Fysisch chemisch laboratorium: meer begrip voor fijn sediment

Die gaan bijvoorbeeld over hoe we moeten omgaan met het bagger en het opslaan van fijn sediment. Of hoe mijnafval te verwerken. En in het algemeen: hoe onze klanten fijn sediment kunnen beheren zonder kwetsbare watergangen, kustlijnen en bijzondere koraalriffen te beschadigen. Een andere uitdaging is hoe klanten maatschappij-ontwrichtende problemen als damdoorbraken en overstromingen kunnen voorkomen als er zeer fijn sediment uit de bodem loswoelt.

Er is te weinig ruimte voor opslag van baggerspecie

Dit type vragen leeft bij sedimentbeheer voor toegankelijke havens en vaarwegen in Europa, zoals Rotterdam, Antwerpen en Hamburg, maar ook elders in de wereld. Zo moeten er diepere kanalen worden gegraven om steeds groter wordende schepen door te laten. Door dit baggeren, dat kanalen van wel vijf of zes meter diepte tot gevolg kan hebben, komt er veel, extra fijn sediment vrij. Bijna 200 miljoen kubieke meter per jaar alleen al in Europa, moet een plek krijgen op land. Ter vergelijking: dat is alsof je de hele stad Dordrecht volstort met verse bagger, tot wel twee meter hoogte.

Deze sedimenten hebben over het algemeen een groot watergehalte; vooral na baggerwerkzaamheden worden ze erg waterig. Daarom wordt de grond waar baggerspecie wordt opgeslagen in feite ingenomen door een vloeistof. Die grond kan dan niet meer worden gebruikt voor iets anders, zoals bouwwerkzaamheden.

Dit sediment mag niet (meer) in de oceaan worden gedumpt; het doodt de flora en fauna in het water, onder andere als het zich vastzet op het plantleven. Het moet dus op land worden gestort. Land dat in Nederland en Europa schaars is. En waar het wel twee tot drie jaar duurt voordat het – gedroogd in de zon en aangevuld met modder – eindelijk een soort klei is die we kunnen hergebruiken voor bouwprojecten en infrastructuur.

Kun je baggerprocessen versnellen? En opslagruimte besparen?

In het fysisch laboratorium helpen we onze opdrachtgevers, waaronder bagger- en mijnbouwbedrijven, inzicht te krijgen in de biologische eigenschappen van sediment en hoe deze een rol spelen tijdens het baggeren, het transport, de opslag en het proces van drogen tot een geschikt eindproduct. Hoeveel jaar duurt het bijvoorbeeld voordat het sediment droog is? Wanneer kunnen ze het land weer gebruiken? En, een prangende vraag: kan het proces worden versneld?

Antwoorden op die vragen halen we zowel uit ons lab- als veldonderzoek. We geven advies over de te volgen strategie om, bijvoorbeeld, verantwoord te baggeren. Een voorbeeld is afkomstig van een baggerbedrijf dat in de buurt van een kust wil baggeren waar zich koraalriffen bevinden. Dat zou vervuiling met zich mee kunnen brengen dat het koraal kan bedreigen, maar dat hoeft niet. We onderzoeken in dat geval het type sediment in dat gebied en hoe snel het beweegt of zich vastzet. De uitkomsten van dat onderzoek helpen het bedrijf om zijn of haar claim te onderbouwen of om er vanaf te zien.

Een ander voorbeeld van typisch toegepast Deltares-onderzoek binnen en buiten het lab, is dat van het versnellen van verwerkingsprocessen van sediment. In een zwembadformaat bak met 12 kubieke meter modder zijn zes kilo wormen toegevoegd. Zo onderzoeken we op grotere schaal of verwerking van sediment sneller kan. Dat kan met een factor vijf tot zes sneller dan wanneer je het uitsluitend laat drogen in de zon, zo wijzen eerste prognoses uit. Dat heeft als voordelen dat het bedrijf minder huur hoeft te betalen voor het land. Voor de maatschappij neemt het minder kostbare ruimte in beslag.

