Het volgende document beschrijft het gebruik van de kolomproef voor de bepaling van mobilisatie van zware metalen in een helofytenfilterbed onder invloed van strooizout. De te volgen stappen en de benodigde materialen en randvoorwaarden voor de proef worden beschreven. Werkplan kolomproef Wat is de invloed van strooizout op de uitspoeling van zware metalen uit een helofytenfilter M.K. de Koning
Inhoudsopgave 1 Verantwoording kolomproef... 2 1.1 Doel van het onderzoek... 2 1.2 Achterliggende gedachte... 2 1.3 De te analyseren parameters... 2 2 Benodigdheden... 4 2.1 Analysemonster... 4 2.2 Reagentia... 4 2.3 Kolom... 4 2.4 Filters... 4 2.5 Pomp... 5 2.6 Opvangflessen... 5 2.7 Balans... 5 2.8 ph-meter... 5 2.9 Emmers... 5 3 Werkwijze... 6 3.1 Eluaatmonsters... 6 3.2 De kolomproef... 6 4 Veiligheid... 9 5 Bijlagen... 10 Bijlage 1: Checklist benodigdheden... 11 Bijlage 2: Ionenbalans... 12 Bijlage 3: Tekeningen kolom, overzicht en afmetingen... 13 Bijlage 4: Tekening kolomafsluiter... 14 Bijlage 5: Benodigdheden analyses... 15 Bijlage 6: Debiet berekeningen... 16 Bijlage 7: Principeschets kolomproef... 17 Bijlage 8: Bepaling strooizout gehalte per run... 18
1 Verantwoording kolomproef 1.1 Doel van het onderzoek Het onderzoek heeft als doel de concentratie van zware metalen in het effluent van een verticaal, met zout water, doorstroomd bodemmonster te bepalen. Hierbij wordt gelet op de cumulatieve uitloging na het uitvoeren van een kolomproef. 1.2 Achterliggende gedachte In de praktijk worden helofytenfilters gebruikt om afstromend wegwater te zuiveren. Wanneer gladheidsbestrijding op wegen plaatsheeft, gebeurt dit door het strooien van strooizout. Het zout lost binnen een bepaalde tijd geheel op in het, naar het helofytenfilter, afstromend wegwater. Het onderzoek waarbij dit werkplan behoort heeft tot doel een verband te leggen tussen de uitspoeling van zware metalen uit een helofytenfilter onder invloed van strooizout. De proeven geven kwantitatief inzicht in dit proces. Verder worden de resultaten gebruikt om een kwalitatief inzicht te verschaffen in de processen die een rol spelen bij het eventueel mobiliseren van metalen. Het onderzoek heeft plaats na bevindingen in het onderzoek Helofyteninfiltratiesystemen voor zuivering van wegwater door K. Tromp. Onderstaand een belangrijke constatering waarop deze studie een vervolg geeft. Een daling van het zuiveringsrendement in de winter is het gevolg van zout in wegwater, waardoor zware metalen mobiel worden en niet of nauwelijks worden vastgelegd in het helofytenfilter. Een deel van het vastgelegde koper, cadmium en nikkel komt zelfs vrij, waardoor het zuiveringsrendement van het helofytenfilter tijdelijk negatief is. De verhoogde mobiliteit van zware metalen, onder invloed van zout, is deels het gevolg van het in oplossing gaan van ligandbindingen, die deel uitmaken van de organische fractie van de grond of zich bevinden aan de rand van kleimineralen of het oppervlak van oxiden en hydroxiden van mangaan, ijzer en aluminium. Het uitspoelen van koper is mogelijk ook het gevolg van de sterke gebondenheid aan DOC. Daarnaast speelt het kationenuitwisselingsproces, waarin relatief grote hoeveelheden natrium worden uitgewisseld tegen veel kleinere hoeveelheden zware metalen, een belangrijke rol. Bij een natriumuitwisselingspercentage van meer dan 6% kan dit in veel bodems al leiden tot mobilisatie van verontreinigingen. Ook complexvorming van zware metalen met chlorideionen kan een rol