Australis Clean

Haal meer uit afvalwater

Concept

Australis Clean (waterzuivering) kan in de toekomst een bijdrage leveren aan het tegengaan van de zoetwaterproblematiek. Dit waterzuiveringssysteem verwijdert op geheel natuurlijke wijze nutriƫnten uit het water met behulp van filtratie door stenen, adsorptie met schelpen, bacteriƫle omzetting en vastlegging in biomassa. Door de overloop van water door de verschillende compartimenten is het energieverbruik van het systeem zeer laag. In een afgebakend gebied kan deze waterzuivering het gebied blijven voorzien van schoon zoet oppervlaktewater. Vooral in gebieden die afhankelijk zijn van gebiedsvreemd zoet water om grote verziltingsproblemen te voorkomen, is dit systeem een duurzame en innovatieve oplossing.

Uitleg

Australis Clean is een waterzuiveringsinstallatie die uit natuurlijke elementen bestaat. Deze waterzuiveringsinstallatie heeft dezelfde eigenschappen als een helofytenfilter. Helofytenfilters zijn er in verschillende maten en vormen. De toepassing van helofytenfilters voor het zuiveren van afvalwater is in de afgelopen drie decennia toegenomen, zowel in Nederland als in het buitenland. In de literatuur wordt een helofytenfilter voorgedragen als duurzame, robuuste, goedkope, simpele en daardoor ideale en milieubewuste waterzuivering technologie. In het algemeen kan een helofytenfilter omschreven worden als een bad met riet, zand en stenen waarbij bacteriën organische stoffen uit het water omzetten in anorganische stoffen. Het principe van dit systeem is gebaseerd op de filtratie mogelijkheden van de bergen en duinen. Daarnaast zijn er andere mechanismen die nutriënten uit het water kunnen verwijderen. De verwijderingsmechanismen voor nutriënten in een helofytenfilter zijn: vastlegging in riet,vastlegging in organische biomassa, bacteriële omzetting, adsorptie en filtratie. Bij de groei van de waterplanten wordt stikstof en fosfaat opgenomen. Bij de afbraak van organische stoffen in het water neemt de biomassa in de bodem toe. Deze biomassa bevat stikstof en fosfaat. Ook bacteriën spelen een rol in de omzetting van nutriënten. Stikstof kan bijvoorbeeld worden verwijderd door nitrificatie en denitrificatie. Bij nitrificatie wordt het aanwezige ammonium omgezet in nitraat door bacteriën onder aerobe omstandigheden (zuurstofrijk). Vervolgens kan denitrificatie plaatsvinden waarbij nitraat via nitriet wordt gereduceerd tot gasvormig stikstof en distikstofmonoxide. De aerobe omstandigheden worden gecreëerd door de waterplanten, meestal riet (Phragmites australis). Riet bevat een uitgebreid rhizomenstelsel. Via de luchtstengels die een rietplant bevat worden ondergrondse plantendelen van zuurstof voorzien. Aan de wortels -het uiteinde van de luchtstengels- vindt uitwisseling van zuurstof plaats met het water. De bacteriën in het water gebruiken deze zuurstofomzetting van nutriënten zoals stikstof en ammonium. Het fosfaat kan verwijderd worden door middel van adsorptie. De aanwezige fosfaat-ionen gaan een chemische binding aan met van nature aanwezige stoffen (ijzer, calcium). De ontstane neerslag kan samen met de zwevende stoffen gefiltreerd worden door verschillende lagen steenachtig materiaal. Het systeem achter Australis Clean berust op een overloop tussen verschillende compartimenten. Als het water in een compartiment is gezuiverd, wordt het door nieuwe toevoer omhooggestuwd naar een volgend compartiment. Er is geen terugstroom mogelijk. Dit resulteert in een betere waterkwaliteit in elk opvolgend compartiment. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van het principe dat het zwevend materiaal door de zwaartekracht bezinkt. Het water dat omhooggestuwd wordt naar een volgend compartiment bevat minder zwevend materiaal dan het water dat zich onder in het compartiment bevindt. Het zwevend materiaal dat een grotere dichtheid heeft dan het water zal door de zwaartekracht naar beneden bewegen. Automatisch drijft het water met in mindere mate aanwezige zwevende stof omhoog. Het overloopsysteem zorgt voor een laag energiegebruik. De zwaartekracht en toevoer van steeds nieuw water zorgen ervoor dat het water zonder energieverbruik door het filter heen loopt. De indeling in verschillende compartimenten biedt daarnaast nog meer voordelen. Zo is het onderhoud aan het filter makkelijker dan bij andere al bestaande helofytenfilters, die bestaan uit een opeenstapeling van verschillende lagen steenachtig materiaal. In Australis Clean kunnen de compartimenten afzonderlijk van elkaar vervangen worden. Om de compartimenten onafhankelijk van elkaar te maken kan gebruik worden gemaakt van containers, die vervangbaar zijn in het systeem via een opgangconstructie. Zodra de kwaliteit in een compartiment achteruit gaat kan de container met het schelpachtig of steenachtig materiaal met riet direct worden vervangen met een al voorbereide container. Het materiaal uit de container kan verwerkt worden in de cementindustrie. De containers met steenachtig materiaal en riet hoeven minder frequent vervangen te worden. Het organisch materiaal dat zich tussen het sediment bevindt wordt door bacteriën omgezet in anorganisch materiaal. Hiervoor moet er wel zuurstof aan het proces worden toegevoegd door bijvoorbeeld het aanplanten van riet. Het riet zal jaarlijks gemaaid moeten worden. Meestal wordt dit na de winter gedaan. Het afgemaaide riet kan als strooisel dienen in de landbouw. Het filter is opgebouwd uit de volgende vier verschillende compartimenten: Het eerste compartiment bestaat uit schelpen. In dit compartiment worden eventuele opgeloste fosfaten uit het water omgezet. De kalk van de schelpen legt de fosfaten vast doordat er een binding ontstaat tussen calciumionen en fosfaat-ionen. Na enige tijd zal het materiaal in het eerste compartiment verzadigd zijn. De container kan dan worden vervangen. In dit compartiment gaat vervanging makkelijker als in de andere compartimenten omdat er geen rekening hoeft worden gehouden met het aanplanten van het riet. Het tweede compartiment bestaat uit grof grind. Het derde compartiment uit fijn grind en als laatste compartiment zand. De compartimenten 2 tot en met 4 bevatten rietplanten. In het ontwerp is ervoor gekozen om in compartiment 1 geen rietplanten te plaatsen. De rietplanten voorzien de compartimenten van zuurstof. Uit onderzoek is namelijk gebleken dat de fosfaatbinding het best verloopt onder zuurstofarme omstandigheden. Wat Australis Clean onderheid ten opzichte van bijvoorbeeld zuiveren in kassen en de waterharmonica, is dat wanneer er een helofytenfilter wordt geplaatst, wordt al het afvalwater dat afkomstig is uit de polder niet weggevoerd naar een rioolwaterzuivering, maar naar het helofytenfilter afgevoerd. In een periode van waterschaarste kan een helofytenfilter gebruikt worden als een afgebakend zoetwater buffer. Op het moment dat er te weinig zoetwater beschikbaar is vanuit het IJsselmeer om de gebieden door te spoelen biedt het helofytenfilter een alternatieve zoetwaterbron. In periodes met veel neerslag kan dit water worden vastgehouden in het helofytenfilter zodat het in droge periodes weer gebruikt kan worden als potentieel oppervlaktewater. In de toekomst zal in andere provincies in Nederland de afhankelijkheid van kwalitatief goed oppervlaktewater steeds belangrijker worden, omdat het grondwater door het verwachte verziltingsproces en nutriënten toename niet bruikbaar is als zoetwaterbron. Met het gebruik van een helofytenfilter hoeft er geen gebiedsvreemd water aangevoerd te worden in het gebied. De kringloop wordt effectief kleiner gemaakt en zo zal er minder energieverlies plaatsvinden. Dit biedt voor waterschappen ook een verdienmodel omdat het een verlaging van de beheerskosten betekent, om de kwaliteit van het oppervlaktewater in het beheersgebied te bewaren. De waarborging van de kwaliteit van het oppervlaktewater is in de toekomst steeds belangrijker. Een helofytenfilter verwijdert nutriënten uit het afvalwater en oppervlaktewater, doodt bacteriën en zorgt voor het herstel van de natuurlijke zuurstofhouding. Daarnaast heeft een helofytenfilter het voordeel dat het filter het best werkt onder omstandigheden met hoge temperaturen. Met de verwachte klimaatveranderingen verwacht men een toename van het aantal droge dagen in de zomer. De waterkwaliteit gaat bij een temperatuurstijging erop achteruit. Een helofytenfilter kan in deze toekomstige scenario’s de kwaliteit van het oppervlaktewater en de voorraad op zoet water waarborgen. En dit allemaal met een goedkopere aanleg dan andere waterzuiveringssystemen door de helofytenfilter te combineren met een waterberging of beek.

""The shorter, the better""

Ons team

Anneke Stam

Bodem, water en atmosfeer

Lianne Delwel

Biomedische wetenschappen

Support ons project
door te stemmen!