Voorspelling en validatie verwijdering organische microverontreinigingen

QSARs (quantitative structure-activity relationships) vormen hierbij een bijzonder nuttig hulpmiddel. Vandaar dat in dit project de nadruk zal liggen op verdere validatie van bestaande en ontwikkeling van nieuwe QSARs. Daarnaast zullen nieuwe ontwikkelingen, bijvoorbeeld op het gebied van membranen, nauwlettend in de gaten worden gehouden. Daarbij ligt de nadruk op uitbreiding en verbreding van AquaPriori. De werkzaamheden leveren daarnaast een (verbeterde) tool op  die gebruikt kan worden om het onderzoek toepassingsgereed te maken.

Veilig en betrouwbaar drinkwater leveren door microverontreinigingen te verwijderen

Organische microverontreinigingen (OMV) in bronnen voor drinkwater halen regelmatig het nieuws. Twee jaar geleden stond pyrazool centraal en dit jaar is GenX aangetroffen in oppervlaktewater en drinkwater in Zuid-Holland. De hoeveelheden van deze en andere OMV in de bronnen zijn doorgaans zeer laag en niet schadelijk voor de gezondheid, maar als watersector willen we proactief handelen en veilig en betrouwbaar drinkwater leveren. De centrale vraag is hoe OMVs het meest efficiënt kunnen worden verwijderd in de waterzuivering, en hoe we dat vooraf kunnen inschatten. In principe zijn er drie mogelijkheden om OMVs te verwijderen: 1) afscheiden met behulp van membranen, 2) verwijderen door middel van adsorptie, en 3) afbreken via biologische of oxidatieve processen. Welk proces het meest geschikt is hangt af van de lokale omstandigheden, en van de specifieke stofeigenschappen van de OMV.

Binnen de softwaretool AquaPriori zijn modellen ontwikkeld om een statistische relatie tussen de molecuulstructuur van OMV en het gedrag in actieve koolfiltratie en omgekeerde osmose (RO) te beschrijven (quantitative structure-activity relationships; QSARs). Bovendien is ook eerder al onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van QSARs voor UV/H2O2 processen. De modellen van AquaPriori moeten nog bij de drinkwaterbedrijven worden gevalideerd, en verder is er belangstelling voor uitbreiding met modellen voor oxidatie en biologische processen.

Hoewel het altijd nodig zal zijn experimenteel vast te stellen in hoeverre een bepaalde techniek geschikt is om een bepaalde verontreiniging onder de specifieke lokale omstandigheden te kunnen verwijderen, is het van groot belang vooraf te kunnen inschatten welke behandelingstechniek het meest geschikt is, en hoe de huidige zuivering met die verontreiniging omgaat. QSARs vormen hierbij een bijzonder nuttig hulpmiddel. Vandaar dat in dit project de nadruk zal liggen op verdere validatie (een eerste validatie van AquaPriori is in het TKI project al uitgevoerd) van bestaande en ontwikkeling van nieuwe QSARs. Daarnaast zullen nieuwe ontwikkelingen, bijvoorbeeld op het gebied van membranen, nauwlettend in de gaten worden gehouden. Het project bestaat uit verschillende werkpakketten.

Uitbreiding en verbreding van AquaPriori

Binnen het project pakken de onderzoekers de volgende activiteiten op:

Uitbreiding van AquaPriori voor AKF en RO (werkpakket 1)

Op de eerste plaats zal er verdieping plaatsvinden op het gebied van AKF en RO. Dit betreft verdere validatie van de bestaande modellen, en uitbreiding met bestaande en nieuwe NF en RO membranen, en de invloed van competitie door NOM op AKF-processen. Ook zullen nieuwe stoffen aan de tool worden toegevoegd.

Uitbreiding van AquaPriori voor oxidatieprocessen (werkpakket 2)

Tegelijkertijd zal worden gewerkt aan verbreding van het AquaPriori model, door de softwaretool uit te breiden met modellen voor oxidatieprocessen. Er is in het verleden al gewerkt aan QSARs voor UV/H2O2 processen, en dit zal verder worden uitgewerkt. Bovendien zullen hier ozonprocessen aan worden toegevoegd.

Uitbreiding van AquaPriori voor biodegradatieprocessen (werkpakket 3)

Het onderzoek verkent of het mogelijk is binnen AquaPriori ook modellen voor biodegradatie te ontwikkelen.

Risicoperceptie ongewenste stoffen; aansluiten bij TG-Chemische Veiligheid (werkpakket 4)

Binnen de TG-Chemische Veiligheid (Project Risicoperceptie en duiding (chemische) waterkwaliteit van drinkwater) en in de TG-Klant binnen het onderwerp ‘perceptie en vertrouwen’ is inspelen op verontreinigingen in bronnen voor drinkwater een belangrijk onderwerp. Het onderzoek binnen deze beide themagroepen vindt plaats in nauwe afstemming met de Stuurgroep Communicatie van de Vewin. In overleg met de TG-Chemische Veiligheid en de TG-Klant is afgesproken dat de TG-Zuivering aanhaakt bij bovengenoemd project, o.a. door mee te werken aan het in kaart brengen van de stand van zaken, het opzetten van de handelingsstrategie (met zwaartepunt op communicatie; aangeven dat de nieuwste zuiveringstechnieken worden ingezet), en de organisatie van een workshop over dit onderwerp. Het zwaartepunt en de voortrekkersrol liggen bij de TG-Chemische Veiligheid; de TG-Z levert alleen input voor de workshop(s) en rapportage, maar schrijft zelf geen verslagen of rapporten.

Modellen, inzicht en een protocol

De opbrengsten van dit project zijn:

• Modellen op het gebied van AKF en RO, die de verwijdering van microverontreinigingen in full scale installaties onder praktijkomstandigheden kunnen voorspellen.
• Uitbreiding van deze modellen met invloed van NOM op AKF en andere typen RO membranen.
• Modellen op het gebied van (geavanceerde) oxidatie, die de verwijdering van microverontreinigingen in full scale installaties onder praktijkomstandigheden kunnen voorspellen.
• Inzicht in mogelijkheden om QSBRs (quantitative structure-biodegradation relationships) op te stellen voor de biodegradatie van bepaalde microverontreinigingen.
• Een protocol ‘ongewenste stoffen in drinkwater’, met name gericht op behandelingsmogelijkheden. Dit zal in nauwe samenwerking met de TG-Chemische Veiligheid en de TG-Klant worden opgezet.

Daarnaast worden de resultaten van het AquaPriori-onderzoek vastgelegd in een rapport, en verwerkt in modellen, waarmee de tool wordt aangepast. Zo kan de verwijdering en/of afbraak van stoffen, met behulp van adsorptie op actieve kool of een ander type filter, RO of (geavanceerde) oxidatie onder bepaalde omstandigheden worden voorspeld. Als het mogelijk is, wordt een dergelijk model ontwikkeld voor een beperkt aantal microverontreinigingen (waar we relevante informatie over beschikbaar hebben) en biodegradatie. Deze resultaten zullen eventueel in een peer-reviewed artikel en/of vakblad worden gepubliceerd en/of gepresenteerd op een congres.

In het kader van het protocol ongewenste stoffen organiseren de onderzoekers en workshop voor de drinkwaterbedrijven. De bevindingen zullen, in samenwerking met de beide andere themagroepen, worden gepubliceerd.