Klimaat adaptieve drainage met subirrigatie uit effluent

Verspreid over de zandgronden worden in KLIMAP verschillende veldproeven uitgevoerd (o.a. in Stegeren, America en Haaksbergen), waarin de effecten van regelbare drainage met subirrigatie worden onderzocht. De veldproeven onderscheiden zich door de gebruikte waterbron (RWZI-effluent, oppervlaktewater of grondwater), de wijze van aansturing of door de focus van het onderzoek. Anders dan in Stegeren en America, vindt hier subirrigatie plaats met restwater van de nabijgelegen rioolwaterzuivering.

Hoewel Nederland regelmatige neerslag en aanvoer van grote rivieren kent, zijn verschillende gebieden van Nederland, waaronder ‘de hoge zandgronden’, gevoelig voor (periodieke) droge perioden. Een voor de hand liggende oplossingsrichting is het beter benutten van aanwezige waterstromen. Iedere dag stroomt er een hoeveelheid gezuiverd water (een waterschijf van bijna 50 mm per jaar (Cirkel et al., 2017)) via de rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) naar het oppervlaktewater. De laatste jaren is er steeds meer aandacht voor verdere zuivering van het effluent en worden proeven uitgevoerd met innovatieve zuiveringstechnieken. Dit valt samen met aandacht voor het concept ‘de RWZI als waterfabriek’, waarbij gekeken wordt naar nuttige inzet van het gezuiverde effluent.

Effluent bevat na gangbare zuivering nog diverse soorten stoffen en ziekteverwekkers. Initiatieven rondom hergebruik van effluent krijgen te maken met vragen rondom de mogelijke risico’s. Het gaat dan om veiligheid en gezondheid, maar bijvoorbeeld ook om milieu en wet- en regelgeving. Over veel van deze onderwerpen is nog veel niet bekend. Om verantwoord hergebruik mogelijk te maken zullen antwoorden gezocht moeten worden op deze vragen. Naast bewust hergebruik van effluent, is er in de praktijk ook sprake van onbewust hergebruik (Beard et al., 2019). Hier is bijvoorbeeld sprake van wanneer er voor gewasberegening gebruik wordt gemaakt van oppervlaktewater dat (deels) uit effluent bestaat. Ook voor deze bestaande praktijken kan onderzoek naar veilig en verantwoord hergebruik van belang zijn.

Welke maatregel wordt onderzocht?

In deze veldproef wordt de volgende maatregel uit de KLIMAP menukaart onderzocht:

C1.3 Op afstand regelbare drainage met subirrigatie met effluent

Doel

Sinds 2015 wordt er op een landbouwperceel in Haaksbergen een proef uitgevoerd met subirrigatie, gevoed met gezuiverd effluent. Hierbij wordt effluent uit de nabijgelegen RWZI toegevoerd in het klimaatadaptieve drainagesysteem (KAD-systeem), om te verkennen hoe subirrigatie kan bijdragen aan de watervoorziening van het gewas en wat dit zou betekenen voor verspreiding van stoffen in de ondergrond. Deze proef sluit ook aan bij de EU-richtlijn rondom waterhergebruik, die zich specifiek richt op direct hergebruik van gezuiverd huishoudelijk restwater voor de landbouw. Eind 2022 is deze proef afgesloten.

Aanpak

De combinatie van een KAD-systeem met subirrigatie heeft als doel om het gewas met beperkte verdampingsverliezen van water te voorzien tijdens het groeiseizoen en de beregeningsbehoefte vanuit grondwater te verminderen. Het KAD-systeem kan perceelwater draineren, vasthouden en extern water aanvoeren voor subirrigatie. Voor het actief aanvullen van het watersysteem via subirrigatie kan gebruik gemaakt worden van verschillende bronnen van water, zoals oppervlaktewater, grondwater en gezuiverd restwater. De keuze voor de bron hangt af van zowel de beschikbaarheid als de kwaliteit. Als bron van water voor subirrigatie is in de proef bij RWZI Haaksbergen secundair gezuiverd effluent gebruikt. Dit secundair gezuiverd effluent bevat echter nog stoffen die niet gewenst zijn in het gewas of het grondwater. Het onderzoek richtte zich dan ook (naast de vochtvoorziening van het gewas) specifiek op het in kaart brengen van de verspreiding van deze stoffen in de bodem en ondergrond. Haaksbergen is hier als casus gebruikt, die ook als kennisbasis kan dienen voor het vormgeven van eventuele andere proeven met inzet van effluent.

Daarnaast is verstopping van regelbare drainagesystemen een reëel risico. Ook dit aspect wordt in Haaksbergen onderzocht.

Resultaten

De veldstudie en aanvullende modellering hebben een veelheid aan (wetenschappelijke) publicaties opgeleverd, o.a. vanuit de samenwerking met het NWO-programma RUST. Hiervan zijn ook twee proefschriften verschenen.

Dit overzichtsrapport vat de resultaten van de metingen tussen 2015 en 2019 als volgt samen:

“De resultaten van het onderzoek laten zien dat subirrigatie positief werkt ten aanzien van de vochtvoorziening van de geteelde landbouwgewassen in de proefperiode 2015-2019. De studie laat zien dat de achtergrondstroming van het grondwater de belangrijke factor is in de verspreiding van stoffen. Daarnaast zijn de aan- en afvoer van effluent via de het drainagesysteem zelf van belang voor de hoeveelheid effluent die achterblijft in de ondergrond. De bodemopbouw (heterogeniteit) kan daarbij de verspreidingsrichting en retardatie (het achterblijven in bepaalde lagen) sterk beïnvloeden. Daarnaast is de grootte van het neerslagtekort tijdens de periode van subirrigatie bepalend voor de verspreiding van stoffen naar de wortelzone. De resultaten van de veldstudie wijzen op een beperkte verspreiding van stoffen in neerwaartse richting vanuit de drains. Er zijn aanwijzingen voor verspreiding in horizontale richting, maar de onzekerheden zijn op dit gebied relatief groot, vooral als gevolg van de relatief grote heterogeniteit van de ondergrond. Voor de lange termijn lijkt verspreiding naar diepere grondwatersystemen minder waarschijnlijk, maar is het verstandig om dit te blijven controleren met regelmatige monitoring. Daarnaast is de mogelijke verspreiding naar de wortelzone een aandachtspunt met name voor zeer droge perioden, vanwege het risico van mogelijke opname door het landbouwgewas.”

In dit magazine van het NWO-programma Gesloten Kringlopen worden de bevindingen als volgt samengevat:

“De boodschap is dubbel, concludeerden Bartholomeus en zijn collega’s. ‘Als je dit effluent wilt gaan benutten, dan is ondergrondse toepassing een goed idee’, zegt hij, ‘want er is inderdaad een zuiverende werking en je beperkt direct contact van het gewas en de boer met het effluent. Maar de effecten op de omgeving zijn heel divers. Die hangen namelijk af van veel plaatselijke factoren, zoals het bodemtype, geohydrologische eigenschappen, maar ook de weerscondities. Voor elke individuele situatie uitzoeken wat het effect zal zijn, is erg complex.’ Al die zorgen rond verontreinigingen zijn te voorkomen door het effluent beter te zuiveren, aldus de onderzoekers. ‘Dat betekent dat je gezuiverd restwater nog aanvullend zou moeten zuiveren voordat je het de bodem in stuurt’, benadrukt Bartholomeus. ‘Dat is misschien wel de belangrijkste uitkomst van dit project. Alle kennis die we hebben verzameld, voedt die discussie: aan welke kwaliteitseisen moet dit water voldoen? Welke zuivering is nog nodig? Maar ook: moeten we velden nog wel bovengronds beregenen met oppervlaktewater dat onder invloed staat van effluent, zoals nu al gebeurt?’ Veel van die vragen zijn nog onbeantwoord. ‘Gelukkig wordt dit thema nu ook in bredere kring opgepakt’, zegt Bartholomeus. ‘Bijvoorbeeld in het KWR-programma Water in de Circulaire Economie, dat is geïnitieerd door waterbedrijven en waarin wordt samengewerkt met waterbeheerders en bijvoorbeeld het Deltaprogramma Zoetwater. Dat is mooi: dat betekent dat dit onderwerp de aandacht krijgt die het verdient. Er is nog veel winst te boeken op het vlak van het sluiten van kringlopen in de watersector.’”

Een beschrijving van verstopping van regelbare drainagesystemen met subirrigatie, gebaseerd op een analyse van proeven in America, Haaksbergen, Stegeren en Lieshout, is te vinden in dit rapport. Het systeem in Haaksbergen verstopte maar in beperkte mate. De beperkte verstopping in Haaksbergen bestond voornamelijk uit biofilm veroorzaakt door hoge biologische activiteit als gevolg van voedingsstoffen in het aanvoerwater.