Zuiverende gasbellen

Het Friese bedrijf Paques heeft een nieuw type bioreactor ontwikkeld voor de zuivering van zwaar vervuild grondwater. Hij is beproefd bij de grootste kopermijn ter wereld.

`Zo eentje hopen we binnenkort neer te zetten in de buurt van Salt Lake City', zegt dr. Cees Buisman van het bedrijf Paques Milieutechniek BV in het Friese Balk. Terwijl hij over het bedrijfterrein wandelt, wijst hij naar een vier meter hoge, zilverglimmende buis van dun roestvrij staal. ``Ons nieuwste type. Deze bioreactor zet niet alleen sulfaat om in zwavel, maar verwijdert ook zware metalen uit het afvalstroom. Met een kleiner model hebben we zwaar vervuild grondwater in de buurt van Salt Lake City gereinigd.''

De afgelopen drie jaar testte Paques zijn nieuwste type bioreactor bij Kennecott Utah Copper, een Amerikaans bedrijf dat sinds 1903 een kopermijn in de buurt van Salt lake City ontgint. Het is de grootste open kopermijn ter wereld.

De machines van het bedrijf graven dagelijks 125.000 ton grond af. Op jaarbasis levert dat zo'n 300.000 ton koper op. Kennecott is daarmee de grootste koperleverancier ter wereld. Maar ook een gedegen vervuiler, want het afgraven van de grote hoeveelheden grond is een smerige bezigheid. ``Ze hebben daar inmiddels een gat gegraven waar ons dorpje Balk met gemak in past'', aldus Buisman. ``En naast de open mijn schieten enorme bergen afval de lucht in. De afgegraven steen bevat slechts een half procent koper. De overige 99,5 procent wordt als afvalrots gedumpt. Die bergen worden continue besprenkeld met water. In het water lossen onder andere zwavel, koper, zink, ijzer, mangaan en arseen op. Dat lekt uit naar het grondwater wat inmiddels een pH (zuurgraad) heeft van 2. In dat zuur overleeft geen dier. De pluim van vervuilde grond breidt zich langzaam uit richting Salt Lake City, terwijl de stad zelf ook maar blijft groeien. Kennecott wil nu iets doen aan dat vervuilde grondwater.'' Bovendien loopt het nabijgelegen Great Salt Lake ernstig gevaar om vervuild te raken. Het meer maakt deel uit van een ecosysteem met uitgebreide wetlands waar bijzondere vissen, zwanen, kraanvogels, ganzen en eenden verblijven.

Bij het Amerikaanse bedrijf testte Paques een kleine uitvoering van haar bioreactor; een model van 5 m³. Daarin zitten sulfaatreducerende bacteriën. Ze werken in een zuurstofloos milieu. Onder toevoeging van waterstofgas zetten de bacteriën het sulfaat in het vervuilde grondwater om in waterstofsulfide. Dat reageert vervolgens met opgeloste metalen tot metaalsulfiden. Blijft er waterstofsulfide over, dan wordt dat door de bacteriën verder omgezet in zwavel, dat 50 dollar per ton oplevert. Buisman: ``De metaalsulfiden gaat terug naar de productiestroom waar het metaal kan worden gescheiden van het sulfide. Je wint dus metaal terug, en het sulfide kun je omzetten in zwavelzuur. Dat kun je verkopen.''

De bacteriën zijn trouwens niet genetisch gemanipuleerd, maakt Jos Paques, directeur van het bedrijf, meteen duidelijk. ``Door het gedoe met GM-voedsel beginnen mensen ons nu te vragen wat voor bacteriën wij eigenlijk gebruiken. We hebben niet gesleuteld aan hun erfelijke informatie. Ik beschouw onze toepassingen als natural biotechnology.''

