronkelijke afvalwater komen vrij als zuiver water van demiwater-kwaliteit, dat geschikt is voor hergebruik in tal van toepassingen. De centrale techniek is Forward Osmose, een relatief jonge en veelbelovende technologie die nu in de praktijk begint door te breken. ‘Ruim tien jaar geleden zijn we op kleine schaal Forward Osmose gaan onderzoeken, en stap voor stap hebben we vooruitgang geboekt. Ik zie ernaar uit om nu samen de sprong naar de praktijk te maken’, aldus Emile Cornelissen, senior scientist bij KWR. Van Dijk: ‘Met CoRe Water maken we nu echt de stap van rwzi naar waterfabriek.’

Succesvolle proef

De membraanfiltratie, een van de sleutelstappen van het CoRe Water concept, is in 2017 al succesvol beproefd op een schaalgrootte van 0,2 kuub per uur op de locatie Simpelveld van Waterschapsbedrijf Limburg. ‘Deze proeven hebben ons het vertrouwen gegeven om verder te gaan met de opschaling. We zien ernaar uit om samen met het CoRe Water-team en de waterschappen Vallei en Veluwe en Rijn en IJssel hier verder aan te werken’, aldus Guus Pelzer, directeur van Waterschapsbedrijf Limburg. De partijen achter CoRe Water zijn Allied Waters, BLUE-tec, KWR en Royal HaskoningDHV.

Drie regio’s

Het onderzoek, dat start op 1 mei 2018, gaat zich op verschillende locaties afspelen, elk met een eigen doel. Waterschap Vallei en Veluwe wil bekijken hoe de gezuiverde waterstroom nuttig ingezet kan worden in het stedelijk waterbeheer. Waterschap Rijn en IJssel richt zich op het verwaarden van componenten uit de concentraatstroom en de lokale benutting vanuit de circulaire economiegedachte. Waterschapsbedrijf Limburg wil onderzoek doen naar de opschaling van de technologie en voor welke toepassingen in onder andere industrie en landbouw het gezuiverde water in de regio kan worden ingezet.

KWR, Paques en Delfluent Services BV voerden op RWZI Harnaschpolder een proef met sulfaatreducerence bacteriën in winterse condities uit. Dít onderzoek bevestigt de potentie van de inzet van sulfaatreducerende bacteriën voor de verwijdering van organisch materiaal uit huishoudelijk afvalwater, waarbij bovendien minder slib af te voeren is.

Bij rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s) is de afvoer van het gevormde slib een van de grootste kostenfactoren. Omdat sulfaatreducerende bacteriën minder slib vormen per afvaleenheid (gemeten als chemisch zuurstofverbruik), kan de inzet van deze bacteriën voordelen opleveren. In Hongkong, waar het rioolwater veel sulfaathoudend zeewater bevat, werken sulfaatreducerende bacterïën goed. Maar is dat ook zo in Nederlandse RWZI’s – die minder sulfaat toegevoerd krijgen en in de winter bij lage temperaturen moeten functioneren?

Pilot Harnaschpolder

Om dit op pilotschaal te testen voerden KWR, Paques en Delfluent Services BV op RWZI Harnaschpolder een proef in winterse condities uit. Daarbij bleek dat de sulfaatreducerende bacteriën verschillende sulfaatbronnen uit het afval benutten (die niet allemaal zijn gekarakteriseerd) en dat na een stabilisatieperiode van zeventig dagen het grootste deel van het organisch materiaal door sulfaatredurende bacteriën werd afgebroken, en niet door de methanogenen die onder anaerobe condities ook actief (kunnen) zijn. Deze conclusie is gebaseerd op het feit dat tijdens de afbraak sulfide ontstaat en dat er in het begin weliswaar ook methanogenen worden gevonden, maar dat die in de loop van de tijd geleidelijk uitspoelen. De reactor blijft ook werken als de temperatuur daalt van 16°C naar 13°C.

Minder slib, minder kosten

Activiteittesten toonden aan dat de omzettingssnelheid van de sulfaatreducerende bacteriën in de loop van de tijd toeneemt. Desondanks neemt de biomassaconcentratie in de reactor af en stabiliseert na ongeveer 130 dagen. Hierbij is sprake van een duidelijke relatie met temperatuurverlaging in de pilot. Er is niet alleen minder biomassa, maar die vormt bovendien een duidelijke korrelstructuur en blijft behouden in de reactor bij de toegepaste condities en geteste temperaturen. Het huishoudelijk afvalwater blijkt naast sulfaat ook andere zwavelbronnen te bevatten die als bron kunnen dienen voor sulfaatreducerende bacteriën. Verlaging van de temperatuur van 16 naar 13°C heeft daarbij niet tot operationele problemen geleid.

Potentiële voordelen

Dit onderzoek bevestigt de potentie van de inzet van sulfaatreducerende bacteriën voor de verwijdering van organisch materiaal uit huishoudelijk afvalwater, waarbij bovendien minder slib af te voeren is. Andere potentiële voordelen komen voort uit de vorming van sulfide tijdens het proces: dat is mogelijk toxisch voor ziekteverwekkers en laat zware metalen neerslaan. Ook kost een proces met sulfaatreducerende bacteriën minder energie omdat er minder beluchting nodig is.