Chemische erosie en waterkwaliteit: de olifant in de kamer

Dossier: Jan de Schutter * – augustus 2022 (bijgewerkt op 15 juni 2023)

Hoe verdroging en nitraatuitspoeling zorgen voor normoverschrijdingen van zware metalen in water

Diffuse waterverontreiniging, daar gaat het dan over!
In tegenstelling tot puntlozingen, waar je door een goede monitoring van concentraties en debiet, een betrouwbaar beeld krijgt van de geloosde verontreinigingsvracht, is dat heel anders voor diffuse “bronnen” van waterverontreiniging: er is geen sprake van één duidelijke bron en concentraties en vrachten zijn daarom moeilijk vast te stellen. Het is ook heel goed mogelijk dat een diffuse bron lang buiten beeld blijft, ook al is ze erg dominant aanwezig … Uiteindelijk heeft diffuse waterverontreiniging alles te maken met de kennis en inzicht in de werking van (lokale)water- en bodemsystemen, en laat nu net dat zijn wat Vlaanderen compleet uit het oog verliest door o.m. talrijke besparingsmaatregelen.

Meestal wordt diffuse verontreiniging onrechtstreeks beschreven, en vraagt kennis en inzicht over bv. interacties tussen water en bodem, de omvang van zowel water- als stofstromen, onderzoek naar de route die een verontreiniging afgelegd heeft tot ze in het water terecht komt enz. Dit alles maakt dat het moeilijk is om een goed beeld te krijgen van de omvang van diffuse bronnen van waterverontreiniging, maar bovenal maakt het ook duidelijk dat een goede monitoring cruciaal is. Monitoring blijkt voor VMM echter steeds minder prioriteit en meer en meer vertrouwd men uitsluitend op computersimulaties …
Toch wordt in dit document het resultaat gepresenteerd van onderzoek op basis van vrij toegankelijke data (bv. VMM, HIC (1)) en literatuur, waarbij we aantonen dat chemische erosie van de bodem verantwoordelijk is voor de zeer belangrijke waterverontreiniging met zware metalen (nikkel, kobalt, zink enz.) in o.m. het bekken van De Mark (Maasbekken), De Leie en de Bovenschelde.

Samengevat zijn de conclusies van dit onderzoek:
De totale vracht aan de zware metalen kobalt, nikkel en zink die in zowel grond- als oppervlaktewater terechtkomen is vele malen hoger dan wat door VMM wordt begroot. Nikkel is bovendien een zgn. prioritaire stof, waarvoor Europa strenge reductiedoelstellingen oplegt. De inventarisatie die VMM opstelde is dus zeer onvolledig. Bijvoorbeeld voor het Maasbekken in Vlaanderen (159.600ha) begroot VMM de totale nikkelvracht op 0,706 ton/j,
terwijl uit dit onderzoek blijkt dat alleen al voor het bekken van de Mark in Hoogstraten (29.812ha)) er ca. 2,84 ton nikkel/j uitspoelt.

Verder blijkt ook:

  • Dat chemische erosie van de ondergrond effectief de reus én de olifant in de kamer is wat betreft de verontreiniging met zware metalen van zowel grond- als oppervlaktewater, en dat dit tot op vandaag compleet buiten beeld is gebleven,
  • Dat nitraatuitspoeling, maar ook verdroging, wel degelijk kan aangewezen worden als de primaire oorzaak van de vastgestelde chemische erosie van de bodem waardoor sterk verhoogde gehalten aan zware metalen in grond- en oppervlaktewater worden vastgesteld. Ook verhoging van het sulfaatgehalte en de waterhardheid zijn het gevolg. Deze fenomenen hebben dan ook zeer belangrijke negatieve gevolgen voor de drinkwatervoorziening en kwelafhankelijke natuur,
  • Dat de reeds genomen en uitsluitend op nutriënten gerichte maatregelen cf. de verschillende mestactieplannen (MAP1-7, PAS) onvoldoende zijn om de uitspoeling van zware metalen, sulfaat en de toename van de waterhardheid tegen te gaan. Zo kan een uitspoeling van 50mg NO3-/l nog ca. 12μg Co/l doen uitspoelen of 24 x de MKN-waarde voor kobalt in oppervlaktewater, en ca. 2x de MKN voor nikkel,
  • Dat de inventaris van gevaarlijke stoffen (bv. nikkel) door VMM ernstige tekortkomingen vertoont en geen weerspiegeling is van de werkelijke belasting van grond- en oppervlaktewater omdat de belangrijkste belasting buiten beeld blijft. Vlaanderen dreigt daardoor niet te voldoen aan de bepalingen van de Europese kaderrichtlijn Water,
  • Omdat het monitoringbeleid van VMM er niet op gericht is om watersystemen te begrijpen, maar enkel om te toetsen aan “normen”, blijven problemen zoals diffuse waterverontreiniging buiten beeld. Dit gaat ook op voor de manier waarop VMM de afvoer van waterlopen monitort: die houdt geen rekening met bv. gebiedskenmerken en interacties tussen het grond- en oppervlaktewatersysteem. Bovendien is deze monitoring niet afgestemd met de waterkwaliteitsmonitoring en worden vrachtberekeningen moeilijk, zo niet onmogelijk. Dat alles maakt het zeer problematisch om de werking van het watersysteem te begrijpen en worden kansen gemist om correct te sturen op de meest efficiënte maatregelen.

