Feest bij bacteriën zorgt voor proper water

Een uitgekiende voedingsstrategie laat bacteriën water efficiënter en goedkoper zuiveren.

Geef bacteriën in een waterzuiveringsinstallatie afwisselend veel en weinig vuil water, dan zuiveren ze het best. Feestmaaltijden afgewisseld met uithongering doet bacteriën namelijk samenwerken, blijkt uit onderzoek aan de onderzoeksgroep BioGEM van de Universiteit Antwerpen.

Tijdens mijn doctoraatsonderzoek ben ik op zoek gegaan naar de beste voedingsstrategie voor het proces van de biologische waterzuivering. Tijdens dit proces zorgen bacteriën voor de zuivering. Net zoals voedingscoaches voor de mens nu heel hip zijn zou je kunnen zeggen dat ik de bacteriën in de waterzuivering ben gaan coachen.

Bacteriën zien ons afvalwater namelijk als een bron van voedsel, daarom moeten we ervoor zorgen dat ze dit optimaal kunnen opeten. De twee meest verschillende situaties waarop we de bacteriën kunnen voeden is continu (de hele dag) of puls (grote hoeveelheid voedsel in één keer).

Zuiveringsinstallaties kunnen kleiner dankzij korrelvormende bacteriën

Wanneer we de bacteriën de hele dag voeden dan zien ze als het ware het voedsel een hele dag voorbijkomen op een transportband. Als ze honger hebben nemen ze een hap van wat ze het lekkerst vinden, hebben ze dat niet dan ondernemen ze geen actie. Wanneer we de bacteriën slechts een of twee keer per dag voeden via een puls voeding met veel afvalwater dan krijgen we een heel ander scenario.

Op dat moment zal het voor hen zijn, eten wat je eten kan. Met veel honger smaakt zelfs wat je minder lekker vindt. Op dat moment kunnen de bacteriën eten van een feestmaal, maar… na een periode van feest komt een periode van uithongering omdat er geen voedsel meer is.

Enkel de bacteriën die instaat zijn om voedsel op te slaan van het feestmaal zullen overleven tijdens de uithongeringsperiode. Hierdoor zullen bij de twee verschillende voedingsstrategieën niet dezelfde bacteriën overleven en zal de samenstelling van de bacterie familie anders zijn, ondanks dat ze hetzelfde voedsel verwerken.

De bruine massa onderaan zijn bacteriën; de laag erboven is gezuiverd water.

De samenstelling van de familie zal bepalen hoe snel ze het water gaan zuiveren en hoe eenvoudig ze te scheiden zijn van het water dat ze gezuiverd hebben. Deze scheiding gebeurt op basis van de zwaartekracht waarbij de bacteriën naar de bodem van de zuiveringstank zakken en we bovenaan het gezuiverde water kunnen afscheiden.

Het resultaat van een feestmaal

Het continu voeden van bacteriën is een veel gebruikte strategie in de industrie tijdens het proces van de biologische waterzuivering. Hij heeft echter te kampen met verschillende veel voorkomende problemen. Zo zijn de bacteriën en het gezuiverde water vaak moeilijk van elkaar te scheiden, de bacteriën zuiveren traag en de installatie kan moeilijk inspelen op veranderingen in het afvalwater.

De zwaartekracht zorgt voor scheiding van de bacteriën en het gezuiverde water

Tijdens mijn onderzoek heb ik een uitgekiemde voedingsstrategie ontwikkelt die speciale eigenschappen aan de bacteriën gaf. Dankzij het feestmaal zijn de bacteriën in staat een lijm aan te maken waarmee de bacteriën aan elkaar kleven en gezellig bij elkaar zitten wanneer ze het feestmaal nuttigen. De bacteriën vormen korreltjes die we met het blote oog kunnen zien en die je kan vergelijken met kleine Smarties. De korrels kunnen tot een centimeter groot worden. Dit is best speciaal als je weet dat de meeste bacteriën maar zo’n 0,001 mm tot 0,005 mm groot zijn.

Korrels van bacteriën, en dan?

Doordat de bacteriën samengroeien in korrels wegen ze veel meer dan losse bacteriën. De zwaartekracht laat hen hierdoor snel zinken naar de bodem wat veel tijd bespaard tijdens het scheiden van de bacteriën en het gezuiverde water. Er zijn nog enkele voordelen, doordat de bacteriën in compacte korrels samen zitten kunnen we veel meer bacteriën in eenzelfde volume houden.

Samengeklitte bacteriën (bruin en geel) zuiveren afvalwater beter en ze scheiden makkelijker af van het gezuiverde water.

Dankzij de hogere concentratie bacteriën kunnen we dan ook meer water zuiveren in eenzelfde installatie. Bovendien krijgen we ook meer goede, snel etende bacteriën, waardoor de zuivering nog eens sneller gaat en de installatie kleiner kan. Hierdoor is ook minder elektriciteit nodig, waardoor ook de operationele kost lager wordt.

En nu?

Dankzij de resultaten van dit onderzoek zijn we instaat vele industriële waterzuiveringsinstallaties verder te optimaliseren zodat deze efficiënter en meer duurzaam werken. Hierdoor neemt de impact van mijn en uw afvalwater op het milieu verder af.

Voor zijn onderzoek naar bacteriën voor waterzuivering is Michel Caluwé (toegepaste ingenieurswetenschappen, UAntwerpen) genomineerd voor de Vlaamse PhD Cup 2018. Stemmen kan HIER.