Uitloogonderzoek op een met koper en nikkel verontreinigde grond ten behoeve van een grondwatersanering

Rapp

CT

G&W

90-01

November 1990 '1...

T

U

Delft

Technisch eUniv er sit eitDelft

Uitloogonderzoek Op

een me

t

koper en nikkel vero

nt reinigde

grond ten behoeve

van een

grondwatersanerin

g

Ir. J.J.M. Mooren

Faculteit der Civiele Techniek

Vakgroep Gezondheidstech nieken Waterbe heers i ng SectieGezondheidstechniek

illTLOOGONDERZOEK OP EEN

:MET KOPER EN NIKKEL VERONTREINIGDE GROND

TEN BEHOEVE VAN EEN

GRONDWATERSANERING

Delft,november 1990

ir. J.J.M. Mooren

• I

Technische Universiteit Delft Faculteit der Civiele Techniek

Vakgroep Gezondheidstechniek en Waterbeheersing Sectie Gezondheidstechniek

1

()

2

~ 9 'L

~~

rp

~~W

qo-

0'

.3 ,

JB

iG

l..

VOORWOORD

Dit uitloogonderzoek is uitgevoerd inhet Laboratorium voor Gezondheidstechniek en Waterbeheersing van de Technische Universiteit Delft gedurende de periode juli 1990 tot en met september 1990.

Opdrachtgever was het adviesbureau Bongaerts, Kuyper en Huiswaard (BKR) te 's-Gravenhage.

Het onderzoek is een onderdeel van een studie naar de mogelijkheden om een met koper en nikkel verontreinigd terrein in Uden (Noord-Brabant) middels een grondwatersanering te saneren.

SAMENVATTING

In opdracht van het adviesbureau BKR is in de periode juli tot en met septem

-ber 1990 een uitloogonderzoek uitgevoerd, ten behoeve van een grondwatersane-ring.

Ditonderzoek omvatte kolomproeven volgens het voorschrift NVN 2508, uitge-voerd op van de verontreinigde lokatie genomen grondmonsters. Bij het onderzoek is het uitlooggedrag bij doorspoeling met synthetisch grondwater in duplo en bij doorspoeling met aangezuurd demiwater (pH=4) in enkelvoud onderzocht. Het poriënvolume in de kolommen is 200 tot 240 keer ververst.

De kolommen I en Il vertoonden een duidelijk duplo-gedrag in de resultaten.

Bij alle kolommen is na circa 60 keer doorspoelen de afname van de koperconcen-tratie in de eluaten nog maar minimaal.

De koperconcentratie van de eluaten, nadat het doorspoelen was onderbroken, waren slechts minimaal toegenomen ten opzichte van de koperconcentratie voor de onderbreking.

Aan de hand van de analyseresultaten van de eluaten kon berekend worden, dat uit alle kolommen circa 1%van de hoeveelheid koper was uitgeloogd.

De analysesvan de verontreinigde grond en de grond na uitvoering van de kolom-proef wezen echter uit, dat circa 25 % van de hoeveelheid koper was uitgeloogd. Het bleek nietmogelijk om dit verschil afdoende te verklaren.

INHOUDSOPGA

VE

INHOUDSOPGAVE .. . . .. 1 1 INLEIDING. . . .. 2 2 WERKWIJZE. . . .. 3

2.1 Grondmonsters 3

2.2 Zware metalen in de grondmonsters 3

2.3 Kolomproeven 4 2.3.1 Voorbehandeling grond 4 2.3.2 Uitvoering proeven 4 3 RESULTATEN 6 4 CONCLUSIES. . . .. 9 BULAGE:

A SAMENSTELLING VAN ELUAAT

1

INLEIDING

Een bedrijfsterrein in Uden is ten gevolge van lozingen van spoelwater

(1973 - 1986) en afvalwater (1981 - 1986) verontreinigd met voornamelijk koper en nikkel.

Uit onderzoek met betrekking tot toepasbare saneringsmethodes kwam naar voren, dat grondwatersanering een optie was. Tevens werd vastgesteld, dat een conventio-nele grondwatersanering te lang zou kunnen duren. Daarom werd besloten uitloog-onderzoek door middel van kolomproeven te doen uitvoeren, met synthetisch (nagebootst) grondwater en met tot pH=4 aangezuurd demiwater.

De resultaten van deze proeven zouden worden ingevoerd in een computerprogram-ma (SORTRAN 2, DHV) om de saneringsduur te kunnen voorspellen.

