STOWA-project Bijdrage aan verankeringsprojecten van derden STOWA 25 jaar Jubileum (Theo Claassen) prijs gebaseerd op het Plan van aanpak voor Stowa
|
|||||||||
De waterharmonica als schakelsysteem tussen afvalwater keten en oppervlaktewater systeem: van afvalwater naar gezond en bruikbaar oppervlaktewater Theo Claassen, Ruud Kampf en Bert Palsma sheets van een voordracht van Ruud Kampf over de Waterharmonica (pdf-file, 1,5 Mb in nieuw frame) 1. Inleiding en kader De laatste jaren heeft het waterbeheer talloze nieuwe impulsen gekregen: inhoudelijk en organisatorisch. Een van die ontwikkelingen is de implementatie van de Kaderrichtlijn Water, die een stimulans moet zijn tot verder waterkwaliteitsverbeteringen. In die gedachte past een verdere aanpak van zowel puntlozingen als van diffuse bronnen. Een voortgaande sanering en zuivering van afvalwater is daar (voor puntlozingen) een voorbeeld van, waarbij het voortouw bij de waterschappen ligt. Naast traditionele methoden, zoals actief-slibinstallaties, worden steeds meer alternatieve methoden uitgeprobeerd en ingezet, zowel hoog-technologisch (bijvoorbeeld membraanfiltratietechnieken, zie Roorda, 2001, als methoden van meer ecologische aard (bijvoorbeeld met moerassystemen). Dit leidt tevens tot het gebruik van technische oplossingen in "natuurlijke processen" en tot natuurlijke oplossingen in "technische" processen in het waterbeheer. Deze aanpak, die overeenkomsten vertoont met de ontwikkelingen in de landbouw, wordt beschreven met de term "ecological engineering", een combinatie van techniek en natuur met als doel om een grotere duurzaamheid ("sustainability") in bijvoorbeeld het waterbeheer na te streven. Kort samengevat: probeer met de "natuur" samen te werken, want op de lange duur wint de "natuur" toch. Over ecological engineering is veel geschreven, een goede ingang is de website van de International Ecological Engineering Society (www.iees.ch) , maar zie bijvoorbeeld ook Jana et al., 2000. Zie voor toepassing in internationaal duurzaam waterbeheer ook de sites www.sida.se en www.gtz.de/ecosan/. Het ligt zeer voor de hand dat het scheiden van waterstromen (bijv. het afkoppelen van regenwater) dat in Nederland nu langzaam van de grond komt zich zal uitbreiden naar een verder scheiding van afvalwaterstromen (wit, zwart en grijs water, zie de hierboven genoemde sites, en ook de later in dit pva aangehaalde workshop in Nepal. In wezen wordt het stokoude "tonnetjes- systeem" van onze grootouders door huidige technische ontwikkelingen weer modern (Winblad, 1998), dit geldt niet alleen voor ontwikkelingslanden maar ook voor vernieuwende/vernieuwings projecten in Nederland (Mels, 2002). Omdat het in veel gevallen (nog) niet mogelijk om bij de bron (in dit geval voornamelijk huishoudens) te scheiden ligt het voor de hand om te trachten iets slims met het gezuiverde afvalwater te doen. Het uitgangspunt hierbij is dat afvalwater "het beste water was dat we hadden", het was namelijk drinkwater en regenwater dat "misbruikt" is om een relatief gering volume vuil af te voeren (ca. 700 l feces, urine en keukenafval wordt verdund tot ca. 30.000 l afvalwater per inwoner). Na een doeltreffende behandeling in bijvoorbeeld een moerassysteem is dit water prima geschikt voor allerlei doeleinden. Dit blijkt nadrukkelijk uit de huidige belangstelling voor hergebruik van effluent voor zowel "natuurdoeleinden", het opwaarderen van gezuiverd afvalwater naar "bruikbaar" oppervlaktewater, als de productie van water geschikt voor industriële doeleinden (zie onder meer Stowa 2001 (handboek zuiveringsmoerassen voor licht verontreinigd water), Kampf et al., 