De bodem bedekt
advertisement
1201913-000 sep2012 1201913-000 sep2012 Uit de uitgevoerde doorstroomexperimenten met zand en zeoliet kwam naar voren dat het gebruikte zand eveneens een vrij goede bindingscapaciteit heeft voor de mix van zware metalen. Per kg is deze weliswaar een factor 100-1000 lager dan die van zeoliet, maar zand zal, als basismateriaal van een deklaag, in veel grotere hoeveelheden worden toegepast dan een toeslagstof als zeoliet. Het zand van de afdeklaag zelf kan dus een belangrijke bijdrage leveren aan het tegengaan van de nalevering van zware metalen uit een waterbodem. Actieve kool Voor PAK is actieve kool (SAE super actieve kool (Norit) in poedervorm) getest als toeslagstof. Dit is gebeurd voor een mix van PAK in concentraties die zijn gebaseerd op concentraties in het sediment van de Vecht. De mix varieerde van de lichtere PAK fenantreen en anthraceen tot de zware PAK indeno[123_cd] pyreen en benzo[ghi]peryleen. Uit het experiment kwam naar voren dat de actieve kool een zeer hoge bindingscapaciteit heeft voor de PAK met adsorptiecoëfficiënten (log Kd) die varieerde van 7,5 tot 12. Door de goede bindingscapaciteit van de onderzochte actieve kool voor de verschillende PAK, is deze goed toepasbaar in een afdeklaag tegen de nalevering van PAK uit de waterbodem. Hiervoor is relatief weinig actieve kool nodig. Actieve kool bleek eveneens een goede bindingscapaciteit te hebben voor de bij de zeoliet onderzochte mix van zware metalen. De bindingscapaciteit van actieve kool voor zware metalen is maar een factor 10 lager dan die van zeoliet. luchtfoto vecht bij Hinderdam Conclusies • Afdekken met een combinatie van zand en zeoliet of actieve kool is op veldschaal technisch mogelijk. • Uit laboratoriumexperimenten blijkt dat de flux sterk wordt verlaagd door zeoliet/actieve kool, maar omdat er verhoudingsgewijs veel zand en weinig toeslagstof wordt gebruikt, draag het zand significant bij aan de totale bindingscapaciteit. • Het toepassen van toeslagstoffen is vooral zinvol als vanwege de diepte of (aanvoer)kosten geen dikke zandlaag kan worden toegepast. Een dunne zandlaag wordt dan voldoende reactief gemaakt door zeoliet of actieve kool. De bodem bedekt Het effect van fosfaatbindende stoffen en zand op de waterkwaliteit Meer informatie Wilt u meer weten over de mogelijkheden van afdekken met zand en/of toeslagstoffen, stuur dan een e-mail naar: [email protected] [email protected] Opdrachtgever Een project dat is uitgevoerd in het kader van het KRW-innovatieprogramma van het Ministerie van IenM in een samenwerkingsverband tussen Deltares, het hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard (locatie Bergse Plassen) en Waternet (locatie Vecht). Fosfaatvastlegging in de Bergse Plassen Algenbloei, afwezigheid van waterplanten en troebel water worden vaak veroorzaakt door een te veel aan fosfaat. Indien de externe bronnen zijn aangepakt, kan de historisch opgebouwde fosfaatvoorraad in de waterbodem een herstel van de waterkwaliteit in de weg staan. In dat geval kan het afdekken van de waterbodem met zand, in combinatie met het toevoegen van aluminiumhydroxide, de fosfaatnalevering uit de waterbodem flink reduceren. Algenoverlast door eutrofiering in de Bergse Plassen Het hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard is beheerder van de Bergse Plassen in Rotterdam. Vastlegging van zware metalen en PAK in de Utrechtse Vecht Waterkwaliteit onvoldoende door waterbodemveront­ reiniging met fosfaat, zware metalen en PAK. Waternet beheert de Vecht in opdracht van het waterschap Amstel, Gooi en Vecht. De waterkwaliteit van de Vecht bleef lange tijd slecht als gevolg van lozingen van RWZI’s en bedrijven. Inmiddels voldoen alle lozingen aan de eisen, maar blijft de waterkwaliteit van de Vecht onvoldoende. Dat leidt tot normoverschrijdingen voor de KRW, terwijl de potentie van de Vecht groot is en de Vecht grenst aan het Natura2000-gebied van de oostelijke Vechtplassen. Daarom is na uitgebreid onderzoek besloten de Vecht te saneren. De oude rivierbedding is vaak te ondiep om met zand af te dekken. De vraag is hierbij was of toevoeging van additieven aan het zand de effectiviteit zou vergroten om zodoende de zandlaagdikte te optimaliseren. Cd 100000 zand zeoliet 10000 actieve kool 1000 100 10 1 0 1000 2000 3000 4000 Cw (ug/l) Zeoliet Synthetische zeoliet (Doucil 4A) is getest om een mix van zware metalen (Ni, Cu, Zn, Cd en Pb) te binden bij pH’s tussen 6,5 en 8. De gebruikte concentraties en pH’s zijn gebaseerd op poriewaterconcentraties van sediment in de Vecht. Zeoliet blijkt zware metalen goed te kunnen binden en is goed aan te brengen onder het zand. Postbus 177 2600 MH Delft T +31 (0)88 335 82 73 [email protected] www.deltares.nl Deltares is een onafhankelijk kennisinstituut op het gebied van water, ondergrond en infrastructuur. Wereldwijd werken we aan slimme innovaties, oplossingen en toepassingen voor mens, milieu en maatschappij. Deltares heeft vestigingen in Delft en Utrecht. 1201913-000 sep2012 Het KRW innovatieproject bestond uit literatuuronderzoek en laboratoriumonderzoek. Er zijn twee toeslagstoffen onderzocht: zeoliet voor de binding van zware metalen en actieve kool voor de binding van PAK. Keywords: afdekken, Bergse plassen, aluminium, fosfaat, zand, eutrofiering, waterbodem, sediment 1201913-000 sep2012 Deze plassen zijn in het verleden (sterk) eutroof geworden door ongerioleerde lozingen, effluent van een RWZI, inlaat van voedselrijk water en door mineralisatie van de veenbodem. Dat leidde elke zomer tot flinke algenbloei en overlast voor omwonenden en recreanten. In de jaren ’90 heeft het hoogheemraadschap de externe bronnen van nutriënten flink gereduceerd. Bovendien is in 2002 de Bergse Achterplas (deels) gebaggerd en vervolgens afgedekt met 30 cm zand. Daarna is het doorzicht in de Bergse Achterplas zeer goed geworden. 350 voorplas Chlorofyl-a (ug/l) 300 achterplas 250 200 150 100 50 0 1985 1990 1995 2000 jaar 2005 2010 2015 25 Doorzicht (dm) 20 voorplas achterplas 15 1201913-000 sep2012 Monitoring De waterkwaliteit voor, tijdens en na het afdekken is gemonitord door het hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard. Het hoogheemraadschap monitort ook (langdurig) de ecologie: waterplanten, fytoplankton, macrofauna en vis. Opvallend, maar niet verrassend, waren de lage concentraties ortho-P tijdens de werkzaamheden. 7 cm dikke laag ‘losse’ aluminiumhydroxidevlokken ontstond als PAC en NaOH los van elkaar werden toegediend aan water. Daar viel het zand doorheen. Veel compactere, wel afdekbare vlokken werden verkregen door de PAC vooraf met NaOH te mengen en dit mengsel aan het water toe te voegen. stof. PAC wordt bij neutrale pH omgezet in aluminiumhydroxide, dat een natuurlijk bodembestanddeel is dat overal ter wereld voorkomt. De belangrijkste voordelen van deze stof zijn dat het een hoge fosfaatbindingscapaciteit heeft, dat het niet giftig is bij de neutrale pH die in de waterbodems heerst, en dat het niet redoxgevoelig is in tegenstelling tot ijzerhydroxides. Dit laatste argument was belangrijk omdat de stof onder de zandlaag zou worden toegepast en daardoor ook onder anaerobe condities stabiel moest blijven. Bovendien is PAC in bulk verkrijgbaar en relatief goedkoop. • Nader onderzoek naar het eerder met schudproeven bepaalde fosfaatbindende vermogen van PAC met behulp van doorstroomkolommen en diffusieproeven. Uit beide typen experimenten bleek dat het te gebruiken zand zelf weliswaar al een fosfaatbindend en vertragend vermogen heeft, maar dat de combinatie van zand met PAC er voor zorgt dat fosfaatnalevering uit de waterbodem veel efficiënter en langduriger wordt tegengegaan. Laboratoriumexperimenten als voorbereiding en ondersteuning voor de uitvoering Na de selectie van PAC als fosfaatbindende stof, heeft Deltares ter voorbereiding en ondersteuning van het veldexperiment het volgende onderzocht: • Het bepalen van de neveneffecten van PAC op de pH, het chloridegehalte en de opgeloste aluminiumconcentratie. Uit de experimenten bleek dat de pH en het chloridegehalte ruim onder de voor de Bergse plassen gestelde normen zouden blijven. Bij de in waterbodem heersende neutrale pH, werd geen opgelost aluminium gemeten en konden toxische effecten worden uitgesloten. • Het bepalen van de fysische aspecten van het toedienen van PAC: ontstaat er een mooie laag aluminiumhydroxide die goed is af te dekken met zand? Uit het onderzoek bleek dat een 1201913-000 sep2012 water water zand (voor afdekken water) zand (voor afdekken water) sediment Deltares heeft de ontwikkeling van de waterbodem gemonitord door ongestoorde kolommen te steken. Door op verschillende dieptes gaatjes te boren en een rhizonporiewatersampler horizontaal in de kolom te duwen, wordt een poriewaterprofiel gemaakt. Vervolgens wordt de kolom in plakjes gesneden en in die monsters kunnen totaalgehalten worden bepaald. sediment water water zand (voor afdekken water) zand (voor afdekken water) sediment sediment poriewaterprofiel voor P in sedimentkolommen van de Bergse Voorplas in het deel met PAC (boven) en zonder PAC (onder). De nullijn representeert voor afdekking het sediment/watergrensvlak en na afdekking het sediment/zandgrensvlak. De open symbolen zijn metingen in bovenstaand water in de kolom. 10 5 0 1985 1990 1995 2000 jaar 2005 2010 in de PAC/zand-behandelng sterker dan in de zandbehandeling. Dit komt vooral door sterk verhoogde Fe concentraties in het poriewater van de zandlaag. 2015 (bron: monitoringdata HHSK) De ontwikkeling van het doorzicht en de chlorofyl-a-concentratie in de Bergse plassen Selectie van fosfaatbindende stoffen Op basis van internationale literatuur en adsorptie-experimenten is uit vijf stoffen de toeslagstof geselecteerd. Aluminium- en ijzerhydroxides bleken (per g materiaal) de meeste P te kunnen binden, gevolgd door Phoslock. De bindingscapaciteit van kalk en zand bleek gering. Voor de afdekking van de Bergse Plassen is gekozen voor PolyAluminiumChloride (PAC) als fosfaatbindende Diffusie uit een ongestoorde bodemkolom waarbij het gediffundeerde fosfaat wordt gebonden door ‘ijzerpapiertjes’ die in het bovenstaande water aanwezig zijn. De ijzerpapiertjes worden elke dag ververst. Toegevoegd aluminiumhydroxide: boven: menging van PAC en natronloog in Toelichting op de legenda: ruim water, onder: menging van geconcentreerde PAC en natronloog en daarna referentie = niet afgedekt, toegevoegd aan het water. zand = afgedekt met zand, Al-zand = afgedekt met PAC en zand. 500 cumulatieve hoeveelheid fosfaat (mg/m2) Hoewel de Bergse Voorplas zich ook gunstig ontwikkelde, bleef het doorzicht achter bij die van de Bergse Achterplas. Dit was voor het hoogheemraadschap de aanleiding om ook de Bergse Voorplas af te dekken. De vraag was of een zandlaag (ook als er in het geheel niet gebaggerd zou worden) wel voldoende bindingscapaciteit heeft om de fosfaatflux uit de waterbodem langdurig tegen te houden. De vraag over de bindingscapaciteit gold in het bijzonder voor de zone nabij de Rotte waar sprake is van kwel. In het kader van het Innovatieprogramma Kaderrichtlijn Water heeft Deltares op basis van literatuuronderzoek, laboratoriumexperimenten en veldwerk onderzocht welk effect het toevoegen van een fosfaatbindende stof aan een zandlaag heeft op de fosfaatflux uit de waterbodem. referentie 1 450 referentie 2 400 zand 1 zand 2 350 Al-zand 1 300 Al-zand 2 250 200 150 100 50 0 0 5 10 dag 15 20 25 Uitvoering door De Vries & van de Wiel Op basis van het laboratoriumonderzoek was geconcludeerd dat de productie van alumininiumhydroxide uit PAC en NaOH in geconcentreerde vorm moest plaatsvinden, voordat dit werd toegediend aan delen van de Bergse Voorplas. Hiervoor is een dwangmenger gebruikt, waarin uiteindelijk een yoghurtachtige substantie werd geproduceerd die via een persleiding naar een doseerbootje werd gepompt. Na het doseren en laten bezinken van de aluminiumhydroxide met het doseerbootje, werd de waterbodem met behulp van een sproeiponton afgedekt met zand. Het zand is in meerdere dunne lagen op de bodem van de BergseVoorplas aangebracht tot een dikte van 20 cm. In de P-poriewaterprofielen voor de met PAC/zand afdekte delen en de alleen met zand afgedekte delen van de Bergse Voorplas zijn duidelijke verschillen te zien. De P-concentraties in het poriewater na afdekken (2011/2012) tonen voor de combinatie van PAC met zand een sterke verlaging bij het grensvlak sediment/zand, terwijl daar bij alleen afdekken met zand juist een piek te zien is. In 2012 is wel een stijging van de P-concentratie in het poriewater aan het oppervlak te zien voor de combinatie PAC met zand. Dit geldt in elk geval voor de twee kolommen die bemonsterd zijn. Of dit een trend is, valt nog niet te zeggen. Wat verder opvalt, is dat de ijzer/fosfor (Fe/P)-ratio in het poriewater van de zandlaag sterk verhoogd is, al is dat effect Conclusies • Afdekken met een combinatie van zand en aluminium­ hydroxide (gevormd uit PAC en NaOH) is op veldschaal goed mogelijk, mits er compacte aluminiumhydroxidevlokken worden gemaakt. • Uit laboratoriumexperimenten (diffusieproeven en doorstroom­ kolommen) blijkt dat de P-flux uit de waterbodem wordt verlaagd door een zandlaag en bijna nul is als met een combinatie van PAC en zand wordt afgedekt. • De Fe/P-ratio in het poriewater van de toplaag is in de nieuwe zandlaag veel hoger, met name als PAC is toegevoegd. • De P-concentraties in het poriewater op het sediment/zandgrensvlak zijn veel lager als er voorafgaand aan het afdekken met zand PAC wordt toegevoegd. Meer informatie Wilt u meer weten over de mogelijkheden van afdekken met zand en/of toeslagstoffen, stuur dan een e-mail naar: [email protected] [email protected]
