Natuurlijke afbraak, uitgangspunten voor het ontwerp, toepasbaarheid

MNA als saneringsstrategie

Het monitoren van natuurlijke afbraak (monitored natural attenuation, MNA) is een benadering die meestal wordt ingezet als onderdeel van een saneringsvariant. De natuurlijke afbraak leidt tot een verwijdering van opgeloste verontreinigingen. Omdat de aanwezigheid van puur product leidt tot een langdurige nalevering van verontreinigingen moet puur product uit de bodem verwijderd worden om te komen tot een eindige situatie. MNA wordt mede daarom overwegend (en bij voorkeur) toegepast in combinatie met actieve saneringsmaatregelen. De actieve saneringsmaatregelen hebben als doel om de uitloging van verontreinigingen uit de bron tegen te gaan. MNA kan dan zorg dragen voor de sanering van de opgeloste verontreinigingen in het grondwater.

Toepassing van MNA als enige maatregel gebeurt vrijwel uitsluitend bij gevallen waar geen naleverende bron aanwezig. Indien sprake is van een naleverende bron en de sanering ervan is niet haalbaar, dan kan MNA worden ingezet om de stabiliteit van een grondwaterpluim te bepalen en te monitoren.

De laatste jaren is de aandacht voor natuurlijke afbraak van verontreinigingen in Nederland toegenomen, mede door de grootschalige stagnatie van de aanpak van verontreinigingen door de praktische en financiële beperkingen van actieve saneringstechnieken. In 2001 is een beleidsvernieuwing op bodemgebied (BEVER) doorgevoerd, waarin duidelijk ruimte is gegeven voor toepassing van MNA [VROM, 2001]. In de saneringsladder valt de toepassing van MNA onder de trede 2, 3 of 4. De aanwezigheid van puur product in de vorm van een drijf- of zaklaag in de bronzone van een verontreiniging is een negatieve factor voor MNA. De nagenoeg eeuwigdurende nalevering vanuit de bron betekent namelijk dat ook de monitoring vrijwel eeuwigdurend zal moeten zijn (trede 4 van de saneringsladder).

De toenemende aandacht voor natuurlijke afbraak heeft geleid tot de ontwikkeling en het gebruik van nieuwe meettechnieken, specifieke parametersets, afwegingsmodellen, stoftransportmodellen en publicaties van gegevens met betrekking tot de afbreekbaarheid van milieuvreemde stoffen. Door de toegenomen kennis van de processen in de bodem is vastgesteld dat natuurlijke afbraak in een aantal situaties een goede oplossing biedt. Daarnaast worden extensieve technieken meer en meer als volwaardige oplossing gezien.

Type verontreiniging

Zoals eerder genoemd is MNA in principe toepasbaar voor alle typen verontreinigingen, dus ook voor metalen die niet kunnen worden afgebroken. In het overgrote deel van de gevallen met organische verontreinigingen waar MNA wordt toegepast, speelt afbraak echter wel een cruciale rol. De meeste MNA protocollen richten zich dan ook voornamelijk op het aantonen van afbraakprocessen. De meest voorkomende mobiele organische verontreinigingen (BTEX en CKW) zijn reeds beschreven onder het principe van natuurlijke afbraak [B9.1]. Voor andere organische verbindingen geldt dat het specifieke stofgedrag (met name mobiliteit en biologische afbreekbaarheid onder de lokale condities) moet worden beoordeeld. Van de meeste stoffen is betrouwbare informatie hierover beschikbaar. In incidentele situaties kan het noodzakelijk zijn het stofgedrag proefondervindelijk vast te stellen.

