Medicijnresten in afvalwater aanpakken waar het begint: in het toilet

Voor de watersector zijn medicijnresten in afvalwater een groeiende bron van zorg. In een onlangs afgerond TKI-project is onderzocht hoe met een speciaal ontwikkeld adsorbens deze stoffen al bij het doorspoelen in het toilet specifiek zijn te binden. “Een bronaanpak die interessant is voor het landelijk gebied, waar veel boerderijen en woningen hun eigen zuivering hebben”, aldus Sigrid Haverkamp van Waterschap Zuiderzeeland.

Haverkamp vertelt hoe het waterschap al een tijd bezig is met de bronaanpak van medicijnresten. “Hoe kunnen we voorkomen dat deze chemische stoffen in het afvalwater terechtkomen? Die vraag, daar sluit dit project heel goed bij aan.”

Pakketje bij de apotheek

In het TKI-project ‘Verwijdering van geneesmiddelen uit afvalwater met affiniteitsadsorptie’ is ingespeeld op het gegeven dat de concentratie medicijnresten in het toilet relatief hoog is; hoger dan in de rioolwaterzuiveringsinstallatie. Mensen die medicijnen gebruiken, scheiden de resten hiervan via urine en ontlasting uit. Aangekomen bij de rwzi, mengt het afvalwater zich met dat van iedereen. De medicijnresten raken verdund en zijn daardoor lastiger aan te pakken. “Ik weet nog goed dat KWR een paar jaar geleden een presentatie aan de waterschappen gaf over het idee van een adsorbens”, herinnert Haverkamp zich. “We dachten toen al: wat zouden we dit graag willen uitproberen op onze IBA’s in het buitengebied. IBA staat voor Individuele Behandeling Afvalwater, wat betekent dat deze huishoudens niet zijn aangesloten op het riool. Waterschap Zuiderzeeland heeft een enorm groot landelijk gebied. En ook in nieuwbouwwijken wordt gekeken naar de mogelijkheid van huishoudens met een zelfstandige zuivering. Stel je voor: je gaat naar de apotheek om medicijnen te halen. Dan krijg je een pakketje mee om bij elke spoelbeurt van de wc een goedje toe te dienen dat ervoor zorgt dat de medicijnresten niet in het milieu terechtkomen. Dat zou toch mooi zijn?”

Handjes aan het werk

Roberta Hofman, de KWR-onderzoeker die destijds de presentatie gaf die Haverkamp noemt, was uiteraard ook bij het project betrokken. Zij legt de werking van het adsorbens uit. “Het probleem met de gangbare adsorbentia in afvalwater is dat ze er ook stoffen uithalen die er niet uitgehaald hoeven te worden. Daardoor raken ze eerder ‘vol’ en verliezen ze hun werking. In hun chemische samenstelling hebben medicijnen bepaalde functionele groepen. Je kunt die als een soort chemische ‘handjes’ zien. Als je bolletjes maakt, met handjes die precies passen op de handjes van het medicijn, kun je de medicijnen als het ware vastpakken en binden. Met zo’n speciaal ontwikkeld adsorbens kun je ze heel efficiënt uit het water halen. Ons plan was om te kijken op welke manier we met zo’n adsorbens medicijnen kunnen afvangen voordat ze in het riool terechtkomen.”

Hands-on experiment

Een van de typen IBA’s die in het project zijn getest, is het zogenoemde ‘compact systeem’. Dit bestaat uit drie vaten in de grond, waar achtereenvolgens bezinking, afbraak met extra zuurstoftoediening en nabezinking plaatsvindt. Het was nog een hele uitdaging om mensen te vinden die bereid waren om met het experiment mee te doen, weet Haverkamp. “Je vraag hen nogal wat. Ze moeten zo’n twee weken lang een paar keer per dag een testoplossing met medicijnresten door hun toilet spoelen, met daarachteraan het adsorptiemateriaal. Na de start van het experiment belden de mensen mij de eerste avond al op. Het poeder van het adsorptiemateriaal wilde bij het doorspoelen niet oplossen in water en kwam steeds weer naar boven. Onder begeleiding van KWR hebben we toen van alles geprobeerd. Uiteindelijk hielp het om een druppeltje afwasmiddel aan het poeder toe te voegen, zodat een soort slurrie ontstond. Toen werkte het supergoed. Een echt hands-on experiment, dus!”

Dalende concentratie

De testoplossing bevatte veelgebruikte medicijnen zoals Diclofenac en twee typen antibiotica. Al snel gaven de meetresultaten aan dat het adsorbens zijn werk deed. “Na een nulmeting om de uitgangssituatie vast te stellen, vroegen we de mensen om eerst alleen de testoplossing met medicijnresten door het toilet te spoelen”, vertelt Hofman. “We zagen – zoals verwacht – de medicijnresten terug in de meetresultaten. Vervolgens werd ook het adsorbens aan het spoelwater toegevoegd en begonnen de concentraties medicijnresten significant te dalen. Op het moment dat het experiment stopte, zagen we die daling nog steeds. Idealiter hadden we langer kunnen meten, om ook de langetermijneffecten vast te leggen. Maar we hebben in elk geval kunnen aantonen dat het werkt.” Ook geeft Hofman aan dat tijdens het project het adsorbens is toegevoegd aan behandeld afvalwater van een rwzi om te kijken wat er gebeurde, maar de resultaten vallen nog wat tegen. “Vergeleken met de gangbare actieve kool, was ons adsorbens hier minder effectief, maar dat kan komen doordat we nog maar twee typen adsorbentia beschikbaar hadden. Die zijn specifiek voor twee verschillende groepen medicijnen. Het is niet ondenkbaar dat in het effluent meerdere medicijnen zaten die ook zo’n interactie met het adsorbens kunnen aangaan. Maar dat zat niet in ons meetschema. Hoe het adsorbens precies in het geval van een rwzi kan presteren, moeten we in de toekomst dus nog verder bekijken.”

Verkorting feedback-loop

Voor projectpartner Sibelco betekent deelname aan de pilotexperimenten dat hiermee de risico’s van zo’n innovatief product aanzienlijk omlaaggaan. Dit vertelt Arslan Ahmad, werkzaam bij deze wereldwijde leverancier van materialen voor onder meer afvalwaterbehandeling. “Wanneer we als bedrijf zo’n innovatie zelfstandig doen, kost het veel tijd om de juiste klanten te vinden, samples ter beschikking te stellen en terugkoppeling te krijgen over de werkzaamheid ervan. In TKI-verband zitten je klanten en mede-ontwikkelaars aan dezelfde tafel. Daardoor zijn we met elkaar verbonden en hebben we een kleine feedback-loop. Ook betekenen de investering van de Nederlandse overheid en de bijdragen van projectpartners dat we onze investeringen verlagen.”

Nieuw product voor een nieuw probleem

Net als Hofman en Haverkamp is Ahmad blij dat het kernidee van het project – het probleem van medicijnresten bij de bron aanpakken – is geslaagd. “Het product is goed gevalideerd, we hebben er een benchmark voor neergezet en de patentaanvraag loopt. Voor ons als bedrijf is het positief om ons portfolio uit te breiden met iets waar de watersector op zit te wachten. Het is een nieuw product voor een nieuw probleem.” Wel geeft Ahmad aan dat de productiekosten nog omlaag moeten worden gebracht, maar dat dit iets is wat erbij hoort. “De productietechniek moet worden geoptimaliseerd, het is onze rol om dat nu verder op te pakken.”