Fosfaat XRF - Bodembreed

Te onderzoeken volume grond
Terrein 1 hectare = 100 x 100 = 10.000 m2
Onderzoek volgens NEN 5740
tot 0,5 m –mv = 10.000 x 0,5 = 5.000 m3
1/1
Opgeboorde grond
14 boringen tot 0,5 m –mv met ø 0,1 m =
14 x 0,5 x π x 0,052 = 0,05 m3
1 / 91.000
Sessie 5.3 – voorzitter Arthur de Groof (SIKB)
Nieuwe toepassingen bestaande technieken
•
•
•
Sytze Keuning (Bioclear)
Robert-Jan Stuut (MWH) en Nanne Hoekstra
(Deltares)
Jochem Bloemendaal en Jasper Schmeits
(Tauw)
•
Frank Volkering (Tauw)
•
Johan Valstar (Deltares)
•
Discussie
Sytze Keuning
Sytze Keuning
Subtitel
Bodem breed Symposium
Rotterdam 24 november 2015
Biologische bodemsanering (TCE concept)
Bron: IEA
Roadmap: chemicals from
2nd generation feedstock
Hype cycle of emerging technology
(Gartner)
Sytze Keuning
+31505718455
www.bioclear.nl
[email protected]
Dank
voor uw aandacht
Subtitel
Robert-Jan Stuut en Nanne Hoekstra
Isotopen analyse onthult veroozaker verontreiniging
•
Casus
•
Onderzoeksvraag
•
Conceptueel model en onderzoeksopzet
•
Isotopen analyse
•
Resultaten
Casus
Tankstation
•
1990 : Orienterend onderzoek
•
•
•
1995
Min olie > I
VOCl >>I ( pb 63: 130.000 µg/l)
: NO VOCl
•
•
Tankstation is niet de bron
Conc max pb 63: 12.000 µg/l
Vraag : bron en omvang
Casus : historisch onderzoek
Voormalige chemische wasserij, lopende
sanering.
Aansluiting wasserij op riolering
2013 : Onverwacht hoge gehalte bij
aanvullend onderzoek
minerale olie: gesaneerd 1996 – 2000.
Tankstation, PER-verontreiniging
Casus : Conceptueel model
Maaiveld NAP +26, m
Voormalige wasserij
Tankstation
STORTGAT
63
filter
Maaiveld NAP +25,5 m
0
onderkant riool NAP +24,3 m
onderkant riolering NAP +23,08
Gemideldde Voorjaars
Grondwaterstand NAP +23,3
0
?
4-5
0
?
?
Gemideldde Voorjaars
Grondwaterstand NAP +22,7
4-5
5-6
?
secundaire bron???
Interventiewaarde
contour VOCl
9-10
Interventiewaarde
contour VOCl
?
?
?
peilbuis met VOCl > I
?
0
0
16-17
14-15
Lopende sanering grondwater (tot 15 mmv?, rest verontreiniging in grond
?
?
0
Losse I-contour VOCl verontreiniging of
aaneengesloten?
24-25
24-25
?
?
?
Matig fijn tot grof zand,
gestuwd materiaal
plaatselijk klei/leem
1e slecht doorlatende laagg
130 m-mv
Onderzoeksaanpak
Peilbuis
Filter
Actualisatie (fase 1)
Isotopenonderzoek (fase 2)
(m-mv)
63
4-5
66
4-5
72
4-5
75
4-5
102
4-5
106
6-7
401
10 - 11
1.1
4-5
1.2
9 - 10
1.3
14 - 15
1001
5–6
103-1
4-5
103-3
21 - 22
105-2
9 - 10
105-3
16 - 17
3001-2
14 - 15
3001-3
24 - 25
105
1001
3001
103
1
401
75
72
66
63 en 106
102
Isotopen analyse
Voor omzetting
•
Biologische afbraak;
- lichte isotoop sneller
•
Vervluchtiging;
- lichte isotoop iets sneller
•
Verdunning, adsorptie &
transport;
-geen effect
Na
omzetting
Modellering op basis
van meetresultaten
105
Peilbuis
Diepte (m)
Datum
PER
TRI
CIS
VC
5-6
08-07-2014
-23,9
-21,7
-16,3
-30,1
3001.2
14 - 15
08-07-2014
n.m.
n.m.
n.m.
n.m.
3001.3
1001
24 - 25
08-07-2014
n.m.
n.m.
n.m.
n.m.
103-1
4-5
08-07-2014
-23,4
-26,0
-20,3
n.m.
103-3
21 - 22
08-07-2014
0,4
0,2
-7,8
-8,4
1.1
4-5
08-07-2014
-24,2
-26,7
-28,8
n.m.
1.2
9 - 10
08-07-2014
-23,1
-25,1
-22,8
-33,5
1.3
14 - 15
08-07-2014
-24,3
-19,5
-27,9
-31,6
401
10 - 11
08-07-2014
n.m.
n.m.
-13,0
n.m.
66
4-5
08-07-2014
-26,1
n.m.
n.m.
n.m.
63
4-5
08-07-2014
-25,9
n.m.
n.m.
n.m.
105.2
08-07-2014
n.m.
n.m.
n.m.
n.m.
105.3
08-07-2014
n.m.
n.m.
n.m.
n.m.
5
Model -38 ‰ - 6.700 µg/L, 40 µmol/L
0
103-3
Model -38 ‰ - 13.500 µg/L, 80 µmol/L
Model -21 ‰ - 6.700 µg/, 40 µmol/L
δ13C - PCE (‰)
-5
-10
Model -21 ‰ - 13.500 µg/, 80 µmol/L
Gemeten waarden PCE
"Beste fit" -27 1.5 ‰ - 10.000 µg/L, 60 µmol/L
-15
-20
-21 ‰
-25
1.2
1.1
1.3
103-1
1001
-27 ‰
66
63
-30
-35
-38 ‰
-40
7000
6000
5000
4000
3000
2000
Concentratie PCE (µg/L)
1000
0
-1000
1001
3001
103
1
405
66
63
Conclusie :
Jochem Bloemendaal en Jasper Schmeits
Is meten alles weten…?
Slim meten is meer weten…!
BodemBreed 24 november 2015 | LantarenVenster, Rotterdam
Nieuwe toepassingen bestaande technieken
Jochem Bloemendaal
BU Meten, inspectie en advies
+31 61 53 39 62 6
[email protected]
@jochembloemenda
linkedin.com/in/jochembloemendaal
Onderzoek naar beïnvloeding waterkwaliteit
Nautische
aspecten
Kwaliteitsaspecten
Mate van
verontreiniging
Uitzoomen naar systeem
Uitzoomen naar gebied
Inzet non destructieve meetmethoden
• Radiometrisch onderzoek
• XRF: bepaling gehalten zware metalen
• XRF *nieuw*: bepaling gehalte fosfaat
• Gammaspecrometrie: minerale samenstelling
• Akoestisch onderzoek
• Subbottom profiling: bodemlagen in
kaart brengen
• Extra nuttige informatie
• Dataverzameling en –management
Technieken – radiometrisch
Medusa
XRF
XRF
XRF
• Kwalitatieve en kwantitatieve bepaling ‘metalen’
• In veld (pistool) of in een lab-omgeving (zakjes)
16
-1.00 t.o.v. WP
-1.50
1
puin(1/f ijn)
schelpen(2/f ijn)
sliblaag
Matig slap
170
grijs (donker)
475
2
-2.00
zuigerb
Vast
sliblaag
grijs
650
3
23
-2.50
4
5
6
-1.00 t.o.v. WP
-3.00
-1.50
10
11 4
-1.00 t.o.v. WP
12 5
6
-3.50
-1.00 t.o.v. WP
550
-2.00
1
Slap
sliblaag
-1.50
200
Slap
sliblaag
grijs (donker)
3
1
Matig vast
sliblaag
zuigerb
grijs
Slap
sliblaag
zuigerb
3
grijs (donker)
Slap
sliblaag
Matig vast
680
sliblaag
grijs (donker)
2
2
Matig vast
sliblaag
2
bruin
4
bruin
grijs
1
1140
Slap
sliblaag
28
sliblaag
grijs
3
5
5
-2.50
zuigerb
4
Vast
sliblaag
Matig vast
sliblaag
130
3
2
grijs
1
4
2
zuigerb
grijs (donker)
4
grijs
zuigerb
zuigerb
grijs (donker)
1
Matig vast
sliblaag
bruin
3
grijs
zuigerb
3
5
Matig vast
sliblaag
grijs
2
5
2,3
bruin
3
Slap
sliblaag
4
4
5
5
-3.00
grijs
Slap
sliblaag
zuigerb
grijs
400
-2.50
-3.50
Matig vast
sliblaag
3
2
-3.00
grijs
1
1
-2.00
4
grijs (donker)
1
grijs
-2.00
27
Profielen conform NEN 5104
hout(1/f ijn)
schelpen(4/f ijn)
sliblaag
Slap
2
2
-2.50
-4.00
grijs (donker)
-1.50
1400
Matig vast
sliblaag
1
Slap
sliblaag
grijs
-3.00
bruin
bruin
6
4
zuigerb
bruin
3
4,3
6
5
5
4
-4.00
Profielen conform NEN 5104
1220855 : Provincie Zuid-Holland, waterbodemonderz
-3.50
5
-3.50
6
-4.00
-4.00
bruin
4
Fosfaat XRF
• Nieuw apparaat: lagere atoomnummers
• Fosfaat meten (totaalfosfaat)
• Naast andere metalen
• Onderzoek juni – juli: inzet is veelbelovend
• Correlatie duidelijk aangetoond
70.0
60.0
LAB mmol/kg P
50.0
40.0
30.0
20.0
Jasper Schmeits
BU Meten, inspectie en advies
10.0
+31 65 37 94 21 7
[email protected]
0.0
0
1
2
3
4
XRF mmol/kg P
5
6
7
8
@Jasper.Schmeits
linkedin.com/in/jasper-schmeits
Fosfaat XRF
• Beschikbaar fosfaat
•
•
•
•
Meten met XRF: P-Totaal
Ook meten met XRF Al, Mg en Fe
Direct inzicht in relatie met P
Verwachtingspatroon beschikbaar fosfaat
• Meet ook Zwavel en andere metalen: Kalium, Calcium
• Inzicht in sedimentkarakteristieken
Gammaspectrometer
Medusa
• Minerale samenstelling
• Watergehalten
• Verontreinigingsgraad
• (daarnaast: Bodemhoogte)
zand
Medusa
silt
Gammaspectrometer
Monsters met een
bepaald risicoprofiel
Vlakdekkend beeld
van het
watersysteem
2000
Zware metalen (ppm)
Variatie in samenstelling en
morfologie in kaart
brengen
Zink
Koper
1600
1200
800
400
0
0
20
40
Uranium (Bqkg -1 )
60
80
Subbottom profiling
SURVEYBOOTJE
BRON
ONTVANGER
AKKOESTISCHE
GOLFPADEN
SLIBLAAG
KLEILAAG
ZANDLAAG
HARDE BODEM
Tot besluit: de boodschap
Optimalisatie onderzoek en meetwerk: data-aanvullingen:
1.Bekijk waterbodemverontreinigingen en andere stoffen die de
waterkwaliteit negatief integraal ten opzichte van het systeem
–
–
Focus op gebieden / systemen (Waterbeheerder)
Toets individuele locaties aan het grotere geheel
2.Maak een conceptueel model
–
–
Wanneer treden risico’s op…?
Wat verwacht je in je systeem…?
Tot besluit: de boodschap
Onderzoek en meetwerk data-aanvullingen:
3.Verzamel en benut (extra) gegevens over variatie in het systeem:
–
–
–
Dieptes en lagen…?
Minerale samenstelling…?
Watergehaltes…?
4.Gebruik de XRF om:
–
–
–
Best en Worst cases te bepalen
Gemiddeldes vast te stellen
(minimaliseer mengmonsters)
Fosfaat te meten
Veel succes met het meten aan de waterbodem!
VOOR DE AANDACHT!
Frank Volkering
Bomen als duurzaam alternatief
voor pump&treat
Frank Volkering, Tauw bv
Edward G. Gatliff, Applied Natural Sciences, Inc., USA
Wim R. Staal, Paul A. van Riet, Dow Benelux bv
Phytocontainment
• Beheersing grondwater door vegetatie (bomen)
• Gebaseerd op een eeuwenoud principe
• Succesvol toegepast in de VS (stortplaatsen, industriële locaties)
• Potentieel duurzaam en kosteneffectief alternatief voor
onttrekking met pump&treat
Pump&treat vs phytocontainment
pump & treat
phytocontainment
onttrekkingspunten
weinig met een hoog debiet
veel met een laag debiet
onttrekkingsregime
continue of intermitterend, gelijk
over hele periode
variabel (dag/nacht, seizoen), toenemend
met de tijd
minimaal
aanzienlijk
onderhoud
pompen, zuivering (verwisseling
actief kool)
maaien, snoeien, bemesten
monitoring
hydrologie, grondwaterkwaliteit
hydrologie, grondwaterkwaliteit
energieverbruik
aanzienlijk (pompen, zuivering,
onderhoud)
minimaal (aanleg, onderhoud)
kosten
€ 1-20/m3 (afhankelijk omvang,
type zuivering)
duidelijk lager dan pump&treat*
ruimtebeslag
* Gatliff E. et al. Phytoremediation of soil and groundwater: economic benefits over traditional methodologies. In:
M.N.V.Prasad, (ed), Bioremediation and Bioeconomy, Amsterdam: Elsevier, 2016, pp. 589-608
Praktijkvoorbeeld
Verontreiniging met 1,4-dioxaan bij voormalige
productielocatie Dow Terneuzen
“Moeilijke” omstandigheden:
• Hoge concentraties van een mobiele, slecht afbreekbare stof
• Dieper grondwater (5-11 m –mv)
• Industriële locatie met ruimtebeperking en strikte
veiligheidseisen
• Invloed van getijde
Dwarsdoorsnede verontreiniging
Site boundary
Dioxane
reactor
m +Dow
Dioxane
storage
Cover
A
Poorly permeable layer
5 m/y
B
Dioxane concentrations (mg/l)
>100 mg/l
0.05-1 mg/l
10-100 mg/l
< 0.05 mg/l
fresh
saline
1-10 mg/l
200 m
Haalbaarheidsonderzoek
Krtitische aspecten
• Toxiciteit dioxaan
• Laboratorium studie
• Diepte verontreiniging
• TreeWell® systeem met “straw”
• Benodigde vs beschikbare ruimte
• Schatting op basis van hydrologisch model en
verdampingsstudies bosbouw
• Veiligheid en gezondheid
• Off-site test voor maken plantgaten (1 m diameter, 3.5
m diep)
• Dow specialist: gasophoping in boomkruin risico 
populieren + plantafstand vergroot bij gasleiding
Phytocontainment dioxaan pluim
Site boundary
Dioxane
reactor
m +Dow
185 bomen
Dioxane
storage
54 bomen
Cover
A
Poorly permeable layer
B
fresh
saline
46
Impressies aanleg en voortgang
2013
2015
Hydrologisch effect
Positieve gradiënt = beheersing
Effect op verontreiniging
Baseline
2013
Gedrag conform verwachting:
In het groeiseizoen wordt de dioxaan
pluim in aquifer A het beheersgebied
“ingezogen”
Effect aan terreingrens wordt pas op
langere termijn verwacht
Overige monitoring
• Gezondheid bomen goed, gemiddelde
groei 2013-2015: 70%
• In situ meting verdampingssnelheid:
• Indicatieve opname snelheid 8-10 m3 per
boom per jaar (gedimensioneerd op 10-12
m3/jaar vanaf 5e jaar)
• Uitdamping dioxaan < 1% van geschatte
opname
X
Ten slotte….
• Phytocontainment is een serieus alternatief voor
klassieke hydraulische beheersing:
•
•
•
•
Bewezen techniek
Goed te dimensioneren
Duurzaam
Kosteneffectief
• Obstakels voor toepassing:
• Imago/acceptatie (onbekend maakt onbemind)
• Ruimtebeslag (beschikbare ruimte vs benodigd debiet)
Bedankt voor uw aandacht!
F. (Frank) Volkering PhD
consultant
Tauw bv
Handelskade 37
Postbus 133
7400 AC Deventer
www.tauw.nl
M +31 61 10 25 42 8
T +31 57 06 99 79 5
KvK 38.01.49.85
E-mail: [email protected]
Johan Valstar
Extra stimulatie van afbraak
verontreinigingen bij WKO
Johan Valstar
Inhoud
1. Inleiding
2. Resultaten promotieonderzoeken
3. Vertaling naar praktijk
Standaard WKO in verontreinigd debiet
Onderzoek sanerende werking (Meer met Bodemenergie)
•Biowasmachine (Utrecht), Strijp-S (Eindhoven)
Geen direct bewijs voor betere afbraak, wel wat indirecte
indicaties
“Resumerend lijkt dus de ambitie om via WKO-systemen de van
nature optredende in situ processen te versnellen en daarmee
versneld een kwaliteitsverbetering te realiseren te optimistisch.”
…….. “Combinaties van WKO-systemen met gestimuleerde
afbraak kan daarbij een aanvullende bijdrage leveren.” (Meer
met Bodemenergie, Rapport 11 Gebiedsgericht
grondwaterbeheer)
Redox processen
Afbraak
zuurstof
organisch stof
nitraat
m.b.v.
ijzer (3+)
Per
sulfaat
 Tri

bacteriesoorten
Bijzonderheid ijzer (3+):
FeOOH (s) + H2O -> Fe 3+ (l)+ 3 (OH)-
methanogeen
CIS
 VC

2 Promotiestudies gestart in MMB-project
4 juni 2015
8 december 2015
Batch experiment WVP Utrecht: Redox conditie
 Afbraakcondities slecht
 Redox conditie is limiterend (IJzer reducerend)
 Verbetering redox door elektronen donor
Ascorbic acid
Lactate
Stimulatie afbraak
Conclusie batchexperimenten
• Toevoeging alleen organisch stof werkt niet goed totdat ijzer (3+)
uitgeput raakt
• Toevoeging bacteriën werkt sneller en vollediger
Reactief transport model
Wiskundig model door Malaguerra et al. (2011)
Reactief transport model
Malaguerra et al. (2011)
Conclusie model
• Volledige afbraak VOCl wordt bereikt
• Wel > 4 ton lactaat nodig voor WKO met volume van 30.000 m3
maar
• pH  13 is niet realistisch
• Wiskundig model gebaseerd op batch experimenten Vwater > VBodem
Reductie van IJzer (3+) wordt waarschijnlijk geremd bij hogere pH
Kolomproef: Robuustheid & verstopping
Nitraat toevoegen
Redoxpotentiaal
omhoog
DHC populatie
verdwijnt
Minder afbraak
Weerstand neemt
toe door neerslag
IJzer, maar niet
door afbraak
Temperatuureffect afbraak bij WKO en BWW
Conclusie temperatuureffect
Afbraak CIS-DCE gaat sneller dan natuurlijk:
• WKO:13 x
• BWW: 8,5 x
Bij goede redox-condities en bacteriepopulatie
Vertaling naar de praktijk: Kansrijk
Bacteriën toevoegen:
• Proef bij Brabant Water (toevoeging van bacteriën)
• Vraag: robuustheid
Toevoegen elektrondonor: organisch stof of Fe(0):
Effect verhoogde pH op ijzerreductie
• Vraag: werking en robuustheid
• Vraag: hoeveelheid en verdeling ijzer(3+) in bodem
• Vracht organisch stof in WKO?
Gerichte behandeling:
• Opsporing diepte, richting pluim bij 1e aankomst put
• Lokale reactieve zone
Vertaling naar de praktijk: kennis
1. Weten veel maar nog niet alles
2. Kolomproeven, veldexperiment ipv alleen batchexperimenten
3. Kans verstopping door afbraak VOCL is klein
4. Kansrijke mogelijkheden en faalmechanismen
5. Gerichte haalbaarheid- en optimalisatie studies nu mogelijk
Grond in lab in behandeling
3 deelmonsters van 5 ml =
3 x 0,000005 = 0,00015 m3
1 / 333.000.000