...... ... .... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..

2

2.1

2.2

WERKWUZE

Grondmonsters

De grondmonsters zijn op 10 juli 1990 gestoken.De monstemame en conservering zijn uitgevoerd door BKR.

Er zijn drie monsters gestoken, te weten 201 toplaag

202 I m diep 203 20 cm diep

Tevens is een mengmonster (204) samengesteld, bestaande uit grond van de toplaag en grond op 11_{1z m diepte.}

Zware metalen in degrondmonsters

De metingen aan deverontreinigde grond zijn uitgevoerd door Daniel e. Griffith (Holland)BV te Rotterdam.

De resultaten zijn in tabel 2.1 opgenomen.

Tabel 2.1:Gehalteaan koper, nikkel en droge stof

---,---monster : koper nikkel gehalte droge stof

I 1 mg/kg d.s. mg/kg d.s. %

---r---201 I 2000 12 95.5 I 202 190 5 94.8 203 I 260 5 97.3 I 2 0 4 : 2100 11 97.3 ________ -L _

Naar aanleiding van deze resultaten is door BKR besloten het uitloogonderzoek uit te voeren op grondmonster 204 en de metaal-analyses te beperken tot koper. Voor de bepaling van het kopergehalte van de grond, na de kolomproef is de grond gedroogd en gehomogeniseerd. De metingen zijn verricht door BeO te Breda. De resultaten zijn opgenomen in tabel 2.2.

Tabel 2.2: Kopergehalte na uitvoering van de kolomproef

---,---

_I kolom I koper I I mglkg d.s.

---r---I I 1500 II 1500 I III : 1600 ________ -L _

2.3 2.3.1

2.3.2

Kolomproeven

Voorbehandeling grond

Als voorbehandelingis de grond gezeefd op 2 mmo De fractie groter dan 2 mm bestond voornamelijk uit grind en wortelresten. De fractie kleiner dan 2 mm,die naar verwachting het overgrote deel van het koper bevat, is met behulp van de kolomproeven onderzocht. Daartoe is deze fractie eerst in het Laboratorium van Gezondheidstechniek en Waterbeheersing gehomogeniseerd. Van de gehomogeni-seerde grond is in elke kolom circa 645 gram toegepast. Droging van de grond, zoals het voorschrift (NVN 2508) aangeeft, werd niet wenselijk geacht, waardoor de omstandigheden tijdens het uitloogproces zoveel mogelijk overeen komen met de omstandigheden tijdens de grondwatersanering.

Uitvoering proeven

Er zijn 3 perspex kolommen (binnendiameter 5 cm; hoogte 23 cm) met grond gevuld. Aan onder- en bovenzijde van de grond is een membraanfilter (Sartorius; 0.45 /Lm) aangebracht om uitspoeling van grond te voorkomen. De kolommen werden gevoed met een peristaltischepomp (DESAGA),welke ingesteld stond op een debiet van 50 mI/hr. Dit komt overeen met een doorstroomsnelheid van circa 1.5 m/dag . De kolommen zijn opwaarts doorstroomd.

Het poriënvolume Vavan de grond in de kolommen is bepaald door een parallel-meting van het doorstroomde volume vanaf het moment dat het filter aan de onderzijde nat was totdat het filter aan de bovenzijde nat was.

Aangebrachte massa en poriënvolume zijn in tabel 2.3 opgenomen. Tabel 2.3: Massa en poriënvolume van de drie kolommen

---,.---kolom: massa V0 : gram mI

---+---I I 643.50 180 I II I 653.73 180 I III : 640.50 180 _______ .J.. _

De kolommen I en II (duplo's) zijn doorspoeld met synthetisch grondwater. De samenstelling hiervan is als volgt (opgave van BKR):

248 mg/l NaHCO) 156 mg/l CaCI}

70 mg/l K2S04

Door precipitatie van CaCO) Ca2

+

+

2 HCO)' -. CaCO)~

+

CO}t

+

H₂₀

was dit grondwater een wit troebele suspensie.

Kolom III is doorspoeld met tot pH=4 aangezuurd demiwater (aangezuurd met salpeterzuur).

Het eluaat werd opgevangen in een vat. Na een bepaald aantal malen doorspoelen werden monsters genomen. Het monsterschema is in tabel 2.4 opgenomen.

