Larven van dansmuggen meest effectief bij natuurlijke zuivering afvalwater

Aquatisch ecoloog en WUR-onderzoeker Tom van der Meer is mateloos geïnteresseerd in hoe (water)beestjes en plantjes hun omgeving beïnvloeden. Hoe ziet het gangenstelsel van een spookgarnaal eruit? Welke stoffen komen tevoorschijn als een waterpissebed in de bodem graaft? Wat doet een muggenlarve met opgenomen gifstoffen als hij verpopt naar een volwassen mug? Van der Meer wil er alles over weten en de vindingrijkheid ontmaskeren van pak ‘m beet waterpissebedden, dansmuglarven, mosselen, watervlooien, blaashoornslakjes en van kroosvaren, grof hoornblad, eendenkroos, lisdodde.

Met kop en schouders

Ook bij het afbreken en benutten van afvalwater bewijzen deze diertjes en plantjes keer op keer hun diensten, zo bleek de afgelopen negen jaar bij proeven van Aquafarm op locatie en in laboratoria. Nu Aquafarm zich op labschaal heeft bewezen – dit jaar werd de status ‘Technology Readiness Level 4’ toegekend – volgt nu een test op een rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi).

Bij de proeven was er één beestje dat er met kop en schouders bovenuit stak. „Winnaars zijn de dansmuglarven”, vertelt Van der Meer in een interview, waarin hij terugkijkt op de resultaten en vooruitkijkt naar de plannen. „Dansmuglarven waren in onze proeven het snelst in het afbreken van slib en beperkten daarbij de hoeveelheid vrijkomende fosfor. Een ander groot voordeel van dansmuglarven is dat ze als volwassen mug het water uitvliegen. Dan gaat het oogsten ook makkelijker. Bij dat verpoppen en uitvliegen laten ze op het wateroppervlak hun poppenhuidje achter. Dat zit vaak vol met verontreinigingen en kunnen we relatief eenvoudig verwijderen.”

Nazuiveringsstap

Het Aquafarm-project is gestart in 2014. Financiers waren drie waterschappen: Waterschap Rivierenland, Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden (HDSR) en Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier (HHNK). Ze gingen de samenwerking aan met de Radboud Universiteit en Wageningen Environmental Research om de kwaliteit van hun effluent te verbeteren en zo bij te dragen aan een gezonde waternatuur met behulp van dieren en planten. Daarbij moesten de planten en dieren die groeiden op het afvalwater liefst ook weer geoogst kunnen worden en benut in nieuwe producten voor de circulaire economie.
De vijf partijen gingen aan de slag. Van der Meer noemt de doelstelling van het project ‘een nazuiveringsstap’ die ervoor moet zorgen dat het effluent voldoet aan de eisen van de Kaderrichtlijn Water met betrekking tot stikstof en fosfor. Daarbij werden allerlei ontdekkingen gedaan en kon het project zich verder ontwikkelen.

In de toekomst kan dat resulteren in nieuwe onderzoeksgebieden. Van der Meer: „Op den duur hopen we ook delen van de huidige zuivering aan te kunnen vullen of vervangen met zuiveringstechnieken gebaseerd op het Aquafarm-principe. We kijken op een andere manier naar het verwerken van water en grondstoffen en hopen een waterzuivering van de toekomst te bouwen die circulair en klimaatpositief is.”

Grote kostenpost

In feite werd in de proeven de zelfreinigende werking van natuurlijke beeksystemen nagebootst. Het onderzoek werd in twee delen verdeeld. De eerste vraag was: Hoe goed kunnen beestjes overtollig slib reduceren? Bijvoorbeeld door het op te eten. Dat zou de kosten van rwzi’s flink drukken. Van der Meer: „Restslib is een grote kostenpost omdat het afgevoerd, verwerkt en verbrand moet worden. Het zou mooi zijn als we daar een stap in kunnen maken.”

De tweede vraag was: Hoe kunnen planten (en een combinatie van algen en mosselen) voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor uit het effluent van rwzi’s verwijderen? Van der Meer: „De hoeveelheden stikstof en fosfor in effluent zijn nu nog te hoog voor een gezond aquatisch ecosysteem. De kracht van Aquafarm ligt in het toepassen van natuurlijke interacties; die tussen dieren en planten en onderling. Beiden groepen zijn dus belangrijk voor de werking van Aquafarm.”

„Dieren breken het restslib af en kunnen gebruikt worden om verontreinigingen en algen uit het effluent te verwijderen. Mosselen zijn hiervan een goed voorbeeld. Als we die dieren en planten een omgeving aanbieden die zo prettig mogelijk voor ze is, kunnen we deze processen optimaliseren.”

