Effluentpolishing met kroos. Deelrapport 4. Pilotstudie

Effluentpolishing met kroos

Deelrapport 4. Pilotstudie

Kenmerk R005-4716656BVX-shp-V02-NL

Verantwoording Titel


Auteur(s)

Van Hoorn van Dulleman, M., Waterschap Noorderzijlvest 4716656

Projectnummer Aantal pagina's Datum

36 (exclusief bijlagen) 1 juli 2012


5\36


6\36



Inhoud Verantwoording ............................................................................................................................. 5 1

Algemene inleiding........................................................................................................ 9

2

Inleiding kroospilot ..................................................................................................... 13

2.1

Doelen en onderzoeksvragen ....................................................................................... 14

3

Materialen en Methoden ............................................................................................. 17

3.1 3.2 3.3

Opzet & materiaal.......................................................................................................... 17 Monstername & analyses .............................................................................................. 19 Data voorbewerking en analyse .................................................................................... 23

4

Resultaten en discussie.............................................................................................. 25

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Verkenning .................................................................................................................... 25 Optimale oogstfrequentie 1 ........................................................................................... 26 Vergistingsexperiment ................................................................................................... 28 Optimale oogstfrequentie 2 ........................................................................................... 28 Metalenonderzoek ......................................................................................................... 30 Bijverlichting .................................................................................................................. 31

5

(Voorlopige) conclusies & vervolg ............................................................................ 33

6

Referenties ................................................................................................................... 35


7\36


8\36



1 Algemene inleiding Ondanks dat de waterkwaliteit in Nederland de afgelopen decennia sterk is verbeterd, kent Nederland nog een forse opgave om aan de vereisten te voldoen die gesteld worden vanuit de Kader Richtlijn Water (KRW). Hiervoor zijn meerdere maatregelen mogelijk, variërend van natuurvriendelijke oevers, tot het verbeteren van het zuiveringsrendement van rioolwaterzuiveringsinstallaties. Om de zoektocht naar innovatieve en kostenefficiënte maatregelen te stimuleren, heeft het ministerie van I&M subsidie beschikbaar gesteld vanuit het KRW-Innovatieprogramma. Eén van de innovatiemaatregelen waar onderzoek naar wordt gedaan is het nazuiveren van effluent met kroos: Effluentpolishing met kroos. Het onderzoek is uitgevoerd door een consortium bestaande uit waterschap Noorderzijlvest, advies- en ingenieursbureau Tauw, Bioniers, de Radboud Universiteit Nijmegen en Wageningen UR Livestock Research. Kroos kan zeer efficiënt nutriënten verwijderen en wordt onder andere in de Verenigde Staten en Australië ingezet als waterzuiveraar in professioneel opgezette kweekvijvers. Het gaat daarbij primair om het verkrijgen van een goede waterkwaliteit. Kroos produceert naast schoon water tevens biomassa en waardevolle eiwitten. Hierdoor heeft kroos potentie om te worden hergebruikt als biobrandstof, groenbemester of component in veevoer.


9\36


Kroos

Kroos kent twee families met de wetenschappelijke namen Lemnaceae en Azollaceae. Het zijn drijvende waterplanten die doorgaans indicatief zijn voor nutriëntenrijk water (de Lyon en Roelofs, 1986). Onder de juiste omstandigheden zijn ze in staat om hun biomassa in 3 tot 5 dagen te verdubbelen (STOWA, 1992) waarbij ze nutriënten zoals stikstof en fosfaat direct op nemen uit het water. In Nederland zijn binnen de familie van de Lemnaceae, Lemna gibba, Lemna minor en Spirodela polyrhiza het meest voorkomend. Binnen de familie van de Azollaceae is dit Azolla filiculoïdes (Figuur 1.1) (STOWA, 1992).

Lemna gibba

Lemna minor

Spirodela polyrhiza

Azolla filiculoides

Bultkroos

Klein kroos

Veelwortelig kroos

Kroosvaren

Figuur 1.1 Tekeningen van Lemna gibba, Lemna minor, Spirodela polyrhiza en Azolla filiculoïdes (Bron:www.commons.wikimedia.org;www.wisplants.uwsp.edu;www.plants.ifas.ufl.edu;www.alienplan tsbelgium.be)

10\36



Het project Effluentpolishing met kroos richt zich op zowel het kweken van kroos, het zuiveren van effluent als op de toepassingsmogelijkheden van kroos. De uitkomsten zijn gebundeld in een aantal rapporten. Voor u ligt ´Deelrapport 6, Ontwerpmodel´ als onderdeel van de volgende serie:

Deelrapport

Onderdeel

Doel

Uitvoerende partij

1

Literatuurstudie

Een inventarisatie van reeds gedane

Tauw

onderzoeken naar kroosgroei en krooszuivering 2

Laboratorium-experimenten Het vullen van leemten in kennis uit de

Radboud Universiteit

literatuurstudie. Eerste testen voor groei van

Nijmegen

kroos op effluent. Onderzoeken meest geschikte kroossoort 3

Kroos als veevoer

Het analyseren van de kroossamenstelling

Wageningen UR Livestock

voor het bepalen van de geschiktheid als

Research

veevoer of andere toepassingen. Het in kaart brengen van regelgeving omtrent veevoer 4

Pilotstudie

Ontwikkelen van kennis over het kweken van

Waterschap Noorderzijlvest

kroos onder Nederlandse omstandigheden op rwzi-effluent 5

Modelberekeningen

Opstellen mathematisch model voor het

Tauw

berekenen van het meest optimale kweeksysteem voor zuivering 6

Ontwerp

Het ontwerpen van een haalbaar en

demonstratiesysteem

betaalbaar krooskweeksysteem op basis van

Bioniers

de opgedane kennis in de eerdere onderzoeksfasen Koepelrapport

Synthese

Tauw


11\36


12\36



2 Inleiding kroospilot Het waterbeheerplan van waterschap Noorderzijlvest (2010-2015) behandelt alle nationale (waterwet) en internationale (Kaderrichtlijnwater; KRW) verplichtingen die het waterschap heeft en vertaalt deze in eigen beleidsdoelen. In het thema schoon en gezond water van dit beheerplan staat dat het waterschap aan kennisontwikkeling door het uitvoeren van KRW onderzoeken ten behoeve van toekomstige maatregelen zal werken. Binnen dit kader is in de jaren 2009 tot en met 2012 onderzoek verricht naar de potenties van kroos als zuiveringstechnologie verricht. Dit project is mede gefinancierd door het ministerie van I&M via de uitvoeringsinstantie Agentschap NL. Op dit moment zijn in het beheergebied van waterschap Noorderzijlvest enkele rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s) waarbij de kwaliteit van het geloosde effluent verbeterd dient te worden. Deze zuiveringen zullen met duurzame nazuiveringstechnieken kunnen worden uitgebreid waarmee de effluentkwaliteit verbeterd en het ontvangende oppervlaktewater niet verder belast wordt. De doelstelling hierbij is om water te lozen dat bijna of volledig voldoet aan de kwaliteitsdoelstellingen voor oppervlaktewater die verplicht gesteld zijn volgens de KRW. Voor wateren waarvoor een strenge opgave ligt voor stikstof en/of fosfor zou het nazuiveren met kroos van meerwaarde zijn. Tabel 2.1. geeft een overzicht van de rwzi’s in het beheergebied van waterschap Noorderzijlvest met de bijbehorende normen voor oppervlaktewater.

Tabel 2.1 Rwzi’s met strengste eisen voor ontvangend oppervlaktewater. GEP = goed ecologisch potentieel

GEP (totaal P;

GEP (totaal N;

Rwzi

oppervlaktewater

Ontvangend KRW waterlichaam

mg/L)

mg/L)

Onderdendam

Boterdiep

Maren Reitdiep

0,25(0,2)

3(3)

Uithuizen

Helwerdermaar

Maren Reitdiep

0,25

3

Uithuizermeeden

Meedstermaar

Maren Reitdiep

0,25

3

Ulrum

Hunsingokanaal

Maren Reitdiep

0,25

3

Wehe‐Den‐Hoorn

Hoornse Vaart

Maren Reitdiep

0,25

3

Winsum

Winsumerdiep

Boterdiep‐Winsumerdiep

0,2

3

Marum

Oude diep

Oude diep‐dwarsdiep/dwarsdiepgebied

0,14

4

Kroos kan zeer efficiënt nutriënten verwijderen en wordt onder andere in de Verenigde Staten en Australië ingezet als waterzuiveraar in professioneel opgezette kweekvijvers. Het gaat daarbij primair om het verkrijgen van een goede waterkwaliteit. Kroos produceert naast schoon water tevens biomassa en waardevolle eiwitten.