1997; Van Naerssen et al., 2001; Roorda, 2001). Een andere ontwikkeling betreft het meer duurzaam inrichten van watersystemen, met bijzondere aandacht voor herstel van oevers, van meer natuurlijke waterstandsverlopen en van zoet-zout gradiënten. Ook is er nog volop aandacht voor wel bekende thema's, zoals eutrofiërings- en verdrogingsbestrijding. Daar raken de insteken vanuit WB 21e eeuw en van de Kaderrichtlijn Water elkaar. Dat het waterbeheer en de waterproblematiek meer en meer grensoverstijgend is, is genoegzaam bekend, zeker na het Wereld Water Forum te Den Haag (maart 2000). Ook hier doet internationalisering haar intrede, waarbij Oost-Europese en ontwikkelingslanden bijzondere aandacht verdienen (Ministerie van Verkeer en Waterstaat, 1999). Wat dit gaat betekenen voor het toekomstig waterbeheer is nog niet helemaal duidelijk. Na een periode van schijnbare stabiliteit is de laatste paar jaren juist veel nieuws in gang gezet. Een van de invullingen lijkt aan te sluiten bij een opgesteld concept (voor het toekomstig waterbeheer) uit 1996. Een initiatief van de STOWA bij haar 25jarig bestaan in 1996 waarbij een prijsvraag werd uitgeschreven met als thema "Waterbeheer in de toekomst" leverde dan ook verrassende inzendingen op. De winnende inzendingen lagen op het terrein van afvalwaterzuivering met raakvlakken naar het oppervlaktewatersysteem. De inzending van Theo Claassen (het 3D schakelsysteem, of wel de waterharmonica, zie figuur 1) anticipeerde op ecotechnologie als methodische benadering om restafvalstromen te saneren; een kostenefficiënte methodiek voor zowel de traditionele afvalwaterzuiveringtechnologie als voor het beheer en verbetering van oppervlaktewatersystemen. Zijn inzending was vooral het theoretisch kader voor die bedoelde geïntegreerde ecotechnologische toepassing, waarbij een tiental mogelijke schakelsystemen werden genoemd.
Dit plan van aanpak focust in op afvalwater van rwzi´s met het oogmerk om daar, op een ecotechnologische wijze, gezond en bruikbaar oppervlaktewater van te maken. De invulling zoals die door het Hoogheemraadschap Uitwaterende Sluizen (USHN) op Texel hieraan wordt gegeven past prima in het door Claassen bedoelde concept. Het is in meerdere opzichten een vernieuwende geïntegreerde toepassing van ecotechnologie, zoals die in deze combinatie nog niet eerder bewust is vorm gegeven. Een moerassysteem wordt benut om het effluent van een rwzi na te zuiveren, doch ook vooral om het effluent "biologisch" te reanimeren. Het aldus behandelde effluent wordt niet direct geloosd op buitenwater, doch benut voor het kweken van watervlooien (die het effluent bovendien verder zuiveren), en die op hun beurt als voedsel dienen voor stekelbaarsjes. Deze vissen vormen een belangrijke voedselbron voor de Lepelaar. Het effluent kan daarna genoegzaam op het eiland blijven om 's zomers de verdroging te verminderen. Dit heeft geleid tot het "kwekelbaarsjessysteem", zoals dat op Texel voor de rwzi De Cocksdorp wordt ingevuld (zie figuur 2).
Het onderzoek op Texel gaf hierbij weer een nieuwe impuls aan het gebruik van moerassystemen in Nederland voor de nazuivering van effluenten. Het leidde al tot navolging op de rwzi Kaatsheuvel, Waterpark Groote Beerze bij de rwzi Hapert en rwzi Land van Cuijk. De werking van het moerassysteem op laatst genoemde rwzi wordt met steun van STOWA gedurende enkele jaren uitgebreid gevolgd. Het onderzoek op Texel heeft ook geleid tot een nieuwe kijk op eco-toxicologische effecten van effluenten van rwzi´s (Stowa onderzoek Ecotoxicologische aspecten bij de nabehandeling van rwzi-effluenten volgens het kwekelbaars-concept, Foekema et al, 2002).
Er wordt invulling gegeven aan en verankering nagestreefd van een duurzame ecotechnologische toepassing van de waterharmonica. Het schakelsysteem, de waterharmonica, hier verder uitgewerkt als moerassysteem, vormt het midden tussen de technische, beheersbare en niet-natuurlijke rwzi aan de ene kant en het niet-technische (ecologische), niet-beheersbare (hooguit beheerde) en natuurlijke (oppervlakte)watersysteem. De nadruk ligt hierbij op nog noodzakelijk onderbouwend en vergelijkend onderzoek en bevordering van enkele demonstratieprojecten. De STOWA stelt, als bijdrage aan verankeringsprojecten van derden en verbonden aan de "Theo Claassen-prijs", een bedrag van € xxxxxx,- beschikbaar om het principe van de waterharmonica concreet invulling te geven. Zo mogelijk en nodig kan via aanvullende geldstromen het bedrag verbonden aan de prijs vermeerderd worden. De STOWA heeft Ruud Kampf (USHN) gevraagd Theo Claassen (WF) te ondersteunen bij het opstellen van dit plan van aanpak, en mee te werken in de realisatie van een project om het hierboven beschreven concept uit te werken. De STOWA heeft laten weten dat de nadruk dient te liggen op onderzoek en demonstratie. 2. Doelstellingen De doelstellingen van het project zijn: 1. uitwerken van de waterharmonica in het licht van "ecological engineering" in het algemeen en "Texel" in het bijzonder, gericht op een verdere ecologische onderbouwing en civieltechnische uitwerking van de eco-technologische principes van de waterharmonica als moerassysteem. De nadruk en uitwerking liggen op nazuivering en gebruik van effluenten van rwzi's; 2. het bevorderen van enkele demonstratieprojecten in ons land, zo mogelijk bij verschillende waterbeheerders; 3. verkennen en uitwerken van mogelijke toepassing elders, vooral in ontwikkelingslanden; 4. op basis van het voorgaande en reeds bestaande voorbeelden het opstellen van vuistregels en een modulair protocol voor aanleg, inrichting, beheer en monitoren van dergelijke moerassystemen. Uitdragen van de verzamelde kennis in een of meer workshops. De doelstellingen 1 en 4 vormen de kern van dit project, achtereenvolgens gevolgd door de doelstellingen 2 en 3. De koppeling van de (doelstellingen en achterbannen van) STOWA en Aqua for All in dit project wordt echter zeer gewaardeerd. Ad 1. Hiervoor is het nodig om het theoretische stramien, waarmee Theo Claassen de prijs heeft gewonnen en de toepassing van het idee door Ruud Kampf op Texel (nadere invulling van het moerassysteem na de rwzi Everstekoog en het kwekelbaarsjesconcept) nader uit te werken en te toetsen aan de (inter)nationale ontwikkelingen in het waterbeheer en in ecological engineering. Deze uitwerking dient te geschieden binnen de gestelde randvoorwaarden. Het uitgangspunt is nabehandeling van gezuiverd afvalwater tot bruikbaar oppervlaktewater (Kampf et al, 1997). Andere aspecten zijn: "nuttig gebruik" van nutriënten’, energie- en nutriëntenstromen en processen van opname, omzetting en vastlegging, zuurstofhuishouding en -ritmiek, de biologische schakels die daarbij als voedselpyramiden een rol spelen (van bacteriën, algen, zoöplankton, waterplanten en helofyten tot aan vissen en vogels) en gebruik van het gezuiverde afvalwater voor natuurdoeleinden. Zie Jak et al, 2001 (pdf-file van de haalbaarheidsstudie, opent in nieuw venster) en de kwekelbaarsjes site www.rekel.nl/kwekelbaarsjes. Ad 2. Op basis van reeds bestaande kennis en informatie wordt, bijvoorbeeld door voordrachten, excursies en het aanbieden van expertise, bevorderd dat waar mogelijk dergelijke moerassystemen worden gerealiseerd. Een concrete mogelijkheid speelt momenteel op Ameland, waar gedacht wordt om het effluent van de rwzi aan te wenden voor verdrogingsbestrijding en natuurontwikkeling. Dat effluent wordt nu nog, evenals op de drie andere Friese waddeneilanden, geloosd op de Waddenzee. Op het terrein van de rwzi Grouw is ruimte voor een beperkt moerassysteem. Daar zou een inrichting kunnen plaats vinden, waarbij een aan de Friese boezem gekoppeld paai- en opgroeibiotoop van vis (snoek) wordt aangewend in de eindfase van het moerassysteem. Dat laatste deel van het moerassysteem mag bij hoge waterstanden tevens dienst doen als overloopgebied van boezemwater. Verwacht wordt dat in de loop van het project meer locaties naar voren zullen komen. Basisprincipes worden uitgewerkt voor realisatie van schakelsystemen op praktijkschaal. Ad 3. Het principe van hergebruik van effluenten en het sluiten van nutriëntenkringlopen is juist voor ontwikkelingslanden relevant. Afvalwaterlozingen vormen daar een groot milieuhygiënisch probleem, terwijl (landbouw)meststoffen schaars en duur zijn. Enkele jaren geleden hebben Kampf en Claassen dit probleem tijdens een workshop in Nepal besproken en uitgewerkt, waarbij juist nuttige aanwending van afvalwater mogelijk is (zie figuur 3).
Mobiliseren van analoge kennissystemen in het buitenland, met name in ontwikkelingslanden staat bij dit project voorop; dus niet het realiseren van projecten aldaar. In diverse (ontwikkelings)landen is het verschijnsel visvijver een welbekend fenomeen. De werking berust naar verwachting veelal eerder op "praktijkervaring" dan op toepassing van doordachte theoretische modellen. Desalniettemin is het zinvol de principes erachter te doorgronden en te rubriceren. Dat levert zinvolle informatie op voor efficiëntieverbetering en vooral optimalisatie van sanering en benutting van afvalwaterstromen. Zo kan betrokkenheid vanuit projecten in ontwikkelingslanden ook leiden tot leer- en verbetereffecten hier. Er zijn reeds contacten gelegd met Aqua for All om na te gaan of elders ingespeeld kan worden op (lopende) projecten van NGO's. Vanuit Aqua for All zijn daartoe Novib, Unicef, Memisa, Simavi en Icco aangeschreven. Het resultaat hiervan is dat er gestreefd wordt naar de selectie van twee projecten. Door Aqua for All is het NOVIB project Cuencas en de verbetering van het drinkwater, klimaatveranderingen vernietigend voor economie van Nicaragua voorgesteld. Ook Simavi heeft laten weten het concept te onderschrijven en zal mogelijk een project in Nepal voordragen (met als alternatief een project in India). Ad 4. Dit STOWA-project moet, gebaseerd op de drie eerste doelstellingen, resulteren in een inzichtelijk, overzichtelijk, handzaam en onderbouwd protocol voor gebruik van moerassystemen voor nazuivering en hergebruik van effluenten van rwzi's (vanzelfsprekend in aansluiting op het recente Handboek zuiveringsmoerassen voor licht verontreinigd water, Stowa, 2001). Dergelijke moerassystemen kunnen modulair opgebouwd en ingericht worden, afhankelijk van de locale situatie, aanbod en kwaliteit van het effluent en natuurgerichte nevendoelstellingen. Dimensiegrondslagen zijn uitgewerkt. Ecologische principes, laag energetische exploitatie en andere door Claassen (1996) genoemde kenmerken van dergelijke schakelsystemen zijn hierbij uitgangspunt. Realisatie van deze moerassystemen kan bijdragen aan eutrofiëringsbestrijding, vermindering inlaat van gebiedsvreemd water, verdrogingsbestrijding, herstel zoet-zout gradiënten en meer in het algemeen natuurontwikkeling. In ontwikkelingslanden zal voedsel(vis)productie en een nuttig gebruik van het water voor bijvoorbeeld irrigatie en grondwateraanvulling snel in beeld komen. Omdat in Nederland en zeker ook in ontwikkelingslanden overdracht van kennis met alleen rapportages onvoldoende is, zijn in de loop van het project ook een of meer workshops voorzien. 3. Projectopzet Als gevolg van de fusie van het Hoogheemraadschap Uitwaterende Sluizen en de inliggende waterschappen tot het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier per 1 januari 2003 wordt Ruud Kampf in de gelegenheid gesteld een opzet van een promotieonderzoek voor een periode van vijf jaar (2003 – 2008) op te zetten. Het uitgangspunt hierbij is dat de loonkosten over deze periode grotendeels gedragen worden door het hoogheemraadschap in het kader van het sociaal plan, aangevuld met kosten die anders gemaakt zouden worden voor outplacementprocedures en dergelijke. Daarnaast wordt aanvullende financiering door bijvoorbeeld dit project gezocht. De invulling hiervan zal de eerste drie maanden van 2003 plaats vinden. Prof. Dr. N. van Straalen van de Vrije Universiteit van Amsterdam (faculteit der Aard- en Levenswetenschappen) heeft laten weten Ruud Kampf bij de opzet van het promotieonderzoek te helpen met als mogelijkheid om als promotor op te treden. Omdat ondersteuning door een ingenieursbureau zeer gewenst wordt geacht zal de Stowa op basis van dit plan van aanpak enkele adviesbureaus vragen offerte uit te brengen om tot uitwerking en invulling van dit project te komen. De taken voor het bureau zijn onder meer coördinatie van het project, speurwerk naar her en der bestaande informatie en kennis, redactie van rapportages en verslaglegging van besprekingen. De vier hiervoor genoemde te bereiken doelstellingen zijn daarbij leidend. Vooreerst wordt uitgegaan van het door de STOWA beschikbare budget. Naar orde van grootte kan dat geld als volgt besteed worden:
Daarnaast echter gaat het geselecteerde adviesbureau, op basis van een gespecificeerde kostenopzet, actief op zoek naar aanvullende budgetten. Die zijn mogelijk te vinden bij de direct betrokken waterschappen, via de door Aqua for All aangeschreven NGO's en bij innovatieve subsidiefondsen. Financiering van realisatie en aanleg van moerassystemen behoort niet tot dit project, noch wordt daar (STOWA)budget voor beschikbaar gesteld. Inmiddels is de uitvoering van het project gegund aan Royal Haskoning en LeAf/WAgeningen Universiteit. Voor de begeleiding van het project is een STOWA-begeleidingscommissie samengesteldt. In analogie naar de deskundigenteams voor het OBN-programma van KC-LNV kan de begeleidingscommissie een meer structureel en permanent karakter krijgen. 4. Planning Op basis van dit plan van aanpak wordt offerte aangevraagd bij enkele adviesbureaus voor uitvoering van dit project. De te benaderen bureaus zijn Witteveen en Bos (Deventer), Royal Haskoning (Nijmegen) en Oranjewoud (Heerenveen). Samenwerking met kennisinstituten, zoals TNO, Den Helder, WUR, Wageningen en KIWA wordt op prijs gesteld. De globale projectplanning is als volgt:
5. Producten Het project resulteert onder andere in:
6. Verwijzingen en achtergrondliteratuur Anonymus, 2001. Proef met moeras om effluent te zuiveren succesvol. H2O 34 (3): 37. Anova Food, homepage over productie van Tilapia www.tilapia.nl/ Beheerprogramma Rijksgronden Ameland 2000-2010. Rijkswaterstaat, Staatsbosbeheer en It Fryske Gea. Berbee, R., H. Maas, E. Malta & H. v.d. Loo, 2001. Toxiciteit effluent rwzi Aarle-Rixtel sterk afgenomen. H2O 34 (3): 25-26. Bolt, E., A. Karmacharya, H. Acharya, T. Claassen & R. Kampf, 1999. Closing the nutrient cycle: why and how; a way to reduce waste water problems. IRC. Zie ook: www.rekel.nl/closethenutrientcycleClaassen, T.H.L., 1996. Het 3D-schakelsysteem: van tweesporenbeleid naar driesporenbeleid; ecotechnologie van randverschijnsel naar centrumpositie. In: 25 jaar toegepast onderzoek waterbeheer, S.P. Klapwijk (ed.), p. 141-153. link naar de inzending Dai Min, 2002. Reuse of appropriately treated wastewater on Ameland. Wetterskip Fryslân, Leeuwarden. Foekema, E.M., H.P. van Dokkum, R. Kampf R. Projectvoorstel voor Stowa: Ecotoxicologische aspecten bij de nabehandeling van rwzi-effluenten volgens het kwekelbaars-concept. MEP-TNO, Den Helder. Ghosh, D. Wastewater utilisation in East Calcutta Wetlands, 1999. WASTE advisers on urban environment and development (www.waste.nl), Gouda. Graaf, J.H.J.M., H.A. Meester-Broertjes, W.A. Bruggeman & E.J. Vles, 1997. Sustainable technological development for urban-water cycles. Wat. Sci. Tech. 35: 213-220. Haller, E.J., 1991. The food chain of activated sludge. Water Pollution Control Federation 8 (8): 14-15. Jak, R.G., R. Kampf, E.M. Foekema & H.P. van Dokkum, 2001. Haalbaarheid en mogelijkheden van het gebruik van effluent van de rwzi De Cocksdorp voor natuurdoeleinden. TNO en USHN. link naar pdf-file van de rapportage Jana, B.B., B. Banerje, B. Guterstam, J. Heeb, Water recycling and resource management in the developing world, ecological engineering approach. Kalyani, India; Wolfusen, Switzerland: University of Kalyani, IEES, 2000. Kampf, R., M. Schreijer, S. Toet & J.T.A. Verhoeven, 1997. Van effluent tot bruikbaar oppervlaktewater. NVA-symposium "Biologisch gereinigd effluent; grondstof of eindproduct". link naar de paper Kampf, R., M. Schreijer, S. Toet, J.T.A. Verhoeven, R.G. Jak, M. Groot, 2000, From sewage to (re)usable surface water, The use of a full-scale constructed wetland to improve the quality of the effluent from an oxidation ditch in The Netherlands. In: P.K. Jha. S.B. Karmacharya, S.B. Baral, P. Lacoul, editors.. Environment and Agriculture, at the crossroad of a new millennium; Kathmandu, Nepal: Ecological Society (ECOS), 2000, proceedings of the International Conference on Environment and Agriculture, Nov. 1-3, 1998, Kathmandu, Nepal.(1) Kampf, R., 2001. Lepelaars profiteren van effluent rwzi Texel. H2O 34 (6): 6-7. Kampf, R., B. Eenkhoorn, E. Foekema & H. van Dokkum, 2002. Spelen Lepelaars een rol in het integraal waterbeheer op Texel? Eurosite-workshop on Management of Coastal Wetlands. link naar de Nederlandse vertaling van de paper, link naar de Engelse paper Kroes, F., 1997. Mogelijkheden van hergebruik van effluent op Ameland. Deel 1: hoofdrapport. Waterschap Friesland. Kroes, F., 1997. Mogelijkheden van hergebruik van effluent op Ameland. Deel 2: waterbalans voor west-Ameland. Waterschap Friesland. Liang, Y., R.Y.H. Cheung, S. Everitt & M.H. Wong, 1999. Reclamation of wastewater for polyculture of freshwater fish: fish culture in ponds. Wat. Res. 33 (9): 2099-2109. Liere, L. van, R.D. Gulati, E.H.R.R. Lammens & F.G. Wortelboer, 1989. Van voedingsstof tot vis en van vis tot voedingsstof. Landschap 6: 33-46. McCann, B., 2001. Supporting a sanitation shift. Water21. Mels, A., W. de Mes; G. Zeeman. Gescheiden inzameling en lokale behandeling van stedelijk afvalwater (2002). Workshop op 15 oktober 2002 in Culemborg. LeAF, Stowa Ministerie van Verkeer en Waterstaat, 1999. Programma Buitenlandse Waterinzet; partners voor water. Naerssen, E. van, J.W. Mulder, F. Kramer & J. Pluim, 2001. Effluent van een awzi als bron voor de bereiding van demiwater. H2O 34 (7): 22-24 Roorda, J., 2001. Nuttig gebruik van rwzi-effluent. H2O 34(3): 19-21. Sprules, W.G., 1984. Towards an optimal classification of zooplankton for lake ecosystem studies. verh. Internat. Verein. Limnol. 22: 320-325. STOWA, 2001. Handboek zuiveringsmoerassen voor licht verontreinigd water. Tatrai, I., J. Olah, G. Paulovits, K. Matyas, B.J. Kawiecka & F. Pekar, 1997. Changes in the lower trophic levels as a consequence of the level of fish manipulation in the ponds. Int. Revue ges. Hydrobiol. 82: 231-224. Winblad, U., Ecological sanitation, 1998. SIDA, Stockholm. |
|||||||||
