VLEKHO-HONIM Oxidatie en rijping van sedimenten: milieu-impact en mogelijkheden voor nuttige toepassingen Valérie Cappuyns CEDON-seminarie 11 maart 2008.

Presentatie over: "VLEKHO-HONIM Oxidatie en rijping van sedimenten: milieu-impact en mogelijkheden voor nuttige toepassingen Valérie Cappuyns CEDON-seminarie 11 maart 2008."— Transcript van de presentatie:

1 VLEKHO-HONIM Oxidatie en rijping van sedimenten: milieu-impact en mogelijkheden voor nuttige toepassingen Valérie Cappuyns CEDON-seminarie 11 maart 2008

2 VLEKHO-HONIM Inleiding Vroeger onderzoek –Mobiliteitsgedrag van zware metalen in overstromingssedimenten –Studie van uitlooggedrag van metalen in verschillende matrices (bodems, sedimenten, afvalstoffen) –Evaluatie van uitloogtesten Huidig onderzoek –Voorspellen van gedrag van zware metalen bij rijping en oxidatie van sedimenten –Mogelijkheden voor nuttige toepassingen van gebaggerde sedimenten

3 VLEKHO-HONIM Inleiding (gecontamineerde) sedimenten: Definities en probleemstelling Wettelijk kader Onderzoeksresultaten

4 VLEKHO-HONIM Definities baggerspecie : afkomstig van het onderhouden, verdiepen en/of verbreden van bevaarbare waterlopen behorende tot het openbaar hydrografisch net en/of aanleg van nieuwe waterinfrastructuur ruimingsspecie: ruimen van de bodem van oppervlaktewateren zoals gedefinieerd in het besluit van de Vlaamse regering van 1 juni 1985 houdende algemene en sectorale bepalingen inzake milieuhygiëne en voor zover het geen bevaarbare of terrestrische bodem betreft Zware metalen: As, Cd, Cr, Cu Ni, Pb, Zn

5 VLEKHO-HONIM Oorsprong van gecontamineerde sedimenten

6 VLEKHO-HONIM Probleemstelling Europa: “Water Framework Directive”: rivieren moeten tegen 2015 ‘schoon’ zijn Vlaanderen: –Meer dan 50% van waterlopen is zwaar verontreinigd –Jaarlijkse accumulatie van 1.8 miljoen ton m 3 sediment –Historische achterstand van 30.5 miljoen ton m 3 sediment (MIRA-T, 2006) Baggeren noodzakelijk

7 VLEKHO-HONIM Storten in een deponie (boven of onder water) Nuttige toepassingen Hergebruik als bodem Hergebuik als bouwstof *Vormgegeven bouwstof *Niet-vormgegeven bouwstof Wat doen we met de gecontamineerde baggerspecie?

8 VLEKHO-HONIM =>Storten in een deponie Tekort aan stortruimte

9 VLEKHO-HONIM =>Hergebruik als bodem Vroeger: willekeurige afzetting op land langsheen rivieren, ophoging van terreinen Sinds 2004 wettelijk geregeld: –Wanneer specie op de oever wordt verspreid zijn de bepalingen en normen van het VLAREBO van toepassing –baggerspecie die niet voldoet aan de normen voor gebruik als bodem, maar waarvan de verontreiniging lager is dan 80% van de bodemsaneringsnorm bestemmingstype II (bijlage 4 van het VLAREBO), onder bepaalde voorwaarden tijdelijk op de oever worden gestockeerd met het oog op de ontwatering en de afvoer ervan. Wat doen we met de gecontamineerde baggerspecie? Wettelijk kader

10 VLEKHO-HONIM =>Hergebruik als bouwstof Hergebruik als bouwstof (normen in VLAREA=> totaalconcentraties en uitloogbaarheid) Ongeveer 82 % van de bagger- en ruimingsspecie voldoet aan de milieuhygiënische (VLAREA) eisen voor hergebruik: –23 % van de specie voldoet aan de normen voor gebruik als bodem –59 % voldoet aan de normen voor gebruik als bouwstof. In Vlaanderen wordt echter slechts 30% van de baggerspecie nuttig toegepast Wat doen we met de gecontamineerde baggerspecie?

