De rol van sedimenten bij de waterkwaliteit

de rot van sedimenten bij de waterkwaliteit

R 2156

DE ROL VAM SEDIMENTEN BIJ DE WATERKWALITEIT

1 Inleiding 1 2 De rol van sedimenten bij het verwijderen van contarainanten uit

de waterkolom 3 3 De rol van sedimenten bij het transport van oontaminaten.. ..5 3.1 Fysisoh sedimenttransport 5 3.2 Transport van oontaminanten 5 i| Processen na de sedimentatie 7 5 Processen die de oppervlaktewaterkwaliteit beïnvloeden 9 5.1 In-sltu processen 9 5.2 Dynamisohe processen die de oppervlaktewaterkwaliteit

beïnvloeden 11 6 Biologische beschikbaarheid van seditnentgebonden oontaminanten. .12 7 Leemtes in de kennis van het systeem sediment-water.. 14

DE HOL YAN SEDIMENTEN BIJ DE WATERKWALITEIT X I p l e i d i p g

Sedimenten zijn van nature de belangrijkste drager voor het transport van metalen In r i v i e r e n ( t a b e l 1). Ook voor organische micro-verontreinigingen i die sterk met de organische fraotle in het sediment zijn geassocieerd» zijn de sedimenten de belangrijkste faotor.

Cadmium Zinc Manganese Chromium Copper Lead Iron Amazon _ „ 83 83 93 -99.4 Mississippi R ivpr'3 % 88.9 90.1 98,5 98,5 91.6 99.2 99.9 Polluted US° 40 -76 63 84 98 rivers in FRG" 30 45 8-97 72 55 79 98

Tabel 1. Het sedimentgebonden aandeel t.o.v. t o t a a l transport van metalen in een aantal rivieren, (Salomons and Förstner, 1984)

Door veranderingen in het hydrologische regiem komt het zwevende slib tot bezinking. In Nederland zijn de belangrijkste sedimentatiegebieden het Rotterdamse havengebied, het IJsselmeer, het Hollands Diep-Ha-r i n g v l i e t gebied en de Waddenzee. Een Diep-Ha-regionaal bepeDiep-Ha-rkt gebied waaDiep-Ha-r v e r v u i l d e r i v i e r s e d i m e n t e n een b e l a n g r i j k e rol spelen zijn de uiterwaarden.Vooral de eerste drie gebieden staan bloot aan een vrijwel onverdunde l a s t van verontreinigd s l i b . Qua problematiek dient het Rotterdams havengebied te worden onderscheiden van de andere. In de Rotterdamse haven Is het hoofdprobleem het vinden van een economisch en ecologisch verantwoorde berging van de vervuilde sedimenten. In de andere gebieden speelt de invloed van de vervuilde onderwaterbodem op het aquatisohe ecosysteem nu en in de toekomst.

Immers ook na het terugdringen van de vervuiling liggen in deze sedimen-tatiebekkens grote hoeveelheden aan gecontaminaeerd sediment opgeslagen. De vraag r i j s t in welke deze afgezette sedimenten nu reeds het ecosys-teem beïnvloeden en welke omstandigheden aanleiding kunnen geven tot een grotere beïnvloeding van het oppervlaktewater. Hierbij moet bedacht worden dat het evenwicht tussen sedimenten en oppervlaktewater dynamisch i s en dat een veranderende samenstelling van het oppervlaktewater aanleiding geeft tot een nieuwe evenwichtsinstelling. Zo gaat in Scandinavië en in Canada de verzuring van de meren gepaard met een nalevering van metalen uit het sediment.

Overigens gelden deze overwegingen niet alleen voor de hierboven genoem-de sedimentatiegebiegenoem-den maar in feite voor alle wateren waarin vervuilgenoem-de sedimenten aanwezig zijn.

De accumulatie in het IJsselmeer en in het Haringvlietbekken is niet alleen het gevolg van het fysische proces van sedimentatie maar ook geochemisohe processen bevorderen een retentie van de zware metalen. Ook voor de organische micro-verontreinigingen geldt dat deze door sedi-mentatie in de bekkens worden achtergehouden. Met name de organische mioro-verontreinigingen zijn in sterke mate geassocieerd met de organische stof. De grote organische stof productie zoals die vooral in het IJsselmeer optreedt vergroot als zodanig het adsorptief vermogen van het bekken voor contarainanten.

In deze nota wordt niet zozeer ingegaan op de reeds aanwezige kennis, hiervoor zijn momenteel publlkaties beschikbaar (Salomons and Förstner, 1984) maar meer op de leemten in de kennis en dan speciaal gericht op de Nederlandse situatie.

Hiertoe is de nota als volgt ingedeeld:

- rol van sedimenten het verwijderen van oontaminanten uit de waterkolom - rol van sedimenten bij het transport van oontaminanten

- processen in het afgezette sediment

- processen die de oppervlaktewaterkwaliteit beïnvloeden

- biologische beschikbaarheid van sedimentgebonden contamlnanten - samenvatting van de leemten in de kennis

2 Pe_ Epl van sedimenten bl.1 het verwijderen van oonframlnanten u i t de waterkolom

Bij de heersende c o n c e n t r a t i e s aan contamlnanten in het Nederlandse oppervlaktewater i s adsorptie het dominerende verwijderingamechanisme. Belangrijke factoren die de adsorptie bepalen zijn de pH en de aanwezig-heid van oomplexerende stoffen in het oppervlaktewater als chloride en organische stof. Als voorbeeld van de adsorptie en de invloed van oom-plexerende stoffen hierop i s in figuur 1 de adsorptie weergegeven a l s funotie van het chloride gehalte.

caci*

cnm(f!l

Figuur 1. De adsorptie van oadmlum (Cd-ads) aan zwevend alib als functie van het ohloride gehalte en de bindingsvormen van cadmium in oplossing.

100 0 0 80 70 60 SO 40 A A adjut 30rrtn 1 hr 8hr' "24 hr< 96 hr • ƒ t pH to 6.5^-L /ISmky / / i ƒ /adaorptlon ctirv* ' Cd with 24 hr •qullibratlon t i \ 1 A Jor 7 pH 8 9 10 15 min 168 hr rt pH to 5.0 ———r adtorptlon curve tor Pb wlth 24 hr j equilibratlon

Figuur 2. Adsorptie en desorptie van cadmium en lood aan salt marsh sedimenten (Lion et al. 1982}

Bij de modelbenadering wordt aangenomen dat het adsorptieprooes reversi-bel is. Dit is echter niet in alle gevallen waar. Uit onderzoek aan een

aantal sedimenten is gebleken dat bijvoorbeeld de adsorptie van cadmium wel reversibel i s , echter die van lood niet. Figuur 2 laat de adsorptie van deze twee metalen zien aan een kweldersediment als functie van de pH. Het terugbrengen van de pH geeft voor cadmium een langzame de-sorptle, die uiteindelijk de bijbehorende waarde voor de adsorptlecurve l i j k t te bereiken. Echter voor lood is dit niet het geval,

Hiermee hangt ook samen de toename in de bindingssterkte van metalen aan slib als functie van de tijd (en waarschijnlijk ook de organische mier-verontreinigingen) (Salomons and Förstner, 1984; Brümmer, 1984). Infor-matie over de r e v e r s i b i l i t e i t van de adsorptie processen ontbreekt voor de Nederlandse omstandigheden. Deze "immobilisatie zou samen kunnen gaan met een vermindere biologische beschikbaarheid van de contaminanten. Ook in dit verband i s nader onderzoek gewenst.

Bij lage zwevend s l i b c o n c e n t r a t i e s zijn er aanwijzingen dat het a d s o r p t i e p r o c e s anders v e r l o o p t . Dit kan mede samenhangen met verschillen in samenstelling van het zwevende s l i b . Zo i s door Duinker (1983) gevonden dat de metaalooncentraties in het zwevende sediment sterk afhangen van het zwevende stof gehalte. Kwantitatief inzicht in d i t procesi dat met name van belang i s voor de Koordzee, ontbreekt eohter.

Onbekend i s ook aan welke fasen van het sediment de metalen gebonden worden.

In het verleden Is uitvoerig onderzoek verricht naar de bindingsvormen van metalen aan sedimenten d.m.v. selectieve extractieprocedures. Hoewel ondermeer aangetoond kon worden dat Noordzee slib naar verhouding meer metaal in een i n e r t e f r a c t i e gebonden heeft dan meer gecontamineerde sedimenten was de gebruikte procedure to grof om kleine veranderingen te kunnen aantonen.

Ten behoeve van een snelle "soreenlng" van de r e a c t i v i t e i t van oontami-nanten in sedimenten kan het aanbeveling verdienen om te zoeken naar gewijzigde extractieprocedures, Reoentelijk zijn meer uitvoerige sche-ma's in de l i t e r a t u u r gepubliceerd die hoogst waarschijnlijk b e t e r toepasbaar zijn dan de tot nu gehanteerde methode.

pe ppl van aedimenten bi.1 het transport van oontamlnanten

Fyaiaoh 3edimenttraii3Port

Voor het maken van contaminantbalansen en de belasting van sedimentatie-gebieden is het essentieel om Informatie te hebben over:

- gegevens over sedimenttransport

- gegevens over de valsnelheid van de deeltjes

- gegevens over de erosie van de afgezette sedimenten.

Goede balansen zijn r e l a t i e f eenvoudig te verkrijgen over afgesloten bekkens als het IJsselmeer en het Haringvliet. Er ontbreken echter gegevens over met name het slibtransport op de Noordzee, De WAKWAL-gegevens betreffen alleen de bovenste waterlaag. Aangezien het transport voor een groot deel in de nabijheid van de bodem optreedt, zijn derge-lijke gegevens niet toepasbaar voor het opstellen van sllbbalansen.

Naast het verzamelen van deze gegevens dient inzicht te worden verkregen In het sedimentatie en erosiegedrag van slib. Deze problematiek speelt roet name weer in het dynamische systeem van de Noordzee. In hoeverre vindt er in de rustige zomermaanden een tijdelijke sedimentatie van slib plaats, die in de winter tijdens storm weer wordt opgewerfeld en verder getransporteerd. De erosie i s ook verantwoordelijk voor mobilisatie-processen (paragraaf 5.2)

3.2 Tr?pwp°rt van contaainanten

Contaminanten zijn niet homogeen over de versohillende korrelgrootte en/of mineraal fracties in het zwevende sediment verdeeld. Voor het Duitse deel van de Eijn is gevonden dat metalen vooral geasocieerd zijn met de fijne fraoties. Voor de organische mioro-verontreinigingen wordt over het algemeen aangenomen dat deze geassocieerd zijn met de orga-nische stof in het sediment. Om een link te kunnen leggen tussen het transport van slib en zijn sedimentatiegedrag i.v.m. het voorspellen van de belasting van een sedimentatiegebied is meer inzicht nodig in de relatie tussen deeltjesgrootte (valsnelheid) en de oontamlnatiegraad van de deeltjes. Zo mogelijk dient een dergelijk onderzoek gekoppeld worden aan een sedimentologische analyse.

Van belang is de zeer fijne f r a c t i e . Hoewel deze fractie kwantitatief minder belangrijk zal zijn, heeft deze de hoogste metaalgehalten en het hoogste specifieke oppervlakte en hierdoor het meest reactieve in het aquatische milieu.

In dit verband kan tevens worden opgemerkt dat de afnemende belasting van de Rijn met cadmium, zoals die vastgesteld wordt bij het meetstation Lobith, zich nog niet u i t in de afgezette sedimenten van de Nieuwe Merwede. Klaarblijkelijk weerspiegelen de afgezette sedimenten sleohts tendele de gehalten in het zwevende slib.

Karakterisering van de organische stof en de i j z e r zijn met name belangrijk omdat deze in sterke mate deelnemen aan processen na de afzetting.

Bij het opzetten van onderzoek zal de nadruk moeten vallen op een zo breed mogelijke aanpak. De meeste informatie wordt verkregen uit een zo breed mogelijk onderzoek in oontrasterende gebieden en naar verhouding in veel mindere mate u i t een gedetailleerd onderzoek in een klein ge-bied.

Van belang is het om met name inzioht te verkrijgen in het transport van organische micro-verontreinigingen en de rol die de opgeloste organische (DOC) h i e r b i j s p e e l t . Door de geringe oplosbaarheid van de meeste organische micro's zal de DOC een belangrijke rol spelen b i j hun transport (en remobilisatie vanuit het sediment).

De sediraentatiegebieden in de binnenwateren zijn redelijk goed bekend» Op de Noordzee zijn ze minder goed v a s t g e s t e l d . Wel i s bekend dat de Waddenzee een acouraulatiegebied i s , echter welk deel van de contaminan-ten naar andere lokatles op de Noordzee wordt getransporteerd, i s onbe-kend. Vooral voor de Noordzee is behoefte aan meer kennis over herkomst en transport van s l i b . Hierbij moet aandacht worden geschonken aan slibtransport tijdens incidentele storraperiodes. Hoewel beperkt in tijd kunnen deze enorme slibtransporten tot gevolg hebben (een voorbeeld i s het Rotterdamse havengebied)

In de sedimentatiegebieden blijven na het terugdringen van de vervuiling problemen bestaan:

* de sedimenten kunnen contaminanten naleveren aan het oppervlaktewater • bodemorganismen worden beinvloed door de contaminanten

Ook de sedimentatie van ongecontamineerd sediment zal niet direct tot een verbetering leiden omdat door bioturbatie (omwoeling van de bodenste laag door organismen) gecontamineerd sediment aan het oppervlakte wordt gebracht. Om een voorspelling te kunnen maken over de lotgevallen van de oontaminanten na de sanering is inzicht nodig in dit prooes.

IL Processen na de sedimentatie

Na de afzetting vinden een groot aantal processen plaats die de samenstelling van het water (poriënwater) waarin het sediment zich bevindt drastisch wijzigt. Tengevolge van deze veranderingen treedt een nieuwe evenwichtsinstelllng op tussen de opgeloste en de vaste fase.

De drijvende kracht hierbij is de oxidatie van de organische stof en de reductie van nitraat» sulfaat etc. Deze processen verlopen meestal in een vaste volgorde (figuur 3)

•<>•» • 1,0 - 1 0 +10 • 15 Reductiona ; - Rtductlon <(NO3 R>duotton | D <R>duct. org. M«t.|F 8 O ' R»dudlon | Q CH4 Fwmwititlon | H L|O«tdH. org. Mrt/ MlSulfld* —-Oxldatkms Oxldrt of NH4 of Un (•)> Q[ Na ~~t 10 • ft to K t/U

Figuur 3. Volgorde van redox reacties in het sediment (Stumm and Baocini, 1978)

Tengevolge hiervan t r e e d t een continue verandering op in de samenstelling van het poriënwater. Het beste i s d i t tot nu toe bestudeerd onder brakwater omstandigheden: het onderzoek naar de berging van baggerspecie in het Oostvoornse Meer. De veranderingen in de

samenstelling van het poriënwater over een periode van 300 dagen zijn weergegeven In figuur 4. 3OOO 2000 1000 o so4 75 50 25 Fe PP' we

V

s

r\

f

I "

K

i

Figuur 4. Veranderingen in de samenstelling van het poriënwater in de proefputten van het Oostvoornse Meer onderzoek.

Cd (n mol*"1 ) .0 .2 .4 .6 .8 1.01.2 1.4 Cu (n molt"1 ) 2 4 6 8 10 12 14 4 0 8 0 -120 160 200 240 I y - X A ! [ I I « en* • OA a *

e

Figuur 5. Metaalprofielen a l s functie van de diepte in een anoxisch bekken (Jaoobs and Emerson, 1982).

Voor de mariene onderwaterbodems is de sulfaatfase de belangrijkste. De methanogene fase wordt, als dat al gebeurd, pas op veel grotere diepte bereikt. In tegenstelling tot de baggerspecie in de grootschale berging (slufterdam) blijven de mariene sedimenten in de sulfaatfase door de aanvoer van sulfaat vanuit het bovenstaande water. Door de sulfaatreduc-tie ontstaat sulfide. Dit reageert met een aantal metalen onder vorming van metaalsulfiden. Informatie over dit proces is vooral verkregen uit onderzoek aan anoxisohe bekkens. Watermassa's waarvan de onderste laag zuurstofloos i s en s u l f a a t r e d u c t i e o p t r e e d t . Dit systeem i s vergelijkbaar met poriënwater in anoxische sedimenten, maar met d i t versohil dat het systeem eenvoudiger te beschrijven i s door de afwezigheid van een vaste fase. Voor de onderzochte metalen zijn de gehalten even hoog of lager dan in het oppervlaktewater (zie figuur 5), gehalten die verklaart kunnen worden door sulfide-vorming.

Ook u i t onderzoek van het Rotterdamse havengebied zijn sterke aanwijzingen gevonden dat de concentraties aan koper, zink en cadmium bepaald worden door sulfiden. Voor arseen en ohroom zijn aanwijzingen dat de c o n c e n t r a t i e s worden bepaald door a d s o r p t i e - d e s o r p t i e evenwichten. Echter, de resultaten zijn niet eenduidig. Voor de andere metalen zijn geen gegevens bekend, hoewel verondersteld mag worden dat ook voor lood en kwik sulfide-vorming zal optreden.

De verkregen inzichten gelden echter alleen voor de brak/zoutwater omstandigheden. In het zoete water zijn de sulfaatgehaltes een orde van grootte lager. Hierdoor zullen de prooessen anders verlopen. Informatie over de processen ontbreekt, wel zijn gegevens bekend over absolute ooncentraties van de gehalten in het Usselmeer en in het Haringvliet gebied. Met behulp van de gevonden concentraties zijn "conservatieve" fluxen (dwz. geen rekening houdende met adsorptieprooessen in de geoxideerde) toplaag) berekend. Hoewel het een diffuse bron betreft kunnen de fluxen naar het oppervlaktewater aanzienlijk zijn.

Voor de organische micro-verontreinigingen zal de assooiatie met de organische stof bepalend zijn voor de opgeloste concentraties* verwacht kan worden dat deze hoger zullen dan in het oppervlaktewater vanwege de hoge opgeloste organische koolstofgehalten in het poriënwater.

Gegevens over de assooiatie tussen organische microverontreinigingen en DOC zijn niet bekend voor de nederlandse wateren maar wel gerapporteerd in de literatuur,

5. Prooeaaen die de oppervlaktewaterkwaliteit beinyloeden

3ltu processen

Tussen het poriënwater en het oppervlaktewater bestaan concentratie-gradiënten die fluxen, afhankelijk van het verschil, In beide richtingen veroorzaken. Van belang voor de kwaliteit van het oppervlaktewater zijn hierbij de prooessen die optreden in de geoxideerde bovenste laag van het sediment. "Negatieve effeoten" iv.m. de kwaliteit van het oppervlak-tewater zijn de hoge gehalten aan opgelost organisch koolstof en de t.o.v. het oppervlaktewater lage pH» die beide een verhoging in de

concentratie kunnen veroorzaken. Deze "negatieve1» effecten worden

tendele teniet gedaan door de oxidatie/precipitatie van ijzer (en tendele mangaan) door diffusie vanuit het gereduceerde deel van het sediment dat een vergroting van de totale adsorptiekapaoiteit van de toplaag tot gevolg heeft. Echter, over de prooessen in dit grensvlak

zijn nog (te) weinig gegevens bekend om tot kwantitatieve uitspraken te kunnen komen.

In figuur 6 i s een schema opgenomen van de fluxen die kunnen optreden aan het grensvlak sediment-water.

OXY INTERFACI RÏD HYPOllMNfOK NO «M* SEDIMENT •OUNOARY LAVER

Figuur 6. Processen en fluxen aan het grensvlak sediment-water

Onbekend is of deze natuurlijke processen veranderd zijn door de vervui-ling (o,a. hogere organische stof input) en in hoeverre deze processen een belangrijke natuurlijke "deoontaminatie" van het sediment veroorza-ken. Onderzoek met "mesocosms" aan amerikaanse sedimenten heeft aange-toond dat de fluxen vanuit vervuilde sedimenten hoger zijn dan voor nlet-vervuilde. De flux was in staat om voor lood en cadmium de bovenste laag van 1 om terug tebringen naar n a t u u r l i j k e niveau's over perioden van respectievelijk 44 en 400 jaar (Hunt and Sralth, 1983).

Methylerincsprooeasen

Door organismen kunnen metalen (As, Hg, Sn) worden omgezet tot organische metaalverbindingen, die een grotere toxictiteit bezitten dan het metaalion. Op een aantal plaatsen o.a. in Canada heeft dit aanleiding gegeven tot accumulatie in vissen en opname door de mens. Over de methylering onder Nederlandse omstandigheden zijn nog weinig gegevens bekend. Dit is echter een proces dat na het stopzetten van de vervuiling nog lange tijd kan optreden.

Dynamische procepsep <|J.e djg_ oppervlaktewaterkwaliteit kunnen beïnvloeden

De samenstelling van het poriënwater verschilt van die van het opper-vlaktewater i tevens verschillen de bindingsvormen van de metalen (waar-schijnlijk niet die van de organisohe mioro's) in de afgezette sedimen-ten van die van het zwevende s l i b . Het brengen van afgezette sedimensedimen-ten in het oppervlaktewater via natuurlijke processen of menselijke a c t i v i -teiten (baggeren) zal tot een nieuwe evenwiohtsinstelling lelden. Deze evenwlchtsinstelllng kan gepaard gaan met een mobilisatie van de conta-mlnanten.

Veldwaarnemingen en l a b o r a t o r i u m e x p e r i m e n t e n bevestigen deze mobilisatie:

1. Onderzoek in de Waddenzee (Duinker et al. 1974) l i e t zien dat tijdens storm de gehalten aan een aantal metalen zijn verhoogd in het oppervlaktewater (figuur 7)

L'W

Figuur 7. Toename in de metaalgehalte in de Waddenzee tijdens periode van toename in stroomsterkte (Duinker et al. 1974).

2. Onderzoek in de Westerschelde liet zien dat bij overgang van zuur-stofloos rivierwater naar zuurstof rijk estuariumwater er een mobilisatie van een aantal metalen optreedt.

3. Laboratoriumexperimenten over de dumping van baggerspecie in de Noordzee lieten een grote mobilisatie van cadmium zien en een geringere voor andere zware metalen.

Deze resultaten zijn echter niet meer dan waarnemingen» over de oorzaak van de mobilisatie bestaan alleen maar werkhypotheses» die nog niet zijn getoetst. De meest reeSle hypothese is de ontleding van de sulfide verbindingen. De hierbij gemobiliseerde metalen zullen vervolgens weer tendele aan het sediment gaan adsorberen. Deze readsorptie wordt echter bepaald door de chemisch samenstelling van het oppervlaktewater. De aanwezigheid van complexerende stoffen kan een blijvende mobilisatie tot gevolg hebben. De effecten van de erosie van sedimenten en het storten van baggerspecie zijn hierdoor plaatsspecifiek.

De via deze processen vrijgekomen contaminanten (en ook die via diffusie vanuit het afgezette sediment) zullen zich qua bindingsvorm niet onder-scheiden van de reeds aanwezige in het oppervlaktewater. Een

ring kan worden gemaakt voor de erosie/dumping processen. Hierbij kan ook gereduceerd ijzer en mangaan vrijkomen dat in het zuurstofrijke water als hydroxiden wordt neergeslagem adsorptie van opgeloste metalen zal tot een geringere toxiciteit aanleiding geven.

£. Biologl3ohe beschikbaarheid van aedlmentgebonden contaninaoten

Uit diverse onderzoekingen is vastkomen te staan dat sedlmentgebonden oontaminanten beschikbaar zijn voor organismen (voor overzicht zie Salomons and FBrstner, 1984). Het beste voorbeeld is het onderzoek van TNO in de Oosterschelde. Hier werden containers met verschillende sedimenten u i t de Westerschelde b l o o t g e s t e l d aan hetzelfde oppervlaktewater. In de containers werden een aantal organismen geplaatst. De enige variabele in dit experiment is het sediment(+ het poriënwater). De resultaten (figuur 8) laten een afhankelijkheid zien tussen de gehalten aan cadmium in het sediment en die in de organismen.

3 - 0 ~|D Maoornn Balihlea 9 9 2.5- 2.O-1.5 1.0-0 . 6 0 . 0

E3 tor oblcul aria Plan» P S*<Hm«nts

Kat» Waard* Bith

Figuur 8. De opname van metalen in een aantal organismen blootgesteld in de Oosterschelde aan vier typen verschillende sediment (Marqueniei 1983) In het kader van het slufterproject zijn meer uitvoerige proeven uitgevoerd. Deze lieten echter geen duidelijke correlatie tussen sedi-mentconcentratie en opname voor de metalen zien. Voor PCB's was deze correlatie wel aanwezig. Dit verschil hangt samen met het feit dat PCB's geassocieerd zijn met de organische stof en via adsorptie-desorptie evenwichten de concentratie In het poriënwater en oppervlaktewater wordt bepaald. De afwezigheid van een duidelijk verband met de sedimentconcen-tratie voor de metalen laat zien dat sediraentgebonden metalen niet de enige factor zijn voor de accumulatie. Naast deze fractie speelt waar-schijnlijk het poriënwater een grote rol bij de opname.

