1. Algemene inleiding.

Dit onderzoek werd uitgevoerd door de Vakgroep Geochemie van de Rijksuniversiteit te Utrecht in opdracht van Rijkswaterstaat, Dienst Getijdewateren (Rijksinstituut voor Kust en Zee) onder contract no: DGW-996.
In de overeenkomst werd het volgende opgenomen: "Het doel van het onderzoek is om de reversibiliteit te bepalen van sorptieprocessen van microverontreinigingen. Dit zal nagestreefd worden in experimentele systemen die de natuurlijke condities dicht benaderen. Hierbij zullen tevens de invloed van saliniteit, pH, zuurstof concentratie en organisch koolstof gehalte worden bestudeerd. De reversibiliteit en de karakteristieke tijdschaal van ad- en desorptieprocessen vormen belangrijke parameters voor de mobiliteit van microverontreinigingen."
Deze doelstelling is zeer algemeen en omvangrijk en gezien de beperkte tijd dienden er enige beperkingen te worden aangebracht. Toch zijn we erin geslaagd een aanzienlijk deel van de doelstellingen te verwezelijken en kunnen we een goed beeld schetsen van de sorptie problematiek in zowel het zoete estuariene en mariene milieu. Met name heeft het onderzoek zich gericht op Zn, Cr en As. Elementen zoals Cd is al veel onderzoek gedaan in het estuariene gebied. (Comans en Van Dijk, Paalman, Zwolsman). Het sorptie gedrag van antimoon (Sb) lijkt op dat van arseen. Aan Co, Cu, Ni, Pb en Hg is geen aandacht besteed. De resultaten die hier worden gepresenteerd en bediscussieerd worden, komen hoofdzakelijk voort uit experimenten die speciaal in het kader van dit project uitgevoerd zijn.
De meest interessante gegevens zijn tevens gebruikt in twee concept publicaties, met als titels:
1. Sorption of zinc on river suspended particles in estuarine salinity gradient: a laboratory study.
2. Scavenging of heavy metals during dumping of Rotterdam harbour sediments in oxic seawater: a laboratory study. Deze zijn als toevoeging bijgevoegd en geven de resultaten beknopt weer.
De originele meetwaarden zijn in de appendices in een zodanig vorm weergegeven dat deze gebruikt kunnen worden voor gečnteresseerden.

Bij de start van het onderzoek moesten enkele prioriteiten gesteld worden. Een belangrijk argument was: wat bepaald de beschikbaarheid van contaminanten in het waterige milieu? Vaak is de opgeloste fase (oplossing) de beschikbare fase voor water organismen. De beschikbaarheid van contaminanten is weer afhankelijk van de sorptie eigenschappen van de microverontreiniging. Het is de particulaire fractie die in intensief contact staat met de oplossing. De interacties zijn in het algemeen snel en zijn cruciaal voor het gedrag van zware metalen. De keuze om niet de nadruk op interacties in de bodem te leggen berust op de overweging dat transporten van contaminanten daarin zeer langzaam verlopen en meestal gecontroleerd worden door diffusie indien in het sediment geen advectief transport plaatsvindt.
Een ander geval is het indien sediment (Rotterdams havenslib ) gedumpt wordt in zeewater. Het sediment met zijn diffusie gecontroleerde processen wordt plotseling gedispergeerd en in een suspensie gebracht waar het in intensief contact staat tussen de deeltjes en de bovenliggende waterlaag. Sorptie processen worden hierbij zeer belangrijk met een gelijktijdige geochemische verandering van het substraat. Het belang van deze omschakeling werd dan ook nader onderzocht. Uitwisseling van contaminanten naar het bovenliggende water zijn op langere tijdschaal niet onbelangrijk maar indien contaminanten vrijkomen in de waterfase wordt hun gedrag bepaald door de interactie tussen gesuspendeerd materiaal en de oplossing.
Het gedrag van contaminanten in combinatie met fysische/chemische processen vormen in de natuur een complex en variabel geheel. Figuur 1 illustreert de complexiteit.



Figuur 1. Sorptie processen opgeloste en vaste fase.

In dit onderzoek hebben we de nadruk gelegd op sorptie proces- sen tussen water en particulair materiaal en deze processen kunnen we vertalen naar selectieve laboratorium proeven. Vaak is er een duale aanpak gekozen, door in eerste instantie goed gedefinieerde mineralen te gebruiken krijgt men een beeld van de anorganische speciering. In tweede instantie is met natuurlijk materiaal gewerkt onder gesimuleerde natuurlijke omstandigheden. Het grote voordeel hierbij is dat we processen goed in de hand kunnen houden en specifiek naar een bepaald aspect kunnen kijken. We sluiten hierbij ook een natuurlijke variabiliteit uit. Deze gecontroleerde omstandigheden geven aanleiding tot een grote reproduceerbaarheid en mede daardoor zeer accurate gegevens. Suspensies zijn aangemaakt met natuurlijk Rijnslib, zoals die bij Lobith verzameld worden door DBW/RIZA.
Er werd gekozen voor zink. Zink heeft een zodanig gedrag dat het zink onder natuurlijke omstandigheden voor een groot deel in de opgeloste fase aanwezig is. Het behoort dan ook tot de zogenaamde zachte elementen (Stumm en Morgan, 1981), elementen die zowel complexeren met liganden als een zwakke binding kunnen aangaan met substraat. In tegenstelling Zn heeft Cr(III) een compleet ander gedrag. Vooral Cr(III) zit sterk gebonden aan het sediment en zal onder normale omstandigheden niet makkelijk beschikbaar komen, d.w.z. uitwisselen met de waterfase. Toch blijkt Cr(III) in rivierwater aanwezig te zijn, dit blijkt sterk organisch gebonden te zijn. Proeven met toevoeging van commercieel humuszuur bevestigen de belangrijke rol van organische materiaal in opgeloste fase. De geoxideerde vorm (chromaat) is echter zeer mobiel.
Met arseen(III) en arseen(V) werden sorptie proeven uitgevoerd onder o.a. oxische en anoxische omstandigheden. As(V) adsorbeerde goed onder gereduceerde omstandigheden terwijl Arsenaat redelijk mobiel was. Bij een gesimuleerde storting van dit anoxische materiaal bleek dat het arseen geadsorbeerd wordt door waarschijnlijk het ijzeroxide.
Sorptie processen vertonen een duidelijk gedrag, een algemene theorie is dat vanuit de oplossing een snelle verdwijning van metaalionen optreedt naar het oppervlak van het substraat, gevolgd door een langzame absorptie in het substraat. Om enig begrip te verkrijgen van dit fenomeen wil men dit in een theorie beschrijven. Dit kan b.v. door gebruik te maken van kinetische modellen. De sorptie kan dan beschreven worden door enkele karakteristieke parameters. Enkele modellen worden hier beschreven.
Een belangrijke motivatie tot het doen van dergelijk onderzoek is om na te gaan wat er gebeurt bij het storten van baggerspecie, daarbij treedt gedeeltelijk snelle suspendering op in een oxisch milieu. Uit het onderzoek blijkt dat onder die condities opgeloste zware metalen binnen zeer korte tijd gea
dsorbeerd.

Naar:


Volgend hoofdstuk INDEX HOME

Titel rapport: