Hoe verbeter je de waterzuivering van een plant- of helofytenfilter? Oplossingen naar aanleiding van het artikel over Oosterwold in de Volkskrant

In Oosterwold werken de individuele waterzuiveringen (helofytenfilters) van een deel van de bewoners zo slecht dat ze nu toch op de riolering aangesloten worden. Ik ben van mening dat hun helofytenfilters beter hadden kunnen zuiveren als de bewoners sturing hadden gekregen. Wat had hun problemen kunnen verhelpen en wat kun je doen als je zelf met een slecht werkend helofytenfilter zit? Dat leg ik je hier uit. En: ik heb een verrassing…

Soms laat een nieuwsbericht je met meer vraagtekens achter dan toen je met de inleiding begon. Dat overkwam me op 28 augustus 2022 – nee, ik denk een dag later, maar de 28ste is de dag waarop het artikel ‘Waarom de bewust ongerioleerde pionierswijk Oosterwold nu toch riolering krijgt’ van Rik Kuiper in de Volkskrant verscheen. En nee, mijn vraagtekens kwamen niet door het schrijfwerk van Kuiper. Ze moesten zichtbaar uit mijn hoofd zijn opgestegen toen ik het probleem las, bij monde van twee bewoners van de wijk:

“Om [hun waterzuivering] niet te veel te belasten, gebruiken [Pieter] Spaans en zijn vrouw Barbara Zijta (55) alleen biologisch afbreekbare schoonmaakmiddelen. De vaatwasser draait op halve blokjes. Maar ja, het mag niet baten. Nog steeds voldoet hun gezuiverde afvalwater niet aan de normen.”

Volkskrant, 28 augustus 2022

Mijn vorige leven roerde zich – ik werkte als procestechnoloog in de waterzuivering voor ik de tuinen in ging. Ik verbaasde me vooral dat de bewoners uit het artikel er alleen voor lijken te staan. Waar is de leverancier van de waterzuivering? Had die hen niet moeten bijstaan, zodat zo’n zuivering goed werkt? Mijn verbazing groeide naarmate ik verder las. Stikstof en fosfaat waren te hoog. De bewoners Spaans en Zijta deden hun best de waterzuivering beter te laten werken. Ze spoelden onder andere kalk door het toilet en wisselden van wasmiddel. Het hielp niet en dat verbaasde me niks – zodra ik het las wist ik al dat het geen effect zou hebben. Een leverancier van waterzuiveringen weet dat toch (hopelijk) ook? Waarom laat je klanten dan aanmodderen met huis-tuin-en-keuken-ideeën waarvan ik vanaf mijn luie stoel al weet dat die geen enkel effect zullen hebben? Deze bewoners zijn geen experts – daarom hebben ze jou voor zo’n waterzuivering betaald!

Goed, de waterzuivering in kwestie zuivert dus onvoldoende. Dat terwijl er zo veel echte oplossingen te proberen zijn! En omdat dat niet besproken wordt in het artikel (of door de leverancier, blijkbaar) doe ik het hier. Weliswaar zonder deze specifieke situatie te kennen en vanaf mijn luie stoel (dat schrijft het lekkerste), helemaal blind vaar ik niet. Te hoge stikstof en fosfaat, ik heb het zo vaak gezien, bij industriële waterzuiveringen, rioolwaterzuiveringen en in dierentuinen, met en zonder precies het soort waterzuivering dat de bewoners in Oosterwold hebben – een planten- ofwel helofytenfilter. Ik zal uitleggen wat veel voorkomende redenen zijn dat zo’n helofytenfilter niet goed werkt en mijn ideeën en ervaring delen over hoe dat opgelost kan worden. Voor de bewoners van Oosterwold zal het mosterd na de maaltijd zijn, maar ik hoop dat het tenminste problemen bij andere pioniers voorkomt.

Snorkels

In de zelfbouwwijk Oosterwold in Almere waren bewoners verplicht hun eigen afvalwater te zuiveren, zo staat in het Volkskrant-artikel. Ieder gezin liet voor duizenden euro’s een eigen waterzuivering aanleggen, maar inmiddels blijken de meeste van die waterzuiveringen onvoldoende te werken. Ze lozen het gezuiverde water relatief dicht naast elkaar op sloten en vijvers in de omgeving, waardoor de waterkwaliteit zo slecht is dat je er niet mag zwemmen. Nu moeten alle bewoners van Oosterwold toch op het riool worden aangesloten, of hun waterzuivering goed werkt of niet.

