Zuiver op karakter

Projectleider André Welmer van Waterschap Veluwe heeft het er maar druk mee. Net heeft hij twee mensen van de gemeente Epe een rondleiding gegeven, nu weer een journalist. Hier op de rand van het Epese industrieterrein ademt alles de sfeer van afronding. De grote bouw met kranen en betonwagens is voorbij. Nu is het een komen en gaan van consultants, projectmedewerkers en diverse specialisten die de kabels aansluiten, deelsystemen testen en laatste afspraken maken. 

Drie enorme betonnen tanks van negen meter hoog en 4.500 kubieke meter inhoud staan naast elkaar. Daarvoor staat een klein zwart gebouwtje waarin luchtcompressoren zijn ondergebracht en besturingselektronica. Vanuit diverse richtingen duiken hier van onder het zand kabels op die door buizen het gebouwtje in lopen. 

Langs de bovenrand van de tanks loopt een dikke stalen afvoerbuis onder een loopbrug. Vanaf die hoogte is de oude installatie goed te zien. Het is er een zoals je overal in Nederland ziet: met een grote ronde nabezinktank en het luidruchtige gespetter van schoepen die lucht door het water slaan. Dat is hier straks verleden tijd, vertelt Welmer. De TU Delft en ingenieursbureau DHV ontwikkelden namelijk in samenwerking met de Nederlandse waterschappen de Nereda® korrelslibtechnologie. Het nieuwe korrelslib – de vorm van bacteriën die organisch koolstof, stikstof en fosfaat uit het afvalwater verwijderen – bezinkt zo snel dat er geen nabezinktank meer nodig is. En bij de nieuwe beluchtingtechniek blazen compressoren belletjes vanonder door de diepe tank – veel stiller en energiezuiniger dan de spetterende schoepen. 

Helder
Het was de favoriete demonstratie van biotechnologe dr.ir. Merle de Kreuk, destijds promovenda bij milieubiotechnoloog prof.dr.ir Mark van Loosdrecht (Technische Natuurwetenschappen). Om het verschil tussen reguliere waterzuivering en de korrelslibtechnologie te illustreren bracht ze bij presentaties graag twee gesloten cilinders met slib mee en keerde die dan om. In de ene verspreidde zich een troebele laag door de hele waterkolom, terwijl in de andere korreltjes van enkele millimeters groot binnen enkele seconden door helder water naar de bodem dwarrelden. Helder verhaal. 

Ook de voordelen van de korrelslibtechnologie waren helder: de nieuwe generatie waterzuivering bespaart veel ruimte (driekwart, zeggen de bouwers) en ook een kwart van de energie doordat pompen en beluchten efficiënter gebeurt, maar ook omdat het afvalwater minder heen en weer gepompt hoeft te worden. Bovendien leiden het kleinere oppervlak van de installatie en het lagere energieverbruik tot lagere kosten voor bouw en bedrijfsvoering. Of zoals Van Loosdrecht zegt: “Een innovatie moet niet alleen beter zijn, maar ook goedkoper.”

Tot slot is de waterkwaliteit beter dan bij de conventionele zuivering, zo bleek uit een proef die aan de bouw in Epe vooraf ging. De technologie won de Vernufteling 2005 – de prijs van Kivi-Niria en NLingenieurs voor het meest innovatieve project van een ingenieursbureau, en daarna nog zeven onderscheidingen. 

Waarom duurt het dan toch twaalf jaar voordat zo’n bekroonde technologie vanuit het laboratorium in de praktijk belandt? “Dat is  veel te lang”, vindt ir. Helle van der Roest, leading professional bij ingenieursbureau DHV. “Snelheid is van groot belang, meer nog dan patenten. Want je moet er vanuit gaan dat zo’n veelbelovende technologie gekopieerd wordt. Je kunt het onderzoek alleen terugverdienen zolang je de concurrentie nog voor bent.” 

Korrelslib
Wat is eigenlijk korrelslib? Op het oog zijn het bolletjes van enkele tienden tot een paar millimeter groot, die voor honderd procent uit bacteriën bestaan. Onder bepaalde omstandigheden, en daarin schuilt de crux, klonteren bacteriën spontaan tot korrels samen. “De eerste vermelding dateert al uit eind jaren zestig”, vertelt Van Loosdrecht. Professor Lettinga uit Wageningen had bacteriële slibkorrels waargenomen in de anaerobe waterzuivering bij CSM. Al snel volgde het idee dat de waterzuivering met korrelslib versneld zou kunnen worden omdat het sneller bezinkt. De technologie gebaseerd op anaeroob (zonder beluchting) korrelslib werd in de jaren tachtig en negentig een succesvol exportproduct. De bacteriën verwijderden organische vervuiling uit het afvalwater en produceerden daar biogas bij. Maar stikstofverbindingen en fosfaten bleven achter. Ook verliep het proces minder goed bij lage temperaturen. Vandaar dat men op zoek ging naar aeroob korrelslib waarvan betere resultaten werden verwacht. 

“Het idee was dat anaerobe bacteriën bij uitstek geschikt zijn voor korrelslib omdat ze complexe gemeenschappen vormen om het substraat (voedingsstoffen, red.) om te zetten”, legt Van Loosdrecht uit. Zelf geloofde hij dat niet zo. Begin jaren negentig wekte hij verwondering onder biotechnologen met de ontdekking van aerobe bacteriën in korrelslibvorm. Zijn promovenda van destijds, dr.ir. Janneke de Beun, had aangetoond dat ook simpele snelgroeiende bacteriecultures als korrelslib konden groeien. “Je moet de selectiedruk goed leggen”, zegt hij nu. “De biologie past zich wel aan.” Die selectie bestaat er in Epe uit dat de bacteriën een cyclus doorlopen van één periode voeding onder anaerobe omstandigheden gevolgd door twee perioden beluchting. Daarna stroomt nieuw afvalwater in de tank, en stroomt het gezuiverde water door. Het wisselende regime van anaeroob voeden en aeroob groeien bevoordeelt traag groeiende bacteriën die makkelijker stabiele korrels vormen. 

Stress
Ingenieursbureau DHV raakte in 1999 bij de korrelslibtechnologie betrokken, na een bezoek van ir. Helle van de Roest aan het lab van Van Loosdrecht. “Helle is de trekker geweest binnen DHV”, zegt Van Loosdrecht. Voor de ontwikkeling is subsidie verkregen bij technologiestichting STW en financiële ondersteuning van kenniscentrum Stowa. Merle de Kreuk werd aangetrokken als promovenda om de bacteriën ook stikstof- en fosfaatverbindingen te laten verwijderen. In 2007 benoemde STW haar tot Simon Stevin Gezel vanwege de brugfunctie die ze had vervuld tussen het wetenschappelijk onderzoek aan de TU en de ingenieurspraktijk bij DHV. 

“Merle deed dat uitzonderlijk goed”, zegt Van der Roest. “Ze heeft een belangrijk stempel gedrukt op de ontwikkeling van Nereda.” Vanaf 2005 was Nereda de handelsnaam voor de aerobe korrelslibtechnologie, afgeleid van de gelijknamige waternimf uit de Griekse mythologie.

Opschaling en onderzoek gingen hand in hand. Van der Roest mocht de biotechnologen graag ‘uitdagen’ om de procescondities aan te passen aan de praktijk waar bijvoorbeeld de pompcapaciteit beperkt is en het zuurstofgehalte nooit zo hoog kan zijn als in een laboratoriumopstelling. 

De overstap naar echt afvalwater in plaats van het laboratoriumbrouwsel bleek lastiger dan gedacht. In een proefopstelling van zes meter hoog en 60 centimeter diameter zou vanaf 2003 tot 2005 een Stowa-onderzoek lopen met rioolwater op de afvalwaterzuivering van Ede (niet Epe). 

“Het was totaal anders dan het lab”, herinnert Van de Roest zich. “We werden er soms wanhopig van omdat het korrelslib niet wilde groeien.” Toen er zich na negen maanden toch een beetje korrelslib begon te ontwikkelen, voltrok zich een ramp. Er werd tijdens een weekend een computer gestolen waardoor het proces niet langer gecontroleerd werd. Na het weekend bleek door een technische storing al het korrelslib uitgespoeld te zijn. 

Dat bracht DHV in een lastig parket. De schadepost evenaarde bijna de omzet, maar stoppen zou gezichtsverlies betekenen bij opdrachtgevers en waterschappen. Projectmedewerkers waren zo gemotiveerd dat ze besloten het werk in de eigen tijd voort te zetten. 

Toch had die crisis iets nieuws losgemaakt. Van der Roest: “We beseften dat we de micro-organismen zo slecht moesten behandelen dat ze wel in korrels moesten groeien, dat ze elkaar keihard nodig hadden om te overleven.” Ingenieurs in de stress, dan ook de bacteriën. En ja hoor, na vier maanden zat de proefreactor vol met korrels en de verwijdering van stikstof en fosfaat (nutriënten) was zelfs beter dan verwacht.

In de daaropvolgende periode hebben Stowa, TU Delft en DHV met zes waterbeheerders het Nationaal Nereda Ontwikkelingsprogramma (NNOP) opgesteld. Dit programma loopt tot eind 2012 en het omvat onder meer de bouw van enkele zuiveringsinstallaties. 

Voor de bouw van een eerste volledige zuivering, was een waterschap nodig als opdrachtgever en een garantiefonds voor het geval de installatie onverhoopt niet zou werken als voorspeld. Als eerste opdrachtgever diende Waterschap Hollandse Delta zich aan, het was toen 2007. Maar het garantiefonds kwam niet van de grond. “De eerste Nereda-zuivering had al jaren eerder kunnen draaien”, stelt Van der Roest, “als er een garantiefonds was geweest.” Maar het liep anders, en met drie jaar vertraging staat nu de eerste Nereda zuivering dus niet bij Zuidland, maar in Epe (Waterschap Veluwe), binnenkort gevolgd door Dinxperlo (Waterschap Rijn & IJssel) en Vroomshoop (Waterschap Regge en Dinkel).

Positief
Van Loosdrecht, die dit jaar een ridderorde ontving voor zijn verdiensten voor de afvalwaterzuivering, werkt hard aan nieuwe zuiveringsconcepten zoals inzet van de anammox bacterie bij lage temperaturen en productie van chemicaliën uit afvalstromen. “Een universiteit moet op tijd vindingen uit handen durven geven”, vindt hij, “maar wel onderzoek blijven doen naar vragen die opduiken bij de opschaling.”

Van der Roest, die zichzelf typeert als een ‘positief ingesteld ventje’ wil niet met vingers wijzen. “Je kunt soms teleurgesteld zijn of gewoon beseffen dat tegenslagen bij innovatie horen.” Hij vindt wel dat regels innovatie vaak in de weg staan en dat het innovatieproces zelf aan innovatie toe is. Hij heeft geleerd eerst op zoek te gaan naar mensen die de moed hebben om de zaak in beweging te brengen. “Mensen als Merle de Kreuk, Douwe-Jan Tilkema (sectorhoofd waterzuivering bij Waterschap Veluwe, red.) en Jacques Leenen (directeur Stowa, red.) hebben de moed om door te gaan bij tegenslag. Daar gaat het om, want er komen nóg honderd hobbels.” 

Deze reportage verscheen eerder in Delft Integraal 03/2011.

 Op sommige universiteiten zijn de zaakjes goed geregeld – al is daar vaak een hele historie voor nodig en de nodige dosis lef. De gebruikelijke bak koffie tijdens de tentamens hing een student aan de prestigieuze Engelse Cambridge University een paar jaar geleden zo de keel uit, dat hij besloot het tij voorgoed te keren. Torenhoog collegegeld, een fikse studiedruk; daar moet toch méér uit te halen zijn, dacht hij. Tijdens één van de laatste tentamens van het collegejaar en met nog een derde van de tentamenvragen te gaan, leunde hij eens rustig achterover, stak zijn hand in de lucht en riep: “Eén bier en een stuk gebak, alstublieft!” De surveillant rende geschrokken op hem af en vroeg fluisterend of er misschien een probleem was. “Honger en dorst”, antwoordde de student, “en ik verzoek u mij een glas bier en gebak te brengen.” De inmiddels rood aangelopen surveillant was met de stomheid geslagen. “Nee, natuurlijk niet”, reageerde hij fel. Daarop stond de student op uit zijn stoel, keek de surveillant diep in de ogen en zei, angstaanjagend kalm: “Nú. Alstublieft.” Uit zijn tas viste hij de vierhonderd jaar oude ‘Laws of Cambridge’ en kwakte ze op tafel. In onvervalst Latijn las hij voor: ‘Gedurende tentamens is het de heren toegestaan te verzoeken om gebak en een glas bier.’ En Latijn of niet; die reglementen waren nog steeds van kracht.

Tja. De surveillant wist niet beter dan de student een hamburger met een biertje aan te bieden – het hoogst haalbare op de campus anno 2000. Gelukzalig smakkend maakte de student zijn tentamen af, met een luide boer toe.

Vier weken later viel een brief van de universiteit op de mat bij de student. De inhoud was kort maar duidelijk: ‘Hierbij leggen wij u een boete op van vijf pond, wegens het niet dragen van een zwaard tijdens de tentamens. Hoogachtend, het universiteitsbestuur.’

De Britten zijn nooit vies geweest van een stevig staaltje humor. Maar het zet je aan het denken: de meeste Delftse studenten lusten óók wel een pilsje tijdens het pennen. Helaas, het onderwijs- en examenreglement van de TU is hartstikke modern en dichtgetimmerd. Behalve een halfuur te laat komen, klad- en uitwerkpapier, plaspauze en koffie tegen betaling, heeft de Delftse student nergens recht op tijdens tentamens. De surveillant wel trouwens, die moet altijd een aangesloten telefoon binnen handbereik hebben.

Maar dat verhaal uit Cambridge, is dat dan een broodje aap? Ja. De Amerikaanse Reader’s Digest publiceerde het al in de jaren vijftig en sindsdien is het regelmatig naverteld in vooral studentenbladen. En de ‘Laws of Cambridge’ bestaan wel, maar de passage over bier en taart komt er echt niet in voor. Maar moeten die na vierhonderd jaar niet eens nodig herschreven worden?