15 technieken om medicijnresten uit rioolwater te halen

Tussen 2019 en 2024 zijn op een aantal Nederlandse rioolwaterzuiveringen (rwzi’s) technieken getest om medicijnresten uit afvalwater te halen. In het najaar van 2024 verscheen een uitgebreide evaluatie. In totaal zijn van zo’n 25 technieken haalbaarheidsstudies uitgevoerd. Daarvan kregen 15 technieken groen licht voor een pilot.

Aangescherpte richtlijn medicijnresten

Een van de drijfveren om met de technieken aan de slag is de in november vastgestelde Europese richtlijn voor Stedelijk Afvalwater. De richtlijn verplicht rioolwaterzuiveringen (rwzi’s) om medicijnresten vergaand te verwijderen, in 2045 minimaal 80%. Voor rwzi’s is dit “een nieuwe tak van sport”, zegt Cora Uijterlinde, die het Innovatieprogramma Microverontreinigingen uit rwzi-afvalwater (IPMV) bij STOWA leidde.

Praktijktesten in Nederlandse situatie

De technieken moesten getest worden op het specifieke Nederlandse afvalwater waar ook een deel hemelwater in zit en bijvoorbeeld ook bromide, dat zich in de toxische stof bromaat kan omzetten (in 2022 is de bromaatnorm voor oppervlaktewater flink aangescherpt).

Bestaande technieken

De bestaande technieken om medicijnresten uit het water te filteren zijn actiefkool en ozondosering. Beide technieken kunnen het verwijderingsdoel van 80% bereiken en zijn, ondanks hun hoge energiekosten, financieel aantrekkelijk. Inmiddels draait een aantal full-scale installaties in Nederland. Maar er kleven ook nadelen aan beide toepassingen. Toedienen van ozon breekt medicijnresten af in een oxidatieproces, maar er is de kans op de vorming van het ongewenste bromaat. Actiefkool, dat medicijnresten bindt, geldt als een wegwerpproduct en heeft vanwege de fossiele oorsprong (steenkool of biomassa) een grote CO2-voetafdruk. Zo gaat poedervormig actiefkool (PAK), dat wordt toegevoegd aan het actief-slibsysteem van de rwzi, als het verzadigd is met het slib naar de slibverbranding. Granulair actiefkool (GAK), dat wordt toegepast in een nageschakeld filter, kan na gebruik een regeneratieproces ondergaan en is dan geschikt voor hergebruik.

Niet elke techniek werkt overal

De 15 pilottechnieken zijn niet alleen geëvalueerd op zuiveringsrendement en kosten, maar ook op hun CO2-voetafdruk, zoals het energieverbruik en de milieu-impact door de inzet van hulpstoffen en chemicaliën (b.v. cyclodextrines en high-silica zeolieten). Uit de evaluatie blijkt dat niet elke techniek op elke rwzi hetzelfde resultaat gaat geven. Dat hangt af van de kenmerken van de zuivering, zoals de concentraties medicijnresten en bromide in het water.

Uijterlinde: “Voor de evaluatie is de technologie gestandaardiseerd voor een zuivering die het afvalwater van 100.000 inwoners behandelt. Eigenlijk kan dat niet, want elke zuivering is anders. Het blijft altijd maatwerk. Daarom valt er over kosten ook niet zoveel te zeggen. Per zuivering kunnen de kosten anders uitvallen dan berekend in deze studie, al pas je dezelfde techniek toe. Bedrijven moeten zich daar dus zeker niet blind op staren. Daarom is het goed dat we de afgelopen vijf jaar zo’n breed palet aan technieken hebben kunnen beproeven. Er valt wat te kiezen: waterschappen kunnen voor de laagste kosten gaan, maar ook voor een hoger rendement en een betere kwaliteit van het gezuiverde water, of ze kunnen op duurzaamheid een extra investering doen.”

15 nieuwe technieken om medicijnresten te verwijderen:

Drie varianten op conventionele adsorptie met poederactiefkool (PAK of PACAS)

• 1. PAK+doekfiltratie:
  hierbij wordt het poederactiefkool niet in het actief-slibsysteem gebracht, maar wordt het gezuiverde water door een PAK-reactor en een doekfilter gevoerd.
• 2. PACAS Nereda:
  hierbij wordt het PAK in de Nereda-korrelslibreactor (een techniek van RoyalHaskoningDHV) gebracht en samen met de geadsorbeerde medicijnresten met het spuislib afgevoerd.
• 3. PAK+O3:
  hierbij krijgt het effluent na de PAK-filtratiestap een behandeling met ozon. Door adsorptie en oxidatie te combineren, kunnen de doseringen actiefkool en ozon omlaag, wat duurzamer en goedkoper is.

• 4. upflow GAK:
  vernieuwde, nageschakelde filtratie met granulair actief-kool (GAK), waarbij het filter van onder naar boven doorstroomt. Dit verbetert het contact tussen actiefkool en water en daarmee het verwijderingsrendement. Door inzet van geregeneerde actiefkool (in plaats van primair kool) kan een kleinere CO2-footprint behaald worden.

Twee varianten van biologische actiefkoolfiltratie (BAKF):

• 5. Bio-GAK+lucht:
  naast GAK vindt in één reactor ook een biologische aerobe behandeling plaats. Door zuurstof in te brengen, zetten micro-organismen in de reactor een deel van de organische stof, die uit het water wordt gehaald door het adsorptieproces, ook weer om. Dat zorgt ervoor dat het langer duurt voor de kool verzadigd is en regeneratie nodig is. Dit drukt de kosten en zorgt voor een kleiner CO2-voetafdruk.
• 6. BODAC (Biological Oxygen-Dosed Active Carbon),
  getest op rwzi Emmen. Deze installatie behandelt gezuiverd afvalwater in twee parallele filtratiesystemen met vers en verzadigd GAK, waar een biofilm op groeit die medicijnen uitfiltert en afbreekt (>80%). Overtollige biomassa wordt periodiek verwijderd. De installatie is sinds 2010 in gebruik en de actiefkool hoeft nog steeds niet vervangen te worden. Deze lange standtijd is een groot voordeel.

Combinaties van actief-koolfiltratie en ozondosering:

• 7. O3-STEP.
  Hierbij breekt de ozon-installatie de medicijnresten oxidatief af, zodat ze daarna makkelijker adsorberen in de GAK-filter. Het actiefkool verwijdert ook aanwezig bromaat. Deze techniek is begin 2024 op rwzi Horstermeer in bedrijf genomen.
• 8. Aurea
  combineert dezelfde technieken, maar in omgekeerde volgorde. Eerst breekt een biologisch actiefkoolfilter de medicijnen af, daarna neemt een lichtere behandeling met ozon de resterende componenten voor zijn rekening. De lagere ozondosering verkleint de CO2-voetafdruk en vermindert het risico op bromaatvorming. De techniek is ontwikkeld door RoyalHaskoningDHV en Wageningen Universiteit & Research.

2x niet-fossiele adsorbentia

• 9. DEXfilter
  maakt gebruik van adsorptie met niet-fossiele adsorbentia (cyclodextrines) met een veel kleinere CO2-voetafdruk dan fossiele adsorbentia. De uit suikers opgebouwde ringvormige moleculen vormen een soort cupjes met een positieve of negatieve lading waar medicijnresten aan kunnen adsorberen door elektrostatische en hydrofobe interacties samen met een uitsluitingsmechanisme op basis van molecuulgrootte. De cyclodextrines worden on-site met methanol geregenereerd. Getest op rzwi Lelystad.
• 10. AdOx
  is een adsorptie-en oxidatieproces met high-silica zeolieten. Deze korrels zitten in een vastbedreactor en filteren medicijnresten uit het neerwaarts stromende afvalwater. De verzadigde zeolieten zijn ter plekke met ozongas te regenereren, wat de vorming van bromaat in het gezuiverde water voorkomt.

Drie oxidatie-technieken:

• 11. ZF+UV/H2O2
  is een vorm van geavanceerde oxidatie door UV-licht te combineren met waterstofperoxide. Naast het oxidatieproces ontstaan hydroxylradicalen die voor een nog intensievere afbraak van medicijnen zorgen. De waterstofperoxide wordt in de installatie zelf duurzaam geproduceerd uit water en elektriciteit, zonder chemicaliën.
• 12. O3+ultrasound
  combineert een ozonbehandeling met vooraf en achteraf ultrasoon geluid, dat het ozonisatieproces versterkt en voor een snellere, efficiëntere afbraak van medicijnen zorgt.
• 13. Microforce
  is een combinatie van in reeks geschakelde reactoren met een ozon- en een biologische behandelingsstap met een biofilm die elk een specifieke dosis ozon hanteren. Door de inzet van biologie is ook bij deze techniek minder ozon nodig is.

Twee membraanfiltratie-technieken:

• 14. NF+H2O2
  combineert nanofiltratie met oxidatie door waterstofperoxide. De techniek (bereik: 1-10 nm) kan niet alleen medicijnen verwijderen, maar ook nog kleinere microverontreinigingen, pathogenen en microplastics.
• 15. O3+keramische MF.
  Na een eerste ozonisatiestap ontdoen keramische microfiltratie (MF)-membranen het afvalwater van microverontreinigingen, microplastics, bacteriën en virussen.

Beide membraantechnieken mikken op hoogwaardig hergebruik van het gezuiverde water dat de kwaliteit van drinkwater nadert.

Bron: Evaluatie Innovatieprogramma Microverontreinigingen uit rwzi-afvalwater, STOWA, september 2024