Historische Bodemverontreinigingen

Vervuilende stoffen in bodem en grondwater

Op veel plaatsen in de Nederlandse bodem zijn vervuilende stoffen aanwezig. Dat zijn voornamelijk de plekken waar vroeger fabrieken en kleine technische bedrijven stonden. Zoals machinehallen, werkplaatsen, garages en/of tankstations en ook landbouwgronden waar slecht afbreekbare – inmiddels verboden – bestrijdingsmiddelen werden gebruikt. In totaal betreft het meer als 600.000 locaties.

Hoe kan zo’n bodem vervuilen en wat is een gevolg?

Verontreinigingen worden vooral veroorzaakt door de onzorgvuldige omgang met chemische stoffen en ondeugdelijke opslag- c.q. afvoerconstructies. Ongemerkt kunnen de verontreinigingen hierdoor in de bodem en tot in het grondwater doordringen.

Met als gevolg in de loop der tijd dat door verspreiding en diepte volledig verwijderen door saneren onmogelijk is. En daardoor chemisch vervuild grondwater kan toestromen op winputten die bedoeld zijn voor de drinkwatervoorziening.

Wat voor vervuilende stoffen zijn dat precies en wat is hun herkomst?

De belangrijkste bodemvervuilers en hun omvangrijkste herkomst betreffen niet alleen oude bestrijdingsmiddelen (landbouw).

Het gaat ook met name om chemische stofgroepen zoals:

  • – Zware metalen (metaalverwerkende bedrijven);
  • – PAK’s (verbranden van organisch materiaal);
  • – Aromatische koolwaterstoffen (garages en/of tankstations);
  • – Gechloreerde koolwaterstoffen (industrieën en chemische wasserijen);
  • – Combinaties van voornoemde stoffen (voormalige stortlocaties).

Hoe is dat stofgedrag in de bodem?

Gechloreerde oplosmiddelen als voorbeeld kunnen door slechte oplosbaarheid in water en hoge dichtheid als een pure vloeistoffase tot grote diepte in de bodem en het grondwater doordringen. Anderzijds kunnen aromatische koolwaterstoffen meer hechten aan bodemdeeltjes en volledig verdwijnen door natuurlijke biologische afbraak in de bodem al duurt dat wel tientallen jaren.

Bovendien kunnen afhankelijk van de bodemomstandigheden bepaalde verontreinigingen moeilijk of geheel niet afbreken en komen daarin al naar gelang de fasen ook meer of minder giftige stoffen bij voor.

Als voorbeeld onderstaande afbraakroute van een chloorkoolwaterstof:

Een juridisch aspect 

Sinds 1987 geldt in Nederland de Wet bodembescherming.

Op grond van deze wet moet eenieder voldoende zorg voor de bodem in acht nemen. Op het moment dat er verontreiniging optreedt, moeten de gevolgen meteen ongedaan gemaakt worden. Het zogenaamde ‘zorgplicht’ principe.

Met betrekking tot verontreinigingen ontstaan vóór 1987 geldt sinds 1 januari 2006 voor eigenaren van bedrijfsterreinen een saneringsplicht. Voor overige terreinen geldt geen saneringsplicht, maar in ernstige gevallen kan de Provincie wel een saneringsbevel opleggen.

Vitens-winningen

De bijgaande kaart toont de winningen in het concessiegebied van Vitens in Nederland welke beïnvloed worden door restanten van bodemverontreiniging.

Overigens voldoet het geproduceerde drinkwater altijd aan de wettelijke en strenge eisen van Vitens. Dit wordt gerealiseerd door het nemen van gerichte maatregelen en de continue controle op het juist functioneren van alle zuiveringsprocessen.

Aanpak

Als een locatie riskant wordt geacht voor de drinkwaterwinning wordt allereerst een historisch onderzoek uitgevoerd, samen met betrokken overheden. Dit om een eventuele bodemverontreiniging te kunnen traceren qua herkomst. Als de uitkomst een serieus risico aangeeft, wordt vervolgens de verontreiniging in kaart gebracht. In deze veldonderzoeksfase worden ligging, omvang en de concentraties van de verontreiniging vastgesteld. Daarna worden mogelijke saneringsmethoden bepaald. Omdat het grondwater betreft wordt bij dreigende normoverschrijding vaak gekozen voor langdurig wegpompen met daartoe geplaatste putten. Het vervuilde water wordt na zuivering weer geloosd in bodem of oppervlaktewater.

Door het gedurende jaren frequent blijven monitoren van de verontreiniging wordt het effect van de sanering gevolgd en waar nodig bijgesteld.

Zodoende kan zo’n bodemverontreiniging niet doordringen tot een winning van Vitens.

Als voorbeeld van een gerichte maatregel onderstaande twee foto’s waarop zo’n onttrekkingsput, zuivering en lozing zichtbaar zijn.

Oppervlaktewater

In circa 30% van de intrekgebieden van Vitens-winningen vindt infiltratie van oppervlaktewater plaats. In situaties met oevergrondwaterwinning is dit bewust opgezocht: de rivier is dan de voedende bron. In een aantal gevallen wordt water aangevoerd ter compensatie van verdrogende effecten van de winning. Dit speelt in laaggelegen gebieden waar zowel landbouw als natuur gehinderd zouden worden door daling van de grondwaterstanden. Maar ook bovenop de Veluwe vindt aanvoer plaats. Ook zonder wateraanvoer kan oppervlaktewater infiltreren naar een winning, met name in het rivierengebied is dit het geval. Zo’n 5 – 60 % van het ruwwater kan bestaan uit (van oorsprong) oppervlaktewater. In het kaartje geeft de grootte van de cirkel het relatieve aandeel aan.

De Rijn en de rest
Binnen het Vitens-gebied heeft de Rijn een groot aandeel in de aanvoer van oppervlaktewater. Via IJssel, Waal, Lek en Kromme Rijn vindt het Rijnwater een weg door Oost-, Noord- en West-Nederland. In Oost-Nederland spelen ook kleinere, grensoverschrijdende riviertjes een rol: in Twente zijn dit de Dinkel, de Regge en de Vecht, en in de Achterhoek de Berkel en de Slinge. Op de Veluwe maakt Vitens gebruik van het lokale watersysteem van Apeldoorns Kanaal en Grift voor kunstmatige infiltratie bij de winningen Epe en Schalterberg.

Verblijftijden en bodemprocessen
Bij elke winning kun je met hydrologische modelberekeningen de spreiding in verblijftijd van het infiltrerende oppervlaktewater bepalen. Deze verblijftijd kan variëren van enkele maanden tot decennia. Bij de winning Eibergen is recent met een tracerproef (1) aangetoond dat de verblijftijd vanaf de infiltratievijver minimaal 250 dagen bedraagt.

Tijdens infiltratie naar de winputten vinden hydrochemische processen plaats waardoor verontreinigende stoffen worden verdund en afgebroken. Door de inrichting van het watersysteem en het ontwerp van het puttenveld kan het potentieel van de bodem optimaal worden benut. Bijvoorbeeld door versterken van de zuiverende werking in het oppervlaktewater zelf, door vermijden van infiltratie in droge periodes, door passage van verschillende reactieve bodemlagen, en door creëren van voldoende lange verblijftijden.

Belasting van het oppervlaktewater
Het oppervlaktewater is vaak belast met verontreinigende stoffen uit diverse bronnen. Een grote bron vormt het effluent van de rioolwaterzuiveringen (RWZI’s). Ook lozingen (2) van industrieel afvalwater en diffuse belasting vanuit landbouw en verkeer vormen belangrijke bronnen. Grote en kleine calamiteiten kunnen eveneens bijdragen aan kortdurende of structurele verontreiniging. Het gaat daarbij uiteraard om bronnen in het gehele bovenstrooms gelegen deel van de rivier. Voor het Rijnsysteem dus om bronnen in Zwitserland, het noordoosten van Frankrijk, het westen van Duitsland en Nederland. Bij een aanvoersysteem in de Achterhoek kan een groot herkomstgebied horen. Deze herkomstgebieden (3) met bijbehorende verontreinigingsbronnen zijn nog maar beperkt in kaart gebracht.

Terugdringen van emissies naar het oppervlaktewater
Het verbeteren van de kwaliteit van het oppervlaktewater is een van de succesvolste onderdelen van het milieubeleid geweest in Nederland. De Wet Verontreiniging Oppervlaktewater (WVO) is een van de eerste milieuwetten, en heeft heel effectief de directe lozingen aangepakt, met een vergunningstelsel. Ook op Europees niveau is het opgepakt, en de Kaderrichtlijn Water zorgt voor een vergaande harmonisering van deze aanpak op stroomgebiedniveau. Ook Zwitserland heeft als niet-EU-land deze aanpak omarmd en is nu voorloper in het verbeteren van de rioolwaterzuiveringen voor verwijdering van organische microverontreinigingen zoals medicijnresten.

In Nederland is de impact van RWZI effluent sterk in de aandacht. In een zogenoemde “Hotspotanalyse” (4) is de relatieve invloed van de verschillende RWZI’s in kaart gebracht. Ook het drinkwaterbelang is hierin meegenomen. Het is de komende jaren aan de waterschappen om te beslissen over extra investeringen in zuivering.

Twee andere belangrijke ontwikkelingen zijn de Ketenaanpak Medicijnresten en de Aanpak Nieuwe Stoffen (5). Naar aanleiding van de vondst van pyrazool en GenX in drinkwaterbronnen is de hele ‘stofketen’ ‘afgestoft’, en wordt gekeken hoe met name PMT-stoffen (persistent, mobiel, toxisch) beter gereguleerd kunnen worden.Vitens is lid van RIWA-Rijn (6), dat de belangen behartigt van drinkwaterbedrijven die gebruik maken van de Rijn, door lobby, actie en onderzoek.

Literatuur

  1. Tracers bij oevergrondwaterwinning. Martin de Jonge en Gijsbert Cirkel. H2O-online 171024
  2. Impact van IAZI’s op Nederlands oppervlaktewater en drinkwaterbronnen, Annemarie van Wezel e.a., H2O-online 180509
  3. Haarlo Olden Eibergen, Analyse en Maatregelen. SWECO, 2016
  4. Hotspotanalyse RWZI’s, STOWA, 2017
  5. Kamerbrief Structurele Aanpak Nieuwe Stoffen, Ministerie van Infrastructuur en Milieu, 2017
  6. riwa.org

Kwetsbaarheid en bescherming

Voor het beschermingsbeleid worden grondwaterwinningen ingedeeld naar kwetsbaarheid. Onder kwetsbaarheid wordt de kans verstaan dat verontreinigingen de drinkwaterbronnen kunnen bereiken. Vaak wordt dan gedacht aan verontreinigingen vanaf maaiveld, samenhangend met landgebruik. Maar ook de infiltratie van oppervlaktewater is een belangrijke route. Daarnaast kan de kwetsbaarheid toenemen door de aanwezigheid van boorgaten.

Hydrologie en chemie
De kwetsbaarheid van een winning wordt bepaald door de hydrologie. Onder een ondoorlatende kleilaag bijvoorbeeld wordt alleen zeer oud water gewonnen, dat niet belast kan zijn met verontreinigingen vanuit het industriële tijdperk (na 1850). Meestal zijn kleilagen echter niet helemaal ondoorlatend maar kennen veeleer een waaierpatroon van kleiige en zandige lagen, bepaald door het afzettingsmilieu van een rivier- of getijdesysteem. Een winning kan ook freatisch zijn, zonder aanwezigheid van afdekkende kleilagen.

Naast de hydrologische kwetsbaarheid kun je ook spreken van de hydrochemische kwetsbaarheid. Bepaalde stoffen zullen blijven kleven aan de bodem of onderweg afbreken, waardoor ze in een hydrologisch kwetsbare situatie toch niet de drinkwaterbronnen zullen bereiken. Een bekend voorbeeld hiervan is nitraat dat in anoxisch grondwater wordt omgezet in stikstofgas. Alleen mobiele, slecht afbreekbare stoffen zullen doordringen tot grotere diepte. Omdat dit dus per stof sterk kan verschillen is de hydrochemische kwetsbaarheid niet eenduidig voor een winning. Wel kun je stellen dat hoe meer kleiige lagen en hoe meer redoxzones worden gepasseerd, hoe kleiner de kans is dat verontreinigingen doordringen.

Modellering en datering
De kwetsbaarheid kan afgeleid worden uit de spreiding in verblijftijden van het opgepompte water. Omdat verblijftijden lastig direct te meten zijn wordt daarvoor vaak een hydrologisch model gebruikt. Door vanuit een groot aantal punten aan maaiveld stroombanen te laten starten en daarvan de verblijftijd tot de winning te bepalen krijg je de ‘leeftijdsopbouw’ van het gewonnen grondwater, in de vorm van een responscurve. Hieronder zie je het voorbeeld van winning Hoenderloo met pompfilters op 2 verschillende dieptes, eigenlijk een combinatie van freatische en gespannen winning. In de responscurve heeft de freatische winning verblijftijden tussen 20 en 200 jaar, en de gespannen winning tussen 300 en 2000 jaar.  

Doordat de hydrologische modellen voornamelijk gebaseerd worden op een stijghoogtepatroon, pompproeven en boorprofielen kennen ze een wisselende betrouwbaarheid. De nieuwste generatie modellen, gebaseerd op veel boorgegevens en gedetailleerde informatie over stijghoogtes en oppervlaktewatersysteem, levert voor een aantal winningen een snellere responscurve op, de kwetsbaarheid is dan dus groter dan we vroeger dachten.

Het voorkomen van bepaalde stoffen in het opgepompte grondwater vormt een aanvullende informatiebron voor de kwetsbaarheid. Ook kan door metingen aan van nature in grondwater voorkomende radioactieve isotopen de verblijftijd vanaf maaiveld worden bepaald. Voor de winningen Mander en Holten is daartoe een veldstudie uitgevoerd [Aquatempo]. In deze figuur zie je de isotopenmetingen in de pompputten van Holten:

Kwetsbaarheidsindeling Vitens
De winningen van Vitens zijn ingedeeld in 3 categorieen: kwetsbaar, matig kwetsbaar en niet-kwetsbaar op basis van de recente responscurves
[Kwetsbaarheid winningen].

Doorwerking in beschermingszones
De provincie wijst bij elke winning beschermingszones aan, waarin speciale regels gelden om de kwaliteit van het grondwater veilig te stellen. De volgende zones worden gehanteerd:

  1. Waterwingebied – waarin de pompputten liggen
  2. Grondwaterbeschermingsgebied – waarbinnen het grondwater binnen 25 jaar de pompputten bereikt
  3. Intrekgebied – waarbinnen het grondwater de pompputten bereikt
  4. Boringsvrije zone – waarbinnen geen diepe boringen mogen plaatsvinden (die kleilagen zouden doorboren)
  5. KWO-vrije zone – waarbinnen geen KWO-installaties mogen worden ingericht in aangegeven watervoerende laag

Hier een voorbeeld van de beschermingszones bij winning Sijmons:

Deze zonering wordt net als bij de responscurves gebaseerd op stroombaanberekeningen. De precieze criteria voor berekening kunnen wat verschillen per provincie. Vooral bij de vaststelling van de waterwingebieden lopen de praktijken nogal uiteen: