Oude rot

De trend is grotere, beluchte waterzuiveringsinstallaties. `Fout!', zegt prof.dr. Gatze Lettinga, winnaar van de Shellprijs voor Duurzame ontwikkeling en Energie. `We moeten toe naar kleinschalige zuiveringssystemen gebaseerd op rottingsbacteriën.'

`Rottingsbacteriën', zegt prof.dr. Gatze Lettinga op zijn kamer op de Wageningen Universiteit, ``moet je teder, ik zou bijna zeggen liefdevol behandelen. Je voert ze eerst een beetje van het afvalwater dat ze moeten zuiveren, dan wat meer, dan nog wat meer en je blijft maar kijken; kijken, bijsturen en kijken. Al kijkend breng je de bacteriën aan de praat. En dan merk je dat ze heel gewillig zijn, mits je maar niet te veel van ze vraagt.''

Met deze geduldige benadering verkreeg milieutechnoloog Lettinga in 1971 de reactor die hij wilde: een anaërobe (zuurstofloze) reactor waarin rottingsbacteriën in water opgeloste voedingsstoffen omzetten in methaan (aardgas). Tot dan toe dachten de bouwers van biologische zuiveringsinstallaties dat het voortdurend inslaan van lucht een must is om de bacteriën aan het werk te houden. Zuurstofloos werkende rottingsbacteriën zijn namelijk trage groeiers vergeleken met hun aërobe, zuurstofminnende broertjes. Rottingsbacteriën, zo dacht de zuiveringswereld, zouden het in afvalwater daarom zo verdwenen zijn; ze zouden alleen geschikt zijn om slurry zoals mest te verwerken. Lettinga en zijn groep slaagden er echter in een dichte, zuurstofloze reactor te ontwerpen waarin bacterieel slib zich ophoopt, terwijl er toch afvalwater doorheen stroomt. In deze zogeheten UASB-reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) komt het water onderin binnen en gaat er bovenin weer uit. Gascollectoren vangen het aardgas op waaruit energie is te halen.

In 1976 stond – met overheidssubsidie – de eerste UASB-reactor bij suikerbietenverwerker CSM. In 1998 waren er wereldwijd ongeveer 1500 anaërobe reactoren geregistreerd waarvan zo'n 1000 UASB-reactoren. De laatste jaren is de belangstelling bij bedrijven en regeringen sterk gegroeid. Zo heeft onlangs het Indiase Ministerie van Onconventionele energiebronnen beslist dat alle nieuwe waterzuiveringsinstallaties voor huishoudelijk afvalwater in India anaëroob moeten zijn. De voortrekkersrol die Lettinga in deze ontwikkeling heeft gespeeld is voor Shell reden geweest hem dit jaar de prijs voor Duurzame ontwikkeling en Energie uit te reiken. Dat juist Lettinga van Shell een prijs krijgt (200.000 gulden) is opmerkelijk gezien zijn vaak geuite kritiek op `Het Establishment dat altijd high tech, grootschalig en duur verkiest boven eenvoudig, lokaal en goedkoop'. ``Ik heb nog even overwogen om de prijs niet aan te nemen,'' zegt Lettinga, ``Ik ben niet zo Shell-achtig. Maar ik heb het toch gedaan vanwege de publiciteit die onze groep met de prijs krijgt.'' Overigens, vertelt hij, is het een van Shell onafhankelijke, wetenschappelijke commissie die uitmaakt wie de prijs krijgt.

Anaërobe bacteriën zijn veel flexibeler dan men vroeger dacht. Een doorbraak in het onderzoek was toen Lettinga zag dat het bacterieel slibbed van de reactor bij CSM uit korreltjes bestaat. De bacteriën blijken in groepen samen te werken om de afvalstoffen om te zetten in methaan. In zo'n korreltje, met daarin miljoenen bacteriën van vaak nog onbekende soorten, zijn de eindproducten van de ene soort het voedsel voor de andere.

Op elektronenmicroscopische foto's is prachtig te zien hoe zich in elk korreltje een ander ecosysteem ontwikkelt, afhankelijk van het type afvalwater. In het ene korreltje zitten bijvoorbeeld ronde, ovaalvormige en langwerpige bacteriën strak tegen elkaar; in een ander korreltje vormen ze lange slierten die als een slordige bol wol in elkaar zijn gewikkeld. ``Aan deze ecosystemen valt voor microbiologen ontzettend interessant onderzoek te doen'', zegt Lettinga, zelf chemisch technoloog.

