Template Powerpoint Presentatie HUB - Lirias

Oxidatie en rijping van sedimenten:
milieu-impact en mogelijkheden voor
nuttige toepassingen
Valérie Cappuyns
CEDON-seminarie
11 maart 2008
VLEKHO-HONIM
Inleiding
• Vroeger onderzoek
– Mobiliteitsgedrag van zware metalen in overstromingssedimenten
– Studie van uitlooggedrag van metalen in verschillende matrices
(bodems, sedimenten, afvalstoffen)
– Evaluatie van uitloogtesten
• Huidig onderzoek
– Voorspellen van gedrag van zware metalen bij rijping en oxidatie
van sedimenten
– Mogelijkheden voor nuttige toepassingen van gebaggerde
sedimenten
VLEKHO-HONIM
Inleiding
• (gecontamineerde) sedimenten: Definities en probleemstelling
• Wettelijk kader
• Onderzoeksresultaten
VLEKHO-HONIM
Definities
• baggerspecie : afkomstig van het onderhouden, verdiepen
en/of verbreden van bevaarbare waterlopen behorende tot het
openbaar hydrografisch net en/of aanleg van nieuwe
waterinfrastructuur
• ruimingsspecie: ruimen van de bodem van oppervlaktewateren
zoals gedefinieerd in het besluit van de Vlaamse regering van
1 juni 1985 houdende algemene en sectorale bepalingen
inzake milieuhygiëne en voor zover het geen bevaarbare of
terrestrische bodem betreft
• Zware metalen: As, Cd, Cr, Cu Ni, Pb, Zn
VLEKHO-HONIM
Oorsprong van gecontamineerde
sedimenten
VLEKHO-HONIM
Probleemstelling
• Europa: “Water Framework Directive”: rivieren moeten tegen
2015 ‘schoon’ zijn
• Vlaanderen:
– Meer dan 50% van waterlopen is zwaar verontreinigd
– Jaarlijkse accumulatie van 1.8 miljoen ton m3 sediment
– Historische achterstand van 30.5 miljoen ton m3 sediment
(MIRA-T, 2006)
Baggeren noodzakelijk
VLEKHO-HONIM
Wat doen we met de gecontamineerde baggerspecie?
 Storten in een deponie (boven of onder water)
 Nuttige toepassingen
 Hergebruik als bodem
 Hergebuik als bouwstof
*Vormgegeven bouwstof
*Niet-vormgegeven bouwstof
VLEKHO-HONIM
=>Storten in een deponie
• Tekort aan stortruimte
VLEKHO-HONIM
Wettelijk kader
Wat doen we met de gecontamineerde baggerspecie?
=>Hergebruik als bodem
• Vroeger: willekeurige afzetting op land langsheen rivieren,
ophoging van terreinen
• Sinds 2004 wettelijk geregeld:
– Wanneer specie op de oever wordt verspreid zijn de
bepalingen en normen van het VLAREBO van toepassing
– baggerspecie die niet voldoet aan de normen voor gebruik
als bodem, maar waarvan de verontreiniging lager is dan
80% van de bodemsaneringsnorm bestemmingstype II
(bijlage 4 van het VLAREBO), onder bepaalde voorwaarden
tijdelijk op de oever worden gestockeerd met het oog op
de ontwatering en de afvoer ervan.
VLEKHO-HONIM
Wat doen we met de gecontamineerde baggerspecie?
=>Hergebruik als bouwstof
• Hergebruik als bouwstof (normen in VLAREA=>
totaalconcentraties en uitloogbaarheid)
• Ongeveer 82 % van de bagger- en ruimingsspecie voldoet
aan de milieuhygiënische (VLAREA) eisen voor hergebruik:
– 23 % van de specie voldoet aan de normen voor gebruik
als bodem
– 59 % voldoet aan de normen voor gebruik als bouwstof.
• In Vlaanderen wordt echter slechts 30% van de
baggerspecie nuttig toegepast
VLEKHO-HONIM
Totale hoeveelheden baggerspecie die voldoen aan de norm voor
hergebruik als bouwstof
Bevaarbare
waterlopen
Onbevaarbare
waterlopen
Historische
achterstand
9.103.000 tds
7.995.000 tds
Jaarlijkse aangroei
1.340.000 tds
96.000 tds
Gebruik als bouwstof
• Ophoogzand, klei, bouwzand (vb. gebruik in dijklichamen en in
afdeklagen van stortplaatsen)
• Produktie van bakstenen
• Productie van vulstoffen voor de bouw (vb. lightweight
aggregates LWA)
VLEKHO-HONIM
Samenstelling van bodems
en sedimenten
Vaste fase: organische stof,
kleimineralen, Fe-oxiden, sulfiden
Vloeibare fase: poriënwater, grondwater
Gasfase
Onverzadigde zone => poriënwater
Verzadigde zone => grondwater
VLEKHO-HONIM
Bemonstering van poriënwater met « Rhizon Soil Moisture
Samplers »
VLEKHO-HONIM
Zijn totaalconcentraties een goede maatstaf?
=>Voorbeeld Dijle en Diepteloop: is tijdelijke stockage langs de
oever van de rivier mogelijk?
Totale Zn-concentratie
• Dijle: 498 mg/kg
• Diepteloop: 138 mg/kg
Normen
• Norm voor hergebruik als bodem : 480 mg/kg
• Norm voor hergebruik als bouwstof : 1250 mg/kg
=>Tijdelijke stockage langs de oever van de rivier is toegelaten voor
het sediment uit de Diepteloop, niet voor het Dijle- sediment
VLEKHO-HONIM
Evolutie van de mobiliteit van zware metalen na afzetting
van het sediment op land?
=>opvolgen van de samenstelling van het poriënwater (pH,
zware metalen, hoofdelementen, anionen)
VLEKHO-HONIM
pH
Diepteloop
9
8
7
6
5
4
3
2
pH
0
40
80
120
160
Dijle
pH
Tijd (dagen)
9
8
7
6
5
4
3
2
pH
0
40
80
Tijd (dagen)
VLEKHO-HONIM
120
160
Totale Zn-concentratie:
138 mg/kg
Zn-concentratie
Diepteloop
30
Zn (mg/L)
25
20
15
10
5
0
0
40
80
120
160
Tijd (dagen)
Zn (µg/L)
Dijle
Totale Zn-concentratie:
498 mg/kg
Zn-concentratie
300
250
200
150
100
50
0
0
40
80
Tijd (dagen)
VLEKHO-HONIM
120
160
Besluit
• Totale metaalconcentraties zijn geen goed criterium om het
risico geassocieerd met gecontamineerde sedimenten te
beoordelen.
• Sedimenten met lage metaalconcentraties (onder de norm)
kunnen soms meer metalen vrijgeven bij rijping en oxidatie
dan gecontamineerde sedimenten (boven de norm).
Hoe kunnen we het risico dan wel evalueren?
VLEKHO-HONIM
Oxidatie experimenten
Gesimuleerde afzetting aan land
Versnelde oxidatie
VLEKHO-HONIM
resuspensie
VLEKHO-HONIM
Proefopstelling
D
A
A. pH electrode
B: sediment suspensie
C: schudtafel
D: spuit met filter en
B
flexibele tube
C
VLEKHO-HONIM
Evolutie van de pH en Zn-concentraties in het
het poriënwater tijdens rijping en oxidatie
Kogbeek
pH
10000 Zn (mg/L)
1000
8
7
6
5
4
3
2
100
10
10 cm
2 cm
0
10
1
0.1
20
Tijd (dagen)
VLEKHO-HONIM
30
40
0
10
20
Tijd (dagen)
30
40
Vergelijking porienwater-resuspensietest
Porienwater
VLEKHO-HONIM
resuspensie
Vrijgave van zware metalen naar het porienwater
C = a ekt
Zn
Ni
Cd
Co
Cu
Cr
k (day )
r
0.30
0.25
0.35
0.39
0.14
0.22
0.98
0.93
0.95
0.96
0.87
0.87
k (day-1)
r
1.01
0.74
0.74
0.98
0.33
0.42
0.95
0.9
0.96
0.92
0.84
0.96
-1
Resuspensie  k x 4-6
VLEKHO-HONIM
Besluit
• De pH blijkt dé belangrijkste parameter die moet gemonitored
worden tijdens de rijping van sedimenten.
• Het patroon van het pH-verloop van de suspensie tijdens de
‘versnelde oxidatietest (schudtest) is analoog aan het pH-verloop van
het poriënwater.
• Afhankelijk van de sedimentsamenstelling is de oxidatie in de
schudtest echter 4 tot 6 keer sneller dan in het poriënwater.
• Gezien de sterke pH-afhankelijkheid van het uitlooggedrag van zware
metalen, kan op basis van het pH-verloop en de uitloging van
metalen geregistreerd tijdens een schudtest reeds een semikwantitatief beeld verkregen worden van de potentiële uitloging van
zware metalen bij rijping van sedimenten.
VLEKHO-HONIM
Kunnen de sedimenten gebruikt worden als
bouwstof?
• Productie van bakstenen:
– Na het drogen worden de sedimenten vermengd
met additieven, opnieuw bevochtigd en
gebakken op hoge temperatuur (880°C-1200°C)
• Productie van lichtgewicht aggregaten:
– Toeslagstof in beton
– Op hoge temperatuur (1100°C)
VLEKHO-HONIM
Invloed van hoge temperatuur op mobiliteit
zware metalen
H2O-oplosbare concentratie (µg/L)
DM1
VLEKHO-HONIM
As
Cr
V
Zn
Cd
Ni
Cu
Pb
20°C
2
<1
<1
31
39
31
14
<0.5
900°C
332
32
1430
50
<0.5
3
13
1
1000°C
191
36
410
30
<0.5
2
4
<0.5
1100°C
716
64
203
23
<0.5
3
3
<0.5
Kunnen de sedimenten gebruikt worden als
bouwstof?
• Risico’s, ontwikkelingsmogelijkheden en beheer
van dijken uit brak baggerslib
– 2001-2006, Haven van Antwerpen
– kostenbepaling van verschillende beheersscenario’s
– Ecotoxicologisch onderzoek
– Analyse van bodem, grondwater en vegetatie
VLEKHO-HONIM
• Hergebruik van baggerspecie in landschapsdijken:
conclusies
– Dijken uit baggerspecie kunnen enkel
als buffer worden gebruikt indien zij
zelf geen bedreiging vormen voor het
milieu.
– multidisciplinaire aanpak met aandacht
voor bouwtechnische,
ecotoxicologische, bosbouwkundige en
ecologische aspecten
VLEKHO-HONIM
Besluit
• De onderzochte sedimenten vertonen een relatief
milieurisico wanneer ze aan land worden gebracht.
laag
• Indien ze gebruikt worden voor de productie van bakstenen of
aggrgaten voor de bouw, dan moet de verhoogde mobiliteit
van As, Cr en V in acht genomen worden .
• het
gebruik
van
verontreinigde
baggerspecie
bij
landschapsontwikkeling is mogelijk. Toch moeten bepaalde
voorwaarden worden gerespecteerd en een aantal richtlijnen
worden gevolgd om de veiligheid te waarborgen en de
bufferende en ecologische functie van landschapsdijken te
optimaliseren.
VLEKHO-HONIM
Toekomstig onderzoek
• Huidige expertise verder uitbouwen
• Interdisciplinaire onderzoeksthema’s
 Samenwerking met VMM: waterbodemmeetnet.
 Mogelijkheden voor hergebruik en valorisatie
gecontamineerde
sedimenten
(samenwerking
industrie?)
 Verschillende
onderzoekers.
VLEKHO-HONIM
projectaanvragen
met
van
met
K.U.Leuven
Ingediende projectaanvragen
• Co-promotor FWO-project
“Vorming, evolutie en milieu-impact van secundaire Cu-Co
mineralen in verweringsprofielen en bodems in Katanga”
–
omzettingen van ertsen onder invloed van bodemvormende
processen,
– bepaling van de graad en vorm van verontreiniging van bodems
en sedimenten door zware metalen
– Samenwerking met
• KMMA Tervuren
• Universiteit Gent
• Hogeschool Gent
• K.U.Leuven
VLEKHO-HONIM
• Co-promotor IOF-project
“Pyrometallurgie en industriële ecologie”
-
-
Valorisatie van slakken uit de metallische industrie, met aandacht
voor eco-efficiëntie en duurzaamheid
Samenwerking
- KULeuven (MTM, geologie)
- HUB
• Co-promotor Hercules-project
Middelzware onderzoeksapparatuur (microsonde)
VLEKHO-HONIM
• Interdisciplinaire onderzoeksthema’s
 Stadsbodems
* bodemkwaliteit van groene ruimten in de stad
* economische waardering van groene ruimten in de
stad
 Voorbeeld: bodems van tuinen van kinderdagverblijven en
speeltuinen
-
VLEKHO-HONIM
Bodemcontaminatie
veroorzaakt
speeltuigen
behandeld
met
bodemverontreiniging
Adviezen voor beleid
door
CCA,
vb.houten
historische
• Interdisciplinaire onderzoeksthema’s
 Stadsbodems
 Werkgroep “Brussels Potential for Environmental Research”
Raad voor het Wetenschapsbeleid van het Brussels
Hoofdstedelijk Gewest
* inventarisatie van Milieu-onderzoek in het Brussels
Gewest
* oproep tot het indienen van projectvoorstellen
VLEKHO-HONIM
• Interdisciplinaire onderzoeksthema’s
 Perceptie van het risico van bodemverontreiniging
*milieudeskundigen  eigenaars van gecontamineerde
gronden
*bewoners van gecontamineerde en nietgecontamineerde gebieden
 Attitude ten op zichte van bodemsaneringstechnieken
* belang van ≠factoren:milieu, esthetische factoren ,
hinder,….
 Methode:
* vragenlijsten, multiple choice
VLEKHO-HONIM
• Interdisciplinaire onderzoeksthema’s
 Mogelijkheden voor hergebruik
gecontamineerde sedimenten
en
valorisatie
van
* technische haalbaarheid
* milieu-impact: verwerking van de sedimenten zelf
(energiekost,…), immobilisatie van contaminanten
* economische haalbaar ?
* acceptatie van vb; bakstenen die gemaakt zijn uit
gecontamineerde sedimenten?
VLEKHO-HONIM
• Interdisciplinaire onderzoeksthema’s
 Eco-efficientie/levenscyclusanalyse van
bodemsaneringstechnieken
* samenwerking met milieuadviesbureaus
VLEKHO-HONIM