Technieken voor gestimuleerde afbraak kunnen onderverdeeld worden in anaërobe gestimuleerde saneringstechnieken, aërobe gestimuleerde saneringstechnieken en combinatie gestimuleerde biologische afbraak met andere technieken.
Anaërobe gestimuleerde afbraak wordt gekenmerkt door de korte inzet van bovengrondse installaties. Veelal kan volstaan worden met het doseren en verspreiden van de hulpstoffen in de bodem. Dit varieert van enkele weken bij directe injectie tot maximaal een jaar bij recirculatie systemen. Na het doseren vindt de afbraak plaats in de bodem, waardoor bovengrondse installaties overbodig zijn en er nauwelijks overlast is voor de omgeving. Herdosering kan echter noodzakelijk zijn.
Dosering van elektronendonor (VOCl)
Algemeen
In zandige bodemtypes wordt voor het doseren van elektronendonoren veelal gebruik gemaakt van recirculatiesystemen waarbij de elektronendonor aan het geïnfiltreerde water wordt toegevoegd.
De afstand tussen infiltratie- en onttrekkingsputten of -drains kan oplopen tot enkele tientallen meters, waardoor het een goed toepasbare saneringstechniek is in bebouwd gebied.
In slecht doorlatende bodemtypes, zoals (zandige) klei, leem en veen, is directe injectie van elektronendonoren effectief. Hierbij wordt de electronendonor onder druk van één tot enkele bar in de bodem geïnjecteerd. De afstand tussen de injectiepunten bedraagt over het algemeen één tot enkele meters. Deze techniek stelt daarmee eisen aan de bereikbaarheid van de saneringslocatie.
Soorten elektronendonoren
Als elektronendonor komen verschillende stoffen in aanmerking. Hierbij kan onderscheid gemaakt worden tussen complexe mengsels van verbindingen zoals protamylasse (nutrolase), wei en melasse (reststromen uit de voedingsmiddelenindustrie), enkelvoudige bulkchemicaliën zoals lactaat, acetaat, ethanol of methanol, en speciaal voor dit doel gemaakte stoffen zoals Hydrogen Release Compound (HRC®) of geëmulgeerde plantaardige olie. Voordeel van een verbinding als protamylasse is dat het tevens nutriënten en mineralen bevat.
De keuze van de koolstofbron wordt vooral bepaald door de toepassingsvorm, levensduur en de prijs. In de bovenstaande tabel is een aantal veelgebruikte koolstofbronnen weergegeven.
Bij het ontwerpen van een doseersysteem voor een elektronendonor voor de anaërobe afbraak van een verontreiniging met gechloreerde verbindingen moet aandacht worden besteed aan de selectie van de elektronendonor. Belangrijke aspecten zijn niet alleen de werkingsduur van de elektronendonor maar ook de doseerbaarheid ervan. Sommige goedkope elektronendonoren zoals protamylasse bevatten zwevende delen hetgeen de infiltreerbaarheid kan bemoeilijken.
Ontwerp recirculatiesysteem
Voor het ontwerpen van een recirculatiesysteem dienen de locatie van de onttrekkings- en infiltratiefilters, het debiet en de concentratie van de hulpstoffen in het infiltratiewater zodanig op elkaar afgestemd te zijn dat binnen redelijke tijd (enkele maanden tot een half jaar) het verontreinigde pakket van hulpstoffen is voorzien.
Met onttrekking en infiltratie is ruime ervaring opgedaan en kan een goede verspreiding van de hulpstoffen worden gerealiseerd. Nadelen zijn de kans op verstoppingen en een verdringing van verontreinigd grondwater rondom de infiltratiefilters. Deze nadelen kunnen door een goed ontwerp en door rekening te houden met periodieke regeneratie van filters worden voorkomen.
Bij recirculatie van anaëroob grondwater is het van belang om het onttrokken grondwater anaëroob te houden zodat geen problemen ontstaan met neerslagvorming. Het onttrokken water wordt zonder zuivering, maar met toediening van de hulpstoffen, in een gesloten systeem weer geïnfiltreerd in horizontale drains of verticale infiltratiefilters.
Bij het doseren van hulpstoffen via een recirculatiesysteem bestaat ook kans op verstopping van de infiltratiefilters door microbiologische groei (biofouling). Hier moet rekening mee gehouden worden bij het ontwerp en de bedrijfsvoering, bijvoorbeeld door het intermitterend doseren van de elektronendonor, het gescheiden injecteren van de elektronendonor en nutriënten en het doorspoelen van de infiltratiefilters met grondwater zonder elektronendonor.
Er zijn twee vormen van beënting: één waarbij een op laboratorium schaal gekweekte bacterieoplossing wordt gedoseerd en één waarbij met een reactor op de locatie bacteriën worden gekweekt en gedoseerd. Een voordeel van beënting in vergelijking met het alleen doseren van een elektronendonor is het sneller op gang helpen van de gestimuleerde afbraak en daarmee het verkorten van de saneringsduur. Ook al zijn in de bodem de goede bacteriën van nature aanwezig, door het doseren van een reeds actieve populatie verloopt de afbraak in veel gevallen sneller.
Het TCE concept is een voorbeeld van een recirculatiesysteem met dosering van koolstofbron en bacteriën. Het TCE-concept is in de jaren negentig voor het eerst toegepast als totaal concept op de locatie Evenblij te Hoogeveen (TCE staat voor ‘Totaal Concept Evenblij’). Het was de eerste grootschalige en full scale bioaugmentatie met anaërobe bioreactoren.
Ontwerp directe injectie
Het ontwerp van een saneringsvariant waarbij de hulpstoffen met directe injecties worden toegediend wordt in eerste instantie bepaald door de invloedsstraal van de injecties. Deze invloedsstraal is afhankelijk van de bodemopbouw, het volume van de te injecteren oplossing en de wijze van injecteren.
Vaak wordt in heterogene bodems een raster van maximaal enkele meters aangehouden, waarbij de natuurlijke grondwaterstroming en diffusie na de injecties nog in geringe mate bijdragen aan de verdere verspreiding. Ook wordt in deze pakketten vaak een geconcentreerde oplossing of een onverdunde hulpstof als melasse of protamylasse (ook wel nutrolase genoemd)geïnjecteerd. Hierdoor blijft de hulpstof lang werkzaam (enkele jaren) en wordt het verontreinigde grondwater rondom de geïnjecteerde vloeistof lang van de hulpstoffen voorzien.
In beter doorlatende zandbodems is de directe invloedsstraal eveneens afhankelijk van het geïnjecteerde volume. Vaak wordt in deze pakketten daarom een groter volume van een verdunde oplossing gedoseerd om een grote invloedsstraal te behalen. Tevens draagt grondwaterstroming en diffusie in goed doorlatende pakketten in grotere mate bij aan de verdere verspreiding. Hierdoor kan een minder dicht raster worden gebruikt. Toch wordt ook in goed doorlatende pakketten een raster van maximaal 5 meter aangehouden om te voorkomen dat de hulpstoffen zijn uitgewerkt voordat zij zich over het gehele te behandelen pakket hebben kunnen verspreiden.
Een ontwerp voor directe injecties (met name de onderlinge afstand tussen de injecties) is dus afhankelijk van de concentratie van de hulpstoffen in de injectievloeistof en het te injecteren volume. In slecht doorlatende pakketten wordt een dicht raster met kleine volumes hogere concentraties of onverdunde vloeistoffen gebruikt, in beter doorlatende pakketten worden grotere volumes van sterker verdunde oplossingen geïnjecteerd.
Nitraat en sulfaatdosering (BTEXN)
Problemen met grote BTEXN pluimen doen zich met name voor in gebieden die zeer sterk anaëroob zijn, zogenaamde methanogene bodems. Deze condities komen voor in veen- en kleigebieden maar ook in de bronzones van verontreinigingen met BTEXN, omdat de aanvoer van geschikte elektronenacceptoren (nitraat, sulfaat) met het instromende grondwater het verbruik door afbraak niet kan compenseren. De oorzaak van de langzame afbraak is een tekort aan een geschikte elektronenacceptor.
Om de biologische afbraak te stimuleren wordt in dergelijke situaties vaak gekozen voor een aërobe saneringsvariant. Aërobe afbraak van BTEXN verloopt namelijk sneller dan anaërobe afbraak en zuurstof is in goed doorlatende bodems goed te doseren. Ook is naast BTEXN vaak gelijktijdig minerale olie aanwezig en minerale olie is alleen goed afbreekbaar onder aërobe condities. Toch is er een aantal redenen om de anaërobe afbraak te stimuleren:
-
Nitraat en sulfaat zijn goed oplosbaar in water en kunnen daarom in grote hoeveelheden toegediend worden via de waterfase, in tegenstelling tot zuurstof (maximale oplosbaarheid van 10-12 mg/l bij gebruik van perslucht). Dit heeft voordelen in sterk gelaagde bodems waar persluchtinjectie leidt tot een zeer grillig verspreidingspatroon van zuurstof, of voor verontreinigingen op grote diepte waar continue injectie van zuurstof hoge (energie)kosten met zich meebrengt.
-
Bij het toedienen van nitraat of sulfaat in opgeloste vorm bestaat er geen risico op strippen en daarmee uitdamping van de verontreiniging.
-
Bij het stimuleren van de anaërobe afbraak is de kans op zetting door oxidatie van veen of aantasting van houten funderingspalen gering in vergelijking met gestimuleerde aërobe afbraak.
De keuze voor nitraat of sulfaat hangt af van de eigenschappen van de bodem. Als vuistregel kan worden aangehouden dat in pakketten waarin van nature aërobe tot nitraatreducerende condities heersen nitraat de voorkeur heeft. Zijn de redoxcondities van nature sterker gereduceerd dan heeft sulfaat de voorkeur. Een belangrijke randvoorwaarde is uiteraard dat anaërobe afbraak van BTEXN met nitraat of sulfaat ook daadwerkelijk optreedt. Dit kan middels een haalbaarheidsonderzoek worden vastgesteld.
Zie verder technieken voor gestimuleerde afbraak
Aanvullende informatie