Meer inzicht in de bacteriële ecosystemen gaf de milieutechnologen handvatten om anaërobe reactoren betere te beheersen. Het makkelijkst te ontwerpen bleek een reactor voor eenvoudig afvalwater, zoals het water van een suikerbietenverwerker dat voornamelijk suiker bevat. Veel lastiger is de zuivering van complex afvalwater met allerlei verschillende, soms ook giftige stoffen zoals bij een petrochemische industrie. Om hier bacterieel slib voor te krijgen stellen de milieutechnologen vaak slibkorrels uit een al draaiende reactor stap voor stap bloot aan het nieuwe afvalwater, in de hoop dat de gewenste bacteriën een plaats krijgen in de al volwassen korreltjes. Blijken bepaalde vervuilingen na een jaar nog niet te worden afgebroken, dan moet een bedrijf de anaërobe reactor combineren met andere middelen zoals membranen, chemisch fysische technieken of aërobe zuivering. ``Je zult vaak een combinatie van zuiveringstechnieken nodig hebben'', schetst Lettinga. ``Maar daarbij moet anaërobe zuivering vanwege de vele voordelen ervan wel de kern vormen. Helaas is dat nu nog maar bij een fractie van de zuiveringsinstallaties het geval.''

Inmiddels is onder Nederlandse bedrijven die afvalwater hebben met veel organisch materiaal erin, zoals zetmeelverwerkers, papierfabrieken, brouwerijen en suikerbietenfabrikanten, anaërobe zuivering een gangbare techniek om het water voor te behandelen. Amerikaanse bedrijven zijn niet geïnteresseerd, maar in Europa en Japan worden nu wel steeds meer anaërobe reactoren gebouwd. Opmerkelijk is de groeiende belangstelling van een aantal ontwikkelingslanden voor anaërobe voorbehandeling van huishoudelijk afvalwater. Behalve in India en Pakistan zijn afgelopen twee jaar ook in Brazilië diverse rioolzuiveringsinstallaties gebouwd met UASB-reactoren. Zo is in Pirasicaba, een stad 200 kilometer van Saõ Paulo, een installatie met UASB-reactoren gebouwd om het afvalwater te zuiveren van 100.000 mensen. Helaas, vertelt Lettinga, gaat het methaangas (een broeikasgas) nog de lucht in omdat de bouwers voor een dubbeltje op de eerste rang willen zitten. Helaas ook wordt het water, zoals zo vaak in ontwikkelingslanden, nog nagezuiverd in een grote vijver in plaats van in compacte, beter beheersbare aërobe reactoren. Maar het feit dat de UASB-reactoren redelijk goed werken en dat de stad nóg een aantal van deze reactoren wil neerzetten, toont wel aan dat anaërobe voorzuivering van huishoudelijk afvalwater aantrekkelijk is.

fecaliën

Of dit ook geldt voor Nederland onderzoekt Lettinga nu met onder meer stedenbouwkundigen van de TU Delft. Daarbij heeft hij een ideaal voor ogen dat verder gaat dan de gebruikte zuiveringstechniek. Lettinga wil af van de beluchte, sterk geautomatiseerde en steeds grootschalig wordende zuiveringsinstallaties die alleen al in Nederland een rioolstelsel vragen van 60.000 kilometer lang. In plaats daarvan ontwerpen architecten gebouwen zodanig dat de fecaliën en het groene afval apart worden opgevangen, waarna rottingsbacteriën dit organisch afval per flat, ziekenhuis of wijk in een gesloten reactor omzetten in energie, én in mest voor de nabijgelegen akkers. Het zogenoemde grijze afvalwater (zoals badwater en afwaswater) wordt in open, aërobe reactoren nagezuiverd. De wijkbewoners – zich bewust van de noodzaak tot hergebruik en voedselproductie vlakbij huis – ondersteunen deze lokale, biologische kringloop.

Dat dergelijke lokale kringlopen veel minder kwetsbaar zijn bij oorlog en crisis dan internationale voedselkringlopen met gecentraliseerde afval(water)zuivering probeert Lettinga – opgegroeid op een gemengd landbouwbedrijf – `het establishment' al jaren duidelijk te maken. Op zijn kamer: ``Stel de elektriciteit valt lange tijd uit of er valt een bom op zo'n grote zuiveringsinstallatie, we komen om in ons eigen afvalwater. En als het vervoer staakt, waar moet dan het voedsel vandaan komen als we in de eigen regio geen boeren meer hebben?''

De trend in Nederland is echter absoluut niet naar kleinschalige zuivering. De meeste Waterschappen willen nu zelfs gehuchten van soms maar vijf huizen toch aangesloten zien op het rioolnet om geen enkel risico te lopen wat betreft de waterkwaliteit. En het Hoogheemraadschap Delfland wil in 2002 bij Schipluiden de grootste waterzuiveringsinstallatie van Nederland bouwen. Dit moet een hypermoderne installatie worden omdat alleen die kan voldoen aan de nieuwe, strengere normen voor het stikstof- en fosfaatgehalte van het water dat wordt geloosd. ``Niet te geloven'', vindt Lettinga. ``Het water dat nu wordt geloosd is toch al van voldoende kwaliteit. Maar de ambtenaren en milieuwetenschappers die deze strenge normen bedenken hoeven die zuiveringsinstallaties niet te betalen.''