Mijn aanpak: gestructureerd vorsen en nieuwsgierig blijven
Met de kracht van deze aanpak ben ik voor het eerst in aanraking gekomen tijdens mijn promotieonderzoek voor drinkwaterbedrijf Oasen naar de remming van nitrificatie door ontijzering.
Bij aanvang van dit onderzoek bestond in de wetenschappelijk wereld en drinkwatersector het nagenoeg unanieme beeld dat ontijzering onder zuurstofverzadigde omstandigheden en bij een licht alkalische pH -de omstandigheden in de zuiveringen van Oasen- volledig chemisch verloopt.
Dat was op dat moment dan natuurlijk ook voor mij een onwrikbaar uitgangspunt.
De centrale onderzoeksvraag betrof het effect op de nitrificatie van al dan geen vooroxidatie van ijzer vóór de filtratie, m.a.w. of ijzer als (chemisch gevormde) ijzervlokken dan wel in opgeloste, gereduceerde vorm op het filter terecht komt. Een volautomatische proefinstallatie met 20 kolommen volgens eigen ontwerp, stelde mij in staat om gelijktijdig zes hypotheses gedurende enkele maanden parallel en natuurlijk in duplo te onderzoeken. Vóór het werkelijke onderzoek op de grondwaterzuivering van Oasen Lekkerkerk had ik de installatie uitgebreid getest en alle onderzoeksprotocollen volledig doorlopen en geëvalueerd in een proefhal van de TU Delft. Begin 2009 startte het onderzoek op de grondwaterlocatie Lekkerkerk van Oasen.
De resultaten van het onderzoek, dat geheel volgens plan was verlopen, leken bij evaluatie echter nergens op de slaan. Waar bij vooroxidatie van ijzer in de waterfase op de TU Delft geheel volgens verwachting keurige, chemisch gevormde ijzervlokken gevormd werden, ontstonden er op Oasen Lekkerkerk kluwens van roestkleurige draden. Na enkele weken van knagende twijfel en grondige controle van de experimentele omstandigheden kon de conclusie niet anders luiden dan dat de experimenten correct waren verlopen en ik op de grondwaterzuivering Oasen Lekkerkerk iets uitzonderlijks had waargenomen. Parallel moleculair onderzoek, licht- en elektron-microscopische opnames en aanvullende berekeningen gaven verdere bevestiging van biologische ijzeroxidatie ver buiten het gangbare bereik.
Ik besloot de experimenten op de grondwaterlocatie Oasen Lekkerkerk bij zuurstofverzadiging te herhalen en daarbij een nieuwe variabele te onderzoeken, de pH (zuurgraad). De ijzeroxidatie in grondwaterfilters bleek hoofdzakelijk biologisch te zijn (door Gallionella spp.) over een veel groter bereik in zuurstof en pH dan tot dusver gepubliceerd (tot een pH 7,7 onder volledige zuurstofverzadiging). Deze resultaten werden bevestigd door moleculaire metingen in full-scale productie-installaties: ook de praktijkfilters wemelden -onder zuurstofverzadigde condities en pH ruim boven de 7- van de ijzeroxiderende Gallionella-bacteriën (klik hier voor het peer-reviewed artikel in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Water Research.
Hoe kon het resultaat tussen de TU Delft en Oasen Lekkerkerk nu zo sterk verschillen? Ook hier weer bleek zich a devil in the details te verstoppen. Een belangrijk, zo niet cruciaal verschil was de temperatuur tijdens de experimenten, 20-25 °C in de proefhal van de TU Delft, 12 °C op de grondwaterzuivering van Oasen Lekkerkerk. Dit schijnbaar kleine verschil bleek theoretisch een vertraging van de chemische ijzeroxidatie met een factor 7 te verklaren. Ogenschijnlijk kleine verschillen tussen lab- en praktijkonderzoek bleken doorslaggevende andere resultaten te geven. De belangrijkste les voor mij als toegepast wetenschapper was om systematische en zorgvuldige waarneming steeds te laten prevaleren boven conventies. Een theoretisch inzicht is pas correct als het de toets der praktijk heeft doorstaan.
Afbeeldingen 2007 TU Delft
Afbeeldingen 2008-2009 Oasen Lekkerkerk
