De winning en ontzilting van brak grondwater uit aquifers (grondwaterlichamen) in de Zuid-Hollandse duinen vormt een betrouwbare en stabiele methode voor drinkwaterbereiding, en kan tegelijkertijd de beschikbare zoetwatervoorraad in het duingebied vergroten. Dat blijkt uit onderzoeksresultaten van de Freshman-pilot van drinkwaterbedrijf Dunea en onderzoeksinstituten KWR en Deltares, die gepubliceerd zijn in het tijdschrift EU Research.
Om een groeiend aantal inwoners van kraanwater te kunnen blijven voorzien en minder afhankelijk te worden van rivierwater als drinkwaterbron, onderzoekt Dunea sinds enkele jaren de mogelijkheden om andere waterbronnen te gebruiken voor haar drinkwaterbereiding. Primaire waterbron van het Zuid-Hollands drinkwaterbedrijf is rivierwater uit de Maas, dat het bedrijf na voorzuivering in de duinen infiltreert en na zes weken weer oppompt om er drinkwater van te maken. Dit zogeheten rivier-duinsysteem zit qua capaciteit echter aan zijn maximum, terwijl de behoefte aan drinkwater fors stijgt tot 2040.
Gertjan ZwolsmanHet waterbedrijf heeft zijn vizier daarom gericht op aanvullende bronnen van drinkwater. Eén van die bronnen is brak grondwater, dat op grote diepte wordt gevonden in aquifers in duingebied Meijendel, een natuurgebied tussen Scheveningen, Den Haag en Wassenaar. Deze aquifers zijn gevuld met brak grondwater, met daarbovenop een zoetwaterlens. Het brakke grondwater, dat een chlorideconcentratie (zoutgehalte) tot zo’n 10.000 milligram per liter heeft, ziet het waterbedrijf als potentiële bron van drinkwater, \'al zal dat niet op korte termijn gerealiseerd kunnen worden\', aldus Gertjan Zwolsman, projectleider van de Freshman-pilot en strategisch adviseur bronnen bij Dunea.
Omgekeerde osmose
Onder de noemer van de pilot ‘Freshman’, die in 2020 aanving, onderzocht het drinkwaterbedrijf tezamen met onderzoeksinstituten KWR en Deltares of brak grondwater uit kustaquifers een stabiele bron van drinkwater kan vormen. Hierbij was het voor Dunea belangrijk om ervaring op te doen met de (reeds elders toegepaste) ontziltingstechniek omgekeerde osmose.
Een tweede doel van de pilot was om te onderzoeken of door het wegpompen van brak grondwater de zoetwatervoorraad in het duingebied kan worden vergroot, doordat er ruimte ontstaat voor extra opslag van zoet water. Een derde doel was te onderzoeken of het simultaan oppompen van brak en zoet grondwater verzilting van de zoetwaterbel in een kustaquifer kan tegengaan.
Zo geschiedde dat bij wijze van experiment tussen 2022 en 2025 op Dunea’s grootste drinkwaterproductielocatie brak grondwater uit de duinbodem omhoog werd gepompt, van een diepte van 75 tot 105 meter onder NAP. Per uur werd 50 kubieke meter opgepompt en 20 kubieke meter ontzilt, door middel van omgekeerde osmose. De hieruit resulterende zoetwaterstroom werd vermengd met regulier duinfiltraat en nagezuiverd in Dunea’s drinkwaterzuivering. Het geproduceerde zoetwater voldeed tijdens de 18 maanden durende operatie aan de drinkwaterkwaliteitseisen (na eindzuivering), en met slechts een paar dagen downtime toonde de technologie zich operationeel stabiel.
Het Freshman-concept: winning van brak grondwater uit kustaquifers voor drinkwaterbereiding, met als bijvangst een toename van de zoetwatervoorraad | Beeld: Dunea
Vergroten zoetwatervoorraad
Als bijvangst bleek dat de continue winning van brak grondwater, in lijn met de verwachting van de onderzoekers, leidde tot toename van het volume van de zoetwaterlens. Na 18 maanden oppompen van brak grondwater bleek dat het grensvlak tussen het brakke en zoete water zo’n 15 meter lager was komen te liggen in de winputten en zo’n 5 tot 10 meter lager in de monitoringsputten (tot 40 meter afstand van de winning). Op basis van deze metingen wordt geschat dat het volume van de zoetwaterbel gedurende deze periode, door de ontstane ruimte en aanvulling met nieuw zoet water, toenam met zo’n 43.000 kubieke meter. Dit laat zien dat door de winning van brak water uit kustaquifers de zoetwatervoorraad in duingebieden kan worden vergroot, mits een zoetwaterbron voorradig is.
Verzilting tegengaan
Behalve het oppompen van brak grondwater onderzocht het team ook het effect van oppompen van zoet water uit de bovenop liggende lens. Dit bleek te leiden tot de aantrekking van brak grondwater richting de zoetwaterlens, resulterend in verzilting van het zoete water. In een poging deze verzilting terug te draaien, testte het team of gelijktijdige winning van zoet en brak grondwater soelaas bood. Inderdaad kon de verzilting hiermee ongedaan worden gemaakt.
Tijdens het simultaan oppompen van zoet en brak grondwater werd gebruikgemaakt van continue meting van de elektrische geleidbaarheid, een maat voor het zoutgehalte. Wanneer uit de geleidbaarheidsmeting bleek dat de zoetwaterbel aan het verzilten was, werd de verhouding tussen de pompdebieten van brak en zoet grondwater hierop aangepast. Op deze manier lukte het de onderzoekers om het grensvlak tussen het brak en zoet grondwater stabiel te houden.
Duplo aan de Belgische kust
Omdat de pilot voor de helft bekostigd is met een LIFE-subsidie van ruim 3 miljoen euro van de Europese Unie, onder voorwaarde dat de technologie ook in een ander EU-land zou worden gedemonstreerd, is het onderzoek herhaald met een pilot in een aquifer in de buurt van Koksijde, aan de Belgische kust. Deze ‘duplo’, die in samenwerking met de Vlaamse drinkwaterbedrijven Aquaduin en De Watergroep werd uitgevoerd en in maart is afgerond, liet zien dat ook in een relatief ondiep aquifer van 25 meter diepte dezelfde resultaten behaald konden worden.
Samenwerking met Spaanse collega’s
De pilot bevindt zich nu in de afrondende fase. Het Freshman-team buigt zich momenteel over een kosten-batenanalyse en de algehele milieu-impact van de technologie. Mede vanwege de internationale samenwerking waartoe de LIFE-subsidie verplicht, spant Dunea zich er ook voor in te onderzoeken in welke andere Europese kustgebieden de technologie toepasbaar zou zijn.
Voor het najaar staat een werkbezoek aan verscheidene Spaanse kustaquifers op de planning. “Spanje kampt met grote uitdagingen rondom zoetwaterbeschikbaarheid”, zegt Zwolsman. “Van veel aquifers aan de Mediterrane kust is bekend dat ze aan het verzilten zijn, wat verder zal verergeren door zeespiegelstijging.”
In de Spaanse kustaquifers die Dunea zal bezoeken, bij onder andere Barcelona en Marbella, wordt momenteel zoet water geïnjecteerd om verzilting tegen te gaan. “Waar ik benieuwd naar ben, is of deze aquifers ook een stabiele drinkwaterbron kunnen gaan vormen voor onze Spaanse collega’s”, aldus Zwolsman. “We denken dat ook deze aquifers baat zouden kunnen hebben bij de gelijktijdige winning van brak en zoet grondwater.”
LEES OOK
H2O Actueel: Waternet is begonnen met omzetten van brak kwelwater in drinkwater
H2O Opinie: Gooi grondwater niet te grabbel
LUISTER OOK
H2O Podcast: Gaat Brabant als eerste provincie ontzilt zeewater drinken?
