Evaluation of the equilibrium partitioning concept for heavy metals in soils and sediments

Een evaluatie is uitgevoerd van de toepasbaarheid van het evenwichtspartitieconcept (EP) voor zware metalen en de daarbij gehanteerde partitiecoefficienten bij de afleiding van integraal afgestemde milieukwaliteitsdoelstellingen voor bodem en sediment. Een partitiecoefficient (Kp) geeft de verhouding weer tussen enerzijds de hoeveelheid van een verbinding die aan bodem- of sedimentdeeltjes gebonden is en anderzijds de hoeveelheid van dezelfde verbinding vrij in oplossing. Kp's voor zware metalen zijn niet constant, maar varieren sterk met bodemkarakteristieken. In bodems is voor de metalen Cd, Cr, Cu, Ni, Pb en Zn een partitiemodel afgeleid waarmee veldgemeten Kp's als functie van de pH en andere bodemkarakteristieken (Fe, Al, klei en/of organische stof) te berekenen zijn. Voor As is een partitiemodel afgeleid dat enkel is gebaseerd op het Fe-gehalte. Bovendien worden aanvullende partitiemodellen gepresenteerd waarmee de Kp op grond van eenvoudig te meten bodemkarakteristieken (pH, organische stof en klei) te berekenen is. In sedimenten kunnen sulfide precipitaten (AVS) in potentie grote hoeveelheden zware metalen binden. Het AVS-gehalte in sedimenten varieert sterk door plaats-, diepte- en seizoensvariabiliteit. Hierdoor is het op dit moment niet mogelijk om een partitiemodel af te leiden. Uit bovenstaande kan worden geconcludeerd dat voor de onderlinge afstemming van bodem- en water kwaliteitsdoelstellingen voor metalen, het EP-concept een praktische en toepasbare benaderingswijze is. Echter mede door de onzekerheid in de variabiliteit van het AVS-gehalte, lijkt toepassing van het EP-concept voor sedimentkwaliteitscriteria voor metalen op dit moment te voorbarig.An evaluation was performed on the applicability of the equilibrium partitioning concept and the use of partition coefficients for the derivation of soil and sediment quality criteria. A partition coefficient (Kp) is defined as the ratio of the amount of heavy metal bound by the solid phase, to the concentration in the pore water. Kp values for heavy metals are not constant but vary greatly with soil characteristics. For Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn in soils, a partition model was derived to predict field-based Kp values as a function of pH and other soil characteristics (Fe, Al, clay and/or organic matter). For As, a partition model was derived solely based on Fe-content. Thereupon, partition models were derived based solely on easily obtainable soil characteristics (pH, organic matter and clay). In addition, research was carried out towards the applicability of sulfide precipitates (AVS) for standard setting of anaerobic sediments. AVS is able to bind heavy metals in sediments in great quantity. However, AVS-contents vary greatly in place, depth and season. Therefore,at the moment it appears to be impossible to derive a universal partition model for metals in sediments. It is concluded that for the setting of integrated soil and water quality objectives, the EP-concept is a practical and applicable approach. Based on the insecurity of the variability in AVS-content, it is still premature to apply the EP-concept for deriving quality criteria for sediments.DGM/SVS/B