Een lange worsteling met waterkwaliteit …
Vlaanderen/ België heeft al decennia lang met waterkwaliteitsproblemen te maken, en steeds weer opnieuw werden daarbij mijlpalen voor het bereiken van een goede kwaliteit vooruitgeschoven in de tijd. Dat is wrang als je weet dat de eerste “anti-vervuilingswetgeving” (1950) en de eerste emissie- en immissienormen (1953) zowat 70j geleden werden opgesteld (2). Ondertussen groeiden natuurlijk de kennis en de inzichten, werden normen bijgesteld, maar pas recent en zeer voorzichtig begint men in te zien dat een waterkwaliteitsbeleid moet vertrekken van het bestaan van sterke onderlinge verbanden en beïnvloeding tussen het grond- en oppervlaktewatersysteem, maar ook met de bodem. De waterkwaliteit wordt niet uitsluitend bepaald door wat erin geloosd wordt, maar ook door de route die het water heeft afgelegd door de bodem, en de interacties die daar gebeuren. Het is belangrijk te realiseren dat het meeste water in beken en rivieren in feite ooit grondwater was, en dat grondwater soms snel en soms heel langzaam oppervlaktewater wordt…

Regenwater kan op zijn weg doorheen de bodem (en lucht) stoffen opnemen die kunnen reageren met de bodem. Nitraat ( deel van het stikstofprobleem naast bv. ammoniak) en bestanddeel in mest is daar een voorbeeld van. Door uitspoeling van nitraat dat achtergebleven is in de bodem na de oogst, komt nitraat in het grondwater terecht. Naast de directe gevolgen daarvan op de kwaliteit van het oppervlaktewater i.v.m. eutrofiëring en de kwaliteit van drinkwater, kan nitraat ook reageren met mineralen in de ondergrond, waarbij secundaire stoffen worden vrijgesteld. Een belangrijk voorbeeld hiervan is de reactie van nitraatrijk water met pyriet (een ijzersulfide), dat vrij verspreid in Vlaanderen blijkt voor te komen, ook al weet niemand precies aan te geven hoe dit ruimtelijk verspreid is (3). Pyriet kan in wisselende hoeveelheden zware metalen insluiten zoals zink (Zn), nikkel (Ni), kobalt (Co), arseen (As) enz., afhankelijk van het historische en zuurstofloze milieu waarin het gevormd werd (4). Omdat deze zware metalen daarin voorkomen als metaalsulfiden, en zo goed als onoplosbaar zijn, bleven zij daar als het ware voorgoed opgesloten tot het zuurstofloze milieu veranderde door toedoen van de mens. Door zowel ontwatering en drainage als door uitspoeling van nitraat begonnen deze afzettingen te oxideren. Belangrijk ook te realiseren: nitraatuitspoeling wordt als het ware gefaciliteerd door drainage en verdroging. Door oxidatie wordt sulfide omgezet in sulfaat, wat verzurend werkt en de bodem-pH doet dalen, kalkverbindingen uitspoelen en waardoor ijzer maar ook de aanwezige zware metalen mobiel worden. Er treden m.a.w. heel wat secundaire effecten op.

Anders uitgelegd: pyriet wordt geoxideerd door inwerking van uitspoelend nitraat onder landbouwgronden; hierbij wordt nitraat omgezet in stikstofgas, en sulfiden in sulfaat . Probleem opgelost zou je denken, ware het niet dat de secundaire effecten die optreden, zoals de vorming van sulfaat (verzurend!), toename van de waterhardheid door het oplossen van kalk en de mobilisatie van zware metalen, heel problematisch zijn. Deze verontreiniging ontstaat ruimtelijk verspreid in de ondergrond en is daarom moeilijk te remediëren. Men spreekt van diffuse verontreiniging.

Diffuse verontreiniging kan erg belangrijk tot dominant zijn. Bekend zijn bv. de historische verontreinigingen veroorzaakt door depositie uit de lucht, uitspoeling uit stortterreinen, erosie van (bouw)materialen enz. Weinig bekend en nauwelijks onderzocht is de hier genoemde chemische erosie van de bodem door nitraatrijkwater onder landbouwbodems. De vraag is hoe belangrijk de impact is van deze verontreiniging voor de kwaliteit van het grondwater en het gebruik ervan, maar ook hoe, en hoeveel van de verontreiniging bereikt nu en in de toekomst het oppervlaktewater?

In Nederland zijn de drinkwaterbedrijven die grondwater winnen hier al langer over verontrust, en er wordt al veel jaren onderzoek gedaan naar de mogelijke impact op hun zuiveringsprocessen en de daarmee gepaard gaande kosten.

(*) Jan De Schutter is bestuurslid bij vzw VALK (Actiegroep Leefmilieu Kempen) waar hij erg actief is rond waterbeleid (o.a. de Zegge in Geel).
Hij was in zijn actieve loopbaan ‘specialist water’ bij AMINAL, de vroegere Administratie Milieu,- Natuur-, Land- en Waterbeheer van de Vlaamse overheid,  vandaag beter gekend als het Departement Leefmilieu, Natuur en Energie (LNE) en waarvan o.a. het waterbeleid werd geïntegreerd in de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM).