2. Sorptie gedrag van zink in zeewater.
2.1. Inleiding
Bij de toegevoegde concept publicatie komt het gedrag van zink
in het estuariene gebied uitgebreid aan bod. Adsorptie en desorptie van zink aan
riviersuspensies in zeewater wordt hier
bekeken. Het mag duidelijk zijn dat een overgang van zoet naar
zout voor wat betreft het gedrag van zware metalen een veel
groter effect heeft dan het sorptiegedrag in alleen rivierwater of alleen in zeewater. Voor
het mariene gedeelte is een
groot concentratie traject genomen om een overzicht te krijgen
wanneer de aangelegde concentratie een verandering in het
sorptie gedrag tot stand komt.
2.2. Materialen en methoden
De procedures die bij deze
experimenten uitgevoerd
zijn, zijn identiek aan die
van de procedures in het
concept publicatie van zink.
We zijn hier uitgegaan van
een begin concentratie van
50, 75, 100, 150, 250, 350
en 500 µg Zn/L. Tevens is
het belangrijk een groot
concentratie bereik te nemen
om verzadiging van het substraat te kunnen waarnemen.
Daartoe werd Rijn gesuspendeerd materiaal in zeewater
gedialyseerd. Vervolgens
werd de suspensie die ongeveer 0.15 g/L bedraagt geadsorbeerd met verschillende
zink beginconcentraties en
bemonsterd in de tijd. Na
een adsorptie in zeewater
gedurende 12 dagen, werd dit
gevolgd door een desorptie
in zeewater gedurende 12 dagen.
2.3. Resultaten en discussie
In figuur 1 staat de adsorptie van zink in de tijd voor
de zeven verschillende concentraties.
Figuur 1. Adsorptie van zink aan Rijnslib in zeewater voor 7 beginconcentraties.
De adsorptie is uitgedrukt als percentage in oplossing van de toegevoegde concentratie (100 %).
Suspensie gehalte: 0.15 g/L, pH=8.2.
Een snelle opname gedurende de eerste
paar dagen wordt ook hier
gevolgd door een langzame
adsorptie. Als verklaring
kan men uitgaan van een
snelle adsorptie aan het
oppervlak gevolgd door een
penetratie naar het
binnenste van het substraat.
Een desorptie in ongecontamineerd zeewater zien we in
figuur 2.
Figuur 2. Desorptie van zink aan Rijnslib in zeewater na een adsorptie van 12 dagen.
Suspensie gehalte: 0.15 g/L, pH=8.2.
Na een snelle desorptie gedurende de eerst
paar dagen treedt weer een
adsorptie op. Dit betekent
dat het substraat relatief
onverzadigd is. In het algemeen zal de zink adsorptie
in het zeewater niet zo groot zijn als in het rivierwater,
omdat men in zeewater met een ander ion medium te maken heeft.
Figuur 3. Bijdrage van de belangrijkste zinkspecies in een saliniteit gebied van rivierwater naar zeewater. Speciëring
is berekend m.b.v. een Wateqx PC-programma (Van Gaans, 1989).
De relatieve activiteit van het Zn2+ species is aanzienlijk
verlaagd in het zoute zeewater als gevolg van complexering en
een toename van de ionsterkte (figuur 3).
Figuur 4. Gesorbeerde concentratie aan Rijnslib in zeewater t.ov. de opgeloste concentratie na een sorptie periode van
12 dagen. Suspensie concentratie: 0.15 g/L, pH=8.2.
In figuur 4 is de
adsorptie en de desorptie aan de vaste fase t.o.v. opgeloste
concentratie weergegeven. De adsorptie aan de vaste fase
vertoont een zekere verzadiging, waar te nemen als een afvlakking van de curve.
De desorptie vertoont een vrijwel rechte lijn. Er is een
hysterese in het sorptie gedrag te zien, dit betekent dat een
deel van het geadsorbeerde zink irreversibel gebonden is. De
desorptie tijd gedurende 12 dagen is niet voldoende om een
volledige desorptie te bewerkstelligen. Het blijkt, gezien de
rechte lijn van de desorptie, dat een evenwichtstoestand
tussen vaste fase en oplossing wordt bereikt.
In figuur 5 is de initiële concentratie en de partitie coëfficiënt uitgezet.
Figuur 5. Partitiecoëfficiënt t.o.v. de initiële zink concentratie
na een adsorptie periode van 12 dagen gevolgd door een desorptie in zeewater.
Suspensie concentratie: Gesorbeerde concentratie aan Rijnslib in zeewater t.ov. de opgeloste concentratie
na een sorptie periode van
12 dagen. Suspensie concentratie: 0.15 g/L, pH=8.2.
Bij hoge initiële
concentraties is de Kd (concentratie vast/concentratie oplossing) lager dan bij lage beginconcentraties.
Dit is een verschijnsel dat ook optreedt bij
de de adsorptie aan Rijnslib
in rivierwater. Bij desorptie
blijft de Kd op een ongeveer
constante waarde. Dit betekent
dat er gedurende de 12 dagen
een evenwicht is bereikt tussen de suspensie en oplossing.
2.4. Conclusies
Het gedrag van zink in zeewater verschilt niet essentieel
van dat van het gedrag in rivierwater. Zink wordt als zodanig meer gecomplexeerd als
gevolg van meer complexatie
van met name door chloride,
sulfaat, carbonaten en hydroxiden. Het substraat vertoont eenzelfde heterogene
sorptie gedrag, bij desorptie
treedt een partitiecoëfficiënt op die vrijwel constant is voor
alle initiële concentraties. De partitiecoëfficiënt ligt in
dezelfde orde van grootte als die van de adsorptie/desorptie
van rivierwater.
Het is te verwachten dat baggerspecie indien dit gestort is en
als gesuspendeerd materiaal in zeewater zal blijven zweven een
gelijk sorptie gedrag zal vertonen. Als dit gesuspendeerde
materiaal gemengd wordt met relatief ongecontamineerd zeewater
dan zal het evenwicht snel ingesteld worden en kan een verdere
desorptie optreden.
2.5. Referenties
Van Gaans, P.F.M. (1989) Wateqx- a restructured, generalized
and extended Fortran 77 computer code and database format for
the Wateq aqueous chemical model for element speciation and
mineral saturation for use on personal computers or mainframes. Computers and
Geoscience, 15, 843-887.
Titel rapport:
