De bodem bedekt. Waterkwaliteitsverbetering door afdekking van sediment met additieven en zand

Transcriptie

1 De bodem bedekt Waterkwaliteitsverbetering door afdekking van met additieven en 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 planten en troebel worden vaak veroorzaakt door hoge concentraties fosfaat. Indien de externe bronnen zijn aangepakt, kan de historisch opgebouwde fosfaatvoorraad in de bodem een herstel van de kwaliteit in de weg staan. In dat geval kan het afdekken van de bodem met, in combinatie met het toevoegen van aluminiumhydroxide, de fosfaatnalevering uit de bodem flink reduceren. Algenoverlast door eutrofiering in de Bergse Plassen Het hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard is beheerder van de Bergse Plassen in Rotterdam sep2012 Luchtfoto van de Bergse plassen in de bebouwing van Rotterdam. Deltares is een onafhankelijk kennisinstituut op het gebied van, ondergrond en infrastructuur. Wereldwijd werken we aan

2 Deze plassen zijn in het verleden (sterk) eutroof geworden door ongerioleerde lozingen, effluent van een RWZI, inlaat van voedselrijk 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. Daarna is het doorzicht in de Bergse Achterplas sterk verbeterd. Chlorofyl-a (ug/l) Doorzicht (dm) jaar voorplas achterplas voorplas achterplas 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 bodems heerst, en dat het niet redoxgevoelig is in tegenstelling tot ijzerhydroxides. Dit laatste argument was belangrijk omdat de stof onder de laag zou worden toegepast en daardoor ook onder anaerobe condities stabiel moest blijven. Bovendien is PAC in bulk verkrijgbaar en relatief goedkoop. 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 bodem heersende neutrale ph, werd geen opgelost aluminium gemeten en konden toxische effecten worden uitgesloten. De fysische aspecten van het toedienen van PAC: ontstaat er een mooie laag aluminiumhydroxide die goed is af te dekken met? Uit het onderzoek bleek dat een 7 cm dikke laag jaar (bron: monitoringdata HHSK) De ontwikkeling van het doorzicht en de chlorofyl-a-concentratie in de Bergse plassen 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 laag (ook als er in het geheel niet gebaggerd zou worden) wel voldoende bindingscapaciteit heeft om de fosfaatflux uit de bodem 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 laag heeft op de fosfaatflux uit de bodem. Toegevoegd aluminiumhydroxide: boven: menging van PAC en natronloog in ruim, onder: menging van geconcentreerde PAC en natronloog en daarna toegevoegd aan het. 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 bleek gering. Voor de afdekking van de Bergse Plassen is gekozen voor PolyAluminiumChloride (PAC) als fosfaatbindende

3 losse aluminiumhydroxidevlokken ontstond als PAC en NaOH los van elkaar werden toegediend aan. Daar viel het doorheen. Veel compactere, wel afdekbare vlokken werden verkregen door de PAC vooraf met NaOH te mengen en dit mengsel aan het toe te voegen. 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 zelf weliswaar al een fosfaatbindend en vertragend vermogen heeft, maar dat de combinatie van met PAC er voor zorgt dat fosfaatnalevering uit de bodem veel efficiënter en langduriger wordt tegengegaan. Diffusie uit een ongestoorde bodemkolom waarbij het gediffundeerde fosfaat wordt gebonden door ijzerpapiertjes die in het bovenstaande aanwezig zijn. De ijzerpapiertjes worden elke dag ververst. Toelichting op de legenda: referentie = niet afgedekt, = afgedekt met, Al- = afgedekt met PAC en. cumulatieve hoeveelheid fosfaat (mg/m2) referentie 1 referentie Al- 1 Al dag 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 bodem met behulp van een sproeiponton afgedekt met. Het is in meerdere dunne lagen op de bodem van de BergseVoorplas aangebracht tot een dikte van 20 cm.

