Onderzoekers van de TU Delft, Waternet en STOWA zochten uit wat de uitstoot van lachgas bij rioolwaterzuiveringsinstallaties veroorzaakt. Dat levert simpel uit te voeren, goedkope reductiemaatregelen op.

Bij het zuiveren van rioolwater komt lachgas (N2O) vrij. Dat is een langlevend en krachtig broeikasgas, met een 250 tot 300 keer sterker effect dan CO2. Bovendien draagt het bij aan de afbraak van de ozonlaag. Daarom zijn onderzoekers op zoek naar manieren om de lachgasuitstoot bij waterzuiveringsinstallaties (WZI’s) omlaag te krijgen.

Probleem daarbij is dat nog altijd niet precies duidelijk is op welke manier lachgas ontstaat. Wat bekend is, is dat het vrijkomt bij de activiteit van de micro-organismen die het water zuiveren, en dat de uitstoot zowel gedurende de dag als met de seizoenen fluctueert. Het proces dat dit veroorzaakt, is tot nu toe echter grotendeels onbegrepen.

Daarom onderzocht een team wetenschappers van de TU Delft, het waterschap Waternet in Amsterdam en kenniscentrum STOWA gedurende twee jaar hoe verschillende micro-organismen in afvalwaterzuiveringsinstallaties elkaar beïnvloeden, en op welke momenten daarbij lachgas vrijkomt. Dit deden ze onder meer door eiwitten en DNA van deze bacterien  in het water te analyseren. Deze week publiceerden zij hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Water.

Verstoord evenwicht

De wetenschappers gebruikten de afvalwaterzuivering van Amsterdam West van Waterschap Amstel, Gooi en Vecht, beheerd door Waternet, als modelsysteem. Hier zochten ze uit hoe verschillende omgevings- en milieufactoren, zoals temperatuur en zuurstof, de uitstoot van lachgas beïnvloeden, meldt een online nieuwsbericht van de TU Delft.

Volgens de onderzoekers is een verstoord evenwicht tussen twee soorten bacteriën het belangrijkste mechanisme voor het ontstaan van lachgas in de zuiveringsinstallaties. Er zijn bacteriën die ammonium omzetten in nitriet en bacteriën die nitriet omzetten in nitraat. Zuurstof heeft op de omzettingssnelheden van beide bacteriën een verschillend effect.  ‘De ophoping van nitriet is in dit proces het belangrijkst’, zegt Mark van Loosdrecht, milieubiotechnoloog aan de TU Delft en een van de auteurs van het onderzoeksartikel. ‘Die is direct gecorreleerd aan de emissie van N2O’.  Daarom is het van belang dat de aantallen van deze bacteriën in balans zijn, en de hoeveelheid zuurstof goed staat afgesteld.

Verbeteringen

Dit kan al op korte termijn tot verbeteringen leiden, omdat het geen grote aanpassingen vergt in de installatie zélf. ‘Het idee is dat het geleidelijk verhogen van het zuurstofniveau in de winter, in plaats van abrupt, al kan leiden tot een aanzienlijke vermindering in de uitstoot’, zegt Michele Laureni, bioproces-ingenieur aan de TU Delft en een van de auteurs van de publicatie, in het nieuwsbericht van de TU Delft. Deze maatregel is relatief simpel, en daardoor tevens snel en goedkoop.

Machine learning

Het onderzoek doet enigszins denken aan een plan van TAUW waar wij vier jaar geleden over schreven. Hierbij werd machine learning ingezet om te bepalen wanneer er in een afvalwaterzuiveringsinstallatie aan welke knoppen gedraaid moet worden om de uitstoot van lachgas zo laag mogelijk te houden. Ook hier ging het om het in stand houden van een zo gunstig mogelijke bacteriepopulatie, en ook hier speelde het zuurstofgehalte een belangrijke rol.

Het grote voordeel van dit nieuwe onderzoek, is dat de mechanismen achter de lachgasuitstoot nu bekend zijn, en maatregelen makkelijk kunnen worden aangepast aan de lokale situatie.

Voortgang

Het leeuwendeel van het project werd uitgevoerd door Nina Roothans, in het kader van haar inmiddels voltooide promotieonderzoek. Op dit moment werken twee andere promovendi aan de verdere ontwikkeling en validatie, samen met de waterschappen en Royal HaskoningDHV. Behalve voor de rioolwaterzuivering kunnen de resultaten uiteindelijk ook van belang zijn voor de natuur- en de landbouwsector – want daar is de microbiële vorming van lachgas een nog veel groter probleem. 

Openingsbeeld: Waternet