Een bioscherm is een reactief scherm waar een strook van de natuurlijke bodem, loodrecht op de verspreidingsrichting van de grondwaterverontreiniging, door middel van injectie van een substraat (of reagens) omstandigheden worden gecreëerd in de ondergrond die de afbraak van de verontreinigingen bewerkstelligen of vergroten.
Anaeroob of Aeroob
Een anaeroob bioscherm, in de meeste gevallen gericht op het afbreken van gechloreerde verbindingen door reductieve dechlorering, heeft als doel het creëren van een sterk reducerend milieu (sulfaatreducerend tot methanogene omstandigheden in en juist achter het scherm). Een aeroob scherm, in de meeste gevallen gericht op het afbreken van BTEX, lichte minerale oliefracties en licht gechloreerde koolwaterstoffen zoals vinylchloride, heeft als doel het creëren van een oxiderend milieu in het scherm. Inmiddels is ook de anaerobe afbraak van BTEX met nitraat of sulfaat in opkomst, dit wordt hier niet verder aangehaald. De toepassing is vergelijkbaar met anaerobe bioschermen voor VOCl, vooral de hulpstoffen verschillen. De ontwerpeisen van bioschermen worden toegelicht aan de hand van twee voorbeelden:
- Anaeroob bioscherm door recirculatie en dosering.
- Aeroob bioscherm door luchtinjectie.
Ontwerp
Voor bioschermen is een conceptueel model in horizontale en verticale zin noodzakelijk. Het sanerend effect van een bioscherm is afhankelijk van de regelmaat waarmee toeslagstoffen toegediend (moeten) worden. Als de injectie stopt, zullen de omstandigheden in het grondwater na verloop van tijd terugkeren naar de uitgangssituatie. Daarmee is een bioscherm strikt gesproken geen passieve barrière, en afhankelijk van de zorg waarmee de juiste condities worden gehandhaafd. De werking van een bioscherm is tevens afhankelijk van de doeltreffendheid waarmee de toeslagstoffen kunnen worden gemengd met het grondwater. De anaerobe en aerobe schermen verschillen voor wat betreft de aard van de condities die nodig zijn, en de wijze waarop de toeslagstoffen worden gemengd.
Zie verder Anaeroob bioscherm of Aeroob bioscherm
Installatie en uitvoering
Het basisprincipe van bioschermen bestaat eruit dat substraat met injectiefilters wordt aangebracht in de oorspronkelijke bodem. De injectie is in de meeste gevallen discontinu. Periodiek worden de hulpstoffen aan het grondwater toegevoegd met geautomatiseerde of handmatige systemen. In deze paragraaf gaat de aandacht uit naar de mogelijke uitvoeringswijzen van injectiefilters. Er kan onderscheid worden gemaakt in horizontale en verticale injectiefilters.
In Nederland is veel ervaring aanwezig met het plaatsen van filters. Verreweg de meeste toepassingen van bioschermen bestaan uit verticale injectiefilters. Deze filters worden geconstrueerd door een gat tot de gewenste diepte te boren.
Bedrijfvoering en monitoring
Injectie van substraat
De bedrijfsvoering bij een bioscherm bestaat uit het periodiek injecteren van het substraat via het injectiesysteem dat in de vorige paragrafen besproken is. Voor deze injectie kan gebruik gemaakt worden van een geautomatiseerd systeem, waarbij meerdere injectie-filters via een manifold zijn aangesloten op een controle-unit. Een dergelijke unit bestaat in hoofdzaak uit een een doseerpomp (om het substraat aan de waterstroom toe te voegen), een injectiepomp (om het mengsel in de bodem te pompen) en een computer om de injecties tijdig en in de juiste volgorde uit te voeren. Daarnaast zijn verschillende buffer- en opslagtanks, kleppen en afsluiters, drukopnemers en dergelijke nodig. Het te injecteren water kan worden opgepompt op de locatie of drinkwater kan worden gebruikt (bijvoorbeeld via een ‘brandweeraansluiting’). De koolstofbron wordt onverdund op de locatie opgeslagen, periodieke levering van koolstofbron blijft echter noodzakelijk omdat de meeste koolstofbronnen een beperkte houdbaarheid hebben.
Het alternatief voor een geautomatiseerd systeem is periodieke handmatige injectie. Hierbij wordt het toe te dienen middel (bijvoorbeeld een mengsel van melasse en water) in een van te voren bepaalde mengverhouding naar de locatie gebracht (bijvoorbeeld via een tankwagen), de injectiefilters worden één voor één of meerdere tegelijk aangekoppeld en het substraat wordt de bodem ingepompt. Zodra de gewenste hoeveelheid geïnjecteerd is, wordt het filter afgekoppeld en worden de volgende filters behandeld.
Het spreekt voor zich dat de inspanning bij handmatige injectie veel groter is dan bij een geautomatiseerd systeem. Daar staat tegenover dat de investering voor een geautomatiseerd systeem vaak aanzienlijk is en ook daarbij enig periodiek onderhoud (bijvoorbeeld regelmatig aanvullen voorraadvaten) noodzakelijk is. De keuze van een koolstofbron en diens ‘levensduur’ in de bodem speelt daarbij een rol.
Monitoring
Net als bij ijzerschermen moet tijdens de operationele fase van een bioscherm de prestatie worden gevolgd en vastgelegd. Daarvoor moeten monitoringsbuizen worden geplaatst en bemonsterd. Monitoring moet inzicht geven in:
- de afname van contaminanten;
- het ontstaan van de gewenste redoxomstandigheden;
- het geohydrologisch patroon;
- de variatie in doorlatendheid;
- de microbiologische processen.
Bij een bioscherm zijn twee soorten monitoring van belang: ‘Procesmonitoring’ om de verspreiding van het substraat en de vorming van de reactive zone te volgen. Op basis van deze informatie kan de sterkte en frequentie van de hulpstoffeninjectie aangepast worden. Deze monitoringsrondes zijn minder belangrijk als het systeem eenmaal in werking is en de effecten van de techniek zichtbaar zijn in grondwatermonsters die in het behandelde gebied verzameld zijn. Bij procesmonitoring wordt een zo beperkt mogelijk analysepakket gehanteerd.
‘Voortgangsmonitoring’ om de effectiviteit van de sanering te bepalen. Voortgangsmonitoring levert het bewijs dat het systeem de verontreinigingen saneert. Monitoringspeilbuizen (géén injectiefilters) in verschillende gedeelten van het te saneren gebied of op verschillende gedeelten van het te saneren gebied of op verschillende afstanden stroomafwaarts van het injectiegebied worden hiervoor geselecteerd. Tijdens deze monitoringsronde worden de verontreinigingen, afbraakproducten en indicators voor omzetting (zoals etheen, ethaan en methaan bij reductieve dechlorering) geanalyseerd.
Voor een uitgewerkte casus over de realisatie van een meervoudig anaeroob bioscherm zie casus anaeroob bioscherm
Aanvullende informatie