11 VLEKHO-HONIM Totale hoeveelheden baggerspecie die voldoen aan de norm voor hergebruik als bouwstof Bevaarbare waterlopen Onbevaarbare waterlopen Historische achterstand 9.103.000 tds7.995.000 tds Jaarlijkse aangroei1.340.000 tds96.000 tds Gebruik als bouwstof Ophoogzand, klei, bouwzand (vb. gebruik in dijklichamen en in afdeklagen van stortplaatsen) Produktie van bakstenen Productie van vulstoffen voor de bouw (vb. lightweight aggregates LWA)

12 VLEKHO-HONIM Samenstelling van bodems en sedimenten Onverzadigde zone => poriënwater Verzadigde zone => grondwater Vaste fase: organische stof, kleimineralen, Fe-oxiden, sulfiden Vloeibare fase: poriënwater, grondwater Gasfase

13 VLEKHO-HONIM Bemonstering van poriënwater met « Rhizon Soil Moisture Samplers »

14 VLEKHO-HONIM =>Voorbeeld Dijle en Diepteloop: is tijdelijke stockage langs de oever van de rivier mogelijk? Totale Zn-concentratie Dijle: 498 mg/kg Diepteloop: 138 mg/kg Zijn totaalconcentraties een goede maatstaf? Normen Norm voor hergebruik als bodem : 480 mg/kg Norm voor hergebruik als bouwstof : 1250 mg/kg =>Tijdelijke stockage langs de oever van de rivier is toegelaten voor het sediment uit de Diepteloop, niet voor het Dijle- sediment

15 VLEKHO-HONIM =>opvolgen van de samenstelling van het poriënwater (pH, zware metalen, hoofdelementen, anionen) Evolutie van de mobiliteit van zware metalen na afzetting van het sediment op land?

16 VLEKHO-HONIM 2 3 4 5 6 7 8 9 04080120160 pH 2 3 4 5 6 7 8 9 04080120160 Tijd (dagen) pH Dijle Diepteloop Tijd (dagen)

17 VLEKHO-HONIM 0 5 10 15 20 25 30 04080120160 Tijd (dagen) Zn-concentratie Zn (mg/L) 0 50 100 150 200 250 300 04080120160 Tijd (dagen) Zn-concentratie Zn (µg/L) Dijle Totale Zn-concentratie: 498 mg/kg Diepteloop Totale Zn-concentratie: 138 mg/kg

18 VLEKHO-HONIM Besluit Totale metaalconcentraties zijn geen goed criterium om het risico geassocieerd met gecontamineerde sedimenten te beoordelen. Sedimenten met lage metaalconcentraties (onder de norm) kunnen soms meer metalen vrijgeven bij rijping en oxidatie dan gecontamineerde sedimenten (boven de norm). Hoe kunnen we het risico dan wel evalueren?

19 VLEKHO-HONIM Oxidatie experimenten Gesimuleerde afzetting aan land Versnelde oxidatie

20 VLEKHO-HONIM resuspensie

21 VLEKHO-HONIM Proefopstelling A.pH electrode B: sediment suspensie C: schudtafel D: spuit met filter en flexibele tube A B C D

22 VLEKHO-HONIM Evolutie van de pH en Zn-concentraties in het het poriënwater tijdens rijping en oxidatie 2 3 4 5 6 7 8 010203040 10 cm 2 cm pH Tijd (dagen) Kogbeek Zn (mg/L) 0.1 1 10 100 1000 10000 010203040 Tijd (dagen)

23 VLEKHO-HONIM Vergelijking porienwater-resuspensietest Porienwater resuspensie

24 VLEKHO-HONIM Vrijgave van zware metalen naar het porienwater C = a e kt Resuspensie  k x 4-6

25 VLEKHO-HONIM Besluit De pH blijkt dé belangrijkste parameter die moet gemonitored worden tijdens de rijping van sedimenten. Het patroon van het pH-verloop van de suspensie tijdens de ‘versnelde oxidatietest (schudtest) is analoog aan het pH-verloop van het poriënwater. Afhankelijk van de sedimentsamenstelling is de oxidatie in de schudtest echter 4 tot 6 keer sneller dan in het poriënwater. Gezien de sterke pH-afhankelijkheid van het uitlooggedrag van zware metalen, kan op basis van het pH-verloop en de uitloging van metalen geregistreerd tijdens een schudtest reeds een semi- kwantitatief beeld verkregen worden van de potentiële uitloging van zware metalen bij rijping van sedimenten.

26 VLEKHO-HONIM Productie van bakstenen: –Na het drogen worden de sedimenten vermengd met additieven, opnieuw bevochtigd en gebakken op hoge temperatuur (880°C-1200°C) Kunnen de sedimenten gebruikt worden als bouwstof? Productie van lichtgewicht aggregaten: –Toeslagstof in beton – Op hoge temperatuur (1100°C)

27 VLEKHO-HONIM H 2 O-oplosbare concentratie (µg/L) AsCrVZnCdNiCuPb DM1 20°C 2<1 31393114<0.5 900°C 33232143050<0.53131 1000°C 1913641030<0.524 1100°C 7166420323<0.533 Invloed van hoge temperatuur op mobiliteit zware metalen

28 VLEKHO-HONIM –2001-2006, Haven van Antwerpen –kostenbepaling van verschillende beheersscenario’s –Ecotoxicologisch onderzoek –Analyse van bodem, grondwater en vegetatie Kunnen de sedimenten gebruikt worden als bouwstof? Risico’s, ontwikkelingsmogelijkheden en beheer van dijken uit brak baggerslib

29 VLEKHO-HONIM –Dijken uit baggerspecie kunnen enkel als buffer worden gebruikt indien zij zelf geen bedreiging vormen voor het milieu. –multidisciplinaire aanpak met aandacht voor bouwtechnische, ecotoxicologische, bosbouwkundige en ecologische aspecten Hergebruik van baggerspecie in landschapsdijken: conclusies

30 VLEKHO-HONIM Besluit De onderzochte sedimenten vertonen een relatief laag milieurisico wanneer ze aan land worden gebracht. Indien ze gebruikt worden voor de productie van bakstenen of aggrgaten voor de bouw, dan moet de verhoogde mobiliteit van As, Cr en V in acht genomen worden. het gebruik van verontreinigde baggerspecie bij landschapsontwikkeling is mogelijk. Toch moeten bepaalde voorwaarden worden gerespecteerd en een aantal richtlijnen worden gevolgd om de veiligheid te waarborgen en de bufferende en ecologische functie van landschapsdijken te optimaliseren.

31 VLEKHO-HONIM Toekomstig onderzoek Huidige expertise verder uitbouwen Interdisciplinaire onderzoeksthema’s  Samenwerking met VMM: waterbodemmeetnet.  Mogelijkheden voor hergebruik en valorisatie van gecontamineerde sedimenten (samenwerking met industrie?)  Verschillende projectaanvragen met K.U.Leuven onderzoekers.

32 VLEKHO-HONIM Ingediende projectaanvragen Co-promotor FWO-project “Vorming, evolutie en milieu-impact van secundaire Cu-Co mineralen in verweringsprofielen en bodems in Katanga” –omzettingen van ertsen onder invloed van bodemvormende processen, –bepaling van de graad en vorm van verontreiniging van bodems en sedimenten door zware metalen –Samenwerking met KMMA Tervuren Universiteit Gent Hogeschool Gent K.U.Leuven

33 VLEKHO-HONIM Co-promotor IOF-project “Pyrometallurgie en industriële ecologie” -Valorisatie van slakken uit de metallische industrie, met aandacht voor eco-efficiëntie en duurzaamheid -Samenwerking -KULeuven (MTM, geologie) -HUB Co-promotor Hercules-project Middelzware onderzoeksapparatuur (microsonde)

34 VLEKHO-HONIM Interdisciplinaire onderzoeksthema’s  Stadsbodems * bodemkwaliteit van groene ruimten in de stad * economische waardering van groene ruimten in de stad Voorbeeld: bodems van tuinen van kinderdagverblijven en speeltuinen - Bodemcontaminatie veroorzaakt door vb.houten speeltuigen behandeld met CCA, historische bodemverontreiniging - Adviezen voor beleid

35 VLEKHO-HONIM Interdisciplinaire onderzoeksthema’s  Stadsbodems Werkgroep “Brussels Potential for Environmental Research” Raad voor het Wetenschapsbeleid van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest * inventarisatie van Milieu-onderzoek in het Brussels Gewest * oproep tot het indienen van projectvoorstellen

36 VLEKHO-HONIM Interdisciplinaire onderzoeksthema’s  Perceptie van het risico van bodemverontreiniging *milieudeskundigen  eigenaars van gecontamineerde gronden *bewoners van gecontamineerde en niet- gecontamineerde gebieden  Attitude ten op zichte van bodemsaneringstechnieken * belang van ≠factoren:milieu, esthetische factoren, hinder,….  Methode: * vragenlijsten, multiple choice

37 VLEKHO-HONIM Interdisciplinaire onderzoeksthema’s  Mogelijkheden voor hergebruik en valorisatie van gecontamineerde sedimenten * technische haalbaarheid * milieu-impact: verwerking van de sedimenten zelf (energiekost,…), immobilisatie van contaminanten * economische haalbaar ? * acceptatie van vb; bakstenen die gemaakt zijn uit gecontamineerde sedimenten?

38 VLEKHO-HONIM Interdisciplinaire onderzoeksthema’s  Eco-efficientie/levenscyclusanalyse van bodemsaneringstechnieken * samenwerking met milieuadviesbureaus