Water zuiveren met eendekroos

Dr. Fadhl Ali Al-Nozaily promoveerde onlangs op een waterzuiveringssysteem met eendekroos dat van deze aspecten profiteert.

Veevoer

Jemenitisch afvalwater is na zuivering nog weleens roze. De verhouding algen en bacteriën in de zuiveringsvijvers is dan uit balans. Als het goed gaat, werken algen en bacteriën in zo’n vijver samen om het afvalwater schoon te maken. Door fotosynthese leveren algen overdag zuurstof voor de bacteriën, die daarmee het organische materiaal mineraliseren dat op de vijverbodem is bezonken. Maar vaak gaat het mis. Wanneer het instromende water te veel organische verontreinigingen bevat en een hoge sulfaat- en ammoniumconcentratie heeft, ontstaan problemen. Paarse bacteriën voelen zich thuis in deze condities en behalve het water te vertroebelen, kleuren ze het dus ook roze. Het zonlicht dringt niet meer goed door tot de algen. Als de algen sterven, verliest de stabilisatievijver, zoals deze in ontwikkelingslanden veel toegepaste zuiveringstechniek heet, zijn zuiverende werking.

Maar zelfs als alles meezit in de vijver, geeft het systeem in Jemen problemen. Het effluent, het water dat het zuiveringssysteem uitstroomt, bevat veel resten van algen. Deze watervervuiling levert problemen op voor het oppervlaktewater of de irrigatiesystemen waar het effluent op geloosd wordt. Jemen zit met een stelselmatig probleem.

Om dat bij de bron aan te pakken, het extreem vuile afvalwater, is niet zo eenvoudig. ,,Er is weinig water in Jemen, daardoor is het rioolwater zo sterk vervuild. Nederlanders gebruiken veel meer water, zodat de verontreinigingen sterker verdund worden”, verklaart Al-Nozaily, een Jemenitisch gezondheidstechnicus.

Jemen heeft bovendien al een oplossing voor z’n problemen met de vijvers. ,,De vijvers werken beter als er eendekroos opgroeit, dat weten we allang. Ook in andere warme landen is dit verschijnsel bekend. In Bangladesh staat zelfs een zuiveringsinstallatie op ware grootte met kroos en deze werkt goed”, weet Al-Nozaily. Hoe zo’n systeem optimaal kan worden ontworpen naar Jemenitische omstandigheden, was echter niet bekend. Al-Nozaily zocht de afgelopen jaren uit hoe eendekroos het karwei het liefst en het best klaart in Jemen en promoveerde op 10 januari op de TU via het IHE op zijn bevindingen.

Winterslaap

Het principe is eenvoudig: ,,Eendekroos heeft stikstof en fosfor nodig om te groeien en haalt dat uit het afvalwater met zijn wortels”, legt Al-Nozaily uit. De in het water aanwezige stikstofverbindingen worden eerst omgezet in ammoniak en dat nemen de wortels op. Fosfor, dat in watermilieus altijd voorkomt alsfosfaat, wordt direct opgenomen.

In feite neemt het kroos de rol van de algen over, maar dan beter. ,,Het kroos neemt het fosfaat veel beter op. En er wordt ook meer zwevende stof uit het water verwijderd door bacteriën die zich in de buurt van de wortels ophouden.”

De enkele millimeters dikke krooslaag, sluit zonlichttoevoer in de vijver uit. Algen en fototrofe bacteriën, die energie opnemen uit licht, maken geen kans.

Al-Nozaily testte vier kroossoorten op geschiktheid en kwam uit bij de in Jemen veel voorkomende variant Lemna gibba. Tijdens de labexperimenten die hij uitvoerde in het Delftse IHE-lab en de proeven met het kroos in de Jemenitische buitenlucht, leerde hij het plantje goed kennen. Al-Nozaily: ,,Aan het uiterlijk van het kroos is de toestand van het water af te lezen. Is het afvalwater niet sterk verontreinigd met nutriënten zoals stikstof en fosfaat, dan moet het kroos meer moeite doen om aan zijn nutriënten te komen. Daarvoor heeft het langere wortels.” De wortel van een ‘kroosje’, meestal bestaande uit een blaadje waar al twee kindertjes aangroeien voordat die zich afscheiden, kan dan zo’n zeven centimeter lang worden. ,,Kroos is gevoelig voor temperatuur en licht. Daglicht blijkt altijd te voldoen. Het mag echter niet te koud zijn. In de buurt van het vriespunt, houdt het kroos het voor gezien. Dan zakt het naar de bodem en houdt winterslaap. Daardoor is de methode minder geschikt voor Nederland.”

Als de temperatuur weer stijgt, komt het kroos weer naar boven.

Kroos gaat pas dood, onder andere omstandigheden. Al-Nozaily: ,,Het kroos heeft ammonium nodig als stikstofbron. Maar als het ammoniumniveau in het water te hoog is, gaat het fout. Bij concentraties hoger dan honderd milligram stikstof per liter sterft het kroos af. Het verliest chlorofyl en wordt kleurloos. Reanimatie is niet meer mogelijk.”

Spinazie

Hoewel? ,,Tijdens mijn experimenten in de buitenlucht dacht ik een keer al mijn kroos kwijt te zijn door een te hoge ammoniumconcentratie. Om nieuw materiaal te kweken was ik een week weg. Teruggekomen bleek het kroos toch weer opgeleefd. Kennelijk was door verdamping of zo de concentratie net onder het kritische punt gekomen, waardoor het kroos er toch weer tegen kon”, vertelt Al-Nozaily.

Zo trad direct een van de verschillen tussen de Delftse lab- en de Jemenitische buitenluchtexperimenten op. ,,Ik heb geen proeven gedaan met beluchting van de watervaten. In de buitenlucht treedt dit door wind toch een beetje op. Daardoor verwijderde het kroos in de buitenlucht minder stikstof en fosfaat dan in het lab. Doordat de wind geen goede beluchter is, ontstaan zuurstofloze wervels in het water. In deze wervels worden stikstofverbindingen omgezet in stikstofgas dat niet door het kroos kan worden opgenomen.”

Een van zijn opmerkelijkste bevindingen betrof de toegestane diepte van de onderstaande waterlaag: ,,De krooslaag zelf is maar een kroosplantje dik. Toch maakt het niet uit hoe diep de waterlaag daaronder is voor de verwijdering van chemisch oxideerbare stoffen, want de bacteriën in de waterlaag moeten die klus opknappen. Ikkreeg dezelfde resultaten bij een halve tot anderhalve meter diepte.”

Voor een goede zuivering is het belangrijk het kroos vaak te oogsten. ,,Het heeft ruimte nodig om te groeien. Het is makkelijk uit het water te vissen. Doordat het kroos rijk is aan eiwitten, is het zeer geschikt als veevoer.” Onder ideale omstandigheden heeft kroos een verdubbelingstijd van vier dagen, in praktijk schat Al-Nozaily in dat deze vermenigvuldiging ongeveer een week duurt. In Thailand wordt ook gebruik gemaakt van deze alternatieve teelt. Daar werden dergelijke zuiveringssystemen echter opgezet met waterspinazie, en eten mensen het zelf op als populair ingrediënt in lokale gerechten.

Schakeling

Het afvalwater is te vies om het kroos er direct mee te confronteren. De plantjes zouden direct sterven door de te hoge ammoniumconcentraties. De concentratie kan niet verdund worden door schoon water toe te voegen, want dat is niet ruim voorhanden. Om het gehalte toch tot een acceptabel peil te verlagen wordt al gezuiverd afvalwater teruggevoerd naar het begin van de langwerpige vijver. In emmers verdunde Al-Nozaily het water, om erachter te komen welke recirculatieverhouding vereist was.

Hij experimenteerde ook met het eendekroos in een proefinstallatie. ,,Zoals met alle proeven vergeleek ik een stabilisatievijveropstelling en een kroosopstelling. Beide hebben gunstige eigenschappen. De algen groeien heel snel en kunnen tegen vuiler water, het kroos neemt meer stikstof en fosfaat op. In praktijk zou het achter elkaar plaatsen van deze twee systemen goede mogelijkheden kunnen bieden.” Een zuiveringsstap voor de kroosinstallatie zou de terugvoering van gezuiverd water overbodig kunnen maken, waardoor de zuivering een stuk sneller zal verlopen.

Vooralsnog heeft de Jemeniet nog geen installatie op ware grootte kunnen beproeven, want ,,het opkweken van de benodigde hoeveelheid kroos duurde daarvoor te lang.” Daar gaat hij nu aan beginnen, zodat binnen een paar jaar de eerste kroosinstallatie op ware grootte in Jemen gebouwd kan worden

In Jemen is het afvalwater ongeveer tien keer zo vies als in Nederland. Het is er wel lekker weer, ook arbeidskrachten en grond zijn ruim voorhanden. Dr. Fadhl Ali Al-Nozaily promoveerde onlangs op een waterzuiveringssysteem met eendekroos dat van deze aspecten profiteert.

Veevoer

Jemenitisch afvalwater is na zuivering nog weleens roze. De verhouding algen en bacteriën in de zuiveringsvijvers is dan uit balans. Als het goed gaat, werken algen en bacteriën in zo’n vijver samen om het afvalwater schoon te maken. Door fotosynthese leveren algen overdag zuurstof voor de bacteriën, die daarmee het organische materiaal mineraliseren dat op de vijverbodem is bezonken. Maar vaak gaat het mis. Wanneer het instromende water te veel organische verontreinigingen bevat en een hoge sulfaat- en ammoniumconcentratie heeft, ontstaan problemen. Paarse bacteriën voelen zich thuis in deze condities en behalve het water te vertroebelen, kleuren ze het dus ook roze. Het zonlicht dringt niet meer goed door tot de algen. Als de algen sterven, verliest de stabilisatievijver, zoals deze in ontwikkelingslanden veel toegepaste zuiveringstechniek heet, zijn zuiverende werking.

Maar zelfs als alles meezit in de vijver, geeft het systeem in Jemen problemen. Het effluent, het water dat het zuiveringssysteem uitstroomt, bevat veel resten van algen. Deze watervervuiling levert problemen op voor het oppervlaktewater of de irrigatiesystemen waar het effluent op geloosd wordt. Jemen zit met een stelselmatig probleem.

Om dat bij de bron aan te pakken, het extreem vuile afvalwater, is niet zo eenvoudig. ,,Er is weinig water in Jemen, daardoor is het rioolwater zo sterk vervuild. Nederlanders gebruiken veel meer water, zodat de verontreinigingen sterker verdund worden”, verklaart Al-Nozaily, een Jemenitisch gezondheidstechnicus.

Jemen heeft bovendien al een oplossing voor z’n problemen met de vijvers. ,,De vijvers werken beter als er eendekroos opgroeit, dat weten we allang. Ook in andere warme landen is dit verschijnsel bekend. In Bangladesh staat zelfs een zuiveringsinstallatie op ware grootte met kroos en deze werkt goed”, weet Al-Nozaily. Hoe zo’n systeem optimaal kan worden ontworpen naar Jemenitische omstandigheden, was echter niet bekend. Al-Nozaily zocht de afgelopen jaren uit hoe eendekroos het karwei het liefst en het best klaart in Jemen en promoveerde op 10 januari op de TU via het IHE op zijn bevindingen.

Winterslaap

Het principe is eenvoudig: ,,Eendekroos heeft stikstof en fosfor nodig om te groeien en haalt dat uit het afvalwater met zijn wortels”, legt Al-Nozaily uit. De in het water aanwezige stikstofverbindingen worden eerst omgezet in ammoniak en dat nemen de wortels op. Fosfor, dat in watermilieus altijd voorkomt alsfosfaat, wordt direct opgenomen.

In feite neemt het kroos de rol van de algen over, maar dan beter. ,,Het kroos neemt het fosfaat veel beter op. En er wordt ook meer zwevende stof uit het water verwijderd door bacteriën die zich in de buurt van de wortels ophouden.”

De enkele millimeters dikke krooslaag, sluit zonlichttoevoer in de vijver uit. Algen en fototrofe bacteriën, die energie opnemen uit licht, maken geen kans.

Al-Nozaily testte vier kroossoorten op geschiktheid en kwam uit bij de in Jemen veel voorkomende variant Lemna gibba. Tijdens de labexperimenten die hij uitvoerde in het Delftse IHE-lab en de proeven met het kroos in de Jemenitische buitenlucht, leerde hij het plantje goed kennen. Al-Nozaily: ,,Aan het uiterlijk van het kroos is de toestand van het water af te lezen. Is het afvalwater niet sterk verontreinigd met nutriënten zoals stikstof en fosfaat, dan moet het kroos meer moeite doen om aan zijn nutriënten te komen. Daarvoor heeft het langere wortels.” De wortel van een ‘kroosje’, meestal bestaande uit een blaadje waar al twee kindertjes aangroeien voordat die zich afscheiden, kan dan zo’n zeven centimeter lang worden. ,,Kroos is gevoelig voor temperatuur en licht. Daglicht blijkt altijd te voldoen. Het mag echter niet te koud zijn. In de buurt van het vriespunt, houdt het kroos het voor gezien. Dan zakt het naar de bodem en houdt winterslaap. Daardoor is de methode minder geschikt voor Nederland.”

Als de temperatuur weer stijgt, komt het kroos weer naar boven.

Kroos gaat pas dood, onder andere omstandigheden. Al-Nozaily: ,,Het kroos heeft ammonium nodig als stikstofbron. Maar als het ammoniumniveau in het water te hoog is, gaat het fout. Bij concentraties hoger dan honderd milligram stikstof per liter sterft het kroos af. Het verliest chlorofyl en wordt kleurloos. Reanimatie is niet meer mogelijk.”

Spinazie

Hoewel? ,,Tijdens mijn experimenten in de buitenlucht dacht ik een keer al mijn kroos kwijt te zijn door een te hoge ammoniumconcentratie. Om nieuw materiaal te kweken was ik een week weg. Teruggekomen bleek het kroos toch weer opgeleefd. Kennelijk was door verdamping of zo de concentratie net onder het kritische punt gekomen, waardoor het kroos er toch weer tegen kon”, vertelt Al-Nozaily.

Zo trad direct een van de verschillen tussen de Delftse lab- en de Jemenitische buitenluchtexperimenten op. ,,Ik heb geen proeven gedaan met beluchting van de watervaten. In de buitenlucht treedt dit door wind toch een beetje op. Daardoor verwijderde het kroos in de buitenlucht minder stikstof en fosfaat dan in het lab. Doordat de wind geen goede beluchter is, ontstaan zuurstofloze wervels in het water. In deze wervels worden stikstofverbindingen omgezet in stikstofgas dat niet door het kroos kan worden opgenomen.”

Een van zijn opmerkelijkste bevindingen betrof de toegestane diepte van de onderstaande waterlaag: ,,De krooslaag zelf is maar een kroosplantje dik. Toch maakt het niet uit hoe diep de waterlaag daaronder is voor de verwijdering van chemisch oxideerbare stoffen, want de bacteriën in de waterlaag moeten die klus opknappen. Ikkreeg dezelfde resultaten bij een halve tot anderhalve meter diepte.”

Voor een goede zuivering is het belangrijk het kroos vaak te oogsten. ,,Het heeft ruimte nodig om te groeien. Het is makkelijk uit het water te vissen. Doordat het kroos rijk is aan eiwitten, is het zeer geschikt als veevoer.” Onder ideale omstandigheden heeft kroos een verdubbelingstijd van vier dagen, in praktijk schat Al-Nozaily in dat deze vermenigvuldiging ongeveer een week duurt. In Thailand wordt ook gebruik gemaakt van deze alternatieve teelt. Daar werden dergelijke zuiveringssystemen echter opgezet met waterspinazie, en eten mensen het zelf op als populair ingrediënt in lokale gerechten.

Schakeling

Het afvalwater is te vies om het kroos er direct mee te confronteren. De plantjes zouden direct sterven door de te hoge ammoniumconcentraties. De concentratie kan niet verdund worden door schoon water toe te voegen, want dat is niet ruim voorhanden. Om het gehalte toch tot een acceptabel peil te verlagen wordt al gezuiverd afvalwater teruggevoerd naar het begin van de langwerpige vijver. In emmers verdunde Al-Nozaily het water, om erachter te komen welke recirculatieverhouding vereist was.

Hij experimenteerde ook met het eendekroos in een proefinstallatie. ,,Zoals met alle proeven vergeleek ik een stabilisatievijveropstelling en een kroosopstelling. Beide hebben gunstige eigenschappen. De algen groeien heel snel en kunnen tegen vuiler water, het kroos neemt meer stikstof en fosfaat op. In praktijk zou het achter elkaar plaatsen van deze twee systemen goede mogelijkheden kunnen bieden.” Een zuiveringsstap voor de kroosinstallatie zou de terugvoering van gezuiverd water overbodig kunnen maken, waardoor de zuivering een stuk sneller zal verlopen.

Vooralsnog heeft de Jemeniet nog geen installatie op ware grootte kunnen beproeven, want ,,het opkweken van de benodigde hoeveelheid kroos duurde daarvoor te lang.” Daar gaat hij nu aan beginnen, zodat binnen een paar jaar de eerste kroosinstallatie op ware grootte in Jemen gebouwd kan worden