In het poriënwater treden echter naar alle verwachting grote gradiënten

op in de opgeloste concentraties t.g.v. gradiënten in de pH en redox aan

het grensvlak sediment-water. Afhankelijk van de levenswijze van het

LeeitfiB. l a ds. ksaaAa. aaa M l gtafceea

Inleiding

1. Algemeen kan gesteld worden dat de kennis over het voorkomen van metalen in de Nederlandse Wateren aanzienlijk groter is dan die voor de organisohe micro-verontreinigingen. Op dit gebied zijn zeker nog inven-tarisaties naar de gehalten in de bodem en in het zwevende slib gewenst. 2. Tevens kan worden gesteld dat de kennis over slib sterk verspreid in de literatuur en in rapporten beschikbaar is. In 1969 is door WL een rapport "Gegevens over slib in een waterig milieu" gepubliceerd (Rapport V.21). Een bijwerken van dit rapport en een uitgebreide aanvulling met milieuchemisohe aspecten is in staat om de reeds aanwezige kennis in bredere kring (beheerders) toegankelijk te maken.

3. Bij het opstellen van onderzoekprogramma's is essentieel dat dit wordt uitgevoerd door een combinatie van geoohemioi/biologen en model-bouwers. Op deze wijze kan reeds in een vroeg stadium het experimentele werk op de modelbouw worden afgestemd en vioe versa,

H. Voor wat betreft de te onderzoeken contaminanten zal dit sterk af-hangen van het gebied. Voor de Noordzee zijn in het kader van het breed waterkwaliteitsplan een aantal indeces opgesteld om tot een selectie van contaminanten te komen. Echter, dit was niet gerloht op het sediment. Het is overigens ook de vraag of dit op dit ogenblik mogelijk is gezien de onduidelijkheid in de mate van biologische beschikbaarheid van sediment-gebonden contaminanten.

Transport yaq sedimenten

Leemtes:

Met betrekking tot het transport van sediment op de Noordzee bestaan momenteel de grootste kennisleemtes. Slibtransport en balansen zijn redelijk goed op te stellen voor de binnenwateren.

Belang:

Het bepalen van de lotgevallen van de contaminanten gebonden aan het slib op de Noordzee, vaststellen beïnvloeding van de sedimentatiegebie-den. De e r o s i e van sedimenten i s van invloed op de m o b i l i t e i t van de metalen. Bioturbatie i s van invloed op de ohemlsohe processen in het sediment en bepaald het t i j d s t i p na de sanering waarop de sedimentgehal-ten het natuurlijk niveau zullen bereiken.

Methodiek:

Voor de slibtransporten op de Noordzee zijn een aantal tracertechnieken besohikbaar, die t o t nu toe a l l e e n zijn toegepast op het afgezette sediment: isotopengeochemie van de kalkt organisohe stof en k l e i , multi-elementenanalyse en de pyrolise-MS. Toegepast op het zwevende s l i b (verzameld over de gehele waterkolom) en/of s l i b f r a o t i e s bieden deze methoden zeker nog mogelijkheden.

Voor het sllbtransport zelf dienen meer metingen beschikbaar te komen over de gehele waterkolom.

Over de b i o t u r b a t i e b e s t a a t kennis b i j het NIOZ, nagegaan dient t e worden in hoeverre deze kennis reeds toereikend i s .

Interactie sediment-water in het oppervlaktewater Leemtes:

Redelijk goede inzichten bestaan in de adsorptie van metalen aan slib in de zoete wateren. De inziohten zijn minder goed voor de Noordzee en vooral bij lage slibconcentraties. Geen inzicht bestaat in de desorptie van oontarainanten: in hoeverre is het adsorptieprooes reversibel. De verdeling van metalen en oontaminanten over verschillende fracties van het zwevende slib is nog onbekend. Van belang is met name de fijne fraotie, waarvan bekend is dat de gehalten aan metalen hoog zijn en waarschijnlijk, door het hoge organische stof gehalte, ook die aan organische micro-verontreinigingen.

Belang:

Inzicht i s noodzakelijk voor het voorspellen van de l o t g e v a l l e n van contarainanten in het oppervlaktewater en de veranderingen die kunnen optreden b i j verschuivingen in de samenstelling van het oppervlaktewater zoals die optreden b i j periodieke planktonbloeien, in estuaria en in de afgezette sedimenten (voor zover de interactie slib-water wordt bepaald door adsorptie-desorptie processen)

Methodiek:

Inzicht in de verdeling van contaminanten over deeltjesgroottefracties en hun r e l a t i e met het sedimentatiegedrag kan verkregen worden door gefractioneerde f i l t r a t i e en gefractioneerde sedimentatie. De op deze wijze verkregen fracties kunnen vervolgens worden gekarakteriseerd op hun samenstelling (oontaminanten en macro-samenstelling) en hun adsorptiegedrag.

