In situ sanering, adsorptie en oplosbaarheid van bodemverontreinigingen
Één van de vromen waarin verontreinigende stoffen in de bodem kunnen voorkomen is geadsorbeerd in of aan bodemdeeltjes.
Adsorptie van verontreinigingen aan de bodemmatrix vindt plaats aan kleimineralen, (hydr)oxiden en organische stof. Adsorptie aan kleideeltjes komt tot stand door de negatieve oppervlaktelading van de kleimineralen, waardoor voornamelijk positief geladen ionen aan deze fractie zullen adsorberen. Daar organische stof ook negatief geladen is, geldt hiervoor hetzelfde. Oxiden en hydroxiden kunnen zowel positief als negatief geladen zijn, afhankelijk van de pH, zodat positieve en negatieve ionen aan deze deeltjes kunnen binden. Voor de in situ reiniging van bodems verontreinigd met anorganische stoffen is de kleifractie daarom een belangrijke parameter. Voor organische stoffen speelt deze adsorptie ook een rol, maar in veel grotere mate de binding aan organische stof.
De lineaire adsorptie-isotherm is een veelgebruikte vergelijking om het evenwicht tussen de geadsorbeerde en opgeloste hoeveelheid verontreiniging te beschrijven.
De verdelingscoëfficiënt geeft de verhouding weer tussen de hoeveelheid verontreiniging geadsorbeerd aan organische stof en de opgeloste hoeveelheid verontreiniging die hiermee in evenwicht is. De KD is afhankelijk van de samenstelling van de bodem en de specifieke eigenschappen van de adsorberende verbinding. Voor bodems waar verontreinigingen irreversibel zijn gebonden via chemosorptie of waar hysterese optreedt zal de geadsorbeerde hoeveelheid hoger zijn dan op basis van vergelijking 1 wordt berekend.
Voor bodems met meer dan 0,1 gewichtsprocent organisch stof is de adsorptie van organische verbindingen aan kleimineralen te verwaarlozen ten opzichte van de adsorptie aan organisch stof.
De verdelingscoëfficiënt kan het beste experimenteel bepaald worden via laboratoriumproeven. Een redelijke benadering van het adsorptiegedrag van verontreinigende stoffen aan de bodem kan worden bereikt via de verdelingscoëfficiënt water-organische stof (Koc). De relatie tussen de Koc en de KD luidt als volgt:
De Koc is de verhouding van de hoeveelheid verontreiniging geadsorbeerd aan de organische stoffractie van de bodem en de concentratie van de verontreiniging in het water. De Koc wordt vaak benaderd door de veelvuldig in de chemische literatuur vermelde Kow-waarde, de verdelingscoëfficiënt octanol-water. De grootte van Koc en Kow wordt alleen bepaald door de eigenschappen van de adsorberende verbinding en zijn onafhankelijk van het bodemtype. Via onderlinge vergelijking van Koc- of Kow-waarden kunnen de adsorptie-eigenschappen van de diverse organische verontreinigingen direct met elkaar vergeleken worden. Stoffen met een hoge Koc- waarde lossen slecht op in water en zullen daarom sterker aan de organische stoffractie van de bodem hechten, waardoor verwijdering van de verontreinigingen via de waterfase zal worden vertraagd.
Organische verontreinigende stoffen met log Kow-waarden kleiner dan 1, zijn goed oplosbaar en kunnen worden uitgespoeld. Componenten met een log Kow-waarde tussen de 1 en 3 zijn behandelbaar via uitspoeling, maar stoffen met een log Kow-waarde groter dan 3 kunnen slechts met behulp van middelen die de oplosbaarheid van de verontreiniging vergroten (oppervlakte actieve stoffen), worden uitgespoeld [Lyman].