Bacteriën kunnen helpen bij het opruimen van microverontreinigingen in grondwater

De opkomst van microverontreinigingen in grondwater vormt een grote zorg voor drinkwaterbedrijven die uit dit water hun drinkwater bereiden. Hoe mooi zou het zijn als het natuurlijke leger aan micro-organismen in het grondwater kan helpen bij het afbreken en opruimen van deze stoffen? Inzicht in deze biologische processen is opgedaan in een TKI-project dat wegens de veelbelovende resultaten is uitgemond in meerdere vervolgprojecten. “Dit is nieuwe kennis”, zegt Nora Sutton, onderzoeker bij Wageningen Universiteit. “We hebben laten zien dat grondwater behalve een chemische component ook een biologische component heeft, die in belangrijke mate bepaalt wat de kwaliteit is van het geproduceerde drinkwater.”

Traditioneel kijken drinkwaterbedrijven bij de bereiding van drinkwater vooral naar chemische parameters zoals ijzergehalte en hardheid. De laatst jaren wordt echter duidelijk dat ook de biologie heel belangrijk is voor goed drinkwater, met name voor de verwijdering van organisch-chemische stoffen. Deze stoffen belanden door toedoen van mensen in het milieu. Ze komen via de bodem in het diepere grondwater terecht, wat gebruikt wordt voor de drinkwaterproductie. Nieuwe technieken, vooral op het gebied van DNA-sequencing, maken dat het inzicht in microbiologische processen een enorme groeispurt doormaakt. Sutton: “Vroeger wisten we nog niet hoe de biologische activiteit in water werkt. Welke bacterie wat doet, hoe en waarom. Nu de watersector de afgelopen twintig jaar flink heeft ingezet op de  kennisontwikkeling rond het aantonen van chemische stoffen in water, bestaat diezelfde kennisbehoefte voor de biologie. Wil je echt grip krijgen op de grondwaterkwaliteit, dan moeten chemische en biologische kennisontwikkeling hand in hand gaan. En dat zie je nu gebeuren.”

“Wil je echt grip krijgen op de grondwaterkwaliteit, dan moeten chemische en biologische kennisontwikkeling hand in hand gaan.”

Voorspellend vermogen

Het TKI-project MicroNAC had als doel kennis te ontwikkelen over het potentieel voor de natuurlijke afbraak van microverontreinigingen in veldomstandigheden, en de snelheid waarmee dit gebeurt. Als een instrument zou bestaan voor het inschatten van de natuurlijke afbraakcapaciteit, kan dit worden gebruikt om betere modellen te maken die langetermijnrisico’s van verontreinigingen van drinkwaterwingebieden beoordelen en voorspellen. “Drinkwaterbedrijven doen metingen in het grondwater voordat ze hier drinkwater van maken”, legt Sutton uit. “Zo weten ze welke stoffen erin zitten. Dit gebeurt in waarnemingsputten, die rond de productieputten liggen. Het gaat om grondwater dat er nog jaren over doet voordat het drinkwater wordt. Nederlandse drinkwaterbedrijven produceren het schoonste en veiligste drinkwater ter wereld, en dat willen ze zo houden. Met dit onderzoek wilden we het voorspellend vermogen van deze bedrijven vergroten, zodat ze beter kunnen zien aankomen wanneer een stof een probleem is en wanneer niet.”

Extra koolstof nodig

In het laboratorium is onderzocht welke stoffen door bacteriën kunnen worden afgebroken, met de nadruk op gewasbestrijdingsmiddelen. Dit is gedaan voor verschillende typen grondwater met variabele condities, zoals nitraat of ijzer. In samenwerking met Vitens en het Waterlaboratorium van het Noorden – vertegenwoordiger van Waterbedrijf Groningen en WMD Drinkwater (Drenthe) – vonden de experimenten plaats bij Wageningen Universiteit. Met het onderzoek is voor het eerst aangetoond dat natuurlijke bacteriën in grondwater in staat zijn om microverontreinigingen af te breken. “Dit ‘proof of principle’ is het belangrijkste resultaat”, vindt Sutton. Wel voegt zij hier een kanttekening aan toe. “De natuurlijke omstandigheden in wingebieden zijn niet gunstig voor de bacteriën om actief te zijn. Zij hebben een extra koolstofbron nodig, die in de arme zandgronden van een wingebied ontbreekt. Wanneer we zo’n koolstofbron in het lab aanbieden, zoals een extractie van natuurlijke compost, zien we dat dit de bacteriën ten goede komt. En dus ook hun afbraakwerk. Uiteraard mogen we in waterwingebieden niet zomaar koolstof aan de bodem toevoegen. En wetenschappelijk gezien moeten we nog beter leren begrijpen hoe de bacteriën koolstof gebruiken om de microverontreinigingen af te breken. Daar weten we nog te weinig van.”