Van belang voor de organische micro-verontreinigingen is hun associatie met DOC» waarvoor momenteel technieken bestaan om deze i n t e r a c t i e t e bestuderen.

Desorptie gedrag kan op laboratoriumschaal over langdurige tijdsperioden bestudeerd worden.

Interactie sediment-water In de afzettingen Leemtes:

Redelijk goede inziohten bestaan in het gedrag van baggerspecie onder gereduceerde omstandigheden. Vrijwel geen inzioht i s aanwezig over de belangrijke processen aan het grensval sediment-water die bepalend zijn voor de invloed van oontaminanten in het sediment op het oppervlakte-water .

Belang:

Inzicht in de processen in de afgezette sedimenten is essentieel voor het beoordelen van hun invloed op het oppervlaktewater en op benthische organismen

Methodiek:

De aanwezigheid van sulfiden van koper, zink en cadmium is tot nut toe alleen indirect aangetoond, directe identificatie dient nog te geschie-den. Middelen hiertoe zijn raicroprobe technieken. Voor de brak-zoutwater omstandigheden i s veel informatie verkregen u i t de proeven v e r r i c h t t.b.v. de dumping van baggerspecie in het Oostvoornse Meer. Het verdient overweging om een analoge proef onder zoetwateromstandlgheden u i t t e voeren.

Er zijn geen gegevens bekend over de gehalten aan contaminanten in porienwater van Noordzeeafzettingen; een i n v e n t a r i s a t i e kan in deze leemte voorzien.

Het grensvlak sediment-water i s in het veld moelijk te bestuderen alsmede de invloed van veranderingen in de samenstelling van het opper-vlaktewater op de fluxen van en naar het sediment. In dit verband ver-dienen opstellingen analoog aan mesocosms de overweging. In deze syste-men kunnen de natuurlijke omstandigheden redelijk goed benaderd worden terwijl ze een instrument zijn om de gevolgen van beheersmaatregelen te bestuderen.

Biologische besphjJtbaarbeid van aedimentgebonden oontaminanten

Leemten:

Experimenteel onderzoek is vrijwel beperkt tot metalen en er is tot nu toe geen bevredigende verklaring gevonden voor de opname. Voor PCB's is het geochemisoh gedrag eenvoudiger en er worden eenduidige relaties gevonden.

Belang:

De biologisohe beschikbaarheid i s van essentieel belang om de invloed van de sedimenten in de sedimentatiegebieden te kunnen evalueren en om voorspellingen te maken.

Aanpak:

De tot nu toe uitgevoerde experimenten (expositieproeven onder gecontro-leerde omstandigheden) zijn qua aanpak goed, eohter dienen met meer geochemisoh onderzoek te worden ondersteund.

REFERENTIES

Brüramer G. (1984) Heavy metal species, mobility and availabillty in s o i l s . P r e p r i n t , Dahlera Konferenzen "The inportanoe of ohemioal speciation in envlronmental prooesaes.

Duinker J.C. (1983) Effeots of p a r t i c l e s i z e and density on the t r a n s p o r t of metals to the ocean. In: Wong C.S. et a l , (Eds) Tracé Metals in sea water. Plenum, New York, London, pp 209-226.

Duinker J.C., van Eokt G.T.M., and Nolting R.F. (1974) On the behaviour of Cu, Zn, Fe and Mn and evidenoe for mobilization prooesses in the dutch Wadden Sea. Neth. J. Sea Res. 8: 214-239

Hunt C.D., and Sraith D.L. (1983) Remobilizatlon of metals frora polluted marine sediments. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 40: 132-142

Jacobs L., and Emerson S. (1982) Tracé metal solubility in an anoxic fjord. Earth Planet. Sci, Letters 60: 237-252

Lion L.W., Altman R.S., and Leckie J.0. (1982) Tracé raetal adsorption c h a r a c t e r i s t l c s of e s t u a r i n e p a r t i c u l a t e m a t t e r : E v a l u a t i o n of c o n t r i b u t i o n of Fe/Mn oxide and organic surface c o a t i n g s . Env. Soi. Teohnol.16: 660-666.

Marquenie J.M., de Kook W.Chr., and P,M. Dinneen (1983) B i o a v a i l a b i l i t y of heavy metals in sediments. Proc. I n t . Conf: Heavy metals in the environment. Heidelberg, 944-947.

Salomons W., and U. Förstner (1984) Metals in the Hydrooycle. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York.