.............................. .... ........... ....... .. .................... 4

Tabel 2.4: Monsterschema ---~--,---1 na 2 V_o 2 na 8 Vo 3 na 16 Vo 4 na 32 V_o 5 na 64 Vo 6 na 150 Vo 7 na 250 Vo

8 na stop van 3 dagen

9 verzamelmonster eluaat

_________ -L _

De monstergrootte bedroeg circa 150ml.

Van deze monsters werden direct volume, pHen geleidbaarheid gemeten. Vervol-gens werden ze aangezuurd tot pH

<

2 met 6 M HN0_3, ten behoeve van de bepaling van de koperconcentratie. De metingen zijn verricht door

Be

o

te Breda .

.. . . .. ... . . ..... ...... .. .... ... .. ... ..... ...... . . .. . .. . . . ..... . . .. . . .. ... . .. .. . .. . . .... .. . . .. . . .. . .. .. . . . ... . . ........ . . ..... . .

3

RESULTATEN

Het debiet van kolom I liep, ten gevolge van verstoppingen, tijdens de proef terug vim 53 naar 31 ml/hr. Voor de kolommen 11 en III was het debiet 50

±

3 ml/hr.

De samenstelling van influent en eluaten van de drie kolommen zijn opgenomen in bijlage A.

Inde figuren 3.1 tot en met 3.3 zijn de meetresultaten grafisch weergegeven. De resultaten zijn uitgezet tegen de doorspoel factor (n).

8.0 7.• 7.s 7.4 7.2 7.0 0 6.B o.• 0.4 6.2 oll 0.0 ~ ~

,

.

.

~ e 5.s 5.4 5.2 5.0 40 BD 120 o o + ~ 160 D kolen I T kolen I1 n (-J ~ lcolO'll III

Figuur 3.1:Verloop van de pH (-) in de eluaten

Wat de pH betreft, vertonen de kolommen I en II een vergelijkbaar gedrag. Wat opvalt is,dat de pH tijdens de proef blijft stijgen.

Dit in tegenstelling tot kolom 11I,waar de pH constant is, maar wel aanzienlijk hoger dan die van het influent (5.8 in plaats van 4).

De pH van het eluaat wordt onder andere bepaald door de pH van het influent (7.7). Het uitloogproces streeft ten aanzien van de pH naar een evenwichtssituatie tussen grond en grondwater.

1000

....

900 700 ~ SOD ~~c c n .., c j

...

~

"DD 0 & '1" :lOD

,..

0 00 .. 0 80 120 180 :>00 :>40 nC-J

[] kolG1l I ~ kolen II 0 kolen III

Figuur 3.2: Verloop van de geleidbaarheid (ltS/cm) in de eluaten

Ook wat de geleidbaarheid betreft,zijn de kolommen I en II vergelijkbaar. Een

eventuele uitloging van koper kan door de hoge geleidbaarheid van het influent niet

worden waargenomen.

Het aangezuurde demiwater had uit zichzelf een lagere geleidbaarheid. Nu is wel

een daling van de geleidbaarheid waar te nemen,die veroorzaakt zou kunnen

worden door de optredende uitloging van koper.

o

I

g 60IlD 5000 "00' """D :>alD /! ti 100D 0 _~ 0 0 "0 80 120 e C ~ 160 c :>40 o kol O'1lI ... kolenII nC-J 0' ko len 111

Figuur 3.3: Verloop van de koper-concentratie (ltg/l) van de eluaten Ook wat betreft de koperconcentratie in het eluaat zijn de kolommen I en II vergelijkbaar. Uit een vergelijking met kolom III valt op, dat in het begin van de uitloging (tot n"'" 10) een hoge ionensterkte ten opzichte van een lage pH de uitloging bevordert.

Verder vertoont bij kolom III de koperconcentratie eenzelfde tendens als de geleidbaarheid.

De koperconcentraties na de onderbreking zijn in de kolommen slechts minimaal toegenomen ten opzichte van de koperconcentratie voor de stop. Dit duidt erop dat, tijdens het uitloogproces, de koperconcentratieinhet eluaat min of meer in even-wicht is met het kopergehalte van de grond.

Aan de hand van de gegevens in de tabellen 2.1 en 2.3 kan vastgesteld worden welke hoeveelheid koper in de kolommen aanwezig is. Aan de hand van de meetresultaten (bijlage A) kan berekend worden hoeveel koper uitgeloogd is.In tabel 3.1 zijn de resultaten van deze berekening samengevat.

Tabel 3.1: Aanwezige en uitgeloogde hoeveelheid koper

---r---

I

kolom I absoluut absoluut procentueel

!

aanwezige uitgeloogde uitgeloogde : hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid

: mg mg %

---r---I I 1351 14 1.0 IJ I 1373 16 1.1 I III : 1345 17 1.3 ________ -L _ ........................ ... ... .............. 8

4

CONCLUSIES

De berekende hoeveelheid koper,die uitgeloogd is,komt niet overeen met de

hoeveelheid koper welke volgens de ontsluitingen uitgeloogd is.

Ter controle is het uitgangsmateriaal (monster 204) opnieuw ontsloten (in duplo)

echter nu bij BeO. De resultaten van deze ontsluiting komen overeen met de

eerdere analyseresultaten (2100 en 2200 mg/kg d.s. tegenover 2100 mg/kg d.s.). De totaal uitgeloogde hoeveelheid koper wordt bepaald door de koperconcentraties van de opgevangen eluaten en de koperconcentratie van het verzamelmonster. De hoeveelheid uitgeloogd koper kan ook berekend worden aan de hand van het

oppervlak onder decurve van de concentratiegrafiek (figuur 3.3). Deze bedraagt

dan voor de kolommen I, II en III respectievelijk 19, 20 en 18 mg/kg d.s.. Dit

verklaart dan niet de gemeten kopergehaltes na afloop van de kolomproef.

Resumerend kan gesteld worden,dat de uitvoering van de kolomproeven geen

problemen opleverde.

De kolommen I en II zijn zeer duidelijke duplo's.

Van alle kolommen neemt tot n=60 de koperconcentratie duidelijk af; hierna isde

afname nog maar minimaal.

Er is echter een onverklaarbaar verschil tussen de uitgeloogde hoeveelheid koper, berekend aan de hand van de meetresultaten tijdens de proef of aan de hand van de ontsluitingen van de grond voor en na uitvoering van de kolomproef.

A

SAMENSTELLING VAN ELUAAT

In tabel A.1 is de samenstelling van het influentvan de driekolommen weergege

-ven.

Tabel A.1:Samenstelling van het influent

---,----

---kolom : pH geleidbaarheid c(Cu)

: ILS/cm mg/l

---t---

---I 7.7 590

<

d.l. 11 7.7 610

<

d.l. I III : 4.0 38

<

d.l. _______ -1.. _

De detectielimiet bedroeg 5ILg/1.

Inde tabellen A.2 , A.3 en A.4 is de samenstelling van de eluatenvan de kolom

-men I,11 en III opgenomen.

Tabel A.2: Samenstelling eluaat kolom I (synthetische grondwater)

---,---

---monster : n pH geleidbaarheid c(Cu)

: - - ILS/cm ILg/1

---t---1 0.42 5.73 830 6000 2 5.76 6.06 570 1700 3 12.91 6.15 570 1300 4 21.60 6.20 570 980 5 62.98 6.89 570 350 6 141.65 6.93 590 200 7 197.83 7.55 580 160 8 7.47 600 200 9 7.76 580 350 ________ -1.. _

Tabel A.3 :Samenstelling eluaatkolom II (synthetische grondwater)

---,---

---monster : n pH geleidbaarheid c(Cu)

: - - p.S/cm p.g/l

---+---

---1 0.41 5.76 840 5700 2 5.62 6.05 590 1800 3 12.89 5.96 560 1400 4 21.30 6.25 650 940 5 62.42 6.57 660 360 6 156.99 6.97 640 190 7 243.12 7.37 640 130 8 7.79 660 180 9 7.71 620 330 ________ ..L. _

Tabel A.4:Samenstelling eluaat kolom III (pH=4)

---,---monster : n pH geleidbaarheid c(Cu)

I I - - p.S/cm p.g/l

---+--- -

---I 0.39 5.82 450 3900 2 5.42 5.85 61 1000 3 12.26 5.67 50 750 4 20.74 5.84 47 640 5 61.63 5.96 27 310 6 154.25 5.80 18.9 350 7 237.98 5.83 17.6 300 8 6.00 26 460 9 6.10 25 380 ________ ..L. ____________________________________

·

.,

Bibliotheek TU Delft

fac. ciTG subfac. Civiele Techniek

<3138762

~\II~n1~m~\II\m