Verantwoorde opslag van bagger speelt overal ter wereld

Mijnbouwbedrijven overal ter wereld, zoals in Latijns-Amerika, Australië en Canada, lopen in de praktijk tegen soortgelijke vragen aan als baggerbedrijven. Ook zij zien zich voor de vraag gesteld hoe ze veilig en verantwoord mijnafval kunnen opslaan en verwerken. Het verschil is dat mijnafval niet uit de bodem van de zee of uit kanalen komt, maar het gevolg zijn van mijnactiviteiten. De gevolgen van het breken van een dam of overstroming, kunnen desastreus en maatschappij-ontwrichtend zijn. Dat liet een damdoorbraak in Brazilië zien, dat duizenden kubieke meters sediment uitstortte in rivieren en vele mensen doodde en steden verwoestte.

Technische feiten en wetenswaardigheden

• Klanten die aankloppen bij het fyisch laboratorium, zijn nationaal en internationaal werkende baggerbedrijven, mijnbouwbedrijven, overheidsorganisaties in vooral ontwikkelingslanden die hun kustlijnen willen beschermen tegen de invloed van fijn sediment. Of juist willen weten of het mogelijk is om, bijvoorbeeld, hydraulische systemen te bouwen aan die kust.
• Het fysisch laboratorium beschikt over alle relevante instrumenten om metingen te verrichten, past bestaande aan en voegt nieuwe toe. De onderzoekers maken gebruik van nieuwe onderzoeksmethodes. Het lab is in staat om praktisch alles te onderzoeken wat je kunt bedenken als het gaat om fijn sediment en het vaststellen van de biologische karakteristieken van waterbodems, grond-watermengsels, industriële slurries en ertsen.
• Onderzoeken die worden verricht met de meetinstrumenten uit dit lab en de behaalde resultaten, verschijnen regelmatig in peer reviewed artikelen.
• Het fysisch laboratorium en het geochemisch microbiologisch lab werken nauw samen, vanaf 2023 nog meer als het laatstgenoemde lab van Utrecht naar Delft verhuist. Voor de klant betekent dit een integrale kijk op het benodigde onderzoek en mogelijke oplossingen.
• Deltares ontwikkelt – in samenwerking met gerenommeerde universiteiten - algemene kennis en biedt praktische oplossingen voor industriële gebieden.

Voorbeelden:

• Gedrag van baggerpluimen en de daaraan verbonden gevolgen voor het milieu.
• Stabiliteit van vers gestort baggermateriaal
• Opslag van industriële slurrie
• Landaanwinning en bijbehorende bodemconsolidatie
• Destabilisatie van gedispergeerd industrieel afval
• Transport van industriële slurrie
• Winning van land met modderig sediment
• Mechanismen ter voorkoming van ontmenging en ter verbetering van de consolidatie
• Mate van dichtslibbing in havens
• Erosiegevoeligheid van zachte grond na uitvoering van civieltechnische werken
• Zeer troebele systemen en algenbloei

• Onderzoek van sedimentconsolidatie. Consolidatiesnelheden en uiteindelijke sterkte op basis-van begrip van de sedimentkenmerken.
• Onderzoek van de bezinkingscyclus van sedimenten. Bezinkingskenmerken en -snelheden op basis van een grondig begrip van sediment- en milieukenmerken.
• Bedsterkte en resuspensie van sediment. Ontwikkeling van een conceptueel raamwerk voor afschuivingserosie van cohesieve sedimenten.
• Stabiliteit en aggregatie van colloïdale suspensies, met de nadruk op de consequenties voor de fysische processen waaraan deze colloïden zouden kunnen bijdragen (alle bovengenoemde).

Voorbeelden van waar de meetvoorzieningen beschikbaar voor zijn:

• Deeltjesgrootteverdeling van granulaire materialen in het bereik van 5 nm tot 64 mm:
• Zeta potentiaal van deeltjes (karakteristieke oppervlaktelading van kleideeltjes)
• Reologische instrumenten om de viscositeit en afschuifspanning van slurries meten
• Sedimentatie- en consolidatiekenmerken van bodemmonsters
• Consolidatie als gevolg van kwel
• Tensiemeter voor capillaire zuiging van onverzadigde granulaire materialen
• Troebelheid van watermonsters
• pH, redoxpotentiaal en opgeloste zuurstof
• Fysische of fysiobiologische grensvlakprocessen tussen bodem en water.