The application of iron-rich sorbents to mitigate phosphorus release from sediments in lowland rivers

Promovendus/a: Lei Xia

Promotor(en): Prof. dr. ir. Erik Smolders

Eutrofiëring is wereldwijd een ernstig milieuprobleem door overmatig verlies van nutriënten naar het oppervlaktewater. Fosfor (P) speelt als nutriënt een belangrijke factor in deze eutrofiëring. In Vlaanderen wordt in twee derde van de waterlichamen de limiet voor P overschreden. Het overschrijden van de limiet komt voornamelijk tot stand in de zomer en in kleinere rivieren of grachten. Er werd reeds aangetoond dat deze zomerpieken niet gerelateerd zijn met lokale P-emissies of landbouwkundige activiteiten, maar met de afgave van P uit de rivierbedding naar het water toe. Deze afgave wordt veroorzaakt door anoxische reacties in het sediment, i.e. de reductieve oplossing van Fe(III)-(oxy)hydroxiden, die gekend staan als sterke adsorbentia voor fosfaat (PO4). Deze thesis is gewijd aan het ontwerpen en testen van remediatietechnieken die P in de rivierbedding immobiliseren. De eutrofiëring van meren wordt vaak beheerd door middel van P-immobilisatie met Fe-rijke bijproducten als absorbens. Het is echter onduidelijk of dit ook werkt voor beken en rivieren en voornamelijk welke eigenschappen de bijproducten of ijzermineralen moeten bezitten om P efficiënt te immobiliseren.

Eerst werden statische sediment-water incubatie experimenten uitgevoerd om het effect van de dosis en de inherente eigenschappen van de ijzerrijke sorbentia op P-immobilisatie te bestuderen. Natuurlijk Fe‑rijk glauconietzand, residuen van drinkwaterbehandeling en residuen van zure mijndrainage werden in verschillende dosissen toegevoegd. De resultaten toonden aan dat toevoeging van Fe-rijke sorbentia aan sediment de vrijgave van P kan verminderen op een dosisafhankelijke wijze, met een gemiddelde reductie van opgelost P met een factor 35 (over alle experimenten heen) ten opzichte van onverstoorde bodems, gebruik makende van een dosisequivalent rond de 0.1 kg Fe m-2. De P immobilisatie-efficiëntie van sorbentia werd voornamelijk bepaald door het gehalte aan amorf Fe. Water met lagere pH verbeterde de P-immobilisatie, maar werkte de reductieve oplossing van Fe wel in de hand, wat de lange termijn efficiëntie voor rivieren verlaagt.

Vervolgens werd een artificieel riviersysteem opgezet met sedimenten die wel of niet verrijkt werden met glauconietzand. De additie van Fe-rijk adsorbens reduceerde de P afgave vanuit het sediment op een efficiënte manier, iets wat nog meer tot uiting kwam onder hoge stroomsnelheden ten opzichte van lage.

Een veldexperiment toonde aan dat de hoge P input in rivieren, zij het via rechtstreekse emissies of via grondwater, ervoor kunnen zorgen dat de sorptiecapaciteit van Fe-rijke sorbentia in rivieren gemakkelijk uitgeput kunnen raken. Hieruit kan geconcludeerd worden dat Fe-gebaseerde P-immobilisatie enkel een werkbare techniek is wanneer deze gecombineerd wordt met andere management strategieën om P‑emissies onder controle te houden.