De waterzuivering die bewoners Spaans en Zijta hebben – en ik neem aan meer in Oosterwold, maar dat kan ik op basis van het artikel niet met zekerheid zeggen – is heel standaard. Afvalwater stroomt eerst door twee tanks waarin vaste deeltjes bezinken. Een pomp perst het vervolgens naar de belangrijkste zuiveringsstap: een plantfilter, officieel een heloytenfilter genoemd. Dat is een bed met speciale moersplanten, zogenaamde helofyten (vandaar de naam). Zo’n helofyt – riet, bij Oosterwold – zuigt via holle stengels zuurstof uit de lucht naar onder water, naar zijn wortels. Wortels hebben zuurstof nodig, ze zouden niet onder water kunnen staan als riet dat slimmigheidje niet had. Zijn stengels zijn snorkels!

Door dat gesnorkel is het water rond rietwortels zuurstofrijk. Dat vinden veel bacteriën heerlijk, want met zuurstof kunnen ze veel afvalstoffen (zoals stikstof en fosfaat) afbreken. Dat doen ze om energie te krijgen. Afval afbreken met zuurstof geeft heel veel energie. Jam!

Naarmate water dieper zakt, weg van de rietwortels, raakt de zuurstof op. Dan gaat een deel van de bacteriën over op andere stofjes – nitriet en nitraat (stikstof/zuurstofbindingen, onthoudt deze!), daarna sulfiet en sulfaat en als dat ook verdwenen is gebruiken ze CO2. Met iedere stap krijgen ze minder energie. CO2 levert de minste energie, vandaar dat bacteriën dat als laatste gebruiken.

Een helofytenfilter bestaat dus uit lagen waarin verschillende reacties optreden. In de wortelzone, de zuurstofrijke laag, wordt het meeste afgebroken, dieper omlaag verdwijnen andere afvalstoffen. Dit is vooral belangrijk voor stikstofverwijdering. Want die nitriet en nitraat die gebruikt worden als zuurstof opraakt – dat zijn stikstofbindingen. Als bacteriën die gebruiken om afval af te breken scheiden ze de stikstof van de zuurstof. Het stikstof borrelt als belletjes stikstofgas uit het water omhoog de lucht in. Dit is de belangrijkste stikstofafbraak in een helofytenfilter, en trouwens ook in de meeste waterzuiveringen. Maar daarvoor moet stikstof eerst omgezet worden in nitriet en nitraat. Dát is waar het meestal fout gaat.

Giftig

Een jaar na aanleg van hun helofytenfilter kregen Spaans en Zijta (volgens de Volkskrant) van het waterschap te horen dat hun helofytenfilter onvoldoende werkte. Ammonium was te hoog, net als stikstof. Ze gebruikten al halve vaatwastabletten en als ze antibiotica slikten plasten ze in een fles om de bacteriën in het filter niet te verstoren. Naar aanleiding van het bericht van het waterschap stapten ze over naar een ecologisch wasmiddel en namen contact op met de leverancier. Die antwoordde dat de rietwortels nog niet voldoende ontwikkeld waren, dat het vanzelf goed zou komen. Tot dusver de enige vermelding in het artikel over een reactie van de leverancier. Ik hoop dat er meer geadviseerd is, maar wat er daarna gebeurde doet me vermoeden van niet.

In 2021 testte het waterschap de waterzuiveringen van bewoners opnieuw. Dit keer loosde het helofytenfilter van Spaans en Zijta niet alleen een teveel aan stikstof (ik neem even aan ook ammonium, al wordt dat niet expliciet in het Volkskrant-artikel genoemd) – ze loosden ook een teveel aan fosfaat. In reactie kochten Spaans en Zijta teststrips om hun water zelf te meten. Ze goten geen olie uit de koekenpan meer door de gootsteen en spoelden iedere dag een schep kalk door het toilet. Zonder resultaat.

