Onze huidige manier van waterbevoorrading is zeer lineair, waarbij we kostbaar regenwater en gezuiverd afvalwater zeewaarts afvoeren. Bovendien wordt afvalwater nog steeds in het oppervlaktewater geloosd door huizen die niet op de riolering zijn aangesloten (12% van de Vlaamse bevolking) en geen individuele behandelingsinstallatie hebben of door de gemengde afval-regenwater overstort.

Hierdoor hebben we een erbarmelijke oppervlaktewaterkwaliteit in Vlaanderen, met de dreiging van een Europese boete tegen 2027.

Verkeerde investeringen

Hoewel we inzetten op de ontkoppeling van regenwater en op het verder uitbouwen van het rioleringsnetwerk, kan slechts een fractie van de geïsoleerde huishoudens een rioolaansluiting krijgen tegen 2027. In totaal zouden we hiervoor 9.3 miljard euro of 26000 euro per huishouden moeten investeren, terwijl slechts 1.5 miljard euro haalbaar is.

We investeren bijgevolg in het verkeerde type infrastructuur dat bovendien niet duurzaam is. Riolering komt immers niet enkel met een hoge materiële kost; afval- en drinkwater moeten we over grote afstanden pompen in het distributienetwerk, wat een aanzienlijke energievraag meedraagt.

Neem bijvoorbeeld Gent, waar ze 88% van het drinkwater importeren als gezuiverd grondwater uit Wallonië en Nederland. Het lokaal zuiveren en hergebruiken van grijswater kan de vereiste hoeveelheid drinkwater halveren, wat de afgelegde kilometers van het afval- en drinkwater drastisch reduceert.

Grijswater hergebruiken

Decentrale waterzuiveringssystemen in de huidige infrastructuur integreren, is dus zo goed als onvermijdelijk; het wordt steeds aantrekkelijker om je eigen water te zuiveren en hergebruiken. Daarvoor kunnen we verschillende bronnen aanwenden, afhankelijk van hun oorsprong in het huishouden.

Op het hoogste niveau maken we onderscheid tussen zwart- en grijswater. Zwartwater is het afvalwater van onze toiletten, terwijl grijswater alle andere afvalwaterstromen bevat.

Grijswater is dus een combinatie van afvalwaters afkomstig van onder meer onze douches, baden, wasmachines, vaatwassers, gootstenen en wastafels. Dit is het meest geschikt voor zuivering en hergebruik, aangezien het weinig is besmet door fecaliën en weinig zwevende deeltjes bevat.

Als we al het grijswater in Vlaanderen zouden hergebruiken, kunnen we jaarlijks 183 miljard liter drinkbaar water besparen, wat gelijk is aan 73 000 olympische zwembaden.

Als we al het grijswater in Vlaanderen zouden hergebruiken, kunnen we 73 000 olympische zwembaden aan water besparen.

Het zuiveringsproces

Voor de zuivering van grijswater op kleine schaal moet het zuiveringssysteem compact zijn, weinig onderhoud behoeven, geen chemicaliën verbruiken en water van betrouwbare kwaliteit afleveren.

Een membraanbioreactor met UV-desinfectie – een type waterzuiveringsinstallatie – vinkt veel van deze vereisten af; het is namelijk een compact systeem dat enkel elektriciteit nodig heeft en zeer helder water kan produceren.

Dit type werkt met membraanfilters en actief slib, die samen instaan voor een effectieve waterzuivering, waarna we het gezuiverde water met een UV-lamp desinfecteren voor meer hygiëne. Het slib verwijdert organische stoffen en nutriënten en de membranen filteren vaste deeltjes en ziektekiemen.

Deze membranen maken we uit zeer fijne, poreuze materialen, met twee voorname categorieën: de polymerische en keramische materialen. Deze eersten bestaan uit organische polymeren, zoals gechloreerd polyethyleen, en zien er papierachtig uit. Zij zijn het dominante membraantype in grote waterzuiveringen door hun lage kost.

De duurdere keramische membranen zijn vervaardigd uit anorganische materialen, zoals siliciumcarbide en doen eerder denken aan de textuur en stevigheid van een terracotta bloempot.

Ze hebben als voordeel chemisch en thermisch stabieler te zijn, waardoor we ze voor specifieke toepassingen kunnen inzetten. Bovendien zijn ze zeer resistent tegen biologische bevuiling (fouling) en hebben ze een veel langere levensduur dan polymerische membranen.

