2. Sorptie gedrag van zink in zeewater.

2.1. Inleiding

Bij de toegevoegde concept publicatie komt het gedrag van zink in het estuariene gebied uitgebreid aan bod. Adsorptie en desorptie van zink aan riviersuspensies in zeewater wordt hier bekeken. Het mag duidelijk zijn dat een overgang van zoet naar zout voor wat betreft het gedrag van zware metalen een veel groter effect heeft dan het sorptiegedrag in alleen rivierwater of alleen in zeewater. Voor het mariene gedeelte is een groot concentratie traject genomen om een overzicht te krijgen wanneer de aangelegde concentratie een verandering in het sorptie gedrag tot stand komt.

2.2. Materialen en methoden

De procedures die bij deze experimenten uitgevoerd zijn, zijn identiek aan die van de procedures in het concept publicatie van zink. We zijn hier uitgegaan van een begin concentratie van 50, 75, 100, 150, 250, 350 en 500 Ķg Zn/L. Tevens is het belangrijk een groot concentratie bereik te nemen om verzadiging van het substraat te kunnen waarnemen. Daartoe werd Rijn gesuspendeerd materiaal in zeewater gedialyseerd. Vervolgens werd de suspensie die ongeveer 0.15 g/L bedraagt geadsorbeerd met verschillende zink beginconcentraties en bemonsterd in de tijd. Na een adsorptie in zeewater gedurende 12 dagen, werd dit gevolgd door een desorptie in zeewater gedurende 12 dagen.

2.3. Resultaten en discussie

In figuur 1 staat de adsorptie van zink in de tijd voor de zeven verschillende concentraties.



Figuur 1. Adsorptie van zink aan Rijnslib in zeewater voor 7 beginconcentraties. De adsorptie is uitgedrukt als percentage in oplossing van de toegevoegde concentratie (100 %). Suspensie gehalte: 0.15 g/L, pH=8.2.

Een snelle opname gedurende de eerste paar dagen wordt ook hier gevolgd door een langzame adsorptie. Als verklaring kan men uitgaan van een snelle adsorptie aan het oppervlak gevolgd door een penetratie naar het binnenste van het substraat. Een desorptie in ongecontamineerd zeewater zien we in figuur 2.



Figuur 2. Desorptie van zink aan Rijnslib in zeewater na een adsorptie van 12 dagen. Suspensie gehalte: 0.15 g/L, pH=8.2.

Na een snelle desorptie gedurende de eerst paar dagen treedt weer een adsorptie op. Dit betekent dat het substraat relatief onverzadigd is. In het algemeen zal de zink adsorptie in het zeewater niet zo groot zijn als in het rivierwater, omdat men in zeewater met een ander ion medium te maken heeft.



Figuur 3. Bijdrage van de belangrijkste zinkspecies in een saliniteit gebied van rivierwater naar zeewater. SpeciŽring is berekend m.b.v. een Wateqx PC-programma (Van Gaans, 1989).

De relatieve activiteit van het Zn2+ species is aanzienlijk verlaagd in het zoute zeewater als gevolg van complexering en een toename van de ionsterkte (figuur 3).



Figuur 4. Gesorbeerde concentratie aan Rijnslib in zeewater t.ov. de opgeloste concentratie na een sorptie periode van 12 dagen. Suspensie concentratie: 0.15 g/L, pH=8.2.

In figuur 4 is de adsorptie en de desorptie aan de vaste fase t.o.v. opgeloste concentratie weergegeven. De adsorptie aan de vaste fase vertoont een zekere verzadiging, waar te nemen als een afvlakking van de curve. De desorptie vertoont een vrijwel rechte lijn. Er is een hysterese in het sorptie gedrag te zien, dit betekent dat een deel van het geadsorbeerde zink irreversibel gebonden is. De desorptie tijd gedurende 12 dagen is niet voldoende om een volledige desorptie te bewerkstelligen. Het blijkt, gezien de rechte lijn van de desorptie, dat een evenwichtstoestand tussen vaste fase en oplossing wordt bereikt. In figuur 5 is de initiŽle concentratie en de partitie coŽfficiŽnt uitgezet.



Figuur 5. PartitiecoŽfficiŽnt t.o.v. de initiŽle zink concentratie na een adsorptie periode van 12 dagen gevolgd door een desorptie in zeewater. Suspensie concentratie: Gesorbeerde concentratie aan Rijnslib in zeewater t.ov. de opgeloste concentratie na een sorptie periode van 12 dagen. Suspensie concentratie: 0.15 g/L, pH=8.2.

Bij hoge initiŽle concentraties is de Kd (concentratie vast/concentratie oplossing) lager dan bij lage beginconcentraties. Dit is een verschijnsel dat ook optreedt bij de de adsorptie aan Rijnslib in rivierwater. Bij desorptie blijft de Kd op een ongeveer constante waarde. Dit betekent dat er gedurende de 12 dagen een evenwicht is bereikt tussen de suspensie en oplossing.

2.4. Conclusies

Het gedrag van zink in zeewater verschilt niet essentieel van dat van het gedrag in rivierwater. Zink wordt als zodanig meer gecomplexeerd als gevolg van meer complexatie van met name door chloride, sulfaat, carbonaten en hydroxiden. Het substraat vertoont eenzelfde heterogene sorptie gedrag, bij desorptie treedt een partitiecoŽfficiŽnt op die vrijwel constant is voor alle initiŽle concentraties. De partitiecoŽfficiŽnt ligt in dezelfde orde van grootte als die van de adsorptie/desorptie van rivierwater. Het is te verwachten dat baggerspecie indien dit gestort is en als gesuspendeerd materiaal in zeewater zal blijven zweven een gelijk sorptie gedrag zal vertonen. Als dit gesuspendeerde materiaal gemengd wordt met relatief ongecontamineerd zeewater dan zal het evenwicht snel ingesteld worden en kan een verdere desorptie optreden.

2.5. Referenties

Van Gaans, P.F.M. (1989) Wateqx- a restructured, generalized and extended Fortran 77 computer code and database format for the Wateq aqueous chemical model for element speciation and mineral saturation for use on personal computers or mainframes. Computers and Geoscience, 15, 843-887.

Volgend hoofdstuk INDEX HOME

Titel rapport: