Kan de vrij recent ontdekte comammox-bacterie in samenwerking met de anammox-bacterie zorgen voor een betere en efficiëntere zuivering van afvalwater? Volgens promotieonderzoek van Pieter Blom (Radboud Universiteit) wel. De bacteriën lijken ideale partners te zijn bij het verwijderen van stikstof.
Nitrificerende bacteriën zijn al meer dan een eeuw bekend en tot voor kort werd aangenomen dat er twee verschillende stappen werden uitgevoerd: eerst van ammonium naar nitriet en dan van nitriet naar nitraat. Tot onderzoekers van het Radboud Institute for Biological and Environmental Sciences (RIBES) in 2015 in het lab de comammox-bacterie ontdekte. “Die kan helemaal van ammonium via nitriet naar nitraat”, zegt microbioloog Pieter Blom. “Comammox staat voor complete ammonium oxidatie.”
Pieter Blom
Blom heeft de afgelopen vijf jaar fundamenteel onderzoek gedaan naar een aantal aspecten van deze bacterie en promoveert daarop morgenmiddag (4 april) aan de Radboud Universiteit in Nijmegen. Hij boog zich hierbij ook over de vraag of de comammox-bacterie nuttig kan worden toegepast op een rioolwaterzuiveringsinstallatie. “Ik heb gekeken naar de samenwerking met de anammox-bacterie, dus met het PNA-systeem. PNA is de afkorting van partiële nitritatie-anammox. De comammox-bacterie lijkt de ideale partner voor anammox bij het zuiveren van afvalwater.”
Juiste stikstof-nitriet-ratio nodig
In het klassieke zuiveringsproces is voor het halen van stikstof uit afvalwater veel energie, koolstof en zuurstof nodig. De zo’n twintig jaar door de TU Delft ontwikkelde anammox-technologie (staat voor anaerobe ammonium oxidatie) heeft dit nadeel niet. Blom licht toe: “Hierbij is minder zuurstof en geen koolstof nodig. Daarom heeft deze bacteriële behandeling een veelbelovende potentie en wordt ze al veel gebruikt voor zijstromen van rioolwaterzuiveringen.”
Bij deze techniek speelt echter een ander probleem: de stikstof-nitriet-ratio luistert heel nauw. “De anammox-bacteriën functioneren alleen goed bij bepaalde hoeveelheden ammonium en nitriet en een bepaalde ratio daartussen. Het is vrij lastig om dat precies te sturen. De uitdaging is om te stoppen bij nitriet en niet bijvoorbeeld in één keer door te nitrificeren naar nitraat. Ik heb nu samen met andere onderzoekers van RIBES ontdekt dat met de inzet van de comammox-bacterie het gemakkelijker is om de juiste stikstof-nitriet-ratio te bereiken.”
Van nitraat terug naar nitriet
Dat komt omdat de comammox-bacteriën onder zuurstofarme omstandigheden als het ware stoppen bij nitriet, legt Blom uit. Ook kunnen zij de laatste stap in het nitrificatieproces omdraaien. “Ongeveer 20 procent van het ammonium en nitriet die anammox-bacteriën gebruiken, eindigt als nitraat in plaats van stikstofgas. De comammox-bacteriën maken van het nitraat weer extra nitriet voor de anammox-bacteriën. Eigenlijk recycling.”
Dat dit allemaal gebeurt onder omstandigheden met zeer weinig zuurstof, is erg gunstig voor de anammox-bacteriën. “Zij gaan gewoon kapot bij te veel zuurstof.”
Veelbelovende ontwikkeling
Voor Blom is het onderzoek afgelopen; hij gaat nu iets anders doen. “Al weet ik nog niet wat.” Blom verwacht dat de nieuwe techniek in de toekomst interessant zal worden voor de waterschappen. “We hebben aangetoond dat door de combinatie van de twee bacteriën zowel nitriet kan worden omgezet naar nitraat als nitraat naar nitriet. Het kan een veelbelovende ontwikkeling worden. Het onderzoek is echter bij lange na nog niet ver genoeg om deze innovatie toe te passen voor de afvalwaterzuivering.”
Een uitdaging voor de opschaling is de zeer kleine bandbreedte voor zuurstof. “Wij hebben gezien dat we heel sterk moeten sturen op de hoeveelheid zuurstof. Dat is momenteel technologisch niet haalbaar voor rioolwaterzuiveringsinstallaties. Een collega die het project voortzet en ook technoloog is, gaat kijken welke setup het meest geschikt is. Een idee is om meer met membranen en biofilmachtige systemen te werken.”
