DEL044 1230908 Duurzaam beheer van stikstof in stortplaatsen

Aanleiding van het project

Op 6 oktober 2015 is met het tekenen van een Green Deal het groene licht gegeven voor de uitvoering van het programma Introductie Duurzaam Stortbeheer (iDS). Onderdeel hiervan is het net gestarte project uitvoering Duurzaam Stortbeheer (uDS). In het kader hiervan worden op 3 pilotlocaties praktijkproeven uitgevoerd met duurzaam stortbeheer wat gericht is op het ontwikkelen van een duurzaam alternatief voor het op de lange termijn beheer van stortplaatsen. Het doel van dit programma is door middel van brongerichte maatregelen en voorzieningen op bestaande stortplaatsen een substantiële vermindering van het emissiepotentieel naar bodem en (grond)water en daarmee ook een beperking van de noodzaak van nazorg te bereiken.
De maatregelen behelzen op hoofdlijnen:
• Beluchten
• Recirculeren water/gereinigd percolaat en uitspoelen met “schoon” water
• Microbiologische processen stimuleren (bv. nitriet-infiltratie en anammox-enting)
Bij duurzaam stortbeheer wordt na beëindiging van het storten geen traditionele bovenafdichting meer aangebracht. De verwachting is dat de installaties op de verschillende locaties in het voorjaar van 2017 volledig operationeel zijn.
Om de mogelijkheden nader te verkennen, worden op 3 pilotlocaties praktijkproeven uitgevoerd met duurzaam stortbeheer met als doel informatie te verkrijgen over:
• de mate van vermindering van het emissiepotentieel van de stortplaats die met duurzaam stortbeheer wordt bereikt;
• de mate van beperking van de nazorg na sluiting van de stortplaats die met duurzaam stortbeheer wordt bereikt;
• de methode waarmee het emissiepotentieel van de stortplaats betrouwbaar kan worden vastgesteld;
• een passende eindafwerking van de stortplaats in geval van toepassing van duurzaam stortbeheer.
Uit de resultaten van een op 9 augustus 2016 met de betrokken partijen gehouden brainstormsessie blijkt dat er grote behoefte bestaat aan nader inzicht in het gedrag van stikstof in het stortmateriaal en de relatie tussen stikstof en koolstof (organisch materiaal). Reden hiervoor is dat de stikstofnorm voor percolaat uit stortplaatsen als beperkend voor de succesvolle uitvoering van Duurzaam Stortbeheer wordt aangemerkt. Inzicht in het gedrag van stikstof in het percolaat geeft uitzicht op de meest effectieve aanpak om stikstof in het percolaat te kunnen verlagen zodat aan de norm kan worden voldaan.
Goede methoden om de belangrijke procesmatige karakteristieken van stikstof en organische stof in zowel de vaste als de vloeistof fase ontbreken. Voor het consortium is ontwikkeling van dergelijke methoden van groot belang.
Het Ministerie (zie MR) heeft de stortbedrijven “beperkte” tijd gegeven (ca. 10 jaar) om de doelstellingen voor het “verduurzamen” te staven; flankerend wetenschappelijk onderzoek is noodzakelijk ten behoeve van tijdige bijsturing van de procesvoering en onderbouwing van een duurzaam verlaagde flux van ammoniumstikstof.

Doel van het project

Het ontwikkelen van methoden waarmee kwantitatieve kennis van fysische, chemische en biologische processen voor stikstof en organische stof in stortplaatsen en de ontvangende bodem kan worden vergaard. Dit is van belang om de risico\’s van emissies van stikstof via percolaat te bepalen. Deze kwantitatieve kennis maakt het mogelijk om doelgerichte maatregelen te nemen om stikstofemissies vanuit stortplaatsen naar het grondwater te reduceren. Ook kan deze kennis gebruikt worden om aangepaste toetsingseisen te laten opstellen voor stikstofemissies die beter gerelateerd zijn aan daadwerkelijke risico’s.

Omschrijving van de activiteiten

De te beantwoorden onderzoeksvragen draaien om een beter begrip van de stikstofhuishouding in de stort. Vragen zijn onder meer:
– Wat is de relatie tussen de aard van het biologisch afbreekbaar en het oplosbaar stikstofhoudend materiaal in het percolaat? Welk deel van stikstof komt uiteindelijk vrij met het percolaat en op welke termijn komt deze stikstof beschikbaar? Zegt de samenstelling van N-houdende componenten in het percolaat iets over het verloop van processen in het afvalpakket?
– Wat is de interactie tussen NH4-N en organische stof. Is kationuitwisseling met vaste organische stof relevant (voortbordurend eerder onderzoek Landgraaf en uitloogonderzoek Andre van Zomeren)? Wat is de interactie NH4-N en in het percolaat opgeloste humuszuren (zie ook toepassing van humuszuren in de landbouw)? Kan met rondpompen van humuszuren bewerkstelligd worden dat NH4-N versneld wordt uitgespoeld?
– Wat is de invloed van nitraat/nitriet, in gerecirculeerd percolaat. Hoe kan dit worden gebruikt voor in-situ reiniging. Bijvoorbeeld door Anammox of reactie met DOC of organische microverontreinigingen. Hoe kunnen deze processen worden geoptimaliseerd?
– Wat is de invloed van beluchting op N in het afvalpakket. Kan dit leden tot nitrificatie en wat gebeurt er volgens met de nitraat/nitriet?

2016: Stap 1: literatuuronderzoek naar wat er precies bekend is over de processen waaraan stikstof onderhevig is (relatie tussen stikstof en organisch stof, bepalende reacties, de rol van microbiële ecosystemen etc.) en naar de meest geschikte meet-en analysemethoden van stikstof in de verschillende verschijningsvormen en het nemen van monsters uit de drie pilotstortplaatsen.

Hierbij wordt gebruik gemaakt van reeds uitgevoerd literatuuronderzoek bij aanpalend onderzoek bij de Universteit van Amsterdam (groep Boris Jansen), WUR (Rob Comans) en TU Delft (Timo Heimovaara en Jules van Lier).

2017: Stap 2: laboratoriumonderzoek, dat op basis van de uitkomsten van het literatuuronderzoek zal worden ingericht, naar welke factoren bepalend zijn voor uitspoeling van stikstof in de verschillende mogelijke verschijningsvormen. Voor het laboratoriumonderzoek wordt gebruik gemaakt van monstermateriaal van de pilotlocaties: stortplaats Wieringermeer, Braambergen en/of Kragge. Het benodigde veldonderzoek wordt hiertoe uitgevoerd in samenloop met de gestarte KIBO-studie “Verbreding toepasbaarheid Duurzaam Stortbeheer (vtDS)”
Uitgegaan wordt van uitloog- en afbraakproeven met het verkregen monstermateriaal uit de bewuste stortplaatsen en analyse op relevante stikstofspeciaties in combinatie met organische stoffen, zo nodig microverontreinigingen en microbiële consortia.
Aard en omvang van het laboratorium onderzoek zijn pas na het literatuuronderzoek goed in te schatten. Gezien de complexe problematiek moet er rekening mee worden gehouden dat uitbreiding van het onderzoek nodig is.
Als het laboratoriumonderzoek (stap 2) de verwachtte resultaten heeft opgeleverd dient te worden ingezet op uitvoering van de hieronder beschreven vervolgstappen. Deze vervolgstappen maken geen deel uit van de huidige onderzoeksopzet:
Stap 3: Verificatie en validatie van de laboratoriumresultaten in het veld. Onderzoeksvragen hierbij zijn:
– Treden identieke processen op onder veldcondities?
– Is de snelheid van de processen gelijk aan die onder laboratoriumcondities?
– Wat is de afname factor (afbraak, vastlegging) van stikstof in de voorkomende bodemtypen (inclusief afval)?
Na verificatie en validatie kunnen met de resultaten nieuwe risicogerelateerde toestwaarden voor stikstof afgeleid worden (stap 4: actie ECN/RIVM).

Verwachte resultaten

Op basis van het beoogde, met behulp van het laboratoriumonderzoek te verkrijgen, mechanistische inzicht in het gedrag van stikstof (stap 1 en 2) worden de volgende resultaten verwacht:
1. Een overzicht van maatgevende stikstof omzettingsprocessen voor de betreffende stortplaatsen en de optimale procesomstandigheden.
2. Een pakket met maatregelen om bij beluchting en percolaatrecirculatie optimale omstandigheden voor reductie van stikstofemissies te creëren. Bijvoorbeeld via de samenstelling en temperatuur van het in het afvalpakket terug te voeren percolaat, de wijze van uitvoering van beluchting en welke redoxcondities moeten worden nagestreefd (bijvoorbeeld volledig oxidatieve of alternerend oxiderende/reducerende omstandigheden).
3. Een overzicht van de methoden waarmee de maatgevende stikstof omzettingsprocessen kunnen worden vastgesteld en gekwantificeerd.
4. Specificaties voor percolaatmonitoring gericht op sturingsparameters voor bovengenoemde maatregelen waarmee optimalisatie van de bedrijfsvoering in de pilots t.a.v. stikstofemissies mogelijk wordt.

Innovativiteit

Het consortium heeft een internationaal netwerk (universiteiten, kennisinstituten, adviseurs en stortplaatsbeheerders) op het terrein van het duurzaam beheren van stortplaatsen. Afvalzorg, Attero zijn in samenwerking met Oonkay en TU-Delft zijn al jaren lang doende met het ontwikkelen van duurzaam stortbeheer, dat beoogt door middel van het stimuleren natuurlijke processen in stortplaatsen tot vermindering van het emissiepotentieel van verontreinigingen te komen. Tot nu toe blijkt stikstof een problematische factor, zo wel voor wat de hoogte van de emissies betreft als de relevantie van de, op zich wel bekende processen, zoals opname in biomassa, nitrificatie, denitrificatie, etc. De normen zijn gebaseerd op toxiciteit en gelden als toelaatbare bodembelasting. Kjeldahl-stikstof, de som van organisch stikstof, ammoniak (NH3) en ammonium (NH4+), kan zeer verschillend samengesteld zijn. Er is derhalve geen toxiciteit aan te verbinden. Omdat in percolaat ammonium de belangrijkste vorm van stikstof is en ammonium tevens het meest toxisch is, is de norm voor stikstof gebaseerd op ammonium en vastgesteld op 50 mg NH4/l bij een waterinfiltratie van 300 mm/jaar in het afvalpakket. De verhouding tussen de stikstofvormen is meestal onbekend en met name organisch stikstof kan in een groot aantal varianten voorkomen die uiteenlopende risico’s met zich meebrengen. Deltares beschikt samen met TNO en Universiteit Utrecht over het milieulaboratorium CASTEL en heeft daarmee alle faciliteiten in huis om het voor het onderzoek en de toekomstige monitoring vereiste analytische instrumentarium te ontwikkelen.

Valorisatie

Op 1 juli jongstleden is het onderzoeksprogramma Introductie Duurzaam Stortbeheer (iDS) van start gegaan, nadat daar vorig jaar een Green Deal over gesloten is. Op 3 stortplaatsen zullen natuurlijke processen gedurende 10 jaar worden gestimuleerd. Uit literatuur en praktijkervaring is bekend dat beluchting en recirculatie van water stikstof kunnen reduceren. De mate waarin de omzettingsmechanismen optreden is echter niet bekend. Vanwege de complexiteit is nog niet voorzien in de stikstofproblematiek bij de monitoring van de pilots. De uitkomsten van het nu voorgestelde onderzoek kunnen direct in IDS worden meegenomen. Ze zijn relevant voor een tijdige bijsturing van de procesvoering en de onderbouwing van een duurzaam verlaagde belasting van de bodem met ammonium stikstof. De uitkomsten zijn ook zeer relevant voor duizenden oude stortplaatsen en ook de landbouw kan van de kennis profiteren. Dit onderzoek draagt bij aan een nieuwe KIBO-studie van de TUD “Verbreding toepasbaarheid Duurzaam Stortbeheer (vtDS)” en kan als basis dienen voor vervolgstudies naar emmissiepotentieel in stortmateriaal met Universiteit Nijmegen, WUR en buitenlandse partijen. Ook kunnen de inzichten vertaald worden naar verlaging van stikstofuitspoeling in de landbouw.

Link naar projectresultaten…