Home   Sitemap   English   Contact
Home / Indeling projecten / Aanpak nutriëntenkringloop / Lekken dichten in nutriëntenkringlopen

Lekken dichten in nutriëntenkringlopen

KRW08091

Lekken dichten in nutriëntenkringlopen

Het in deze module voorgestelde onderzoek heeft als doel maatregelen te ontwikkelen om lekken in nutriëntenkringlopen op de scheiding tussen landbouwperceel en sloot te dichten: fosfaatverwijdering uit afvoerwater kan worden bereikt door ijzerhoudend materiaal toe te passen, terwijl nitraat kan worden omgezet in gasvormig stikstof door koolstofrijke organische stof te gebruiken. De ijzerhoudende materialen kunnen worden toegepast in waterdoorlatende ijzerschermen langs de slootrand of in filters die aan het uiteinde van drainagebuizen kunnen worden gekoppeld. Als alternatief voor filters wordt onderzocht of het mogelijk is om drainagebuizen te omhullen met ijzerhoudende materialen. Het koolstofrijke organische stof kan mogelijk worden gebruikt in ‘denitrification walls’. De maatregelen zijn gericht op gronden met hoge nutriëntenverliezen naar het oppervlaktewater, zoals fosfaatverzadigde en -lekkende gronden of in de bloembollen- en boomkwekerijsector.

Doel

Dit project heeft als doel om kosteneffectieve en praktijkgerichte maatregelen te ontwikkelen om lekken in nutriëntenkringlopen op de scheiding tussen landbouwperceel en sloot te dichten. Fosfaatverwijdering uit afvoerwater kan worden bewerkstelligd door langs de slootwand ijzerhoudende materialen in de bodem in te werken in waterdoorlatende ijzerschermen of door filters met deze materialen aan het uiteinde van drainagebuizen te koppelen. Als ijzerhoudend materiaal wordt ijzerslib of ijzerzand van drinkwaterbedrijven gebruikt. Voor de verwijdering van stikstof wordt koolstofrijke organische stof (houtsnippers) gebruikt in ‘denitrification walls’, waardoor nitraat via denitrificatie kan worden gereduceerd tot gasvormig stikstof. Het combineren van bovengenoemde materialen biedt een integrale oplossing voor het verbeteren van de oppervlaktewaterkwaliteit, omdat naast nutriëntenuitspoeling mogelijk de belasting met arseen en zware metalen wordt verminderd. De maatregelen zijn toepasbaar op plek- en perceelsniveau met hoge stikstof- en fosfaatverliezen en hoge nutriëntenconcentraties in het oppervlaktewater, zoals fosfaatlekkende gronden of in de bloembollen- en boomkwekerijsector.

Aanpak

De effectiviteit van ijzerslib en ijzerzand en organische stof om de uitspoeling van respectievelijk fosfaat en stikstof te verminderen wordt gekwantificeerd met behulp van experimenteel en modelmatig onderzoek op zowel procesmatig niveau in het laboratorium als onder veldomstandigheden. Daarnaast wordt gekeken of deze maatregelen bijdragen aan het verminderen van de uitspoeling van arseen en zware metalen. Het onderzoek wordt uitgevoerd door Alterra en Praktijkonderzoek Plant en Omgeving in nauwe samenwerking met het drinkwaterbedrijf Brabant Water N.V. Het onderzoek op laboratoriumniveau wordt uitgevoerd om de effectiviteit vast te stellen van ijzerslib en ijzerzand om fosfaat te binden, en van organische stof om nitraat om te zetten in gasvormig stikstof. Bovendien wordt de waterdoorlaatbaarheid van deze materialen getest. Met deze gegevens kan de optimale dosering van ijzerslib en ijzerzand en organische stof in het veld worden berekend. Voor deze berekening is naast laboratoriumonderzoek inzicht vereist in de waterafvoerdebieten en fosfaat- en nitraatconcentraties die kunnen optreden in het veld; deze gegevens worden geïnventariseerd door middel van literatuuronderzoek. Tijdens verschillende veldexperimenten wordt de werking van ijzerslib en ijzerzand onderzocht in ijzerschermen en filters. Bovendien wordt getest of ijzerzand kan worden gebruikt om drainagebuizen te omhullen. De werking van houtsnippers wordt vastgesteld in ‘denitrification walls’.

Stand van zaken (mei 2010)

Het project is opgedeeld in verschillende fasen, namelijk : (1) voorstudie, (2) onderzoek op laboratoriumniveau, (3) testen en toepasbaar maken van kennis op meetlocaties in het veld, en (4) eindrapportage. Tijdens de voorstudie is met literatuuronderzoek de bestaande kennis verzameld omtrent gebruik van ijzerhoudende materialen en organische stof. De resultaten van deze studie zijn gebruikt voor de opzet van het experimentele onderzoek aan deze materialen op laboratoriumniveau. De fysisch-chemische eigenschappen van ijzerslib en -zand zijn uitgebreid gekarakteriseerd. Daarnaast is de effectiviteit van deze materialen om fosfaat te binden vastgesteld met behulp van eenvoudige schud- en kolomproeven. IJzer en Ca zijn kwantitatief gezien de belangrijkste elementen in ijzerslib en -zand. Het ijzer in deze materialen is grotendeels aanwezig in de vorm van amorf Fe(OH)3 terwijl Ca voorkomt als CaCO3. Zowel ijzerslib als ijzerzand zijn goed in staat om fosfaat vast te leggen. De fosfaatbindingscapaciteit van ijzerslib is hoger dan van natuurlijke ijzermineralen zoals goethiet. De waterdoorlaatbaarheid van ijzerslib is veel lager dan die van zandgronden. Deze zandgronden zijn juist belangrijk omdat de fosfaatproblematiek in Nederland voor een belangrijk deel op deze grondsoort speelt. Bij het inwerken van ijzerslib in ijzerschermen in zandgronden bestaat het risico op het ontstaan van een verticale laag met een hogere hydraulische weerstand dan die van de omringende bodem. Door ijzerslib te mengen met zand kan de waterdoorlaatbaarheid van dit materiaal sterk verbeterd worden. Geadviseerd wordt om voor ijzerschermen een ijzerslib/zandmengsel met maximaal 10% ijzerslib te gebruiken. De waterdoorlaatbaarheid van ijzerslib is te laag voor gebruik in filters. Een filter met alleen ijzerslib werkt als een prop waardoor de drainagebuis en het bodemprofiel uiteindelijk vollopen met water. Zelfs als ijzerslib wordt gemengd met zand is de waterdoorlaatbaarheid nog te laag om het afgevoerde water volledig door het filter te leiden. Het is nog onzeker of ijzerzand een voldoende hoge waterdoorlaatbaarheid heeft om te kunnen worden toegepast in filters; dit moet worden getest in het veld. Momenteel wordt gewerkt aan de opzet van het veldonderzoek waarin de effectiviteit zal worden getest van verschillende ijzerschermen gevuld met een ijzerslib/zandmengsel en ijzerzand, en van een drainagebuis omhuld met ijzerzand. Dit gebeurt in de bloembollensector gedurende het aankomende uitspoelingseizoen. Bovendien zal worden onderzocht of het mogelijk is om in een nafilter gevuld met ijzerslib en/of ijzerzand het uit helofytenfilters lekkende fosfaat te verwijderen. De effectiviteit van een filter gevuld met ijzerzand om fosfaat uit greppelwater te verwijderen zal worden onderzocht op grasland op zware klei.
In kolomproeven zijn twee soorten houtsnippers (loof- en naaldhout) getest op hun vermogen om nitraat te verwijderen onder anaerobe omstandigheden. Gewerkt werd met twee invoerconcentraties (50 en 100 mg NO3 L-1, bij drie verblijftijden in de kolom (1, 2,5 en 5 dagen). Aandachtspunten zijn het vrijkomen van N2O (door onvolledige omzetting van NO3) en van fosfaat (uit de houtsnippers).
Oplevering van de eindrapportage van het project is voorzien in 2011.

Links

Binnen een Europees netwerk van onderzoekers uit 29 landen (COST 869) wordt kennis uitgewisseld over opties om verliezen van N en P naar het oppervlaktewater tegen te gaan. Meer informatie is te vinden op de website.

Tijdens de 2010 International Annual Meetings van de ASA-CSSA-SSSA, die van 31 oktober tot en met 4 november worden georganiseerd in Long Beach (CA) in de Verenigde Staten, wordt mede door Gerwin Koopmans en Wim Chardon een special symposium georganiseerd, getiteld ’Emerging Technologies to Remove Phosphorus From Surface and Ground Waters’. Abstract is te vinden op de website van de meeting.

Heeft het project al een praktijkrijpe maatregel opgeleverd?
De effectiviteit van de maatregelen met ijzerhoudende materialen worden in het aankomende uitspoelingsseizoen op diverse locaties getest (zie stand van zaken).

Downloads en publicaties

Posters:

  • Koopmans, G.F. & W.J. Chardon. 2010. Gebruik van filtersystemen om nutriëntenverliezen te voorkomen. Themadag Landbouw & Kaderrichtlijn Water, 21 januari 2010, Utrecht.
  • Koopmans, G.F. & W.J. Chardon. 2010. Gebruik van filtersystemen om nutriëntenverliezen te voorkomen. Open dag van PPO Business unit Bloembollen, Boomkwekerij & Fruit voor bloembollentelers, 28 mei 2010, Lisse.

Schriftelijke rapportages:

  • Chardon, W.J. & G.F. Koopmans. 2010. IJzerschermen vangen fosfaat. Nieuwsbrief Bodemacademie, maart, nummer 6, special fosfaat.
  • Buda, A., G. Koopmans, W. Chardon & R.B. Bryant. 2010. Emerging technologies to remove nonpoint phosphorus sources from surface water and groundwater. In Annual Meeting Abstracts [CD-ROM], Long Beach, Ca, October 31 - November 4, 2010. ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI, USA. Beschikbaar op: crops/2010am/webprogram/Paper60515.html
  • Chardon, W.J. & G.F. Koopmans. 2010. Testing phosphorus sorbing materials – Results and questions about criteria. Novel methods for reducing agricultural nutrient loading and eutrophication, meeting of Cost 869, 14–16 June, Jokioinen, Finland. Beschikbaar op: Finland/MTT_science10.pdf
  • Koopmans, G.F. & W.J. Chardon. 2009. Hergebruik van Fe-slib en –zand in ijzerschermen of filters om fosfaatverliezen uit landbouwgronden te verminderen. Jaarboek 2009, Environmental Sciences Group, Wageningen University and Research Centre, Wageningen.
  • Koopmans, G.F. & W.J. Chardon. 2009. Het inzetten van Fe-slib en –zand voor hergebruik om fosfaat te binden voor milieudoeleinden. Duurzaamheidverslag 2009, Brabant Water N.V., ’s-Hertogenbosch.
  • Koopmans, G.F., W.J. Chardon & B.J. Groenenberg. 2010. Karakterisatie van ijzerslib en –zand. Een verkenning van de mogelijkheden van het gebruik van deze reststoffen om fosfaatverliezen vanuit landbouwgronden naar het oppervlaktewater te verminderen. Alterra-rapport 2047, Wageningen. Beschikbaar op: NL/publicaties+Alterra/Alterra+rapporten/
  • Koopmans, G.F., W.J. Chardon & J.E. Groenenberg. 2010. Use of reactive materials to bind phosphorus. In Annual Meeting Abstracts [CD-ROM], Long Beach, Ca, October 31 - November 4, 2010. ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI, USA. Beschikbaar op: crops/2010am/webprogram/Paper59190.html