Circulaire watervoorziening tuinbouw: Water uit de kas

Waterzuivering en hergebruik

Watervoorziening is van eminent belang voor de glastuinbouw. Er moet voldoende zoet (giet) water beschikbaar zijn, ook in droge perioden, en het water moet schoon zijn en niet te veel zouten bevatten. Ook zijn afspraken gemaakt om de emissie van gewasbeschermingsmiddelen uit de glastuinbouw de komende jaren aanzienlijk te verlagen en uiteindelijk te elimineren.

Dit project maakt deel uit van een samenhangend programma dat moet leiden tot een integrale en duurzame (giet)watervoorziening: het verkrijgen van “goed gietwater”, reductie van het gebruik van ontsmettingsmiddelen en geen emissie van nutriënten en milieuvreemde stoffen. Het programma (cluster) Circulaire watervoorziening (glas)tuinbouw bestaat uit 4 projecten:

1. Water naar de kas: zoetwatervoorziening en puttechnologie

2. Water in de kas: microbieel ‘gezond’ gietwater

3. Water uit de kas: waterzuivering en hergebruik

4. Operate: exploitatie van circulaire gietwatersystemen

Binnen deze vier projecten wordt gekeken naar de aanvoer, afvoer en het gebruik van water op een schaalniveau dat de individuele tuinder overstijgt. Zo kan meer focus worden gelegd op het sluiten van de watercyclus, vergroten van zelfvoorzienendheid van de sector, efficiënt watergebruik, matchen van (regionale) wateroverschotten en watertekorten in tijd en plaats, hergebruik van water.

Technologie

Dit project beantwoordt de vraag in hoeverre geavanceerde oxidatieprocessen (AOP) kunnen worden ingezet om de kwaliteit van geloosd spuiwater verbeteren door de omzetting van gewasbeschermingsmiddelen (GBM). Onderzocht wordt  of  lozing van met AOP behandeld spuiwater negatieve effecten heeft op de (ecologische) kwaliteit van het oppervlaktewater. En we stellen de mate vast waarin geselecteerde GBM  door verschillende AOP worden afgebroken. Doel is het per 1 januari 2018  voorgeschreven  zuiveringsrendement van in principe 95% te behalen zonder vorming van stoffen met een negatief effect op de waterkwaliteit.

De doelen worden gerealiseerd door de hieronder genoemde projectpartners, met medewerking van Wageningen UR Glastuinbouw.

Uitdaging

Er wordt onderzoek gedaan naar de verwijdering van GBM in “standaard water” met de bekende zuiveringstechnieken. Op basis van voorgaand onderzoek bij WUR lijkt de toepassing van AOP het meest haalbaar voor de glastuinbouw. Niet specifiek UV/H2O2-oxidatie maar ook alternatieven zoals O3/UV en O3/H2O2 worden onderzocht op proefinstallatieschaal. Hierbij wordt bij geselecteerde procesinstellingen middels bio-assay analyses onderzocht of het lozen van met AOP behandeld spuiwater negatieve effecten heeft op de (ecologische) kwaliteit van het oppervlaktewater. En we stellen de mate vast waarin welke geselecteerde GBM door de verschillende AOP wordt afgebroken. Er is geen besluit over toepassing van AKF achter AOP. Gezien de toenemende kosten verdient het de voorkeur wanneer AFK bij voldoende efficiënte zuivering niet nodig is. Het proefinstallatieonderzoek is uitgevoerd in 2015.

Oplossing

Om de kwaliteit van geloosd spuiwater te verbeteren door de omzetting van GBM, kan AOP worden toegepast. Onderzocht is of lozing van met AOP behandeld spuiwater negatieve effecten heeft op de (ecologische) kwaliteit van het oppervlaktewater. En we stellen de mate vast waarin geselecteerde GBM  door verschillende AOP worden afgebroken. Doel is het per 1 januari 2018  voorgeschreven  zuiveringsrendement van in principe 95% te behalen zonder vorming van stoffen met een negatief effect op de waterkwaliteit. In het onderzoek zijn verschillende technieken vergeleken: waterstofperoxide, waterstofperoxide + lage druk UV, waterstofperoxide + middendruk UV, waterstofperoxide + ozon, ozon + lage druk UV en waterstofperoxide + ozon + lage druk UV.

Uit het onderzoek blijkt dat oxidatieprocessen gebaseerd op ozon of ozon/waterstofperoxide de minste energie vragen. Hiervoor zijn wel relatief grote hoeveelheden ozon en waterstofperoxide nodig, waardoor de veiligheid van het proces (en het vervoer van chemicaliën) extra aandacht zou vragen. Daarom is het mogelijk beter een combinatie met UV te maken, ondanks dat dergelijke processen iets meer energie vragen. Die hoeveelheid energie is sterk afhankelijk van de waterkwaliteit: hoe hoger de UV-transmissie van het te behandelen spuiwater, hoe lager het energieverbruik. Het energieverbruik bij het gebruik van middendruk UV lampen is onder alle omstandigheden significant hoger dan bij lage druk UV-lampen.

Over het algemeen is het proces waarin alle technieken worden gecombineerd (waterstofperoxide/ozon/UV) het meest effectief voor de afbraak van gewasbeschermingsmiddelen, met een gemiddeld zuiveringsrendement van >95%, zelfs bij een relatief lage UV-transmissie van 11%. Bij relatief hogere UV-transmissie (55%) geldt dit echter ook voor toepassing van ozon/UV en waterstofperoxide/UV (mits een lage druk UV-lamp wordt gebruikt). Geen van de (combinaties van) technieken resulteerde echter in een zuiveringsrendement van >95% voor ieder van de 12 onderzochte gewasbeschermingsmiddelen.

Bij geen van de toegepaste processen werd acute ecotoxiciteit gevonden. Wel werd na toepassen van UV-straling (zowel middendruk als lage druk) een verhoogde mutagene activiteit van het water gemeten. Hierbij moet worden aangetekend dat het “standaardwater” dat voor de experimenten werd gebruikt ook al een positieve respons gaf in de mutageniteitstest. Bovendien wil een positieve respons niet automatisch zeggen dat er gevaar bestaat voor het aquatisch milieu waarin het water zou worden geloosd of voor de humane gezondheid: het betekent alleen dat er stoffen gevormd worden die wellicht mutageen zijn. Of ze dat in de praktijk ook zijn, en in welke mate, zal nader onderzoek moeten uitwijzen. Bovendien moet worden vastgesteld in hoeverre dit de waterkwaliteit nadelig beïnvloedt in vergelijking met het niet behandelen van het spuiwater. Uit de testen is gebleken dat bij blootstelling aan de lucht de mutageniteit snel afneemt, en uit andere experimenten is ook bekend dat mutagene bijproducten in de regel goed via filtratie te verwijderen zijn.

Over het algemeen kan worden geconcludeerd dat, afhankelijk van de waterkwaliteit, AOP gebaseerd op UV geschikt kan zijn om gewasbeschermingsmiddelen af te breken. Indien water veel nutriënten en organische vervuilingen bevat en de UV-transmissie als gevolg lager is, zijn er minder technieken in staat om gemiddeld >95% afbraak te realiseren.  Geen van de onderzochte (geavanceerde) oxidatietechnieken resulteerde in een zuiveringsrendement van >95% voor alle onderzochte gewasbeschermingsmiddelen (bij de toegepaste doseringen van ozon, waterstofperoxide en/of UV-licht).