curatief –
mengen - verticaal
broninfo
nvt
brongrootte
nvt
werkingsprincipe
Door de blauwalgen diep te mengen vangen cellen onvoldoende licht om goed te kunnen groeien. Destratificeren is niet afdoende om bloeien van bijvoorbeeld Microcystis te kunnen tegengaan. Er moet een verticale neerwaartse stroming op gang gebracht worden die de stijgsnelheid van de blauwalgen overtreft. De (drijf)voordelen die blauwalgen hebben vanwege de gasblaasjes worden hiermee opgeheven. De concurrentiekracht van het overig fytoplankton neemt toe. Daarnaast wordt de biomassa over de gehele diepte verdeeld waardoor de concentratie bovenin de waterkolom afneemt.
systeemeisen
Verticale menging is inzetbaar in diepe plassen. Er is geen vaste richtlijn vanaf welke diepte het goed zal functioneren omdat de vorm van de plas en de verhouding tussen diep en ondiep areaal van belang is. Indien menging te ondiep wordt toegepast krijgen cellen relatief meer licht dan in een situatie zonder menging en dat gaat ten koste van de mate van lichtlimitatie. Door de menging treedt nog wel een verdunning op van de celconcentratie, die wordt immers over de gehele diepte verspreid. Menging kan dan nog steeds blauwalgenpopulaties aan het oppervlak sterk verminderen, maar het is minder effectief, risicovoller en kostbaarder dan het dieper mengen waarbij gestuurd wordt op het verminderen van biomassa op basis van lichtlimitatie. Zie ook onder risico’s.
Er is (een beperkte hoeveelheid) literatuur, gebaseerd op modelberekeningen, waar een minimale mengdiepte uit valt te destilleren. Deze varieert van mengen van epilimniondikte tot 15 meter [1], [2]1 meer literatuur PM. Er is ook een modelaanpak, gebaseerd op het concept van een kritische diepte (30 meter) waarbij vanaf die kritische diepte alle algen verdwijnen bij voldoende menging. In dat concept zou het mengen van enkele meters diepte al voldoende zijn om Microcystis te laten verdwijnen [3]. In een review over het verkleinen van de mengdiepte in de Nieuwe Meer is aangegeven dat (blauw)algenbiomassa’s een factor 2-3 zullen toenemen bij het aanpassen van de mengdiepte van 20 naar 15 meter. Risico’s op drijflagen nemen dan ook toe [4]. In een recente rapportage voor de Nieuwe Meer worden modelresultaten zo geïnterpreteerd dat de mengdiepte van 20 meter naar 15 meter teruggebracht kan worden zonder risico’s op blauwalgbloeien, omdat de berekende 20 µg/l chlorofyl-a acceptabel wordt geacht [5]. Het betreft niet
1
1
Niet publiek beschikbaar, betreft studie in opdracht van Nuon. Beating the Blues, 22/6/2014 J.M. Stroom (Waternet), W.E.A. Kardinaal (KWR)
[email protected]
gecalibreerde modelresultaten en onderbouwing ontbreekt wat betreft de toelaatbare chlorofyl-a concentraties. De praktijk leert dat deze concentraties Microcystis midden op de plas tot drijflagen kan leiden aan de oevers data meren en zwemverboden PM.
Er is nauwelijks literatuur voorhanden gebaseerd op praktijkuitvoeringen waaruit een minimale diepte valt te destilleren. Van de Bosplas met een mengdiepte van 15 meter is bekend dat de resultaten redelijk zijn, maar niet goed. De menging is niet optimaal, maar mogelijk is ook de mengdiepte in de plas niet groot genoeg [6].
Aanbevolen wordt de vuistregel aan te houden dat vanaf 20 meter (maximale) diepte verticale menging een grote kans van slagen heeft tegen acceptabele kosten.
effectiviteit/werkingsduur
Er is veel ervaring met verticale menging. Blauwalgbloeien en drijflaagvorming kan effectief worden tegengegaan mits het tijdig wordt ingezet (normaliter in mei). De werkingsduur wordt bepaald door de technische werkingsduur. In de Nieuwe Meer zijn na ongeveer tien jaar zowel de lijnbeluchting als de compressors vervangen. Inmiddels is meer ervaring met kosteneffectieve puntbeluchters die naar verwachting langer meegaan (toegepast in Zegerplas en Vlietland).
uitvoering
De menging wordt gerealiseerd door op grote diepte kleine belletjes lucht in te brengen. Deze zijn zeer klein om veel water mee naar boven te kunnen meesleuren, maar niet zo klein dat ze oplossen in het water. Met het opstijgen van de lucht ontstaat verticale stroming in het watersysteem (zie illustratie). Normaliter is een dergelijke installatie de hele zomer in bedrijf.
Er kan op een aantal locaties een puntbeluchting (met diffusors) geïnstalleerd worden of er kan door middel van een buizennetwerk een lijnbeluchting aangelegd worden. Voor deze technieken is veel ervaring en kennis aanwezig (zie onder verder lezen).
Een op zich conventionele techniek maar pas recentelijk in Nederland toegepast voor blauwalgbestrijding betreft een airlift (bellenpomp). Hierbij wordt de perslucht onder in een buis gepompt, waardoor de opwaartse stroming in de buis plaats vindt. Een bellenpomp is in 2011 - 2013 gebruikt in de kleine Ursemmerplas (maximaal 17 meter diep, 0.03 km2 oppervlak) met overwegend positief resultaat (niet gedocumenteerd). Voor de Nieuwe Meer (1.3 km2) wordt gerapporteerd dat drie bellenpompen de huidige opstelling kunnen vervangen [5]. Deze layout wordt echter niet onderbouwd maar zou 85% minder energiekosten opleveren, gebaseerd op 110 kW resp. 30 kW aan geïnstalleerd compressorvermogen2. De layout van de Nieuwe Meer
2
2
Voor beide layouts wordt uitgegaan van een mengdiepte van 15 meter. Beating the Blues, 22/6/2014 J.M. Stroom (Waternet), W.E.A. Kardinaal (KWR)
[email protected]
genereert 5.3 resp. 4.5 m3/s/kW waterverplaatsing (bij mengdieptes van 20 en 15 m) [7]. De airlift in de Ursemmerplas genereert 0.5 m3/s/kW waterverplaatsing (mengdiepte 13 m) [8]. Eea. bevestigt een beknopte literatuurstudie waarin het rendement van een bellenpomp (met een kleinere diameter) op 0.13 – 0.52 m3/s/kW waterverplaatsing wordt berekend [9]. In deze sheet wordt de airlift als een niet bewezen techniek beschouwd. risico’s
Bij installatie in een te ondiepe plas is het werkingsprincipe lichtlimitatie te beperkt van toepassing. Dan blijft concentratieverlaging als gevolg van diepe menging over en dat geeft minder goede resultaten. In het slechtste geval functioneert de menging juist als een industriële ‘batch reactor’ waarbij het mengen een optimale toegankelijkheid van voedingsstoffen verzekert waardoor (blauw)algenbloeien (m.n. Plankthotrix) kunnen toenemen. Dit is gebeurd in de zwemplas De Kuil. Daar kan ook het ontwerp van de menger (windaangedreven) een rol gespeeld hebben [10]. Juist als er weinig wind is hebben blauwalgen concurentievoordeel en dan staat een windaangedreven menger stil.
Uitval/storing van het systeem kan binnen enkele weken tot bloei en drijflagen van blauwalgenmateriaal zorgen [11]. Bij een installatie in een ondiepe plas waarbij lichtlimitatie minder of niet aan de orde is zal deze periode naar verwachting korter zijn.
neveneffecten
Door de complete verticale menging blijft de waterbodem in de zomer zuurstofrijk. o
Dit heeft mogelijk verlaging van ijzergebonden fosfaatnalevering uit de waterbodem tot gevolg. Aan de andere kant kunnen de hogere zuurstofconcentraties en hogere temperatuur van het sediment resulteren in meer afbraak van organisch materiaal en daardoor juist meer nalevering van fosfaat [12]. Het netto effect is onduidelijk. Voor de blauwalgenbloei is de nutriëntenstatus niet van belang meer in een goed gemengd diep systeem, voor het behalen van de ecologische (KRW-)doelen wel.
o
De leefomgeving voor bodemvoedsel-etende vis zoals brasem wordt vergroot, waardoor de biomassa kan toenemen. Dit kan negatieve effecten hebben op ondiepe vegetatieontwikkeling en wellicht ook fosfaatnalevering vanuit de waterbodem al wordt dit effect vooralsnog als laag ingeschat [13].
In zijn totaliteit zijn de verwachte neveneffecten gering en netto positief omdat blauwalgen afnemen en helderheid toeneemt, wat weer gunstig is voor submerse vegetatie [14].
kosten 3
De kosten bedragen (aanneemsom inc. btw) ongeveer k€ 750 Beating the Blues, 22/6/2014 J.M. Stroom (Waternet), W.E.A. Kardinaal (KWR)
[email protected]
/km2 in het geval van plassen met een maximale diepte van ongeveer 30 m. De energiekosten (50 kW) bedragen ongeveer k€ 30 per jaar. Ondiepere en kleinere plassen worden relatief duurder. Kosten kunnen wellicht beperkt worden door optimalisatie van het ontwerp en beheer [11], [15]. referentieprojecten
Nieuwe Meer (Amsterdam) [6], [7], [11], [15]–[17]
Vlietland (Voorschoten) [18], [19]
Zegerplas (Alphen a/d Rijn) [18]
Haarlemmermeerse Bosplas (Hoofddorp) [6]
drinkwaterbekkens Petrusplaat, Honderd en Dertig, de Gijster (de Biesbosch) [20], [21].
verder lezen
Voor algemene info over principes van verticale luchtmenging zie [6], [17], [18], [22].
Over drijfvermogen en drijflaagvorming van Microcystis, zie [23].
[1] K. R. O’Brien, G. N. Ivey, D. P. Hamilton, A. M. Waite, and P. M. Visser, ‘Simple mixing criteria for the growth of negatively buoyant phytoplankton’, Limnol. Oceanogr., vol. 48, no. 3, pp. 1326–1337, 2003. [2] J. Huisman and K. Jöhnk, ‘Simulation of the population development of the toxic cyanobacterium Microcystisin Lake Nieuwe Meer under proposed heated water inflow scenarios; Phase 4: Simulations for confined heat input’, Aquatic Microbiology, IBED, University of Amsterdam (AMB), Amsterdam, Oct. 2004. [3] J. Huisman, J. Sharples, J. M. Stroom, P. M. Visser, W. E. A. Kardinaal, J. M. Verspagen, and B. Sommeijer, ‘Changes in turbulent mixing shift competition for light between phytoplankton species’, Ecology, vol. 85, no. 11, pp. 2960– 2970, 2004. [4] H. Los and R. Uittenbogaard, ‘Expert opinion adaptation Nieuwe Meer Bubble installation’. WL Delft Hydraulics, 18Jun-2004. [5] H. van de Weerd, ‘Onderzoek KRW maatregelen Nieuwe Meer en Amstelveense Poel’, Arcadis Nederland BV, Apeldoorn, 077566245:0.9, Jan. 2014. [6] J. M. Stroom and F. van Schaik, ‘Beknopte evaluatie mengsystemen Bosplas en Nieuwe Meer’, Hoogheemraadschap van Rijnland, Leiden, Jan. 2007. [7] E. Jungo, ‘Nieuwe Meer Amsterdam; Limitation of Microcystis; Adaptation of the existing bubble plume installation; Feasibility Study’, Jungo Engineering LTD., Zürich, V1Ju, 2004. [8] R. Buiter, ‘Belletjes tegen de blauwalg’, Visionair, no. 29, Sep. 2013. [9] R. E. Uittenbogaard, ‘Instelling bellenscherm t.b.v. verzoek simulaties en bezwaren oppositie vergunning; uitbreiding energie verbruik per 18 juni 2014 (nav discussie air lifts)’. Deltares, 18-Jun-2014. [10] ‘Vervolgstudie bestrijding oscillatoria rubescens en ceratium hirundinella in de Kuil; eindrapport’, Haskoning / Hoogheemraadschap van West-Brabant, 7212.D1772.B0/R003/BWI/GKK, Aug. 1996. [11] J. Huisman, K. Jöhnk, B. Sommeijer, J. Sharples, P. Visser, J. M. Stroom, F. de Jongh, O. Ross, M. Moore, L. van den Hove, and B. Schaub, ‘Intermittent Mixing in Lake Nieuwe Meer, Field Experiment and Model Simulations 4
Beating the Blues, 22/6/2014 J.M. Stroom (Waternet), W.E.A. Kardinaal (KWR)
[email protected]
2003’, IBED, Universiteit van Amsterdam, Amsterdam, Jun. 2004. [12] I. Chorus and J. Bartram, Toxic cyanobacteria in water: a guide to their public health consequences, monitoring, and management. London; New York: E & FN Spon, 1999. [13] L. Osté, G. Roskam, H. Los, and A. Cinjee, ‘Fosfaatfixatie in de Sloterplas - Concept 4’, Deltares, Delft, 1208370-000, versie 2, Feb. 2014. [14] N. G. Jaarsma, ‘Onderzoek neveneffecten luchtmenginstallaties op diepe plassen’, Witteveen + Bos, Deventer, LEDN176-1, 2011. [15] P. M. Visser, B. W. Ibelings, B. van der Veer, J. Koedood, and L. Mur, ‘Artificial mixing prevents nuisance blooms of the cyanobacterium Microcystisin Lake Nieuwe Meer, the Netherlands’, Freshw. Biol., vol. 36, pp. 435–450, 1996. [16] E. Jungo, ‘Nieuwe Meer Amsterdam Microcystis Bekaempfung mit Kuenstlicher Zirkulation Machbarkeitsstudie’, Ingenieurbuero Jungo, Zürich, Sep. 1991. [17] E. Jungo, P. M. Visser, J. M. Stroom, and L. R. Mur, ‘Artificial mixing to reduce growth of the blue-green alga Microcystis in Lake Nieuwe Meer, Amsterdam: an evaluation of 7 years of experience’, Water Sci. Technol., pp. 17–23, 2001. [18] R. Uittenbogaard and E. Aparicio Medrano, ‘Hydrodynamic simulations of the reduction of microcystis blooms by bubble plumes in deep lakes’, Deltares, Delft, 1002213-000-DSC-0003, Nov. 2011. [19] E. Aparicio Medrano, R. E. Uittenbogaard, L. M. Dionisio Pires, B. J. H. van de Wiel, and H. J. H. Clercx, ‘Coupling hydrodynamics and buoyancy regulation in Microcystis aeruginosa for its vertical distribution in lakes’, Ecol. Model., vol. 248, pp. 41–56, Jan. 2013. [20] L. W. C. A. van Breemen and H. A. M. Ketelaars, ‘The influence of artificial mixing and other factors on algal biomass in the Biesbosch reservoirs’, Aqua Q. Bull. Int. Water Supply Assoc., vol. 44, no. suppl. 1, pp. 65–71, 1995. [21] P. Visser, H. M. Ketelaarsl, L. C. A. Breemen, and L. Mur, ‘Diurnal buoyancy changes of Microcystis in an artificially mixed storage reservoir’, Hydrobiologia, vol. 331, no. 1–3, pp. 131–141, Sep. 1996. [22] G. D. Cooke, E. B. Welch, S. Peterson, and S. A. Nichols, Restoration and Management of Lakes and Reservoirs, Third Edition, 3rd ed. Boca Raton, FL: Taylor & Francis, 2005. [23] E. Aparicio Medrano, ‘Physical aspects explaining cyanobacteria scum formation in natural systems’, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, 2014. kennishouders
overheid
Waternet (Jasper Stroom)
HHRS Rijnland (Johan Oosterbaan en Mike Heuzen)
kennisinstituut
Universiteit van Amsterdam (Petra Visser, blauwalgen)
Universiteit van Genéve (Bas Ibelings, blauwalgen)
Deltares (Rob Uittenbogaard, mengen)
overig
5
Beating the Blues, 22/6/2014 J.M. Stroom (Waternet), W.E.A. Kardinaal (KWR)
[email protected]
illustratie
6
Beating the Blues, 22/6/2014 J.M. Stroom (Waternet), W.E.A. Kardinaal (KWR)
[email protected]