“We hebben een soort ‘stoplichtsysteem’ ontwikkeld, dat aangeeft onder welke omstandigheden het licht voor de afbraak van microverontreinigingen op groen staat.”

Stoplichtsysteem

Op de vraag in hoeverre het project erin is geslaagd om het eerder genoemde voorspellend vermogen van de waterbedrijven te vergroten, reageert Sutton positief. “We hebben een soort ‘stoplichtsysteem’ ontwikkeld, dat aangeeft onder welke omstandigheden het licht voor de afbraak van microverontreinigingen op groen staat. Dat wil zeggen: de bacteriën in het grondwater gaan met de stoffen aan de slag. Staat het licht op rood, dan is het opletten geblazen. De stoffen worden niet op een natuurlijke manier opgeruimd. Zo’n stoplicht klinkt erg simpel, maar is in feite ontzettend complex. Aan de ene kant bestaan heel veel verschillende grondwatercondities. En aan de andere kant zijn er ook honderden microverontreinigingen. Natuurlijk konden we niet voor al die stoffen een stoplicht maken. Maar het is geweldig dat we veel nieuwe kennis hebben kunnen verzamelen over de biologische afbraak van microverontreinigingen. En over de selectiedruk die ervoor zorgt dat de ene bacterie in het grondwater overleeft terwijl de andere sterft. We weten nu veel meer over de grondwatersamenstelling en welke bacteriën daarbij horen. De grote uitdaging is nu om het stoplichtsysteem te vertalen in iets wat bruikbaar is voor de drinkwaterbedrijven.”

Vervolgprojecten

Dat het MicroNAC-project veel heeft teweeg gebracht, blijkt uit het feit dat er na de afronding in 2017 meerdere vervolgprojecten uit zijn voortgekomen. Het gaat om twee NWO-projecten en een Wetsus-project. Sutton: “Hierin hebben we de kennis van het proof of principle verder verdiept. Zo willen we meer weten over de koolstofbron die de bacteriën nodig hebben om actief te zijn, welke bacteriën bij de afbraak van microverontreinigingen zijn betrokken, en welke grondwateromstandigheden belangrijk zijn. Ook moeten we de verschillende transformatieproducten in kaart brengen die tijdens de biologische afbraak van verontreinigingen ontstaan. Welke zijn schadelijk, welke niet.”

“Voor mij is het essentieel om te weten dat dit werk betekenis heeft voor de samenleving.”

Betekenis voor de samenleving

Net als bij het MicroNAC-project zijn bij de vervolgstappen waterbedrijven aangehaakt. Een samenwerking waarover Sutton bijzonder enthousiast is. “Waterbedrijven hebben enorm veel kennis. En ze beschikken over massa’s meetgegevens. Door deze kennis en gegevens te delen, kunnen we samen flinke impact maken. Ik ben er trots op hoe we vanuit verschillende invalshoeken kijken naar hetzelfde probleem. Als wetenschapper sta je vaak in je eentje in het lab, je proeven te doen. Voor mij is het essentieel om te weten dat dit werk betekenis heeft voor de samenleving. Dit project is daar een goed voorbeeld van.

Het project MicroNAC (Advanced tools for assessment of the Microbial Natural Attenuation Capacity for Micropollutants in the water cycle) is uitgevoerd in samenwerking tussen Wageningen Universiteit, Vitens en Water Laboratorium Noord (WLN).