Langzame zandfiltratie is een robuust natuurlijk proces voor de bereiding van microbiologisch veilig drinkwater. Eén van de belangrijkste aspecten van langzame zandfilters (LZF) is de verwijderingscapaciteit van de Schmutzdecke (SD). De SD is een bio-actieve laag, bestaande uit een populatie (micro)organismen die leven in een biofilm-achtige omgeving. De SD heeft een zeer belangrijke functie in de verwijdering van micro-organismen. Echter, de geleidelijke opbouw van deze (micro)organismen veroorzaakt een toename in de weerstand van het filterbed. Het filtratieproces wordt hierdoor zodanig verstoord dat de SD verwijderd moet worden om de productiecapaciteit van het filter te herstellen. Na de verwijdering van de SD is de eliminatiecapaciteit van een filter zodanig verlaagd (20-80 %) dat het filter moet herstellen. Uit eerder onderzoek is vastgesteld dat dit herstel 53 dagen duurt. Echter is het nog niet bekend of de volledige functionaliteit van de SD eerder wordt bereikt dan deze 53 dagen, en welke factoren dit herstel (ook wel rijping genoemd) beïnvloeden (waterkwaliteit, temperatuur en procescondities). Het Waterlaboratorium is momenteel op zoek naar een routinematige parameter voor de beoordeling van de werking van de SD, welke ingezet kan worden in het monitoren van het LZF.
Flow cytometrie: een potentiele stuurparameter voor de Schmutzdecke?
Flow cytometrie (FCM) is één van de kandidaatparameters voor de beoordeling van de verwijderingscapaciteit van een LZF. Met FCM kan men het totaal aantal bacteriële cellen, het aantal intacte cellen en het aantal beschadigde cellen in kaart brengen. FCM heeft de potentie om toegepast te worden als indicator van de rijpheid van de SD, omdat uit de aanwezigheid van het totaal en aantal levend cellen een Decimale Eliminatie Capaciteit (DEC) te berekenen is, eg. de verwijderingscapaciteit. Daarnaast is het ook mogelijk om informatie over de activiteit en de diversiteit van de microbiële populatie te verkrijgen uit FCM data. Zo kunnen grote actieve cellen met veel nucleïnezuren (DNA en RNA) en kleinere minder actieve cellen met weinig nucleïnezuren van elkaar worden onderscheidden en in kaart worden gebracht. Hiernaast zijn er ook mogelijkheden tot “fingerprinting” van FCM-data om de microbiële diversiteit in een monster verder in kaart te brengen. Het Waterlaboratorium doet momenteel onderzoek naar FCM-fingerprinting met een programma genaamd Kytobox, welke is ontwikkeld door de Universiteit Gent. Ook wordt/is er data verzameld bij LZF proefopstellingen van Dunea en Waternet.
Eerste resultaten proefopstellingen LZF
De potentie van FCM voor de beoordeling van de werking van een LZF is in 2021 geëvalueerd aan de hand van data uit de LZF proefinstallatie van Waternet op pompstation Weesperkarspel. Hier is het effect van de korrelgrootte en de stroomsnelheid op de effectiviteit van filtratie en rijping van de SD gemeten. Gedurende 9 maanden zijn in het influent (koolfiltraat) en de effluenten van de pilotfilters wekelijks metingen uitgevoerd op o.a. flow cytometrische parameters en ATP. De pilotfilters met een kleinere korreldiameter van het zand en een hogere filtratiesnelheid hebben een hogere eliminatie capaciteit. Echter, op basis van de FCM data, zijn deze verschillen pas 2 maanden na verwijdering van de SD zichtbaar. Na verwijdering van de SD, is er geen duidelijke relatie gevonden tussen de verhouding van levende/dode cellen tijdens het herstel van de SD. Wel is gezien dat in het algemeen het totaal aantal cellen wordt verlaagd door LZF en dat het totaal aantal cellen dat wordt verwijderd toeneemt naar mate de SD herstelt.
In de volgende onderzoeksfase zal in praktijkfilters worden gekeken naar de potentie van online FCM en zal het onderzoek met de offline FCM in de pilotfilters worden voortgezet. De zoektocht naar een stuurparameter gaat door!
