Promotie: From Pores to Pilot Filters: Biofilm-Driven Bacterial Removal in Slow Sand Filtration

Schoon en veilig drinkwater is afhankelijk van zuiveringssystemen die micro-organismen betrouwbaar kunnen verwijderen. Een van de oudste en meest robuuste technieken hiervoor is langzame zandfiltratie. In deze filters stroomt water langzaam door een zandbed. Na verloop van tijd ontstaat boven op het zand een levende biologische laag, de Schmutzdecke. Deze laag bevat micro-organismen en kleverige biologische stoffen en speelt een belangrijke rol bij het verwijderen van bacteriën uit water. Toch was nog niet volledig duidelijk hoe deze biofilm de verwijdering precies versterkt en hoe de ontwikkeling ervan beter kan worden voorspeld. 

In dit proefschrift is onderzocht hoe biofilms de verwijdering van bacteriën in langzame zandfilters bepalen, van individuele poriën tot filters op pilotschaal. Met transparante micromodellen kon direct worden bekeken hoe deeltjes door poriën bewegen en met biofilms in contact komen. Deze experimenten lieten zien dat biofilms de poriestructuur veranderen door ruwe oppervlakken, nauwe doorgangen, doodlopende zones en voorkeursstromingen te vormen. Daardoor worden deeltjes en bacteriën veel sterker vastgehouden. 

Vervolgens zijn laboratoriumfilters en pilotfilters gebruikt om te onderzoeken hoe deze mechanismen zichtbaar worden in echte filtersystemen. De resultaten lieten zien dat de bovenste laag van het filter, waar de Schmutzdecke zich bevindt, steeds belangrijker wordt voor bacterieverwijdering naarmate het filter rijpt. De verwijderingsprestatie werd niet goed verklaard door alleen filterleeftijd of biomassa. De biochemische samenstelling van de Schmutzdecke, vooral het eiwit- en koolhydraatgehalte van extracellulaire polymere stoffen, bleek een betere indicator. 

Dit proefschrift laat zien dat bacterieverwijdering in langzame zandfilters wordt bepaald door biofilmstructuur, hydraulische veranderingen en biofilmchemie. Deze inzichten kunnen helpen om voorspellende modellen te verbeteren, filterrijping beter te volgen, opstartperioden te verkorten en drinkwaterzuivering te optimaliseren.