Gevoelige bewaking membraanintegriteit met natuurlijke virussen

In de drinkwaterproductie worden steeds meer membranen gebruikt om ongewenste deeltjes en stoffen tegen te houden. Heel belangrijk daarbij is dat de membranen niet kapotgaan. Recent onderzoek toont aan dat natuurlijke virussen aanzienlijk gevoeliger zijn om de integriteit van membranen te monitoren dan gebruikelijke methoden. “Dit betekent dat je sneller en nauwkeuriger de status van het zuiveringssysteem kunt peilen”, zegt Han Vervaeren van het Belgische De Watergroep. “Dat kan de bewaking ervan alleen maar ten goede komen.”

Met drinkwaterbronnen die hoe langer hoe meer onder druk staan, zitten er voor drinkwaterbedrijven nog meer voordelen aan de toepassing van natuurlijke virussen, legt Vervaeren uit. In het TKI-project ‘Natuurlijke virussen voor bewaking van de integriteit van membraaninstallaties’ werd bij De Watergroep in de ultrafiltratie van een bestaande installatie bepaald hoe efficiënt de natuurlijke virusverwijdering was.

Vervaeren: “Ultrafiltratie passen we toe aan het begin van het zuiveringsproces. Het is goed om in die eerste stap een gevoelige kwaliteitsbewaking te hebben. De natuurlijke virussen blijken hierin een extra aanwinst. Met de efficiëntie van de virusverwijdering weten we hoe het gesteld is met de membraanintegriteit. De methode werkt goed om op een niet-destructieve manier de verwijderingsefficiëntie in onze systemen te kunnen inschatten. Want er wordt gebruikgemaakt van wat in de natuur al aanwezig is: het zuiveringsproces hoeft niet te worden onderbroken. Wanneer we in de toekomst naar alternatieve waterbronnen kijken, zoals effluent uit rioolwaterzuiveringsinstallaties, bieden natuurlijke virussen wellicht een uitkomst om de zuivering hiervan op een veilige manier te doen.”

Getal op plakken

Voorafgaand aan de testen op full scale vonden laboratorium- en pilottesten plaats om tot iets te komen waarmee “een nauwkeurig getal op de membraanintegriteit kan worden geplakt”, zoals KWR-onderzoeker Emile Cornelissen omschrijft. Hiervoor was een nauwe samenwerking nodig met microbiologen, vertelt hij. “Met DNA-technieken is bepaald welk type virussen het meest voorkomen in bronnen voor drinkwater, zoals oppervlaktewater. Door metingen te doen in de voeding van een bepaald zuiveringsproces én in wat er daarna uitkomt, kunnen we dit verschil uitdrukken in de Log Removal Value of LRV. Deze waarde vertelt in welke mate een bepaalde stof – of in ons geval natuurlijke virussen – in de zuivering wordt verwijderd. Hoe hoger de waarde, hoe efficiënter de verwijdering. Door in het lab en op pilotschaal systematisch steeds een membraanvezel kapot te maken, konden we precies zien hoe de LRV voor de virussen daalde. Intacte membranen hebben een viruslogverwijderingswaarde van 5 tot 7. Voor bestaande methoden om de integriteit van membranen te monitoren, zoals geleidbaarheid, ligt die waarde op 2 tot 3. Het omhoog brengen van de LRV betekent dat je nauwkeuriger kunt zien of een membraan kapot is. Vervolgens gebruikten we de meetreeks voor de LRV van natuurlijke virussen om in de full scale-installatie van De Watergroep de waarden die in de praktijk werden gemeten te interpreteren. Dat werkte prima. In principe hebben we een formule in handen waarmee we wereldwijd de boer op kunnen om de integriteit van membranen te monitoren.”

Goed voor de business case

Naast projectpartners uit de watersector en het wetenschappelijk onderzoek, is ook de derde pijler uit het TKI-verband enthousiast over de resultaten. Leo Vredenbregt, werkzaam bij membraanleverancier Pentair, vindt dat de methode zich heeft bewezen. Hij ziet mogelijkheden om met natuurlijke virussen de business case te verbreden. “Pentair heeft zijn eigen systeem om de integriteit van membranen te testen, maar dat werkt bij het ene membraan beter dan bij het andere. Daarom lopen we tegen beperkingen aan. De natuurlijke virussen bieden perspectief om membraanintegriteit op een andere, meer gevoelige manier te monitoren. Als de methode bij grotere zuiveringssystemen kan worden ingezet, biedt het ook kansen voor andere toepassingen. Momenteel worden onze membranen gebruikt om water te zuiveren en er drinkwater van te maken. Maar het is ook interessant om membranen in te zetten bij hergebruik van water. En hierbij is de integriteit van membranen enorm van belang.”

Microscopische waakhonden

Zowel Vredenbregt als Vervaeren denken dat een rooskleurige toekomst is weggelegd voor natuurlijke virussen als microscopische waakhonden van membraanintegriteit. “Ik verwacht dat de methode verder zal worden doorontwikkeld tot een praktisch toepasbaar apparaat”, zegt Vredenbregt. “Dan heeft het veel potentie om veel breder te worden omarmd. Nu is onze eigen methode, die werkt met luchtdruk, nog makkelijker en sneller in gebruik. Wanneer in de toekomst de eisen voor membraanintegriteit strenger worden, zouden de natuurlijke virussen uitkomst kunnen bieden.” Vervaeren is bijvoorbeeld benieuwd hoe de virussen presteren in het monitoren van andere zuiveringsstappen dan ultrafiltratie. Ook wil hij weten hoe de virusmethode kan worden gebruikt om resultaten te spiegelen met huidige monitoringsmethoden. En hij ziet kansen voor de methode om toe te passen voor periodieke monitoring. “Wanneer bij een installatie slijtage optreedt, gaat dat veelal geleidelijk. Je wilt hier de vinger aan de pols houden. Juist vanwege de gevoeligheid vind ik de natuurlijke virussen hiervoor interessant.”

Vervolgonderzoek

Vanwege de vragen die er nog liggen en het enthousiasme van de projectpartners, zit een vervolgproject in de pijplijn, vertelt Cornelissen. Net als praktijkman Vredenbregt vindt de onderzoeker het belangrijk om tot een handzaam apparaat te komen. Daarnaast noemt hij vanuit zijn wetenschappelijke invalshoek een aantal kwesties om uit te zoeken. “Nu weten we nog niet welke natuurlijke virussen we meten. Dat zouden we graag in kaart willen brengen. Met meer kennis over de natuurlijke virussen, leer je ook meer over de membranen. Daarnaast willen we de meetreeksen uitbreiden. Het afgelopen onderzoek richtte zich voornamelijk op oppervlaktewater. Maar welke natuurlijke virussen zitten er in grondwater of afvalwater? Het is een geweldig leuk onderzoek, omdat er zoveel belang aan wordt gehecht. Dat merk je doordat iedereen meegaat in het vervolgonderzoek. Bij sommige projecten moeten we nog weleens trekken aan de klant om deze te overtuigen. Dat is bij dit project helemaal niet nodig. De resultaten doen dit vanzelf.”

Samenwerkingspartners

Het project ‘Natuurlijke virussen voor bewaking van de integriteit van membraaninstallaties’ kwam tot stand in samenwerking tussen Evides, PWN, De Watergroep, Oasen, Pentair en KWR.