Bioreactor moet nitraten uit drainagewater halen

In de winter worden aan de MAP-meetpunten vaak verhoogde nitraatconcentraties vastgesteld als gevolg van uitspoeling via drainage. Met een Moving Bed Bioreactor (MBBR) kunnen nitraten uit het drainagewater worden gehaald. De techniek wordt momenteel getest in onder meer Buggenhout, Onze-Lieve-Vrouw-Waver en Staden. Mogelijk komt ze op termijn in aanmerking als equivalente maatregel binnen MAP6.

Micro-organismen zetten nitraten om in stikstofgas

Het Laboratorium voor Proces- en Milieutechnologie van de KU Leuven ontwikkelde enkele jaren geleden een waterzuiveringstechniek voor de verwijdering van nitraten uit spuistroom in de glastuinbouw. In onderstaand vernoemd LA-traject wordt de installatie verder verfijnd voor de zuivering van drainagewater bij openluchtteelten. De techniek is gebaseerd op een zuivering via denitrificatie in een slib-op-drager-systeem. Dit is een biologisch proces waarbij micro-organismen groeien op vaste dragers die in suspensie worden gehouden in de biologische reactor. Deze micro-organismen zetten de nitraten om in het onschadelijke stikstofgas.

MBBR in Buggenhout

Sinds 2017 wordt de eerste pilootinstallatie uitgetest in Buggenhout. Buggenhout wordt getypeerd door een zandgrond met daaronder een ondoordringbare kleilaag. De percelen zijn er om die reden vaak gedraineerd. Ondanks de vele inspanningen en de strengere bemestingspraktijken slagen we er niet in om de nitraatconcentraties van het drainagewater en bijgevolg het oppervlaktewater voldoende te verlagen. In dergelijke situaties is het inzetten van een MBBR opportuun.

Op basis van de meetgegevens (debiet en temperatuur) van de winter 2016-2017 werd een installatie ontworpen die 500 l/u drainagewater kan verwerken. Dit vertaalt zich in twee in serie geplaatste reactorvaten van 3 m3, elk gevuld met 1,1 m3 aan dragermateriaal. Op dit dragermateriaal kunnen de bacteriën groeien die nitraten omzetten in stikstofgas.

Figuur : Moving bed bioreactor (MBBR) voor de biologische omzetting van nitraat in het onschadelijke stikstofgas

De eerste testen met de MBBR zijn alvast veelbelovend: éénmaal het dragermateriaal voldoende aangegroeid is met micro-organismen, slaagt de installatie erin om de nitraatconcentraties tot wel 90% te reduceren.

In 2017-2018 gebeurde de energievoorziening van de MBBR met zonnepanelen. Door de combinatie van relatief hoog energieverbruik en weinig licht tijdens de winter kon slechts een beperkte hoeveelheid drainagewater verwerkt worden. Om die reden werd de installatie sinds vorige winter aangesloten op het dichtstbijzijnde elektriciteitsnet. Door deze aanpassing kon de installatie al het beschikbare drainagewater verwerken. Tijdens de periode van eind januari tot begin april werd een totaal volume van 520 m3 verwerkt. Aangezien het drainageseizoen van afgelopen winter korter was dan vorig jaar, was de vraag naar de koolstofbron – dat essentieel is om de denitrificatiereactie te onderhouden- veel hoger dan vooraf ingeschat. Om de biomassagroei te optimaliseren is er naast koolstof en stikstof, ook fosfor nodig. Uiteraard wordt deze fosforbron, onder de vorm van fosforzuur, zodanig gedoseerd dat er geen fosfor meer aanwezig is in het effluent. Deze aanpassingen resulteerden in een stijging van de nitraatreductie. In april daalde de nitraatconcentratie van ongeveer 60 mgNO3/L naar 9 mgNO3/L.

MBBR in Onze-Lieve-Vrouw-Waver en Staden

Ook in Onze-Lieve-Vrouw-Waver en Staden wordt een MBBR uitgetest. In Onze-Lieve-Vrouw-Waver bevindt die zich ondergronds om temperatuurschommelingen op te vangen. Het effluent van de MBBR komt nadien in het oppervlaktewater terecht.

In Staden wordt de bouw van de MBBR in september gestart, zodat we komende winter volop kunnen monitoren.

Ontwikkeling blauwe dienst

Om de MBBR in de praktijk in te zetten is er naast de technische know-how ook budget nodig. Daarom wordt er binnen dit project bekeken hoe financiering van dergelijke installaties kan gebeuren. Deze vorm van dienstverlening wordt een ‘blauwe dienst’ genoemd. Een evaluatie hoe die kosten verdeeld kunnen worden en of ook de overheid mee kan participeren, maakt deel uit van dit project.

Om de haalbaarheid en het draagvlak van financieringssystemen verder af te toetsen werd er op 2 juli 2019 een workshop ingericht. Via deze workshop polsten we naar mogelijkheden om de MBBR gefinancierd te krijgen in de praktijk.

Wat kost zuiveren?

Er kan pas een blauwe dienst uitgerold worden als er een duidelijk zicht is op de kostprijs van de installaties. De prijzen voor de installaties variëren van 24.150€ tot 36.300€. De kostprijs wordt vooral beïnvloed door de aan-of afwezigheid van elektriciteit en de nitraatvracht. Energievoorziening met zonnepanelen is de duurste optie. Werken met een aftakking van het net kan de prijs sterk reduceren.

De jaarlijkse kostprijs is bepaald op basis van de vaste jaarlijkse afschrijvingskost van de installatie en de jaarlijkse variabele kost (koolstofbron + energie – en huurkost). De jaarlijkse kostprijs voor de huidige installaties varieert tussen 3.021 €/jaar en 5.436 €/jaar.

Op basis van de kostprijs per m³ en de kostprijs per nitraatvracht blijkt dat de rendabiliteit van de installatie toeneemt naarmate een groter debiet en een grotere nitraatvracht kan behandeld worden. Idealiter wordt het systeem dus toegepast op een punt waar drainagewater van meerdere drainagebuizen samenkomt, zoals bv. via een drainageput of een moerbuis waar verschillende drainagebuizen op aangesloten zitten.

Het niet zuiveren van nitraatrijk drainagewater heeft echter ook financiële consequenties. Zeker in het nieuwe MAP 6, zorgen de verplichte inzaai van vanggewassen, de verlaagde bemestingsnormen en de verlaagde drempelwaarde voor nitraatresidu’s voor hogere kosten. Telers in gebiedstype 2 en 3 hebben er dus alle baat bij om de waterkwaliteit in het gebied te verbeteren. Bovendien voorziet MAP 6 alternatieve maatregelen. Dit houdt in dat telers kunnen afwijken van de verstrengde maatregelen in GT 2 en 3 indien ze een maatregel toepassen om de waterkwaliteit ten goede te komen. Er zal gestreefd worden om MBBR mee op te nemen in deze lijst van alternatieve maatregelen.

In samenwerking met:

E. Vandewoestijne – PCG, Kruishoutem

D. Huits & T. Van Nieuwenhove – Inagro, Rumbeke-Beitem

P. Van Aken, N. Lambert & R. Dewil – KU Leuven, Technologiecampus De Nayer

E. Goovaerts & J. De Nies – Proefstation voor de Groenteteelt, Sint-Katelijne-Waver


Met de steun van:
Onderzoek in het kader van het LA-traject ‘Innoverende aanpak voor nitraatreductie in land- en tuinbouwgebieden’ met steun van het Agentschap Innoveren & Ondernemen.