13\36


Hierdoor heeft kroos potentie om te worden hergebruikt als biobrandstof, groenbemester of component in veevoer. Daarnaast is het gebruik van kroos beduidend goedkoper dan de gangbare technologieën voor nazuiveren, zoals zandfiltratie. Vandaag de dag wordt kroos tevens in relatief primitieve natuurlijke omstandigheden in deltagebieden zoals in Bangladesh en Thailand ingezet als bron voor de productie van visvoer en veevoer. Waterschap Noorderzijlvest heeft van mei 2010 tot mei 2012 op de rwzi in Eelde een pilotonderzoek uitgevoerd waarmee onderzocht is wat de zuiverende werking van kroos is.

2.1

Doelen en onderzoeksvragen

Het doel van dit project is het ontwikkelen van een systeem voor vergaande verwijdering van N en P uit afvalwater met behulp van kroos. Subdoel van dit project is om onderzoek te doen naar de neveneffecten van effluentbehandeling met kroos. Bijvoorbeeld in welke mate andere stoffen uit het afvalwater worden verwijderd (zware metalen en organische microverontreinigingen) waardoor de nazuiveringsstap efficiënter gedimensioneerd kan worden. Ook wordt onderzocht of het geoogste kroos inzetbaar is als veevoer en of het kroos vergist kan worden tot biogas. De algemene onderzoeksvraag luidt: “Hoe kan het kweken van kroos in de Nederlandse zuiveringssituatie, als energiezuinige en kostenefficiënte, nageschakelde maatregel voor N en P verwijdering worden ingezet om daarmee een bijdrage te leveren aan een goede ecologische en chemische toestand van het oppervlaktewater in het jaar 2015?” Bijkomende secundaire vraag is: “Hoe kan kroos als product worden afgezet en welke afzetmogelijkheid levert de meeste baten op?” In het pilotonderzoek streven we naar het verkennen van randvoorwaarden voor het opkweken van kroos op effluent (zie intermezzo 1) met als subonderzoeksvraag: Onder welke klimatologische omstandigheden kan kroos duurzaam (zonder toevoeging van energie) worden gekweekt op effluent? De opzet van het pilotonderzoek wordt gestuurd door de resultaten van het laboratoriumonderzoek. Intermezzo 2: Natuurlijk nazuiveren Voor natuurlijke nazuiveringsexperimenten, zoals bijvoorbeeld met behulp van watervlooien, kroos of rietvelden (helofytenfilters) wordt gebruik gemaakt van biologische mechanismen. Vaak zitten er teveel voedingsstoffen (stikstof; N-verbindingen of N- totaal, fosfor; P-verbindingen of Ptotaal ) of zwevende stof in gezuiverd water. Zo’n overschot kan er toe leiden dat het ontvangende oppervlaktewater uit balans raakt. Met andere woorden dat het minder goed zal functioneren. Om deze belastingen te verkleinen gebruiken we de functies uit de natuur in een nazuiveringssysteem. Onderstaande schematische weergave laat zien dat bepaalde functies kunnen zorgen voor verwijdering van ongewenste delen uit het water.

14\36



1: Watervlo . Functie: filteraar (zwevend slib en algen consument). Zet (slib)deeltjes om in gemineraliseerde opgeloste stoffen 2: Kroos. Functie: zet overmaat aan opgelost stikstof en fosfor om in plantaardig materiaal (biomassa) 3: Slak. Functie: Detritus consument (bodem sediment). Zet deeltjes om in gemineraliseerde opgeloste stoffen 4: Riet. Functie: Zet stikstof en fosfor uit bodem en oppervlaktewater om in plantaardig materiaal (biomassa)


15\36


16\36



3 Materialen en Methoden 3.1

Opzet & materiaal

De proefopstelling van het pilotonderzoek ligt op de rwzi te Eelde en bestaat uit twee parallelle sloten. Een kleine stroom van het effluent wordt opgepompt uit de effluent slingergoot van de rwzi en komt vervolgens in een buffervat. Het te veel aan opgepompt water wordt door een andere opening weer terug gevoerd in het effluent van Eelde. Van daaruit worden de beide proefsloten continu gevoed. Het influent van de proefsloten wordt gereguleerd door kraantjes waarmee de stroomsnelheid kan worden ingesteld. Sinds mei 2010 zijn diverse experimenten uitgevoerd waarbij met verblijftijden, kroossoorten, licht, temperatuur en oogstfrequenties is gevarieerd (zie figuur 3.1).

Figuur 3.1 Links: de proefsloten in mei 2010. Rechts: de proefsloten in geoptimaliseerde proefsloten in mei 2011 met andere kroossoorten, meetapparatuur en een tunnelkas eromheen

In 2010 was de verblijftijd van het influent twee dagen in de proefsloten. De inhoud van een proefsloot is 5200 liter. Er stroomt per etmaal 2600 liter door de proefsloot. Dit geeft een debiet van 1,8 L/p minuut. Een proefsloot is opgedeeld in vier compartimenten. Dit houdt het kroos per segment van elkaar gescheiden. In de planken die de segmenten gescheiden houden zitten diagonaal tegenover elkaar openingen zodat het water hierdoor een mogelijkheid heeft om door te stromen. Op deze manier wordt een propstroom karakter gegenereerd. Deze segmenten zijn er om te testen of er eventueel ook polishing plaats vindt (Otte, 2010) (zie figuren 3.1 en 3.2).


17\36


Figuur 3.2 Schematische weergave van de opstelling van de proefsloten met kroos, anno 2011

In de zomer van 2010 zijn de proefsloten geënt. Deze ent bestond uit verschillende soorten kroos zoals Veelwortelig kroos (Spirodela polyrhiza), Klein Kroos (Lemna minor), en Bultkroos (Lemna gibba). Het Bultkroos leek langzaam weggeconcurreerd te worden door het Veelwortelig kroos. Veelwortelig kroos was in de zomer de dominante soort. Naarmate het jaargetijde vorderde en de herfst zijn intrede nam, werd het Veelwortelig kroos weggeconcurreerd door het Klein kroos. Klein kroos is in het najaar waarschijnlijk de dominante soort geweest in beide proefsloten.

18\36



3.2

Monstername & analyses

Bij de toevoer, halverwege en aan het einde van beide sloten wordt de waterkwaliteit bemeten (figuur 3.2). Afhankelijk van de gekozen verblijftijden werd de bemonsteringsfrequentie geprogrammeerd. Indien de verblijftijd twee dagen was, werd om de twee dagen een verzamelmonster van de afgelopen 24 uur genomen. Ter controle werd de hoeveelheid koolstofdioxide, licht en temperatuur in de kas gemeten. Echter de koolstofdioxide en temperatuurmetingen hebben niet gefunctioneerd (zie figuur 3.2). Boven de eerste sectie van proefsloot 1 is een rij LED-lampen (in het blauwe spectrum) aangebracht. De parameters die geanalyseerd werden zijn geselecteerd op basis van relevantie voor effluent kwaliteit en voor de KRW eisen. Voor het onderzoek naar zware metalen werd een scala aan metalen geanalyseerd. Voor de oogstonderzoeken zijn dichtheidsbepalingen gedaan van het kroosdek.


19\36


20\36



Schema 3.1: overzicht van kroosexperimenten. Kroosmix 2010 bestaat uit Veelwortelig kroos, Klein Kroos, en Bultkroos en is afkomstig uit sloten uit het beheergebied van waterschap Noorderzijlvest. Kroosmix 2011 bestaat uit nagenoeg alleen Klein kroos met mogelijk een enkel spoor van Veelwortelig kroos

Experiment

Tijd

Variabelen daglengte verlenging

Nummer

Titel Verkenning

1 optimalisatie 2 oogstfrequentie 1

Start 31-7-

Eind

Sloot 1

15-11- Kroosmix 2011

2010

2010

20-5-

30-9- Kroosmix 2011

2011

2011

Vergistingsexperiment

Kroosmix

kroosvaren

Kroosvaren

3 27-1- Kroosmix 2011

oogstfrequentie 2

2011

2012

Bijverlichtingsexperiment

tot 3 kg/m2 terugoogsten -

1 en 2

-

2 en 4 compartimenten 1 van beide sloten telkens terugoogsten tot 4 kg/m², comp. 2 tot 3 kg/m²,

4 5 Metalenonderzoek

2 Oogst dichtheden bepalen

Kroosvaren

Kroosmix 2011

1-10-

oogstfrequentie

Sloot 2

-

Optimalisatie

dagen verblijftijd

Kroossoorten

-

2 en 4 vakken 3 tot 2 kg/m² en comp.4 tot 1 kg/m² 2 en 4

Kroosmix 2011

kroosvaren

-

1-10-

27-1- Kroosmix 2011

kroosvaren

segment 1, sloot 1

2011

2012

bijverlichting tot 13 uur met een lichtintensiteit van minimaal

6

150 W/m2

2 en 4


21\36


Experiment

Tijd

Variabelen daglengte verlenging Kroossoorten

1-42012

1-5- Kroosmix 2011

dagen

oogstfrequentie

verblijftijd

kroosvaren

Terugoogsten tot 750 gram/m2, verblijftijd 2

2012

dagen

Optimalisatie 7 oogstfrequentie 3

22\36


-

2 en 4


3.3

Data voorbewerking en analyse

Voor de resultaten van het kroosexperiment is alleen gebruikt gemaakt van beschrijvende statistiek door gemiddelden per tijdsperiode te berekenen.


23\36


24\36



4 Resultaten en discussie In dit hoofdstuk wordt per relevante parameter besproken wat het verschil is tussen de concentraties in effluent van de huidige, reguliere zuivering van de rwzi Eelde in vergelijking met de concentraties in effluent dat is nabehandeld met kroos in het pilotonderzoek. De resultaten focussen zich op de zuiveringscapaciteiten van het kroos. Tevens wordt kort belicht wat er met concentraties metalen in effluent gebeurt na nabehandeling met kroos. De volgorde van beschrijving van de resultaten is gebaseerd op schema 3.1.

4.1

Verkenning

De kroosmix die in mei 2010 is uitgezet in de proefsloten is onderzocht op zuiveringscapaciteit voor totaal stikstof (Ntotaal) en totaal fosfor (Ptotaal). Van mei tot juli is het kroos opgekweekt tot de sloten helemaal bedekt waren met de kroosmix 2010 waarna tussen juli en november 2010 de analyses zijn gestart. Vanaf het moment dat de sloten dichtgegroeid waren is met een maximale frequentie van drie keer per week terugoogsten tot een dichtheid van drie kg natgewicht per m2 (is circa 180 gram drooggewicht (6 %)) gewerkt (Otte, 2012). In het najaar is de frequentie teruggebracht naar twee tot één keer per week terugoogsten. Doordat de groei langzamer ging onder deze omstandigheden hoefde minder vaak geoogst te worden om op de gewenste dichtheid te komen. Met deze oogstfrequenties zijn van juli tot en met september zuiveringsrendementen van tussen de 27 en 43 % voor Ntotaal behaald bij twee dagen verblijftijd. Voor Ptotaal vond juist een toename plaats (zie tabel 4.1). Dit zijn extra zuiveringen door het krooskweeksysteem die bovenop de middels conventionele zuivering behaalde effluentkwaliteit komen. Deze oogstervaringen zijn gebruikt als input voor het onderdeel Modelberekeningen voor een optimaal krooskweeksysteem; rapportages DuPol en Ontwerpmodel (de Vreede, 2011 en Otte, 2011).


25\36


Tabel 4.1 Zuiveringsrendementen (fracties) van de proefsloten met de Kroosmix 2010. Negatieve rendementen geven een toename van betreffende parameter weer. Deze zijn rood gearceerd. Extra zuiveringsrendementen zijn positief, deze zijn groen gearceerd

Kroosmix 2010 (Veelwortelig kroos, Klein kroos en Bultkroos) rendement 2 dagen verblijftijd

rendement 2 dagen verblijftijd (sloot 2)

Afname van

rendement 1 dag verblijftijd

(sloot 1)

N

0,16

0,27

0,43

kjN

0,34

0,31

0,18

P

-0,70

-0,17

-0,17

PO4

-0,66

-0,12

-0,15

De zuiveringsrendementen van de maand oktober zijn iets lager dan de rendementen van juli tot en met september. Verdere metingen zijn niet verricht door de plotselinge inval van de winter (half november) in het jaar 2010.

4.2

Optimale oogstfrequentie 1

Uit de laboratoriumexperimenten met kroossoorten is gebleken dat Kroosvaren en Klein kroos efficiënt nutriënten uit effluent halen (deelrapport xx van Kempen, 2010 en van Kempen 2011). Daarom is in mei 2011 sloot 1 geënt met Klein kroos en sloot 2 met Kroosvaren. Gedurende de zomer is telkens teruggeoogst tot 1 kg natgewicht per m2. De productie van Klein kroos was in de periode van 12 mei t/m 4 oktober gemiddeld 79 kg ds/ha/d en voor Kroosvaren 108 kg ds/ha/d. Dit komt overeen met 29 ton ds/ha/j voor Klein kroos en 40 ton ds/ha/j Kroosvaren (Otte, 2011). De bijbehorende zuiveringsrendementen zijn terug te vinden in tabel 4.2.

26\36



Figuur 4.1 Zuiveringsresultaten zomer 2011: sloot 1, Kroosmix 2011

6,00

Nabehandeling‐In Sloot 2‐Deels

concentratie (mg/L)

5,00

Sloot 2‐Uit

GEP N (4 mg/L) 4,00

3,00

2,00

1,00

GEP P (0,2 mg/L) 0,00 N

P

Figuur 4.2 Zuiveringsresultaten zomer 2011: sloot 2, Kroosvaren


27\36


Tabel 4.3 Zuiveringsrendementen van de proefsloten met de Kroosmix 2011

Kroosmix 2011 Klein kroos + Veelwortelig kroos

Kroosvaren

rendement 1 dag

rendement 2 dagen

Afname

rendement 1

rendement 2 dagen

Afname van

verblijftijd

verblijftijd

van

dag verblijftijd

verblijftijd

N

0,20

0,37

N

0,19

0,10

OB

0,54

0,75

OB

0,49

0,73

P

0,27

0,44

P

0,20

0,20

PO4

0,20

PO4

0,12

0,12

0,38

Met deze oogstfrequenties blijkt met de Kroosmix 2011 waarin met name Klein kroos zit de beste rendementen gehaald zijn voor Ntotaal bij twee dagen verblijftijd (extra zuiveringsrendement is 37 %). Voor Ptotaal worden nog hogere zuiveringsrendementen gehaald (tot 44 %) bij twee dagen verblijftijd. Maar de nieuwe gemiddelde concentratie van 61 ug/L is nog steeds hoger dan de eis voor het betreffende oppervlaktewater (het Noord Willemskanaal) waar de rwzi op loost. De verhouding N:P is 5,2:1 in de zomermaanden. De ratfieldratio geeft aan dat de verhouding 7,2:1 zou moeten zijn. Indien lager dan zal stikstof de groeibeperkende factor zijn. Het toevoegen van stikstof kan de krooszuivering optimaliseren.--> later toegevoegd.

4.3

Vergistingsexperiment

Het vergistingexperiment is uitgevoerd in juni 2011. Omdat de soorten Klein kroos en Kroosvaren de beste zuiveringsrendementen opleveren, zijn deze soorten in vergistingsexperimenten onderzocht met verschillende voorbehandelingen. De biogasopbrengst van beide kroossoorten was afhankelijk van een eventuele voorbehandeling en was maximaal circa 300 liter/kg.org. Het onbehandelde Klein kroos is de beste grondstof voor biogasproductie omdat deze een iets hogere biogasproductie levert dan het onbehandelde Kroosvaren. Voor details zie Banning, 2011.

4.4

Optimale oogstfrequentie 2

De eis voor oppervlaktewater wat betreft Ptotaal is nog niet bereikt. Daarom wordt van oktober 2011 tot en met februari 2012 een experiment gedaan met variatie in verblijftijden. De verblijftijd is verhoogd naar vier dagen en de dichtheid van de compartimenten 1 van beide sloten naar 4 kg/m², vakken 2 naar 3 kg/m², vakken 3 naar 2 kg/m² en vakken 4 naar 1 kg/m² (zie ook schema 3.1).

28\36



Figuur 4.3 Zuiveringsresultaten winter 2011/2012: oktober tot en met januari 2012 sloot 1, Kroosmix 2011 (Klein kroos, Veelwortelig kroos)

Kroosmix 2011 zuivert minder dan 20 % en Kroosvaren zuivert zelfs minder dan 10 %. De eisen voor Ntotaal en Ptotaal oppervlaktewater worden niet gehaald gedurende de wintermaanden door ontoereikende omstandigheden.

Figuur 4.4 Zuiveringsresultaten winter 2011/2012: oktober tot en met januari 2012 sloot 2, Kroosvaren


29\36


In het algemeen gold dat het terugoogsten van kroosvaren bewerkelijk is. Na het verwijderen van planten moet het dek opnieuw verdeeld worden over het wateroppervlak. Na het terugoogsten van Klein kroos vond herverdeling over het wateroppervlak vanzelf plaats. In de winter stagneerde de kroosgroei in beide sloten. In beide sloten trad ook schimmelvorming op welke bij het Kroosvaren op in grote delen (tot circa 1/8e van het kroosoppervlak) uitspreidde. In het Klein kroos was de aanwezigheid van schimmel minimaal.

4.5

Metalenonderzoek

In oktober 2011 is een metalenonderzoek uitgevoerd. De gehalten metalen in kroos en effluent zijn bepaald in de propstroom. Voor uitgebreide beschrijving van de prestaties wordt verwezen naar het deelrapport metalen onderzoek van van Kempen en Smolders, 2012. Ten aanzien van de eisen die gesteld zijn aan het oppervlaktewater vanuit de KRW geldt dat zink onvoldoende verwijderd wordt uit de zuivering. Kwik redt het net maar daarvoor is de nazuivering nodig. Dit is een waardevolle extra functie van de kroosnazuivering omdat kwik een prioritaire stof is waarvoor geldt dat betreffende waterbeheerder géén overschrijdingen mag hebben in het oppervlaktewater. Tabel 4.4 Zuiveringsrendementen, concentraties na kroosnabehandeling en normen voor oppervlaktewater relevante metalen. *alle concentraties zijn in ug/L. De normen zijn MAC EQS uit amending directives 2008/60/EC and 2008//105/EC met uitzondering van zink en koper . Hiervoor gelden de normen van specifiek verontreinigende stoffen uit de Ministeriele regeling Regeling monitoring kaderrichtlijn water. Voor zink: de MAC en voor Koper de MTR

Concentraties na nabehandeling

zuiveringsrendement

Zink Nikkel

Type stof KRW Kroosmix 2011 Kroosvaren specifiek verontreinigende stof -0,2

Kroosmix 2011

Kroosvaren

-1,6

43,8

93,8

15,6

1

prioritaire stof specifiek verontreinigende stof

0,0

0,6

4,49

1,90

34,00

0,7

-0,2

1,00

3,51

3,80

Kwik

prioritaire stof

0,8

1,0

0,20

0,05

0,07

Lood

prioritaire stof

0,8

0,2

0,14

0,51

14,00

Cadmium

prioritaire stof

0,8

0,8

0,01

0,01

0,45

Koper

Ten aanzien van de afzetmogelijkheden voor kroos tot veevoer staan lood, kwik, arseen en cadmium als ongewenste stoffen aangemerkt. Uit normtoetsingen (drinkwaternormen) van concentraties van deze stoffen in kroos blijkt dat alleen kwik overschrijdend is. Voor de meeste elementen bestaat er een directe relatie tussen de concentratie in de biomassa en die in het effluent (van Kempen en Smolders, 2012).

30\36

Normen


2


Kwik geeft vooralsnog de grootste tegenstrijdige doelen. Hogere concentraties van kwik in het water (primaire doel) zijn ongewenst maar voor het veevoer zitten er tevens in het kroos zelf al hoge concentraties. Qua waterzuiveringscapaciteit presteert al met al de Kroosmix 2011 het beste.

4.6

Bijverlichting

Vak 1 van sloot 1 is in de maanden oktober tot en met december 2011 bijverlicht tot een daglengte van 13 uur. Maar daar trad al gauw een dominantie van algen op. Het zuiveringsrendement van 13 % is het rendement na vak 1 voor totaal stikstof. Dit rendement is te marginaal om als nazuivering te fungeren en is mogelijk veroorzaakt door de aanwezige algen omdat er geen Klein kroos meer aanwezig was. Bijverlichting in het rode spectrum zou beter zijn omdat het minder doordringt in het water. Hierdoor kan kroos een beter dek vormen en de algen zullen minder licht ontvangen.


31\36


32\36



5 (Voorlopige) conclusies & vervolg Uit het pilotonderzoek zijn een aantal randvoorwaarden voor het kweken van kroos duidelijk geworden. Zo blijkt kroos in een ondiepe sloot met een kas eroverheen niet in leven te kunnen blijven de winter. Kroos kan alleen energiezuinig (zonder extra toegevoegde warmte) in de zomermaanden gekweekt worden. De bijverlichting (in de vorm van daglengte verlenging) door middel van zuinige LED verlichting in het blauwe spectrum werkte averechts ten opzichte van de wens: het Klein kroos stierf snel af en werd gedomineerd door algen. Bijverlichting in het rode spectrum biedt waarschijnlijk een verbetering. De verwijderingsrendementen van Ntotaal waren in de zomermaanden tot 36 %. Daarmee lagen de waarden in het geoptimaliseerde systeem in 2011 ruim onder de norm voor Ntotaal in het Noord Willemskanaal. Bij een verblijftijd van twee dagen werd dit bereikt met een kroosdichtheid van 1 kg/m2. De verwijderingsrendementen voor Ptotaal zijn nog hoger dan die van Ntotaal maar halen daarmee nog niet de eisen voor oppervlaktewater. Interne P waarden van de planten waren 4 (Kroosvaren) tot 8 (Klein kroos) keer hoger dan wat de kroosplanten minimaal nodig hebben. Interne voorraden waren daarmee waarschijnlijk een heel eind verzadigd. De opname van nutriënten uit het effluent wordt in die situatie bepaald door de groei. De groei is blijkbaar beperkt door iets anders dan het nutriëntenaanbod. Mogelijkheden zijn gelegen in de temperatuur, licht of crowding (over elkaar heen groeien van planten door ruimtegebrek). Temperatuur en licht waren echter gedurende de zomerperiode gunstig. Mogelijk kan met een lagere dichtheid een snellere groei worden bewerkstelligd (in de exponentiële fase) met snelste vermenigvuldiging. De dichtheden lager inzetten (tot 750 gram per m2) zal dit mogelijk maken. Door de ontoereikende situatie in de winter zal de focus voor het vervolg onderzoek liggen op de groeiperiode in de zomermaanden. In het groeiseizoen (vanaf april 2012) zal met een dichtheid van 750 gram per m2 en een verblijftijd van 2 dagen het laatste pilotexperiment: optimalisatie oogstfrequentie 3 worden ingezet. In mei zal een onderzoek gedaan worden naar de verdeling van hormoonverstorende stoffen in water en kroosplanten. Tot slot wordt er gewerkt aan een opschalingontwerp om op de rwzi’s van Marum en Winsum een krooszuiveringsinstallatie te bouwen op semi grote schaal. Om het systeem in het vroege voorjaar te kunnen starten is een winteropslag met kroos nodig. Deze winteropslag kan al dan niet met LED verlichting in het rode spectrum worden bijverlicht en eventueel met restwarmte worden bij verwarmd tot boven het vriespunt. Door de klimatologische variatie van een zomer zal de pilotopzet in ieder geval drie jaar blijven draaien in de meest geoptimaliseerde vorm. Qua hanteerbaarheid gaat de voorkeur uit naar een zuivering met Klein kroos.


33\36


Kroosvaren leeft in symbiose met een micro-organisme waardoor ze in water kan leven met relatief weinig N en P. Klein kroos is voor de groei meer afhankelijk van N & P wat een mogelijke oorzaak is van de betere zuiveringscapaciteit van deze soort.

34\36



6 Referenties Banning, J.W.T. 2011. Vergisten van eendenkroos. Rapport 111016.PROCES-Groningen BV, Groningen.

De Vreede, B.A.J. (2011) Effluentpolishing met kroos. Deelrapport 5: Modelberekeningen. Tauw bv.

European commission. 2011. Directive of the European parliament and of the council. Amending Directives 2000/60/EC and 2008/105/EC as regards priority substances in the field of water policy. 2011/0429. Brussels.

Ministeriele regeling. 2010. Besluit kwaliteitseisen en monitoring water 2009. Staatsblad 15. Otte, A. (2010) Effluentpolishing met kroos. Deelrapport 1: Literatuuronderzoek. Tauw bv. van Kempen, M.L. & Fons Van Kempen, M.M.L., Verhofstad, M.J.J.M., Smolders, A.J.P. (2012) Effluentpolishing met kroos. Deelrapport 2: Laboratorium experimenten. Radboud Universiteit Nijmegen.


35\36


36\36


Effluentpolishing met kroos. Deelrapport 4. Pilotstudie

Recommend Documents