Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Natuurlijke verwerkingstechnieken voor baggerspecie, Chemische rijping

Door het toetreden van zuurstof in het sediment als gevolg van fysische rijpingsprocessen treden, afhankelijk van de chemische samenstelling van het sediment, diverse chemische reacties op. Chemische rijping omvat alle chemische en fysisch-chemische veranderingen die sedimenten ondergaan. Chemische rijping wordt bepaald door oxidatie/ reductie, omzetting van organische stof en uitloging.

Oxidatie/reductie
De vorm waarin zware metalen voorkomen in specie is met name afhankelijk van de pH en de aan- of afwezigheid van zuurstof. Onder aërobe omstandigheden zijn zware metalen bij hoge en neutrale pH- waarden voornamelijk gebonden door middel van adsorptie aan anorganisch (kleimineralen, oxides) en organisch materiaal. Daarnaast kunnen metalen aanwezig zijn als slecht oplosbaar zout, als mineraal of opgesloten in een amorfe organische matrix of in de vorm van glas. Bij lagere pH- waarden neemt de adsorptie af en komen zware metalen vaker in oplossing voor. Onder anaërobe omstandigheden worden zware metalen, met uitzondering van o.a. arseen en chroom, in de regel aangetroffen in de vorm van slecht oplosbare sulfideprecipitaten. Aangezien de meeste zoetwatersedimenten als anoxisch te kenmerken zijn (op een oxische toplaag van enkele millimeters tot centimeters na), komen zware metalen voornamelijk voor in onopgeloste vorm. De concentratie van zware metalen in het poriewater is dan ook gering. Tijdens de rijping gaat de baggerspecie geleidelijk over van een anaëroob naar een aëroob milieu en worden de sulfiden geoxideerd naar sulfaat. Als gevolg van deze oxidatie kunnen metaalsulfides oplossen, waardoor de zware metalen in oplossing gaan en mobiel worden. Uit onderzoek is gebleken dat de zware metalen die hierdoor in oplossing gaan, (deels) direct weer worden gebonden door de vorming van ijzer- en mangaan(hydr)oxide-precipitaten. Vooral als de verzurign door de oxidatie reacties niet kan worden gebufferd door aanwezige kalk treedt een pH daling op waardoor de mobiliteit van metalen toeneemt. Dit kan vooral in (sterk) venige baggerspecie het geval zijn. Meestal treedt echter vanuit rijpende baggerspecie geen noemenswaardige verspreiding van opgeloste zware metalen op.
Organische microverontreinigingen, zoals PCB, PAK en chloorbenzenen, zijn sterk hydrofoob van karakter en zijn zowel onder aërobe als anaërobe condities voornamelijk gebonden aan organisch materiaal. Een deel komt in opgeloste vorm voor, vrij in oplossing of gebonden aan opgelost organisch materiaal (DOC).

Uitloging/sorptie
Uitloging treedt op wanneer mobiele of gemobiliseerde stoffen via het stromende poriënwater worden afgevoerd (advectief transport). Of, en in welke mate, stoffen worden gemobiliseerd is niet alleen afhankelijk van oxidatie-/reductieprocessen en de afbraak van organische stof, maar wordt ook bepaald door de samenstelling van de specie, de mate van percolatie en doorlatendheid en de mate waarin de stoffen worden geadsorbeerd. De pH, de redoxpotentiaal, het kalkgehalte, het gehalte sulfiden en de Cation Exchange Capacity (CEC) van de specie geven aan in hoeverre stoffen mobiel of immobiel kunnen worden.

Afbraak van organische stof
Afbraak van organische stof, zowel onder anaërobe als aërobe condities, kan tot gevolg hebben dat door CO2- en sulfaat en nitraat productie de pH in het sediment afneemt waardoor de mobiliteit van zware metalen toeneemt (zie hiervoor bij oxidatie/reductie). De afbraak van organische stof tijdens rijping in een doorgangsdepot is, zonder omzetting van de specie, over het algemeen beperkt en zal dan ook geen structurele bijdrage leveren aan chemische rijping. Als de specie wel regelmatig wordt omgezet, kan een aanzienlijke afbraak (tot 50%) van het organische stof optreden. Door deze afbraak komt een grote hoeveelheid nutriënten vrij (N, P en S).

[1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11, 19, 20, 23, 24, 25, 26]