Bioreactoren zijn ondergrondse greppels gevuld met houtsnippers. Ze hebben steeds meer grip gekregen als een hulpmiddel om stikstof uit het water te verwijderen in agrarische omgevingen.

Het water dat uit de velden stroomt, wordt naar de bioreactoren geleid. Natuurlijke microben die op de houtsnippers leven, verwijderen de stikstofverbindingen in het water terwijl het er doorheen stroomt.

Omdat het de bacteriën zijn die dit waterzuiveringsproces uitvoeren, het heet een biologisch proces, vandaar de naam bioreactor.

Het water dat de bioreactoren verlaat, bevat veel minder stikstof, waardoor het gezonder is voor het milieu.

In een nieuwe studie, onderzoekers testten parameters die konden helpen de levensduur van deze bioreactoren te schatten. Het onderzoek is gepubliceerd in Agrosystemen, Geowetenschappen en milieu , een publicatie van de American Society of Agronomie en Crop Science Society of America.

"Ons doel is om boeren en andere belanghebbenden een beter inzicht te geven in hoe lang deze systemen meegaan als ze in het veld worden gebruikt, " zegt Abby Schäfer, hoofdauteur van de studie.

Het onderzoek besloeg twee jaar. De onderzoekers testten negen bioreactoren. Tegen het einde van die tijd, alle bioreactoren haalden nog steeds effectief stikstof uit het water.

Het verwijderen van stikstof uit het drainagewater in agrarische omgevingen is cruciaal omdat stikstof een tweesnijdend zwaard kan zijn.

Gewassen hebben stikstof nodig om te groeien en voedsel te produceren. Maar te veel stikstof op de verkeerde plaats kan problemen veroorzaken.

Een teveel aan stikstof kan het grondwater en de waterlopen verontreinigen. In deze aquatische omgevingen, te veel stikstof kan schadelijke algenbloei aanwakkeren.

De algen verbruiken snel alle zuurstof in waterlichamen. Dit kan leiden tot dode zones, dat zijn gebieden met te weinig zuurstof om het leven te ondersteunen.

Bioreactoren met houtsnippers zijn een manier om de hoeveelheid stikstof die in waterwegen terechtkomt te verminderen. De bioreactoren hebben verschillende voordelen ten opzichte van andere denitrificerende technieken.

Bioreactoren kunnen consequent 30-50% van de stikstofverbindingen uit water verminderen. "Sommige bioreactoren kunnen nog hogere reducties bereiken, ’, vult Schäfer aan.

"Bioreactoren hebben heel weinig land nodig om uit de gewasproductie te worden gehaald, " zegt Schäfer. "Bovendien, ze hebben weinig onderhoud nodig."

De bioreactoren hebben ook geen invloed op de effectiviteit van drainagesystemen voor boerderijtegels. Dit betekent dat water in velden nog steeds kan worden afgevoerd om overstromingen te helpen voorkomen.

Een uitdaging bij bioreactoren voor houtsnippers is het bezinken en afbreken van de houtsnippers. Dit beïnvloedt hoe efficiënt de bioreactoren werken.

De onderzoekers ontdekten dat de houtsnippers dichter bij de ingang van de bioreactoren sneller bezonken en afbraken dan houtsnippers verder naar binnen.

Dat is een belangrijke bevinding. Houtsnippers in de buurt van de inlaten van de bioreactor kunnen worden aangevuld zonder dat de hele bioreactor hoeft te worden uitgegraven.

Aanvullend, de onderzoekers stelden vast dat in de eerste driekwart van de bioreactoren de meeste stikstofverbindingen uit het water werden verwijderd.

Dat betekent dat het vervangen van de houtsnippers bij de ingang van een bioreactor de levensduur kan verlengen.

Het team bestudeerde ook de hoeveelheid tijd die een bepaalde druppel water in de bioreactor doorbrengt. Deze meting wordt de hydraulische verblijftijd genoemd.

"Hydraulische retentietijd is een van de belangrijkste criteria voor het ontwerpen van denitrificerende bioreactoren, ", zegt Schaefer. "We wilden de impact begrijpen die de retentietijd heeft op alle facetten van de bioreactorprestaties."

De onderzoekers testten drie verschillende hydraulische retentietijden:twee uur, acht uur en 16 uur. De meeste veranderingen die in de loop van de tijd in de bioreactoren werden waargenomen, waren vergelijkbaar voor de verschillende geteste retentietijden.

Echter, houtsnippers ontbonden sneller wanneer de hydraulische verblijftijd twee uur was. Maar die bioreactoren haalden nog steeds effectief stikstofverbindingen uit het water.

Schaefer en collega's willen nu een beter begrip krijgen van hoe de bioreactoren over nog langere tijdsperioden werken.