Hier vinken we meteen ook onze laatste vereiste af: hun lage bevuiling kan zorgen voor een lage onderhoudsnood. Zo kunnen huishoudelijke waterzuiveringssystemen een nieuwe niche vormen voor keramische membranen.

Welke membranen: experiment

Een membraanbioreactor met keramische membranen lijkt dus de beste oplossing om water op kleine schaal te zuiveren. Toch hadden onderzoekers dit voor grijswater nog niet eerder vergeleken met polymerische membranen.

Seppe Ongena brengt daar verandering in. Een jaar lang zuiverde hij synthetisch grijswater door een membraanbioreactor met keramische en een met polymerische membranen. Dit synthetisch grijswater was een zelfgemaakte oplossing, die bestond uit verschillende verzorgingsproducten, schoonmaakmiddelen en voedingsstoffen.

Hij analyseerde een aantal algemene waterkwaliteitsparameters en mat hoe goed de UV-lamp Escherichia coli – een indicator voor fecale verontreiniging – had verwijderd.

Gunstige resultaten

Zijn resultaten losten bijna al zijn verwachtingen in. Ten eerste moest hij de keramische membranen drie maanden lang niet schoonmaken, terwijl dat bij de polymerische al na acht dagen was. Daarna bevuilden de keramische membranen twee keer trager dan de polymerische.

De keramische membranen bevuilden twee keer trager dan de polymerische.

Ten tweede detecteerde hij na UV-desinfectie geen E. coli meer in het gezuiverde water. Voor echt grijswater moeten we minstens zes logaritmes aan E. colicellen verwijderen; deze methode verwijderde er maar liefst tien (99.99999999%), waardoor we met een dergelijk systeem de gezondheid van de eindgebruiker hoogstwaarschijnlijk kunnen garanderen.

Ten derde vergeleek hij de waterkwaliteit na zuivering met deze twee soorten membranen aan de hand van de zeven strengste standaarden, richtlijnen en wetgevingen voor onbeperkt hergebruik voor niet-drinkwatertoepassingen, zoals het toilet doorspoelen of de was doen.

Beide membraantypes voldeden aan alle kwaliteitseisen, hoewel de stikstofverwijdering niet altijd voldoende was.

Hier moeten we echter de kanttekening maken dat deze kwaliteitseisen vaak gebaseerd zijn op hergebruik voor irrigatie, waarbij stikstof in de bodem of het oppervlaktewater kan belanden en kan zorgen voor stikstofvervuiling, namelijk overbemesting en eutrofiëring. Bij hergebruik in het huishouden is dit niet het geval en kan stikstof voornamelijk hergroei van bacteriën veroorzaken, wat minder erg is.

Wat nu?

Uit deze resultaten kunnen we concluderen dat een membraanbioreactor met keramische membranen een waardige kandidaat is voor een decentraal zuiveringssysteem om grijswater op een kleine schaal te hergebruiken.

Twee reactoren van elk tien liter kunnen samen het grijswater zuiveren van drie personen, wat betekent dat dit zeer compacte reactorvolume voor een klein gezin al volstaat. Een logische volgende stap is het zuiveren van echt grijswater met dit zuiveringssysteem, waarna we het effectief kunnen hergebruiken.

Daarom heeft Ongena samen met nieuwe thesisstudenten de installatie op een camping geplaatst (’t Hof Bellewaerde), waar ze tot juli echt grijswater zullen zuiveren.

Ondertussen werkt hij aan zijn doctoraat in Saoedi-Arabië, waar hij nieuwe membranen ontwikkelt die nóg minder zouden bevuilen. Deze wil hij graag testen op zwartwater, omdat dit zwaarder is bevuild met vaste stoffen.

Huishoudelijke grijswaterzuiveringen bestaan al op commerciële schaal, maar zijn zeer recent. Ze kunnen nog heel wat optimalisaties gebruiken, voornamelijk op vlak van monitoring en onderhoud. De bevindingen uit dit onderzoek kunnen de onderhoudsfrequentie en -kosten verlagen en op die manier het realiseren van waterhergebruik versnellen.

De bevindingen uit dit onderzoek kunnen het realiseren van waterhergebruik versnellen en ons zo beter wapenen tegen waterschaarste.

Zo kunnen we ons beter wapenen tegen waterschaarste, een belangrijk effect van klimaatsverandering met een grote sociale impact, want water is een basisrecht voor elk van ons.