7. Algemene conclusies van het sorptiegedrag van zware
metalen.
Het gedrag van zware metalen in een natuurlijke omgeving is in
het algemeen complex en kan niet met een enkelvoudig model
bepaald worden. Uit enkele boeken die een goed overzicht geven
wordt deze complexiteit beschreven (Stumm en Morgan, 1981,
Salomons en Förstner 1984, Salomons en Förstner 1988, Salomons
et al. 1988).
Door het sorptie gedrag van gesuspendeerd materiaal in
water te bestuderen kunnen we de belangrijkste processen in
het aquatische systeem verklaren. Het fysisch/chemische gedrag
van zware metalen kan in eerste instantie verklaard worden
door de interactie tussen opgeloste en vaste fase.
Bodemprocessen met hun diagenetische uitwisseling met de
waterfase maken deel uit van de sorptie processen tussen het
vaste gesuspendeerde materiaal en de waterfase. In zowel zoet
als zout water geeft dit een specifiek sorptiegedrag.
Desorptie treedt snel op en stabiliseert zich tot een constante
partitiecoëfficiënt (Kd). Er treedt in zowel zoet als zout
water een verzadiging van het substraat op dat met een Freundlich isotherm verklaart kan
worden. Het substraat Rijnslib is
zeer heterogeen, dit kan ook verwacht worden omdat het uit
diverse natuurlijke mineralen en organische materiaal is
opgebouwd. In het estuariene milieu treden belangrijke verschuivingen op van het
evenwicht tussen de opgeloste en vaste
component.
Het gedrag van zink vertoont een duidelijk desorptie onder
laboratorium condities. Het blijkt dat desorptie het sterkste
effect heeft bij een saliniteit tussen 0 en 5. Dit is tevens
het gebied waar flocculatie optreedt. Dit lijkt in tegenstelling te zijn tot wat gevonden is
in veldstudies waar een
adsorptie lijkt op te treden aan het gesuspendeerde materiaal.
Laboratorium experimenten hoeven daarbij niet in tegenspraak
te zijn met veldmetingen omdat men in het veld met extra
effecten te maken heeft. In het Rijnestuarium wordt particulair materiaal vanuit de zee
aangevoerd, wordt gesuspendeerd
materiaal gevormd en treedt in het havengebied een netto
sedimentatie op. De bijdrage van deze processen heeft men tot
op heden nog niet eenduidig kunnen onderzoeken.
Het sorptie gedrag van Cr(III) bleek irreversibel te zijn
Cr(III) blijkt snel te absorberen en lijkt onder natuurlijke
condities niet makkelijk te desorberen zelfs niet met complexeringsmiddelen zoals NTA.
Toch werd door complexering met humuszuur Cr(III) in oplossing
gehouden en adsorptie trad maar langzaam op.
Dit betekent dat Cr(III), indien aanwezig in de waterfase,
waarschijnlijk gecomplexeerd is met organische materiaal.
Cr(VI) (chromaat) vertoont praktisch geen adsorptie in zowel
rivierwater als in zeewater. Toevoeging van humusmateriaal
heeft geen effect op het adsorptie vermogen.
Bij een gesimuleerde baggerslib storting bleek het gedrag van
zware metalen direct te correleren met de verdwijning van de
hoofdelementen Fe, Mn en P.
Doordat deze hoofdelementen onderhevig zijn aan een snelle
oxidatie door het oxische zeewater worden vrijwel instantaan
neerslagen gevormd die een groot ad- en absorptie vermogen
bezitten. Coprecipitatie en adsorptie kunnen daarbij gelijktijdig optreden, wat tot gevolg
heeft dat zware metalen die in
hoge concentratie aan zeewater werden toegevoegd binnen enkele
minuten weggevangen worden. Praktisch betekent dit dat tijdens
storting in zeewater geen zware metalen in het Rotterdamse
havenslib vrijkomen. De pH ondervindt dan geen verlaging als
gevolg van een natuurlijke bufferwerking d.m.v. carbonaten.
Indien zoals bv. uit de Hamburgse haven verlaging van de pH
optreedt kan mobilisatie optreden van zware metalen. Het
wegvangen van zware metalen aan bagger tijdens een storting
betekent niet dat nooit zware metalen door stortingsactiviteiten zullen vrijkomen. Zware
metalen blijken gedurende storting
in anoxisch water naar meer beschikbare fasen (vastgesteld
door sequentiële extractie) in het sediment te verplaatsen.
Het is daarom niet ondenkbaar dat deze zware metalen aan
beschikbare plaatsen op den duur in de waterfase vrijkomen.
Arseen bleek op een zelfde manier te adsorberen indien geïncubeerd baggerslib
actief werd belucht.
Kinetische modellering van sorptieproeven vereist speciaal hiervoor
opgezette experimenten. Men kan door kinetische beschrijvingen
een goede indruk krijgen van het sorptiegedrag. Een snel
kinetisch evenwicht, welke de adsorptie aan het oppervlakte
voorsteld, kan gevolgd worden door irreversibele langzame
tweede stap. Deze hypothese blijkt redelijk te voldoen aan het
adsorptie gedrag van zink aan gesuspendeerd Rijnslib.
7.1. Referenties
Salomons en Förstner (eds.) (1984) Metals in the hydrocycle.
Springer Verlag, Berlin, pp 349.
Salomons en Förstner (eds.) (1988), Chemistry and biology of
solid waste, Dredged material and mine tailings. Springer
Verlag, Berlin pp 305
Salomons W., Bayne B.L., Duursma E.K., Förstner (eds) (1988),
Pollution of the North Sea, an assessment. Springer Verlag,
Berlin pp 687.
Stumm W en Morgan J.J. Aquatic Chemistry 2nd Ed. (1981) John
Wiley and sons. New York, pp 780.
Titel rapport:
