Promotie: Biogeochemistry of rapid sand filters used for drinking water production

Zandfiltratie is al meer dan 150 jaar een van de meest gebruikte methoden voor de productie van drinkwater. Hoewel het een bewezen en betrouwbare technologie is, zijn het ontwerp en de bedrijfsvoering van zandfilters nog steeds grotendeels gebaseerd op praktijkervaring, en niet op een volledig begrip van de onderliggende processen. 

In dit proefschrift hebben we snelle zandfilters onderzocht die worden gebruikt voor de zuivering van grondwater. In Nederland wordt ongeveer 60% van het drinkwater geproduceerd uit grondwater, en snelle zandfiltratie wordt toegepast op bijna alle drinkwaterzuiveringen. Deze zwaartekrachtfilters zijn gevuld met zand, waar het water met een snelheid van ongeveer 2 tot 10 meter per uur doorheen stroomt. Tijdens de filtratie worden ijzer, mangaan en ammonium verwijderd om veilig drinkwater te produceren. Snelle zandfilters zijn relatief goedkoop, omdat er geen chemicaliën nodig zijn, ze eenvoudig te reinigen zijn en jarenlang goed kunnen functioneren. 

De prestaties van een filter kunnen echter sterk verschillen. Dit hangt onder andere af van de leeftijd van het filter, het ontwerp, de manier waarop het wordt gereinigd, het type filtermateriaal en de concentraties ijzer, ammonium en mangaan in het binnenkomende water. Een van de grootste uitdagingen is dat nieuwe filters vaak een lange opstartperiode nodig hebben voordat ze goed werken. Een beter begrip van de processen in het filter is daarom nodig om het ontwerp en de werking van deze filters te verbeteren. 

In plaats van de verwijdering van ijzer, mangaan en ammonium afzonderlijk te bestuderen, richt dit proefschrift zich op de wisselwerking tussen deze processen. Ook hebben we de rol van micro-organismen onderzocht, die vooral belangrijk zijn voor de verwijdering van mangaan en ammonium. De microbiële gemeenschappen zijn bestudeerd in filters van verschillende leeftijden, onder veranderende grondwateromstandigheden en vóór en na reguliere terugspoelingen. Lange tijd werd aangenomen dat de verwijdering van mangaan in ingewerkte filters vooral het gevolg was van chemische processen. Onze resultaten laten echter zien dat micro-organismen een essentiële rol spelen bij een efficiënte verwijdering van mangaan. 

Daarnaast vonden we een sterke samenhang tussen de verwijdering van ammonium en mangaan. Door chemische analyses te combineren met genomische technieken en DNA-sequencing hebben we bacteriën uit het geslacht *Nitrospira* geïdentificeerd als mogelijke mangaanoxiderende micro-organismen in snelle zandfilters. Hoewel vervolgonderzoek nodig is om deze rol te bevestigen, geven deze resultaten nieuwe inzichten in de mechanismen achter de verwijdering van mangaan. Daarnaast bieden ze aanknopingspunten om de opstarttijd van nieuwe filters te verkorten, bijvoorbeeld door de filterbedrijfsvoering te optimaliseren en geschikte filtermaterialen te kiezen.