Medicijnresten

Grondwater, oppervlaktewater en bijgevolg ook de productie van drinkwater hebben het zwaar te verduren in Nederland. Dagelijks lezen we alarmerende berichten in de krant. Van der Meer noemt de grote boosdoeners van dit moment: PFAS, zware metalen, bestrijdingsmiddelen en medicijnresten. Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden was in 2022 het eerste Nederlandse waterschap met een rwzi die medicijnresten met een ozoninstallatie uit het water verwijderde.

De aquatisch onderzoeker is waakzaam, maar ziet ook positieve ontwikkelingen. Van der Meer: „Vervuiling door zware metalen is de laatste jaren afgenomen. Met betrekking tot stikstof en fosfor is de kwaliteit van ons afvalwater aanzienlijk verbeterd in de afgelopen twintig jaar. En de hoeveelheid glyfosaat in afvalwater is enorm afgenomen sinds het verbod op verkoop aan particulieren in 2018. Helaas zijn de concentraties vaak nog steeds te hoog maar we zien wel dat goed beleid werkt!”
Met name PFAS is lastig te verwijderen uit het afvalwater. Van der Meer: „Op PFAS komt misschien een Europees verbod. Dat zou enorm helpen. Ook met de nieuwste zuiveringstechnieken kost het veel energie en geld om deze stoffen te verwijderen, als het überhaupt al lukt. Daarom denk ik dat we als samenleving bewust moeten worden dat we niet alles zomaar door de goot of wc kunnen spoelen, en nadenken of alle stoffen die we gebruiken wel echt nodig zijn. We moeten blijven streven naar het beperken wat er in ons afvalwater terecht komt, en blijven onderzoeken hoe we de verontreinigingen die er tóch in terecht komen er zo goed mogelijk weer uit halen, met zo min mogelijk energie.”

Hightech

Wat betreft de energie die reiniging kost, is er volgens Van der Meer nog veel winst te boeken. De rwzi’s van nu zijn ‘een speelveld van technologen’. Het is hen de afgelopen decennia gelukt om hun zuiveringssystemen goed te laten werken. Nu is het tijd voor de volgende stap:

„Om de laatste restjes verontreiniging eruit te halen, moeten we kijken naar meer natuurlijke processen en meer interacties die al plaatsvinden tussen dieren en planten. Technologen zijn soms huiverig om met de natuur te gaan werken vanwege de onzekerheid die dat met zich meebrengt. Wij kunnen de rwzi’s helpen door met natuurlijke processen een deel van de zuivering over te nemen.”
Voor stikstof en fosfor gaat het om de laatste restjes. Ook voor andere stoffen kan het enorm helpen als natuurlijke processen het voorwerk doen, waarna misschien een stukje technologie het laatste beetje doet. Van der Meer: „Zo gebruik je niet onnodig veel hoogtechnologische, dure en energievretende technieken. De toekomst wordt steeds complexer en veeleisender qua gezondheid, milieu en effluentkwaliteit. Daarom moeten we inzetten op zoveel mogelijk sporen; dus naast high tech solutions ook nature based solutions die vaak minder energie vragen en veel positieve bijeffecten hebben.”

Levend siervisvoer

Waar staat Aquafarm over twee jaar? Van der Meer: „Met de gevonden resultaten uit ons project zijn de waterschappen HHNK en HDSR bezig om een demo-installatie te bouwen om ongeveer 75 kuub effluent per dag te filteren met Azolla ofwel kroosvaren. We zijn benieuwd wat we tegenkomen zodra er vervuilingspieken optreden en wat de effecten zijn van de seizoenen. Daarnaast kijken we welke technieken we nodig hebben om een stabiele muggenkweek op te zetten op de zuiveringslocatie. Ook zijn we benieuwd of het achter elkaar schakelen van de beestjes nog extra winst kan opleveren ten opzichte van de beesten gezamenlijk in één reservoir zetten.”
Daarnaast hoopt Van der Meer dat er stappen gezet kunnen worden met algen en mosselen. Beide soorten hebben op kleine schaal aangetoond veel typen verontreiniging te kunnen verwijderen. Van der Meer concludeert: „Hopelijk draait er over twee jaar een demo-installatie met kroosvaren en hebben we een werkende pilot met dansmuggen en mosselen. Daarnaast zetten we actief in op het opzetten van ketens voor de grondstoffen en kijken we of Aquafarm mogelijk een interessant substraat kan leveren voor het kweken van grondstoffen. De extra winst zou zijn dat we met de oogst van producten uit de zuivering bijdragen aan de circulaire economie. We hebben al gezien dat we muggenlarven kunnen vermarkten als levend siervisvoer. Ze hoeven dan niet meer te worden geïmporteerd vanuit verontreinigde sloten in Oost-Europa.”