Analytische problemen en oplossingen in het onderzoek 1 Zware metalen

In zowel de adsorptie-experimenten als in de experimenten met de doorstroomkolommen, is getracht zo dicht mogelijk aan te sluiten bij de veldomstandigheden van de Vecht en zijn zijwateren. Zo zijn de experimenten uitgevoerd bij dezelfde (relatief hoge) pH, met Dutch Standard Water in plaats van demi-water en met een mix van zware metalen in dezelfde verhouding als die voorkomt in het poriewater van het bemonsterde Vecht-sediment. Met dit laatste werd getracht om eventuele competitie tussen de zware metalen voor een plekje aan het adsorptiecomplex van de geselecteerde actieve component (zeoliet) mee te nemen in de experimenten. Hiermee weken onze experimenten af van veel in de literatuur beschreven onderzoek naar de binding van zware metalen aan zeolieten.

Als gevolg van de keuze om de adsorptie-isothermen van de beschouwde metalen in een mix te bepalen, liepen we bij de uitvoering tegen een aantal problemen aan die van invloed waren op de uiteindelijke experimentele opzet. Zo bleek dat er bij het gebruik van een mix van zware metalen, een grote kans op neerslagvorming was, zeker bij de hogere concentraties. Om voor het verlies van metalen uit de oplossing door neerslagen te kunnen corrigeren, is het van belang dat er voldoende blanco’s in het experiment worden meegenomen. Dit bleek ook van belang bij de experimenten met de doorstroomkolommen: de blanco kolom, waar alleen influent doorheen stroomde, gaf onmisbare informatie over de werkelijke influentconcentratie die door de andere kolommen heen stroomde.

In de experimenten werd gebruik gemaakt van Dutch Standard Water omdat dit qua samenstelling beter overeenkomt met oppervlaktewater dan demi-water, dat normaal gesproken in experimenten wordt gebruikt. Het in het Dutch Standard Water aanwezige sulfaat, gaf echter problemen met neerslagvorming. Daarom is de samenstelling van het gebruikte Dutch Standard Water gewijzigd door gebruik van magnesiumchloride in plaats van magnesiumsulfaat.

7.5.2 PAK

Bij de bepaling van de adsorptie-isothermen van een mix van PAK aan actieve kool, is het erg belangrijk dat er geen actieve kooldeeltjes meer aanwezig zijn in de waterfase die wordt geëxtraheerd. Eén minuscuul actief kooldeeltje kan, zeker bij de zeer lage PAK-concentraties in de waterfase, de PAK-concentratie in het extract sterk verhogen. Indirect meten (passive sampling) van de PAK-concentraties in de waterfase sluit dergelijke verstoring door actieve kooldeeltjes uit. Daarom is in dit onderzoek gebruik gemaakt van passive sampling met solid phase micro extraction (SPME) en siliconenrubber. Het meten met SPME bleek echter niet goed te werken omdat de fibers onderling te veel afwijking vertoonden qua adsorptie van de verschillende PAK.

Het gebruik van twee siliconenrubberen 'inlays' in de dop van het schudflesje, als extra fase om indirect PAK-concentraties in de waterfase te meten, leidde wel tot goede resultaten. Met de verdelingscoëfficiënten van PAK tussen de waterfase en het rubber, konden de PAK- concentraties in het siliconenrubber worden omgerekend naar concentraties in de waterfase en naar hoeveelheden aan de actieve kool geadsorbeerde PAK.

1201913-000-BGS-0003, 16 december 2011, definitief

De Bodem Bedekt 53

8 Referenties

Bakker, D., L. Osté, G. Roskam, J. de Weert en J. Hemelraad, 2011. De Bodem Bedekt. Het onderzoeken en aanbrengen van een fosfaatbindende afdeklaag in de Bergse Voorplas. Deltares-rapport 1201913-000-BGS-0004.