4 Monitoring De kwaliteit voor, tijdens en na het afdekken is gemonitord door het hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard. Het hoogheemraadschap monitort ook (langdurig) de ecologie: planten, fytoplankton, macrofauna en vis. Opvallend, maar niet verrassend, waren de lage concentraties ortho-p tijdens de werkzaamheden. Deltares heeft de ontwikkeling van de bodem gemonitord door ongestoorde kolommen te steken. Door op verschillende dieptes gaatjes te boren en een rhizonporiesampler horizontaal in de kolom te duwen, wordt een porieprofiel gemaakt. Vervolgens wordt de kolom in plakjes gesneden en in die monsters kunnen totaalgehalten worden bepaald. (voor afdekken ) (voor afdekken ) (voor afdekken ) (voor afdekken ) Porieprofiel voor P in kolommen van de Bergse Voorplas in het deel met PAC (boven) en zonder PAC (onder). De nullijn representeert voor afdekking (2009) het /grensvlak en na afdekking (2011/2012) het / grensvlak. De open symbolen zijn metingen in bovenstaand in de kolom. in de PAC/-behandelng sterker dan in de behandeling. Dit komt vooral door sterk verhoogde Fe concentraties in het porie van de laag. In de P-porieprofielen voor de met PAC/ afdekte delen en de alleen met afgedekte delen van de Bergse Voorplas zijn duidelijke verschillen te zien. De P-concentraties in het porie na afdekken (2011/2012) tonen voor de combinatie van PAC met een sterke verlaging bij het grensvlak /, terwijl daar bij alleen afdekken met juist een piek te zien is. In 2012 is wel een stijging van de P-concentratie in het porie aan het oppervlak te zien voor de combinatie PAC met. 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 porie van de laag sterk verhoogd is, al is dat effect Conclusies Afdekken met een combinatie van en aluminiumhydroxide (gevormd uit PAC en NaOH) is op veldschaal goed mogelijk, mits er compacte aluminiumhydroxidevlokken worden gemaakt. Uit laboratoriumexperimenten (diffusieproeven en doorstroomkolommen) blijkt dat de P-flux uit de bodem wordt verlaagd door een laag en bijna nul is als met een combinatie van PAC en wordt afgedekt. De Fe/P-ratio in het porie van de toplaag is in de nieuwe laag veel hoger, met name als PAC is toegevoegd. De P-concentraties in het porie op het /grensvlak zijn veel lager als er voorafgaand aan het afdekken met PAC wordt toegevoegd. Meer informatie Wilt u meer weten over de mogelijkheden van afdekken met en/of toeslagstoffen, stuur dan een naar: Leonard.oste@deltares.nl J.Hemelraad@hhsk.nl

5 Luchtfoto van de Vecht bij Hinderdam Vastlegging van zware metalen en PAK in de Utrechtse Vecht Waterkwaliteit onvoldoende door bodemverontreiniging met zware metalen en PAK. Waternet beheert de Vecht in opdracht van het schap Amstel, Gooi en Vecht. De kwaliteit 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 kwaliteit 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 af te dekken. De vraag is hierbij was of toevoeging van additieven aan het de effectiviteit zou vergroten om zodoende de laagdikte te optimaliseren. 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. Cs (mg/kg) Cd zeoliet actieve kool Cw (ug/l) De binding van Cd aan, zeoliet en actieve kool. Cs is de gebonden concentratie, terwijl Cw de concentratie in is. 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 porieconcentraties van in de Vecht. Zeoliet blijkt zware metalen goed te kunnen binden en is goed aan te brengen onder het.

6 Uit de uitgevoerde doorstroomexperimenten met en zeoliet kwam naar voren dat het gebruikte eveneens een vrij goede bindingscapaciteit heeft voor de mix van zware metalen. Per kg is deze weliswaar een factor lager dan die van zeoliet, maar zal, als basismateriaal van een deklaag, in veel grotere hoeveelheden worden toegepast dan een toeslagstof als zeoliet. Het van de afdeklaag zelf kan dus een belangrijke bijdrage leveren aan het tegengaan van de nalevering van zware metalen uit een bodem. 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 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 bodem. 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. Conclusies Afdekken met een combinatie van 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 en weinig toeslagstof wordt gebruikt, draag het significant bij aan de totale bindingscapaciteit. Het toepassen van toeslagstoffen is vooral zinvol als vanwege de diepte of (aanvoer)kosten geen dikke laag kan worden toegepast. Een dunne laag wordt dan voldoende reactief gemaakt door zeoliet of actieve kool. Meer informatie Wilt u meer weten over de mogelijkheden van afdekken met en/of toeslagstoffen, stuur dan een naar: Jasperien.deWeert@deltares.nl Fred.de.Haan@net.nl Postbus MH Delft T +31 (0) info@deltares.nl Deltares is een onafhankelijk kennisinstituut op het gebied van, ondergrond en infrastructuur. Wereldwijd werken we aan slimme innovaties, oplossingen en toepassingen voor mens, milieu en maatschappij. Deltares heeft vestigingen in Delft en Utrecht.