spelen. (Tromp, 2005) 1.3 De te analyseren parameters De anorganische componenten waarvan de uitloging in de beschreven proefopstelling bepaald wordt zijn in Tabel 1 weergegeven. De lijst met de te analyseren parameters is tot stand gekomen in overleg met Rijkswaterstaat. De schuingedrukte elementen met het bijschrift optie zijn niet opgenomen in de opgestelde analyse. Indien mogelijk zullen deze elementen worden toegevoegd aan de analyse. De extra elementen zijn belangrijk voor het opstellen van een anionen / kationen balans; inzicht in het bicarbonaat evenwicht en een berekening van de geleidbaarheid op basis van aanwezige zouten. Tabel 1 Te analyseren parameters tijdens kolomproeven Groep Kationen Specificatie Metalen 1 (Fe 2+, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) Na +, Ca 2+, K + NH + 4, Mg 2+, Mn 2+, Al 3+ Anionen Cl -, F -, NO 3 -, HCO 3 -, CO 3 2-, SO 4 2-, PO 4 3-
De ionenbalans De anionen / kationen balans geeft inzicht in het vraagstuk of alle anionen en kationen die zich in het monster bevinden ook zijn geanalyseerd. Voor het samenstellen van de ionenbalans wordt gebruik gemaakt van de equivalente concentratie. De equivalente concentratie wordt uitgedrukt in eq/l. Het equivalente gewicht wordt als volgt berekend: Het equivalente gewicht wordt uitgedrukt in g/mol, de molaire massa ook in g/mol. De valentie oftewel de lading die een ion heeft, is dimensieloos. In het principe van de ionenbalans zal de som van de equivalente concentratie van de anionen gelijk moeten zijn aan die van de kationen. In dit geval is de balans gesloten en zijn de concentraties van alle anionen en kationen die een rol spelen in kaart gebracht. Eventuele afwijkingen kunnen duiden op andere anionen of kationen, verkeerde data etc. In het geval van één enkel onbekend analyse resultaat kan met behulp van de balans ook de concentratie worden berekend van het ontbrekende element. Het bicarbonaat evenwicht In water komt koolzuur voor wat afkomstig kan zijn van uitwisselingsprocessen tussen water en de atmosfeer, biologische productie door aerobe en anaerobe afbraakprocessen of door het oplossen van carbonaat-houdende gesteenten. Het geheel van, en bepaalt een aantal belangrijke parameters in de waterchemie, namelijk de zuurgraad (ph), agressiviteit en bufferend vermogen. De belangrijkste zuur-base reactie in water hangt tevens samen met de dissociatie van (Moel, Verberk, & Dijk, 2005). Het aanwezige in het water zorgt voor een bufferende capaciteit van het water. Wanneer een zuur of base aan het water wordt toegevoegd worden deze verbruikt door de omzetting naar of. De hoeveelheid zuur of base die nodig is voor een verandering van de ph (mmol/l/ph) wordt buffercapaciteit genoemd.
2 Benodigdheden Om inzicht te verkrijgen in het opzetten van een kolomproef is de Nederlandse norm NEN 7383 bestudeerd. Deze norm beschrijft een vereenvoudigde procedure voor de kolomproef voor de bepaling van de cumulatieve uitloging van anorganische componenten uit vaste grond- en steenachtige materialen, nadat een LS-waarde van 10 l per kg droge stof is bereikt. De handelswijze van de in het vervolg beschreven kolomproef, is deels afgeleid van deze norm. Anderzijds is de kolomproef naar eigen inzicht dusdanig aangepast dat deze de werkelijkheid zo dicht mogelijk benadert. Onderstaand worden de verschillende onderdelen behorend bij de kolomproef beschreven. In Bijlage 1 is een checklist te vinden waarop de benodigde materialen zijn weergegeven. 