Azcue, JM, A.J. Zeman, A. Mudroch, F. Rosa and T. Patterson, 1998. Assessment of sediment and porewater after one year of subaquaeous capping of contaminated sediments in Hamilton Harbour, Canada. Water Science & Technology, vol. 37, no.6-7, pp. 323-329. Cornelissen, G. M. Elmquist, H.P. H. Arp, K. Amstätter, E. Eek, G.D. Breedveld, M. Schaanning, Th. Henriksen and Th. Hartnik, 2010a. Strong sorption of organic contaminants to black carbon in sediment and soil: from science to field engineering applications. Abstract for NECC 2010 presentation (Nordic Environmental Chemical Conference, 2-5 maart Longyearbyen, Svalbard, Norway)

Cornelissen, G. M. Elmquist, R. Brändli, Th. Hartnik, Th. Henriksen and G.D. Breedveld, 2010b. Black carbon amendment for in situ remediation of PAH and PCB: Field trials in soils and sediments. Abstract for conference, personal communication.

Eek, E., O. Godoy, P. Aagaard and G.G. Breedveld, 2007. Experimental determination of efficiency of capping materials during consolidation of metal-contaminated dredged material. Chemosphere, vol. 69, pp. 719-728.

Eek, E., G. Cornelissen, A. Kibsgaard and G.D. Breedveld, 2008. Diffusion of PAH and PCB from contaminated sediments with and without mineral capping; measurement and modeling. Chemosphere, vol. 71, pp. 1629-1638.

Erdem, E. N. Karapinar, R. Donat, 2004. The removal of heavy metalcations by natural zeolites. Te removal of heavy metal cations by natural zeolites. Journal of Colloid and Interface Science, vol. 280, pp. 309-314.

Ghosh, U., J.S. Gillette, R.G. Luthy and R.N. Zare, 2000. Microscale location, characterization and Association of polycyclic aromatic hydrocarbons on harbor sediment particles. Environmental Science and Technology, vol. 34, no.9, pp. 1729-1736.

Ghosh, U., J.R. Zimmerman and R.G. Luthy, 2003. PCB and PAH speciation among particle types in contaminated harbor sediments and effects on PAH bioavailability. Environmental Science and Technology, vol. 37, no.10, pp. 2209-2217.

Hull, J.H., J.M. Hersak and C.A. Kasper, 1999. In situ capping of contaminated sediments: comparing the relative effectiveness of sand versus clay mineral-based sediment caps. Proceedings of the 1999 Conference on Hazardous Waste Research.

Hull, J. and C. Stephens, 2000. Field-scale testing of a composite particle sediment capping technology. Informatie op het internet over een afdek-demonstratieproject door de stad Toledo, Canada.

1201913-000-BGS-0003, 16 december 2011, definitief

Jacobs, P.H. and U. Förster, 1999. Concept of subaqueous capping of contaminated sediments with active barrier systems (ABS) using natural and modified zeolites. Wat. res. vol. 33, no. 9, pp. 2083-2087.

Jacobs, P.H. and T.D. Waite, 2004. The role of aqueous iron(II) and manganese(II) in sub- aqueous active barrier systems containing natural clinoptilite. Chemosphere, vol. 54,, pp. 313-324.

Liu, C., J.A. Jay, R. Ika, J.P. Shine, T.E. Ford, 2001. Capping efficiency for metal- contaminated marine sediments under conditions of submarine groundwater discharge. Environmental Science and Technology, vol. 35, no.11, pp. 2334-2340.

McLeod, P.B., M.J. van den Heuvel-Greve, R.M. Allen-King, S.N. Luoma and R.G. Luthy, 2004. Effects of particulate carbonaceous matter on the bioavailability of benzo(a)pyrene and 2,2',5,5'-tetrachlorobiphenyl to the clam Macoma balthica. Environmental Science and Technology, vol. 38, no.17, pp. 4549-4556.

McLeod, P.B., M. J. van den Heuvel-Greve, S.N. Luoma and R.G. Luthy, 2007. Biological uptake of polychlorinated biphenyls by Macoma Balthica from sediment amended with activated carbon. Environmental Toxicology and Chemistry, vol. 26, no.5, pp. 980-987.

McLeod, P.B., S.N. Luoma and R.G. Luthy, 2008. Biodynamic modeling of PCB uptake by Macoma balthica and Corbicula fluminea from sediment amended with activated carbon. Environmental Science and Technology, vol. 42, no.2, pp. 484-490.

Millward, N., T.S. Bridges, U. Ghosh, J.R. Zimmerman and R.G. Luthy, 2005. Addition of activated carbon to sediment to reduce PCB Bioaccumulation by a polychaete (Neantes arenaceodentata) and an amphipod (Leptocheirus plumulosus). Environmental Science and Technology, vol. 39, no.8, pp. 2880-2887.

Murphy, P., A. Marquette, D. Reible and G.V. Lowry, 2006. Predicting the performance of activated carbon-, coke- and soil-amended thin layer sediment caps. Journal of environmental engineering, vol. 132, pp. 787-794.

Noort, van P., C. Cuypers, A. Wintersen, D. De Zwart. W.J.G.M. Peijnenburg, L. Posthuma, B.J. Groenenberg, J. Harmsen, 2006. Beslissen over bagger op bodem; Deel 2. Onderbouwing stofgedragmodellering en voorspelde landbodemconcentraties na verspreiding bagger op land. RIVM rapport 700701045/2006/RIZA rapport 2006.001/ Alterrarapport1283.

Osté, L.A. 2011. Zinkuitspoeling uit autobandenrubberinfill gebruikt in kunstgrasvelden. Deltaresrapport 1203850-001-zws-0001.

Osté L.A., T.M. Lexmond T.M., W.H. Van Riemsdijk, 2002. Metal immobilization in soils using synthetic zeolites. Journal of Environmental Quality, vol. 31, pp. 813-821.

Otto, F., 2008. Risicobeoordeling waterbodem Vecht, Weespertrekvaart, Gaasp en Smal weesp. Tauw rapport, projectnr. 4540397, 27 oktober 2008.

Schaanning, M., B. Breyholtz and J. Skei, 2006. Experimental results on effects of capping on fluxes of persistent organic pollutants (POPs) from historically contaminated sediments. Marine Chemistry, vol. 102, pp. 46-59.

1201913-000-BGS-0003, 16 december 2011, definitief

De Bodem Bedekt 55

Skei, J.M., 1992. A review of assessment and remediation strategies for hot spot sediments. Hydrobiologica vol. 235/236, pp. 629-638.

Smedes F., R.W. Geertsma, T. van der Zande and K. Booij, 2009. Polymer-water partition coefficients of hydrophobic compounds for passive sampling: Application of cosolvent models for validation. Environmental Science and Technology, vol. 43, 7047-7054.

Simpson, S.L., I.D. Pryor, B.R. Mewburn, G.E. Batley and D. Jolley, 2002. Considerations for capping metal-contaminated sediments in dynamic estuarine environments. Environmental Science and Technology, vol. 36, no.17, pp. 3772-3778.

Thoma, G.J., D.D. Reible, K.T. Valsaraj and L.J. Thibodeaux, 1993. Efficiency of capping contaminated sediments in situ. 2. Mathematics of diffusion-adsorption in the capping layer. Environmental Science and Technology, vol. 27, no.12, pp. 2412-2419.

Tomaszewski, J.E., D. Werner and R.G. Luthy, 2007. Activated carbon amendment as a treatment for residual DDT in sediment form a superfund site in San Francisco bay, Richmond, California, USA. Environmental Toxicology and Chemistry, vol. 26, no.10, pp. 2143-2150.

Trouwborst, R.E., S. Morelis en P.C.M. van Noort, 2010. Interne Deltares rapportage: project Eureka-PAKKOOL. Kan toevoeging van actieve kool aan met PAK verontreinigde baggerspecie zorgen voor duurzaam hergebruik?

Viana, P.Z., K. Yin and K.J. Rockne, 2008. Modeling active capping efficacy. 1. Metal and organometal contaminated sediment remediation. Environmental Science and Technology, vol. 42, no.23, pp. 8922-8929.

Werner, D., C.P. Higgins and R.G. Luthy, 2005. The sequestration of PCBs in Lake Hartwell sediment with activated carbon. Water Research 39, pp. 2105-2113.

Zimmerman, J.R., U. Ghosh, R.N. Millward, T.S. Bridges and R.G. Luthy, 2004. Addition of carbon sorbents to reduce PCB and PAH bioavailability in marine sediments: physicochemical tests. Environmental Science and Technology, vol. 38, no.20, pp. 5458- 5464.

Zimmerman, J.R., D. Werner, U. Ghosh, R.N. Millward, T.S. Bridges and R.G. Luthy, 2005. Effects of dose and particle size on activated carbon treatment to sequester polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons in marine sediments. Environmental Toxicology and Chemistry, vol. 24, no.7, pp. 1594-1601.