Nou zou ik zelf bij zo’n helofytenfilter heel voorzichtig zijn met zeep, olie en ook zout – sterker nog, ik bén er voorzichtig mee ondanks dat ik loos op het gemeentelijk riool, omdat ik gezien heb hoe verstorend dat kan werken. Het verbaasde me tijdens het lezen eerlijk gezegd dat de bewoners dit nu pas aanpakten – had de leverancier hen hier niet over moeten inlichten? Hoe dan ook, heel goed wat ze probeerden. Maar het lost en loste inderdaad hun probleem niet op: hun helofytenfilter zuivert onvoldoende. Overigens lijkt een schep kalk per dag me veel te veel en kan dat weer tot eigen problemen leiden, maar zonder dat ik weet om hoe veel afvalwater het gaat en hoe groot die schep is, noch hoe diep het helofytenfilter is (het is in ieder geval 16m2 groot), kan ik daar verder geen harde uitspraken over doen. Maar dit helpt de stikstofverwijdering niet. Sterker nog, de verandering van wasmiddel kan een oorzaak zijn van dat fosfaat in hun lozing omhoog ging. De meeste wasmiddelen bevatten geen fosfaat meer juist omdat dit waterzuiveringen belast, maar er zijn nog steeds soorten te koop die dat verhaal blijkbaar niet hebben meegekregen.

In het gezuiverde water van Spaans en Zijta waren vanaf het begin ammonium en stikstof te hoog. Ik neem aan dat met ‘stikstof’ hier de ‘totaal stikstof’ meting bedoeld wordt. Dan is het niet gek dat die ook te hoog is. Ammonium is een stikstofbinding. Dus als ammonium te hoog is, is het totaal stikstof dat meestal ook. Als ammonium ophoopt gaat er iets fout in de omzetting van ammonium naar nitriet en nitraat – wat ik eerder al noemde als het meest voorkomende probleem. En ammonium wisselt tussen ammonium en ammoniak. Beide zijn in hoge dosis giftig voor waterleven, ammoniak helemaal. Dus als ammonium ophoopt omdat het slecht wordt afgebroken, zoals in het helofytenfilter van Spaans en Zijta, dan kan het verstikkend werken voor de bacteriën in het filter. Gevolg: minder tot zelfs geen afbraak. Het is een vicieuze cirkel. Zonder de precieze meetwaarden te kennen kan ik alleen maar zeggen dat de kans groot is dat dit hier meespeelt. En dat zou ook de fosfaatverwijdering kunnen beïnvloeden.

Oplossing 1

Het eerste wat ik dacht bij het lezen van de problemen van Spaans en Zijta is: verminder je stikstof! Dan hoeft je filter minder te verwijderen en verbreek je die giftige ammonium-cirkel. Nou hebben de bewoners van Oosterwold moestuintjes, fruit en boomgaarden. Een oplossing had ik al snel gevonden. Maak een composteertoilet! In een composteertoilet doe je alleen kleine boodschappen, die je steeds afdekt met een laagje houtsnippers. Bacteriën en schimmels breken de urine en houtsnippers samen af tot mooie compost waarmee je je groenten kunt voeden. Urine is rijk aan ammonium en totaal stikstof, het is samen met feces je belangrijkste stikstofbron in het helofytenfilter! Het bevat ook fosfaat. Door dit apart te verwerken voorkom je dus afvalstoffen die je filter later moet zuiveren, plus je geeft de bacteriën de kans om op adem te komen. Hop, meteen minder stikstof en fosfaat. Het is zo simpel. Het Volkskrant-artikel ging maar door over de stikstofproblemen, op een gegeven moment stond ik zo’n beetje hardop tegen de pagina ‘composteertoilet!’ te schreeuwen.

Oplossing 2

Het helofytenfilter zelf kun je ook verbeteren. Als ammonium ophoopt heb je een probleem met je nitrificeerders: de bacteriën die ammonium/ammoniak afbreken naar nitriet en nitraat. Weet je nog, die stikstofbindingen die in de zuurstofarme lagen in het filter worden afgebroken, waarbij stikstof uiteindelijk uit het water verdwijnt? Als die nitrificeerders hun werk niet doen krijg je geen nitriet en nitraat, blijft je ammonium en totaal stikstof hoog en is de afbraak in de zuurstofarme lagen ook slechter. Het filter van Spaans en Zijta staat er sinds 2018, dus vertrouw ik erop dat de rietwortels inmiddels genoeg gegroeid zijn dat er voldoende zuurstof in de wortellaag zit. Dat de nitrificeerders hun werkbeschrijving blijkbaar niet gekregen hebben moet dus aan iets anders liggen.

Nou heb ik het ammonium-probleem bij verschillende waterzuiveringen gezien, zowel bij professionele helofytenfilters als industriële als rioolwaterzuiveringen. De belangrijkste reden was steevast: tijd. Nitrificerende bacteriën groeien een stuk trager dan hun buren. Nitrificatie levert weinig energie op, dus als water te kort in een helofytenfilter (of andere soort waterzuivering) zit hebben alleen de ‘normale’ bacteriën genoeg tijd om energie te krijgen en te groeien. Ze concurreren de nitrificeerders weg. Daardoor heb je een ophoping van ammonium – het wordt niet verder omgezet, want je omzetters ontbreken.

Om de nitrificeerders aan het werk te krijgen moet je zorgen dat water langer in het helofytenfilter blijft. Het beste is minder water door het filter te laten stromen, dan hebben ze meer tijd. Hé, ook daar is een composteertoilet handig! Let wel op dat alleen minder water doorspoelen averechts werkt. Stel dat je plast op een toilet, maar minder water mee spoelt – dan vergroot je de concentratie stikstof en fosfaat in je afvalwater. Het composteertoilet haalt juist die afvalstoffen eruit én vermindert water.

Oplossing 3

Wat ook werkt om de nitrificatie beter te laten verlopen is de waterstroom vaker te wisselen tussen zuurstofrijk en zuurstofarm. In de Volkskrant staat een tekening van de waterzuivering van Spaans en Zijta. Volgens deze tekening stroomt afvalwater over de hele lengte van het helofytenfilter binnen en zakt dan verticaal van zuurstofrijk (wortelzone) naar zuurstofarm, voor het geloosd wordt. Ik weet niet hoe precies de tekening van dit helofytenfilter is. Sommige helofytenfilters hebben inderdaad dit systeem, bij andere komt het water aan één kant binnen en loopt horizontaal door het bed naar de andere kant voor het wegstroomt. Andere filters bestaan uit meerdere bedden achter elkaar. Het water loopt in het eerste bed van boven naar beneden en in het volgende bed opnieuw. Hierdoor wisselen zuurstofrijk en zuurstofarm meerdere keren. Dat laatste bleek bij probleem-waterzuiveringen de stikstofafbraak een stuk te verbeteren. De nitrificeerders zetten zo meer ammoniak om.

Nou adviseer ik voor tuinhelofytenfilters vaak schotten die het water op en neer tussen zuurstofrijk/zuurstofarm dwingen, of zet ik meerdere bakken achter elkaar. Een groot bestaand filter pas je niet zo makkelijk aan. Los dit op met een pomp: voer steeds een deel van het gezuiverde water terug naar het begin. Dit heet recirculatie. Wat je recirculeert (een derde is vrij gangbaar) doorloopt dan opnieuw de hele zuurstofrijk/zuurstofarm wisseling en omdat het minder afvalstoffen bevat verdunt het het verse afvalwater.

Conclusie

Een helofytenfilter zuivert stikstof en fosfaat beter als je oplossingen combineert. Met een composteertoilet verminder je de druk op je helofytenfilter en de kans dat ammonium/ammoniak je bacteriën vergiftigen. Het filter hoeft dan minder stikstof en fosfaat af te breken. Een langere verblijftijd verbetert de omzetting van ammonium naar nitriet/nitraat en meerdere keren wisselen tussen zuurstofrijk en zuurstofarm dwingt de bacteriën meer restjes ammonium af te breken. Overall verbeteren deze maatregelen de prestatie van zo’n filter. Volgens mij is er dus best wat te doen aan zo’n helofytenfilter, zelfs als de leverancier niet van zich laat horen. Succes, Oosterwold-bewoners en anderen in een soortgelijk schuitje.

---

Waar blijft nou die verrassing die ik beloofd had? Nou, hier komt ‘ie. Ik heb het afgelopen jaar weinig voor mijn blog geschreven omdat mijn hoofd even vol zat met een ander, groot project: een boek! Ik ben door Vonk (voorheen Jan van Arkel) gevraagd een boek te schrijven en dat ligt nu bij de opmaker. Eindelijk durf ik hardop te roepen: ik heb een boek geschreven! En toevallig staat daarin een heel stuk over (tuin)helofytenfilters, van hoe ze werken tot verschillende manieren om ze te maken tot hoe je de zuivering verbetert. De tekening in deze blogpost is alvast een voorproefje! Binnenkort vertel ik er meer over. Tot dan en bedankt voor het lezen van dit artikel en deze blog!