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
ge‹nteresseerden.
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:
Titel rapport:
