Van labo tot veld: fosfaatadsorptiefilters voor een betere oppervlaktewaterkwaliteit

Fosfaten vormen een hardnekkig probleem in onze waterlopen. Ze zorgen voor overmatige algenbloei, zuurstoftekort en verstoorde ecosystemen. Bovendien bemoeilijken ze de productie van drinkwater. Ondanks verschillende preventieve en bronmaatregelen voldoen in het winterjaar 2024-2025 52% van de waterlopen in Vlaanderen niet aan de normen gesteld in de kaderrichtlijn water, onze beste score sinds 2002-2003.

Fosfaatfilters als effectmaatregelen 

Al enige tijd wordt er aan de slag gegaan met fosfaatfilters in een brongerichte aanpak, voorbeeld bij decentrale huishoudelijke waterzuiveringen zoals in het I-QUA project. De laatste jaren winnen fosfaatfilters momentum en worden ze ook ingezet als effectmaatregel om P-concentraties te reduceren in (i) drainagewater en spuiwater van serres, en (ii) uit oppervlaktewater. Nieuw in Vlaanderen is de combinatie van fosfaatfilters met rietvelden. In die natuurlijke systemen wordt fosfor verwijderd door chemische precipitatie, sedimentatie, sorptie, en opname door planten en micro-organismen.

Dat proces verloopt echter erg traag en de rietvelden kunnen de hoge concentraties fosfaten niet binden. Om die fosfaatconcentraties actief te verlagen, doen we dus beter een beroep op reactieve bindingsmaterialen zoals substraten. 
 

Substraten

Fosfaten adsorberen op materialen rijk aan ijzer of aluminium. Aan de hand van labotesten kan de verwijderingsefficiëntie van verschillende substraten worden bepaald. Het doel? Een duurzaam, betaalbaar en effectief substraat bepalen dat inzetbaar is als effectmaatregel in diverse Vlaamse watersystemen.
Twee projecten zijn hiermee aan de slag gegaan:

NuReDrain

Binnen NuReDrain werden verschillende substraten getest op de verwijdering van fosfaten uit drainagewater en spuistromen van serres. Er werd getest op fosfaatconcentraties tussen de 0,5 – 1,5 ppm i.f.v. van drainagewater en tussen de 5-25 ppm i.f.v. spuiwater uit serres. In het onderzoek uitgevoerd door KU Leuven en Universiteit Gent werden 16 materialen onder de loep genomen om fosfaat te adsorberen. Enerzijds commercieel beschikbare producten, anderzijds producten die werden afgeleid van reststromen van de drinkwaterproductie:

• FerroSorp RW
• Redmedite
• Acid pre-treated glauconite
• Biotite
• Bauxite
• Olivine
• Lidonit
• Biochar
• DiaPure
• Zero Valent Iron
• Phoslock
• Iron oxidised coated sand (IOCS)
• VITO Sorbent A
• VITO Sorbent B

Aquatuur

Dit project focust op landschappelijk geïntegreerde fosfaatfilters in combinatie met rietvelden om het zelfzuiverende vermogen van een rivier te stimuleren. Universiteit Gent onderzocht vijf materialen die voor deze geïntegreerde systemen:

• Ijzerzand – restproduct uit drinkwaterzuivering
• Tobermoriet (zowel gebroken als geperst) – afvalproduct van constructie
• Apatiet – natuurlijk fosfaatmineraal
• DiaPure – diatomiet met metaaloxiden

Welke conclusies trekken we uit beide projecten?

Ijzerzand kwam als beste kandidaat uit de bus door de hoge bindingscapaciteit, de stabiele pH en de relatief lage kostprijs. Belangrijke kanttekening is dat elk watersysteem en elk type water een uniek karakter heeft. De verwijderingsefficiëntie wordt o.a. bepaald door de fosfaatconcentratie, de interferentie van andere stoffen die een affiniteit hebben met het substraat en de contacttijd. Afhankelijk van de grootteorde van je project en de hoeveelheid substraat die je nodig hebt, is het dus aangewezen om labtesten uit te voeren om niet voor verrassingen te staan. Daarenboven is het cruciaal een slim ontwerp te bouwen en een doordachte monitoring op te zetten.

Meer weten over beide onderzoeken? ⬇️⬇️

• Detail adsorptiestudie fosfaatverwijdering Aquatuur
• Onderzoekspaper NuReDrain

In de praktijk: de Ringbeek

Met de KRW- en Natura2000-doelstellingen in het vizier, groeit de interesse in grootschalige fosfaatfilters. Bovenstaand onderzoek binnen Aquatuur toont aan dat de techniek potentieel heeft, maar ook dat zorgvuldige afstemming op lokale omstandigheden essentieel is. De waterkwaliteit in de Ringbeek (Oostkamp, West-Vlaanderen) voldoet niet aan de Europese milieukwaliteitsnormen. Vooral stikstof- en fosforconcentraties overschrijden regelmatig de richtlijnen, typisch tijdens de zomerperiode. Om dit aan te pakken werd gezocht naar een manier om het zelfzuiverend vermogen van de beek te stimuleren. Een rietveld van ca. 3200 m² gevolgd door een fosfaatfilter van 264 m² moeten ervoor zorgen dat de stikstof- en fosforgehaltes lager komen te liggen.

In de praktijk: P-filter op drainagewater in Zedelgem 

In Zedelgem werd tijdens de wintermaanden van 2017 tot 2021 een filtersysteem uitgetest dat werd gekoppeld aan de uitlaat van één enkele drainagebuis. Als substraat werd ijzerzand van Pidpa gebruikt. Het filterdesign werd na ieder seizoen geoptimaliseerd maar met behoud van het substraat. De gemiddelde verwijderingsefficiëntie bedroeg achtereenvolgens 99, 76 en 49% in respectievelijk 2018, 2019 en 2020. Dit toont aan dat het substraat effectief is voor de verwijdering van opgeloste fosfaten aanwezig in drainagewater maar dat de efficiëntie na 3 jaar werking met de helft is gedaald. Dergelijk substraat moet na enige tijd dus worden vervangen door nieuw materiaal. Het fosfaatverzadigde substraat kan chemisch worden behandeld om de fosfaten te desorberen van het materiaal. Op die manier kan het substraat worden gerecupereerd. 

Met dank aan Lukas Willems om de eerste stenen te leggen voor dit artikel op basis van zijn adsorptierapport.