Merle de Kreuk kreeg op 13 mei 2016 een Vidi toegekend voor haar onderzoek naar korrelslib (“Binnen in korrelslib – effecten van zwevend stof op stabiliteit en activiteit”). Afvalwaterzuivering met korrelslib is zeer efficiënt gebleken. Echter, hoe zwevend stof uit het rioolwater wordt verwijderd en eventueel wordt afgebroken met korrelslib is onbekend. In dit onderzoek zullen geavanceerde analyse- en modelleringstechnieken worden gecombineerd om mechanismen van beïnvloeding op de omzettingsprocessen en de korrelmorfologie door zwevend stof te doorgronden.

Merle over dit onderwerp: 'Ik wil zien en begrijpen wat bacteriën doen met de colloidale fractie en afbreekbare deeltjes in korrelsystemen, in processen met of zonder zuurstof. Ik wil de korrels en hun componenten - cellen, polymeren, enzymen - ontrafelen. Als je door fundamenteel onderzoek precies weet wat er gebeurt, dan kom je misschien op een andere en slimmere procesvoering.’

Verkozen tot Simon Stevin Gezel, finalist in de European Inventor Award, de Jaap van der Graaf-prijs... Merle de Kreuk is voor de toekenning van de Vidi ook al veelvuldig gelauwerd voor haar eerdere werk aan de Neredea-afvalwaterzuivering. Het is de techniek om met een kwart minder energie en driekwart minder ruimtebeslag huishoudelijk afvalwater te behandelen.

Dat aerobe bacteriën (‘zuurstofbehoevend’) in staat zijn koolstof en stikstof uit het rioolwater om te zetten in CO2 en stikstofgas en dat die bacteriën in korrels kunnen groeien, waardoor biomassa beter van het gezuiverde water gescheiden kan worden, was al eerder in het lab aangetoond.

Daarmee was er in theorie een alternatief voor de grote bezinkbassins, nodig in de conventionele rwzi (rioolwaterzuiveringsinstallatie), waar de bacteriën in slecht(er) bezinkbare vlokken groeien. Maar het beheersen van een proces in een reactortje met drie liter inhoud in een laboratorium is één ding. Het omzetten naar een goed werkend, rendabel nieuw type rwzi is een ander. Het is hèt klassieke ingenieurswerk: een technische vernuftige vondst uitwerken en opschalen tot een in de praktijk werkende installatie en praktisch toepasbaar maken. En dan graag op een economisch verantwoorde manier, met nog iets schoner effluent (het gezuiverde water dat geloosd kan worden) en met aandacht voor de maatschappelijke acceptatie.

Die opgave, het traject van uitvinding naar toepassing op praktijkschaal, bleek De Kreuk op het lijf geschreven. ‘Ik had in Wageningen milieuhygiëne gedaan en ik rolde na mijn afstuderen direct in een baan bij IHC Holland, een scheepswerf voor de baggerscheepvaart. Ik was de enige vrouw op de scheepswerf. Ik maakte best snel carrière maar in mijn achterhoofd zat het idee dat ik toch ook onderzoek wilde doen en promoveren. Ik kwam in 2000 in contact met Mark van Loosdrecht (hoogleraar milieu-biotechnologie) en hij zocht iemand die de proof of principle van de aerobe korrelslibreactor kon uitwerken. Dat sprak mij heel erg aan: het naar de praktijk brengen.’ 

Nereda

De Kreuk had geen bedenkingen tegen het idee om jarenlang met rioolwater in de weer te zijn. Het belang van schoon water en een schoon milieu heeft ze van huis meegekregen; haar vader was/is werkzaam in bodemsanering en waterzuivering. De promotieplaats die Van Loosdrecht aanbood was overigens geen gespreid bedje. De Kreuk moest eerst nog aanvullende financiering vinden voor haar onderzoek. Ingenieursbureau RoyalHaskoningDHV stapte in het project en het brainstormen met de doorgewinterde praktijkmensen kon beginnen.

Dat het toch nog tot 2005 duurde voordat er een pilot plant stond en tot 2011 voordat de eerste full scale Nereda-zuiveringsinstallatie een feit was, geeft een indicatie van hoeveel problemen nog overwonnen moesten worden. Daarbij speelde onder meer dat waterschappen (eigenaars van de rwzi’s) financiële zekerheid willen hebben over het terugverdienen van de investering met publiek geld. ‘We moesten het mechanisme van de korrelvorming doorgronden. Waar bestaan de korrels uit, wat is precies de structuur, hoe worden de nutriënten in het water precies omgezet en hoe stabiel is het systeem? Daar was ik heel hard mee bezig. En ondertussen moest ik onderhandelen met subsidiegevers, STW (financier technisch onderzoek), STOWA (waterbedrijven) en de EU. Mijn einddoel was niet in eerste instantie een mooie publicatie afronden; mijn focus was: ik wil dat deze techniek wèrkt’, vertelt De Kreuk.
Het Waterschap Veluwe de trotse bezitter van de eerste Nereda-installatie in Epe en werkt de rwzi goed. ‘Hij doet wat hij moet doen. Het waterschap is tevreden over het effluent (het gezuiverde water dat geloosd kan worden). Nog steeds zijn er optimalisatiekansen, maar ja, tot hoe ver ga je?’

Onderzoek

De Kreuk vond haar intensieve betrokkenheid bij dit project na negen jaar wel genoeg en stapte in 2009 over naar een researchfunctie bij Waterschap Hollandse Delta. Nu stond ze vanuit een andere positie, als ‘eindgebruiker’, nog steeds in nauw contact met de onderzoeksgroep van Mark van Loosdrecht. Hij en zijn promovendi bouwen voort in het onderzoek aan de anammox-bacterie dat in de jaren negentig door prof. Gijs Kuenen en prof Mike Jetten (nu Radboud Universiteit Nijmegen) in Delft in gang werd gezet. Uiteindelijk doel is een afvalwaterzuivering waarbij nuttige producten gemaakt worden, zoals energie (vergisting, biogas), struviet (magnesium-ammonium-fosfaat dat te gebruiken is als kunstmest), en schoon water. De waterschappen ontwikkelen dit concept verder in de ‘Grondstoffenfabriek’.

Toch bleef bij De Kreuk het onderzoekslampje branden en omdat bij het waterschap de research gebonden is aan beperkte termijnen en terugverdientijden, besloot ze naar Delft terug te keren, maar nu naar een andere faculteit. Ze werd onderzoeker bij de afdeling Watermanagement/Sanitary Engineering van prof. Jules van Lier, Civiele Techniek en Geowetenschappen. Zoals ze voorheen de brug vormde tussen de TU Delft en ingenieursbureau RoyalHaskoningDHV, is zij nu de schakel tussen de civielers en de biotechnologen die op verschillende plaatsen op de campus werken aan zuivering van huishoudelijk en industrieel afvalwater.

Al haar energie en aandacht voor het toepasbaar maken van nieuwe zuiveringstechniek staat bij De Kreuk de nieuwsgierigheid naar wat er precies op moleculaire schaal gebeurt niet in de weg. ‘Ik wil zien en begrijpen wat bacteriën doen in het proces van korrelvorming, met of zonder zuurstof, ik wil de korrels en hun componenten - cellen, DNA, enzymen - ontrafelen. Als je door fundamenteel onderzoek precies weet wat er gebeurt, dan kom je misschien op een heel ander reactorconcept en een andere benadering van de bacteriemassa. Door procesomstandigheden te optimaliseren zodat ze uiteindelijk precies doen wat wij willen.’

Gepubliceerd: april 2016

/* */