Toxiciteit door ammonia - pieken in rwzi-effluent na neerslag

Toxiciteit ammoniak Ammonia is een van de verschijningsvormen van het nutriënt stikstof in water. Het kan in twee vormen in het water zitten: als ammonium-ion (NH4+) en als opgelost ammoniak-gas (NH3). De verhouding tussen deze twee vormen is afhankelijk van de zuurgraad (pH) en de temperatuur van het water. Het onderscheid is belangrijk omdat ammoniak veel toxischer is in water dan ammonium. Vooral vissen zoals zalm en forel zijn erg gevoelig voor plotseling hoge concentraties ammoniak in het water, omdat ze dan hun 'eigen' ammoniak niet meer aan de omgeving kwijt kunnen. Bacteriën, algen en waterplanten hebben hier minder last van. Specifiek verontreinigende stof De Kaderrichtlijn Water (KRW) definieert ammonium als specifieke verontreinigende stof (en dus als onderdeel van de beoordeling op de ecologische toestand) en stelt normen voor de maximum jaargemiddelde concentratie (JG-MKE, voor chronische effecten) en de maximum toegestane concentratie (MAC-MKE, voor acute effecten) in oppervlaktewater: JG-MKE (voor binnenwateren) 0,304 mg NH4+-N/l; MAC-MKE (voor binnenwateren): 0,608 mg NH4+-N/l. Deze waarden gelden bij een pH van 7,7 en een temperatuur van 15° C. Bij een andere pH en temperatuur moet u de norm omrekenen, waardoor deze fors anders kan worden (zie het praktijkvoorbeeld onder aan deze pagina). Ammonium stond bij de evaluatie van KRW-wateren in 2015 in de top 5 van specifiek verontreinigende stoffen die het vaakst de norm overschrijden in Nederlandse KRW-waterlichamen. Hoge concentraties NH4+ in rwzi-effluent Een rwzi is ontworpen om zoveel mogelijk stikstof uit het influent te verwijderen via nitrificatie Nitrificatie is een stap in het verwijderingsproces van stikstof uit afvalwater. Bij nitrificatie wordt ammoniastikstof (NH4+ en NH3) omgezet naar nitriet (NO2) en vervolgens naar nitraat (NO3-) door bacteriën. Deze gebruiken daarvoor zuurstof. en denitrificatie Denitrificatie is een stap in het verwijderingsproces van stikstof uit afvalwater. Bij dentrificatie worden nitriet (NO2) en nitraat (NO3-) omgezet naar stikstofgas (N2) door bacteriën.. Als een rwzi bij hevige regen (te) zwaar belast wordt, kunnen deze processen verstoord raken. Hierdoor kunnen veel hogere concentraties ammonium in het effluent voorkomen dan tijdens dwa. In figuur A ziet u een voorbeeld van een middelgrote rwzi in het midden van het land. Als het hard regent (bovenste grafiek) neemt het effluentdebiet (middelste grafiek) toe van ongeveer 2.500 m3/h naar ruim 10.000 m3/h. De concentratie NH4+ in het effluent (onderste grafiek) neemt met elke grote debietpiek ook fors toe van 1-2 mg/l tot soms meer dan 10 mg/l. Hierdoor neemt de concentratie ammonium in het ontvangende oppervlaktewater uiteraard ook toe (niet getoond in de figuur). In welke mate dat gebeurt, hangt af van de mengverhouding tussen rwzi-effluent en oppervlaktewater. Figuur A Voorbeeld van de reactie van debiet en concentratie NH4+ in het effluent van een rwzi op neerslag (Bron: STOWA, 20191)Vergroot afbeelding Praktijkvoorbeeld: verhoogde concentraties NH4+ in oppervlaktewater In figuur B ziet u een voorbeeld van hoge concentraties NH4+ in oppervlaktewater. Het gaat om de in de zomer van 2014 gemeten concentratie NH4+ in rivier de Dommel nabij de Nederlands-Belgische grens, samen met het debiet in de rivier en de pH. De afvoer van de rivier varieert flink (samenhangend met buien, niet te zien in de grafiek). Bij het begin van elke afvoerpiek is ook een piek in de concentratie NH4+ te zien. Dit ammonium is afkomstig van bovenstroomse rwzi's (en gemengde overstorten). Maximumwaarden in de rivier kunnen oplopen tot 2-4 mg NH4+/l. Deze concentraties liggen beduidend hoger dan bovenstaande MAC-MKE (0,608 mg NH4+-N/l), maar toch is in dit geval geen sprake van een normoverschrijding. Dit komt door de relatief lage pH in de rivier: met een pH van 6,5 en een (geschatte) temperatuur van 20°C ligt de MAC-MKE op ongeveer 6,5 mg NH4+-N/l, dus ruim tien keer hoger dan bij de referentiesituatie. Door de lage pH kan relatief veel ammonium geloosd worden, omdat dit niet of nauwelijks in het toxische ammoniak wordt omgezet. N.B. Hoewel in deze situatie geen acute toxiciteit optreedt, draagt de ammoniumlozing wel bij aan andere, langetermijnproblemen in het oppervlaktewater, zoals eutrofiëring Eutrofiëring is de voedselverrijking van bodem en water met voornamelijk nutriënten zoals stikstof en fosfaat. Oorzaken zijn o.a. mestuitspoeling en atmosferische depositie. Eutrofiëring kan leiden tot een explosieve algengroei en hogere planten in oppervlaktewater.. Figuur B Debiet, concentratie NH4+ en pH in rivier de Dommel in de zomer van 2014 (Bron: waterschap De Dommel)Vergroot afbeelding 1 STOWA (2019). Afkoppelen. Kansen en risico’s van anders omgaan met hemelwater in de stad. Rapport 2019-22, STOWA, Amersfoort.