SMELTOVENS

De bacteriën verwijderden veel van de verontreinigingen uit het smerige grondwater rondom Kennecott Utah Copper. Dat blijkt uit een tabel die Buisman toont. Bedroeg de concentratie sulfaat voor de reiniging nog 30.000 mg/l, na een tien dagen durende behandeling was dat minder dan 500 mg/l. De concentratie koper daalde van 60 mg/l naar minder dan 0,1 mg/l, de concentratie ijzer van 675 naar minder dan 0,3 mg/l en de concentratie zink van 65 naar minder dan 0,1 mg/l. De pH liep op van 2,5 (extreem zuur) naar 8,5 (neutraal). Buisman: ``We hopen dat Kennecott binnenkort een grote reactor wil neerzetten, eentje van 2.000 m³. Maar het bedrijf heeft wat tegenslag de laatste tijd, want de koperprijs is flink gedaald en een van de smeltovens is begin dit jaar bijna twee maanden uit roulatie geweest vanwege een defect.''

Paques legt zich toe op de ontzwaveling van afvalstromen. De laatste jaren wordt dat gecombineerd met de verwijdering van zware metalen. Sinds twee jaar draait op het terrein van Philips Semiconductors in Stadskanaal een bioreactor die behalve sulfaat, ook metalen als tin, nikkel, chroom, magnaan en lood uit het afvalwater verwijdert.

En al in 1990 startte het Friese bedrijf een proeffabriek bij de Budelco, de zinkfabriek in de buurt van Budel. Paques kon bij 's wereld grootste zinkproducent zijn nieuwe proces mooi testen. Jarenlang had het bedrijf de afvalslakken – vol met zware metalen en zwavelverbindingen – gebruikt om het bedrijfsterrein op te hogen. In het grondwater werden hoge concentraties zwavel, zink en tal van andere zware metalen aangetroffen.

Paques bouwde een reactor die 300 m³ grondwater per uur verwerkt. Voordat het vervuilde water de installatie inging bevatte het bijvoorbeeld 1000 mg/l sulfaat, 100 mg/l zink en 1 mg/l cadmium. Na de behandeling bedroegen die concentraties respectievelijk 200, 0,15 en 0,01 mg/l.

De bacteriën kunnen sulfaat alleen in sulfide omzetten als er een elektronendonor wordt toegevoegd. Voor de reactor bij Budelco werd daarvoor ethanol gebruikt. Maar voor Kennecott Utah Copper moest het bedrijf een alternatief zoeken. ``Want daar krijgen we een duizend keer zo grote sulfaatbelasting'', aldus Buisman. De reactor bij Budelco was vier meter hoog. Die bij Kennecott zou veel en veel groter moeten worden. Buisman: ``Praktisch niet uit te voeren.'' Uit daaropvolgende tests kwam waterstofgas als alternatief naar voren. ``Met waterstofgas erbij kunnen de bacteriën om de een of andere reden tegen veel hogere sulfaatconcentraties. Ze zetten de stof 100 keer sneller om, vergeleken met ethanol. Bovendien kun je met waterstofgas een kringloop opzetten. Het gas borrelt door de reactor naar boven. Het overgebleven gas vang je boven weg. Je voert het vervolgens terug naar de onderkant van de reactor'', zegt Buisman.

Anderhalve maand geleden heeft Paques bij Budelco een nieuwe reactor opgestart, eentje die 500 m³ water per uur aankan. Ook hier is het Friese bedrijf inmiddels overgestapt op waterstofgas.

GIPS

In de toekomst hoopt directeur Jos Paques dat hij met zijn bioreactoren wat meer doordringt in de bedrijven. ``Je werkt nu aan een end of pipe oplossing'', zegt Paques. ``Het liefst zit je ergens vooraan in de stroom, zodat je het afval meteen kunt zuiveren en er niks uitlekt naar het grondwater. Veel bedrijven vangen hun restafval nu nog weg met gips en storten dat ergens. In Nederland is zoiets wettelijk verboden, maar de regels zijn niet overal even streng. In Peru storten ze het op het strand, in België op de hei.''

Maar het valt te betwijfelen of de installaties daar op het moment geschikt voor zijn. Dat blijkt uit een experiment bij Kennecott Utah Copper. De Friezen haalden lekwater rechtstreeks uit de afvalrotsen en voerden dat door de reactor. Het koper bleek goed terug te winnen. Maar de concentraties ijzer en zink – respectievelijk 380 en 200 mg/l – daalden niet. Buisman: ``Die concentraties zijn zo hoog, de metalen slaan meteen neer. Daar zullen we iets op moeten vinden.''

    • Marcel aan de Brugh