2.1 Analysemonster NEN 7383: Voor het uitvoeren van de kolomproef in enkelvoud is ten minste 0,5 l analysemonster (m 0 ) nodig, waarvan het droge-stofgehalte (d s ) bekend is en waarvan ten minste 95% (m/m) van de deeltjes kleiner is dan 4 mm. Uitvoering: Het analysemonster wordt samengesteld uit een mengmonster verkregen uit het helofytenfilter. Een deel van het mengmonster wordt voor analyse naar een laboratorium verstuurd voor analyse op o.a. concentraties van metalen en droge stof gehalte. Indien de korrelgrootte in het bodemmonster voor meer dan 5% groter is dan 4 mm wordt het monster niet gebroken. Dit zou niet representatief zijn voor de praktijk situatie. Voor nemen bodemmonster zie NEN 7300 2.2 Reagentia NEN 7383: Gedemineraliseerd ph-neutraal water met een geleidbaarheid van ten hoogste 1 μs/cm. Uitvoering: Aangezien het onderzoek zich richt op de uitloging van zware metalen onder invloed van strooizout en de huidige situatie zo veel mogelijk benaderd moet worden, wordt niet uitgegaan van gedemineraliseerd water maar kraanwater. Hieraan wordt strooizout toegevoegd. De bepaling van strooizout toevoeging is beschreven in XXX. 2.3 Kolom NEN 7383: Kolom met een binnen middellijn van (5 ± 0,5) cm en een vulbare hoogte van ten minste viermaal de binnen middellijn, voorzien van afsluiters waarin filters kunnen worden aangebracht. Uitvoering: De dikte van het filterpakket bedraagt maximaal 50 cm. De vulbare hoogte dient daarom ook 50 cm te bedragen. De binnen middellijn moet dus minimaal 125 mm bedragen. Om praktische redenen is gekozen voor een binnen middellijn van 106 mm (kolomdiameter 110 mm). Voor deze maat is de afsluiter die gebruikt wordt voor de kolomproef, zie tekeningen in Bijlage 3, beschikbaar in tegenstelling tot de kolom met binnen middellijn van 125 mm. 2.4 Filters NEN 7383: Niet eerder gebruikte membraanfilters voor de kolom of verwisselbare in-line filters voor in de afvoerleiding van de kolom met een poriëngrootte van 0,45 μm. Voorfilters voor de kolom met een poriëngrootte tussen 1,5 μm en 8 μm.
Uitvoering: Filters worden niet gebruikt aangezien deze ook afwezig zijn in de praktijk. Het bed moet de filterende werking waarborgen. Wel wordt er aan de onderzijde van de kolom een plaat aangebracht met hierin gaatjes met een diameter van 1 mm. Deze plaat dient ervoor dat het monster niet uit de kolom wordt gespoeld. 2.5 Pomp NEN 7383: Pomp met twee kanalen een instelbare en afleesbare capaciteit tussen 0 ml/h en 200 ml/h. Uitvoering: Er wordt gebruik gemaakt van een Watson Marlow cassettepomp, type 205U. Op de pompkop kunnen verschillende slangen worden aangesloten. Voor de proef wordt gebruik gemaakt van twee slangen met een diameter van 1,02 mm. Een slang is voor het influent, de andere voor het effluent. Doordat de slangen op dezelfde pompkop worden aangesloten zal het debiet bij gelijk verval nagenoeg hetzelfde zijn. 2.6 Opvangflessen NEN 7383: Afsluitbare opvangflessen van kunststof. Uitvoering: De afsluitbare opvangflessen van kunststof zijn aangeleverd door Rijkswaterstaat. 2.7 Balans NEN 7383: Balans met een meetbereik tot ten minste 1000 g en een meetnauwkeurigheid beter dan ± 1 gram. 2.8 ph-meter NEN 7383: Volgens NEN 6411 gekalibreerde ph-meter, met een meetnauwkeurigheid beter dan ± 0,05 ph-eenheden. Uitvoering: De ph meter dient om de ph waarde van het eluaat te bepalen. 2.9 Emmers Voor het prepareren van het influent en het opvangen van het eluaat zijn twee emmers benodigd. Beiden met een volume van minimaal 5 liter.
3 Werkwijze 3.1 Eluaatmonsters Om de componenten, beschreven in paragraaf 1.3, te analyseren zijn zes PE flessen van 500 ml nodig. Het eluaat dient dus minimaal 1,9 liter te zijn op basis van de hierop uit te voeren analyses, zie bijlage 5. Conservering van de eluaatmonsters wordt uitgevoerd bij Rijkswaterstaat te Haarlem. Hier gaan de monsters ook op transport voor analyse. 3.2 De kolomproef Stap 1 Kalibratie pomp De kolomproef wordt dusdanig uitgevoerd dat het instromend debiet gelijk is aan het uitstromend debiet. Het debiet wordt bepaald aan de hand van de minimale verblijftijd van het water in de kolom. Om dit debiet ook daadwerkelijk te kunnen leveren wordt een kalibratiecurve voor de pomp gemaakt. Uit deze curve kan aan de hand van het aantal toeren een bijbehorend debiet worden afgelezen. Om de kalibratiecurve te verkrijgen worden verschillende runs van 15 minuten uitgevoerd waarbij het toerental van de pomp per keer wordt aangepast. Voor de eerste run heeft de pomp een ingesteld toerental van 90 tpm. Elke opvolgende run heeft 10 tpm minder. De pomp heeft bij de laatste run een ingesteld toerental van 30 rpm. De aanvoerslang wordt in een maatbeker met kraanwater bevestigd. De afvoerslang wordt in een maatbeker gehangen. Aan het begin en einde van iedere run wordt de maatbeker gewogen. Het verschil in gewicht is gelijk aan het verpompte volume. Hierbij is een dichtheid van het water aangenomen van 1000 kg/m 3. Wanneer de runs zijn voltooid kunnen de verkregen waarden in een grafiek worden geplaats waarbij een lineaire trendlijn door de datapunten wordt getekend, zie Figuur 1. Figuur 1 Kalibratiecurve voor gebruikte pomp Van de trendlijn wordt de formule en de correlatie met de data punten weergegeven. De formule is gebruikt om het benodigde debiet te berekenen. De grote mate van correlatie geeft aan dat het gebruik van een lineaire trendlijn goed past.
Stap 2 Bepalen verblijftijd Voor verschillende verblijftijden van het water in de kolom zijn de daarbij behorende debieten uitgerekend. Hierbij is uitgegaan van een vulhoogte van 0.5 m, een porositeit van 40% en een kolom met een binnendiameter van 106 mm. De berekening is bijgevoegd in Bijlage 6. Tabel 2 Debiet bij gegeven verblijftijd van water in kolom Retention time (h) Discharge (L/h) 10 0,141 141 15 0,094 94 24 0,059 59 Discharge (ml/h) De verblijftijden zijn gebaseerd op ontwerpnotitie run-off zuivering knooppunt A5 Raasdorp van 27- februari 2002. De zuiveringssystemen zijn volgens deze notitie gedimensioneerd op de minimaal benodigde retentietijd van 10 uur (Shutes, 2001). Stap 3 Bepaling benodigde hoeveelheid eluaat Voor de analyse van de in paragraaf 1.3 genoemde parameters is een bepaalde hoeveelheid eluaat benodigd. In bijlage 5 is per parameter weergegeven hoeveel eluaat benodigd is voor de analyse. Voor de analyse van een set parameters is afgerond 1900 ml eluaat nodig. Aangezien er na een run een gefilterd en ongefilterde set monsters wordt afgeleverd is er totaal 2 x 1900 dus 3800 ml eluaat nodig per run. Wanneer dit wordt gekoppeld aan het debiet bij de gewenste verblijftijd van water in de kolom resulteert dit in een totale duur van een run. Tabel 3 Benodigde looptijd per run voor gegeven debiet en benodigd effluent Needed effluent 3,8 l Discharge 0,141 l/h Needed duration of test 27 h Stap 4 Preparatie kolom Aan de onderzijde van de kolom wordt een afsluiter gemonteerd. In de afsluiter bevindt zich een geperforeerde bodem, de gaatjes hebben een diameter van 1 mm., waarop het bodemmonster komt te rusten. De aanvoerslang wordt aan de bovenzijde van de kolom bevestigd en de afvoerslang wordt bevestigd aan de afsluiter. De aan en afvoerslang worden beiden aangesloten op de pomp. De instroomzijde van de aanvoerslang wordt op de bodem van de emmer met influent bevestigd. De uitstroomzijde van de afvoerslang wordt in een tweede emmer bevestigd waarin het eluaat wordt opgevangen. Wanneer alle onderdelen zijn aangesloten wordt de opstelling getest waarbij kraanwater wordt rondgepompt door de kolom. De kolom wordt gevuld met het bodemmonster 1 waarbij de vulhoogte in de kolom 50 cm. bedraagt. Deze pakketdikte komt overeen met de praktijksituatie. Vervolgens wordt water aan het bodemmonster toegevoegd tot een vulhoogte van 40 cm. overeenkomstig de praktijksituatie. 1 De gebruikte lavasoort in het helofytenfilter is eifellith lava. Dit blijkt uit facturen die zijn ingezien in het archief van Dura Vermeer. Het eifellith lava is geleverd door de firma Rook, nu Holcim te Krimpen aan den IJssel.
Figuur 2 Kolomopstelling Stap 5 Uitvoeren run Per run wordt een debiet bepaald aan de hand van een gewenste verblijftijd. Het toerental van de pomp volgt vervolgens uit de kalibratiecurve. De geleidbaarheid van het influent zal per run geleidelijk opgevoerd worden, te beginnen met kraanwater zonder toegevoegd wegenzout. Voor het bepalen van de zoutconcentraties in het influent wordt verwezen naar XXX. De kolom wordt verticaal van boven naar onder doorstroomd. Deze situatie benadert de praktijk het dichtst. Onder in de kolom kan zich een anaeroob systeem ontstaan en in de bovenlaag van het bodemmonster is er de mogelijkheid dat vegetatie zich ontwikkelt. In het eluaat wordt gedurende de gehele run een CTD diver geplaatst. Deze meet de geleidbaarheid en geeft op deze manier inzicht in de uitspoeling van zouten. Het eluaat wordt opgevangen in een emmer en na de run verdeeld over de verschillende flessen voor analyse. Het eluaat is voldoende voor twee analyses waarbij een analyse het ongefilterde eluaat bevat. Voor de andere analyse in de run wordt het eluaat gefilterd over een 0,45 μm cellulose acetaat filter. Vervolgens worden de flessen geconserveerd (zie bijlage vijf voor de verschillende methoden) en op transport gezet naar de laboratoria die de analyses uitvoeren. Figuur 3 Van links naar rechts is de gebruikte pomp te zien, de filtratie opstelling en een set gebruikte filterpapiertjes
4 Veiligheid Tijdens deze proeven wordt geen gebruik gemaakt van gevaarlijke stoffen. De conservering van de genomen monsters zal elders plaatshebben. Omtrent de veiligheid zijn daarom geen aanvullende maatregelen nodig.
5 Bijlagen Bijlage 1: Checklist benodigdheden Bijlage 2: Ionenbalans Bijlage 3: Tekeningen kolom, overzicht en afmetingen Bijlage 4: Tekening kolomafsluiter Bijlage 5: Benodigdheden analyses Bijlage 6: Debiet berekeningen Bijlage 7: Principeschets kolomproef Bijlage 8: Bepaling strooizout gehalte per run
Bijlage 1: Checklist benodigdheden Kolom minimale diameter van 12,5 cm en een minimale vulhoogte van 50 cm Afsluiters voor onderzijde kolom Aan- en afvoerslangen ten behoeve van het aansluiten van de pomp op kolom en kolom op PE flessen. Emmers 2 stuks met volume van 5 liter Pomp met minimaal twee kanalen met instelbare en afleesbare capaciteit tussen 0 ml/h en 200 ml/h Balans met een meetbereik tot ten minste 1000 g en een meetnauwkeurigheid beter dan ± 1 gram ph-meter met een meetnauwkeurigheid beter dan ± 0,05 ph-eenheden Opvangflessen voor het opvangen van het eluaat.
Bijlage 2: Ionenbalans Cations Analysis concentration (g/l) Molar mass (g/mol) Valence Equivalent weight (g/mol) Equivalent concentration (eq/l) H 1,01 1 1,01 0 Na 22,99 1 22,99 0 K 39,10 1 39,10 0 NH4 18,04 1 18,04 0 Mg 24,31 2 12,15 0 Ca 40,08 2 20,04 0 Fe 55,85 2 27,92 0 Mn 54,94 2 27,47 0 Al 26,98 3 8,99 0 Zn 65,39 2 32,70 0 Zn 65,39 3 21,80 0 Pb 207,20 2 103,60 0 Total_k 0 Anions OH 17,01-1 17,01 0 Cl 35,45-1 35,45 0 F 19,00-1 19,00 0 NO3 62,00-1 62,00 0 HCO3 61,02-1 61,02 0 CO3 60,01-2 30,00 0 SO4 96,06-2 48,03 0 PO4 94,97-3 31,66 0 Total_a 0
Bijlage 3: Tekeningen kolom, overzicht en afmetingen
Bijlage 4: Tekening kolomafsluiter
Bijlage 5: Benodigdheden analyses Flesvolgnummer Parameter Conservering code Hoeveelheid (ml) 1 HCO3 C02 200 2 SO4 C02 50 2 F C02 50 2 NO3NO2 C02 100 N 2 NO3 N C02 100 2 NO2 N C02 100 3 PO4 P C02 200 4 Cl C04 500 5 NH4 N C06 500 6 Mn C10 1 6 Na C10 1 6 Metalen1 C10 50 6 K C10 1 6 Al C10 1 6 Ca C10 1 6 Mg C10 1 1856 Omschrijvingen C02 Koel en donker bewaren C04 Breng op ph 1-2 met H2SO4 en volledig afvullen C06 Breng op ph < 2 met H2SO4 en koelen C10 Breng op ph < 2 met 1:1 HNO3 Conservering vindt plaats bij RWS te Haarlem. Hier zullen de monsters ook op transport gaan richting het laboratorium wat de analyses verzorgt.
Bijlage 6: Debiet berekeningen Parameter Value Dimension Value Dimension Given Outer diameter 0,11 m 110 mm Inner diameter 0,106 m 106 mm Diameter m mm outflow 0,009 9 Radius holes 0,001 m 1 mm Vulhoogte 0,4 m 400 mm Porositeit 0,4-0,4 - Retention time 1 10 h 10 h Retention time 2 15 h 15 h Retention time 3 24 h 24 h Retention time 4 48 h 48 h Calculated Outer radius 0,055 m 55 mm Inner radius 0,053 m 53 mm Radius outflow 0,0045 m 4,5 mm Radius holes 0,0005 m 0,5 mm Surface outflow 6,36E-05 m2 63,617 mm2 Surface single m2 mm2 hole 7,85E-07 0,785 Volume 0,004 m3 3,53E+06 mm3 Water volume 0,001 m3 1,41E+06 mm3 1,412 l 1412 ml Discharge 1 0,141 l/h 141 ml/h Discharge 2 0,094 l/h 94 ml/h Discharge 3 0,059 l/h 59 ml/h Discharge 4 0,029 l/h 29 ml/h Velocity out 1 2,219 m/h 2219,457 mm/h Velocity out 2 1,480 m/h 1479,638 mm/h Velocity out 3 0,925 m/h 924,774 mm/h
Bijlage 7: Principeschets kolomproef * In de schets zijn twee pompen weergegeven. In de praktijk wordt één pomp gebruikt met twee kanalen. Het debiet door de slangetjes wordt dus bepaald door het ingestelde toerental op de pomp. Aangezien het debiet voor instroom en uitstroom van de kolom gelijk moeten zijn moet rekening worden gehouden met de plaatsing van de onderdelen.
Bijlage 8: Bepaling strooizout gehalte per run Deicing salt calibration curve To gain insight into the salt concentrations in relation to the measured conductivity, a calibration curve is made. A CTD diver is placed into a bucket which is filled with 2 liter of tap water. The CTD diver is programmed in a way that it does measure the conductivity every 5 seconds. The diver starts measuring at t=0, which in practice does mean 14:12 h. After start every three minutes a certain amount of salt is added to the solution, see Table 1. During the test the solution is stirred with a large spoon to make sure that the added salt does actually dissolve. Table 1 Overview of added salt concentration per time step and the maximum conductivity measured corresponding to the cumulative amount of deicing salt in solution. Time (min) Added deicing salt (g) Cumulative salt added (g) Cumulative salt added (mg/l) Max conductivity (ms/cm) 0 0 0 0 0,49 3 0,1 0,1 50 0,579 6 0,1 0,2 100 0,668 9 0,1 0,3 150 0,74 12 0,1 0,4 200 0,853 15 0,1 0,5 250 0,94 18 0,1 0,6 300 1,022 21 0,1 0,7 350 1,107 24 0,1 0,8 400 1,202 27 0,1 0,9 450 1,286 30 0,2 1,1 550 1,443 33 0,3 1,4 700 1,724 36 0,5 1,9 950 2,149 39 0,5 2,4 1200 2,58 42 1 3,4 1700 3,49 45 2 5,4 2700 5,083 48 5 10,4 5200 8,992 51 5 15,4 7700 12,693 54 5 20,4 10200 16,176 57 5 25,4 12700 19,609 After completing the test, the diver data is read out and the results are divided per time step. Per time step the maximum value of the conductivity is used to obtain the calibration curve. This can be explained by the assumption that the highest conductivity corresponds with the highest dissolved salt concentration. After adding salt, it will not dissolve directly. After a certain time deicing salt will dissolve completely and thus the highest conductivity is reacted. After plotting the obtained values of the conductivity versus the corresponding salt concentration Figure 1 is obtained. Every dot represents a point where conductivity and corresponding salt concentration is known. After plotting these points, a linear trend line is constructed. The formula of this trend line is shown and used to determine salt concentrations which can be used for column tests with an influent with a desired conductivity.
Figure 1 The blue dots do represent the maximum conductivity measured per salt addition step. Through these dots a trend line is drawn from which the formula and correlation coefficient is displayed in the graph. Determination of deicing salt concentrations for column test influent In the first months of 2012 the conductivity in the sedimentation buffer and the effluent of the artificial wetland is measured. In this period deicing salt is used on the road and after precipitation events, see Figure 4, the deicing salt is transported to the artificial wetland. The used CTD divers did measure the conductivity every five minutes. It can be clearly seen that the conductivity values varies much more in the influent of the sedimentation basin than the conductivity values for the artificial wetland effluent. A column test will be performed to obtain further insight in the mobilisation of heavy metals at certain deicing salt concentrations. The conductivity measurements from the practical situation are used to determine the conductivity of the water which will be used during the tests. Since different quantity of water is used it is better to know the deicing salt concentration instead of the conductivity. To obtain this, measured conductivity values are related to the conductivity versus deicing salt calibration curve. The known concentrations are plotted versus the corresponding salt concentrations which results in different points. Through these points a linear trend line is plotted with an R 2 of 0,9988. This means that there is a good correlation between the data points and the trend line. This can already be seen in Figure 1 where the trend line goes through almost all points. The formula of this trend line can now be used to determine the deicing salt concentration for a desired conductivity, see Table 2.
Table 2 Deicing salt concentrations calculated by use of the trend line formula of the conductivity deicing salt calibration curve. Test Desired conductivity (ms/cm) Needed deicing salt concentration (mg/l) Run_1 Tap water 0 Run_2 2,3 1105 Run_3 6 3575 Run_4 9,6 5975 The desired conductivity for the different tests is obtained from the field measurements. For run 1 tap water is used without addition of deicing salts. The conductivity of run 2 originates from the conductivity data of the effluent of the artificial wetland shown in Figure 2. At the end of the data series the conductivity is risen to 2,11 ms/cm but the graph shows a declining growth. A concentration of 2,3 ms/cm is chosen because this is at least the value an artificial wetland has to deal with when deicing salt is introduced into the filter. Figure 2 This graph shows the measured conductivity of the artificial wetland effluent after a period in which deicing salts are used. Similarly the conductivity for run 4 is determined only here it originates from the conductivity data of the influent of the sedimentation basin, shown in Figure 3. Here we see more extreme values compared to the effluent of the artificial wetland. One reason for this is the mixing of different water qualities inside the sedimentation basin. The maximum value measured value for the conductivity is 9,59 ms/cm. This value is also the starting point for column test run 4. Run 3 is based on the average of the conductivity of run 2 and 4. For each run a filtered and an unfiltered sample will be taken to assess the particle bound pollutants.
Figure 3 This graph shows the measured conductivity of the sedimentation buffer influent after a period in which deicing salts are used. Figure 4 Hourly precipitation data of station Schiphol, obtained from the KNMI database. Negative valued indicates a precipitation event with less than 0,05 mm of precipitation per hour.