Bodemmilieu

De natuurlijke omzetting van stoffen is afhankelijk van het bodemmilieu. De pH en de temperatuur van de Nederlandse bodems hebben in het algemeen onderling vergelijkbare waarden en zijn daarmee niet onderscheidend. De redoxpotentiaal, en daarmee de aanwezigheid en verhouding van elektronen acceptoren zoals zuurstof, nitraat, ijzer(III), sulfaat en kooldioxide, bepaalt de mogelijkheden van de te volgen afbraakroutes en - snelheden. Elektronen acceptoren zorgen voor het vrijmaken van energie uit koolstofbronnen. Deze koolstofbron kan bestaan uit de aanwezige verontreiniging(en), maar ook uit van nature voorkomend afbreekbare organische koolstof. Het soort elektronen acceptor bepaalt de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de afbraak van een koolstofbron. Over het algemeen geldt: hoe hoger de vrijkomende energie, des te sneller de afbraakreactie. De hoeveelheid vrijkomende energie neemt in principe af in de volgorde waarin de elektronen acceptoren gebruikt worden: eerst O2 dan NO32-, Fe(III), SO42- en ten slotte CO2. Niet elke verontreinigende stof kan als koolstofbron gebruikt worden. Een voorbeeld daarvan is Per. Deze stof en andere gehalogeneerde koolwaterstoffen kunnen gebruikt (= afgebroken) worden als elektronen acceptor. In dat geval is de aanwezigheid van een goed afbreekbare koolstofbron noodzakelijk. De aanwezigheid van andere ‘concurrerende’ elektronen acceptoren kan in dit geval de afbraak beperken.

Tot slot is de aanwezigheid en beschikbaarheid van nutriënten van belang voor het bestaansrecht van bodembacteriën. De belangrijkste beperkende nutriënten zijn stikstof (N) en fosfor (P). Als vuistregel wordt vaak een molverhouding C : N : P van 100 : 10 : 1 aangehouden als noodzakelijk voor de groei van bacteriën. Voor (micro)verontreinigingen in de Nederlandse bodem wordt hier meestal aan voldaan.

Bodemtype

In principe komt elke bodem in aanmerking voor natuurlijke afbraak. De textuur van de bodem beïnvloedt echter wel de milieuomstandigheden en daarmee de afbraakroute en -snelheid. Belangrijk in deze context zijn de doorlatendheid, het organische-stofgehalte en de aanwezigheid van microporiën.

De doorlatendheid is van invloed op de stromingssnelheid van het grondwater en daarmee de verblijftijd van de verontreiniging in een bepaald bodemcompartiment. De vraag is of de verblijftijd in een bepaald bodemcompartiment hoog genoeg is voor de gewenste afbraak. Is dit niet het geval dan zal verdere (ongewenste) verspreiding van de verontreiniging optreden. Anderzijds, hoe hoger de doorlatendheid, des te beter de aanvoer van de voor de afbraak benodigde nutriënten, primaire substraten en elektron acceptoren zal zijn.

Het organisch-stofgehalte van de bodem beïnvloedt de verhouding van de hoeveelheid verontreiniging in oplossing (het grondwater) ten opzichte van de hoeveelheid geadsorbeerd aan de vaste fase (de grond). Daarmee beïnvloedt het organische-stofgehalte de biobeschikbaarheid: in het algemeen geldt dat alleen de in oplossing aanwezige verontreiniging afgebroken kan worden. Daarentegen heeft opgelost organisch koolstof (DOC) een positief effect op de microbiële afbraak van bijvoorbeeld CKW. DOC kan als primair substraat fungeren bij CKW-afbraak. Veelal blijkt een te laag DOC-gehalte in de praktijk limiterend te zijn voor de volledige afbraak van CKW tot onschadelijke eindproducten.

In aërobe bodems kunnen toch anaërobe bacteriën voorkomen door de aanwezigheid van anaërobe microporiën. Dit kan leiden tot een afbraakverloop die anders is dan in eerste instantie zou worden verwacht, afhankelijk van het aandeel van deze microporiën in het betreffende bodemtype.

Checklist toepasbaarheid

Voor de toepassing van MNA is een goed inzicht in bodemopbouw, de hydrologie, de geochemie en de verontreinigingssituatie nodig. Onderstaand is een checklist opgenomen van gegevens die beschikbaar moeten zijn om natuurlijke afbraak als saneringsvariant te kunnen overwegen.

Aard van het product (de verontreiniging)

1. afbreekbaarheid.
2. verdelingscoëfficiënt.
3. dichtheid.

Verontreinigingssituatie

1. ligging oorspronkelijk brongebied.
2. periode waarin verontreiniging heeft plaatsgevonden.
3. voorgaande en actuele concentraties.
4. aanwezigheid puur product (drijf- of zinklagen).
5. aanwezigheid afbraakproducten.

Bodemopbouw en geohydrologie

1. porositeit, dichtheid, doorlatendheid.
2. organische-stofgehalte.
3. stromingsrichting en -snelheid grondwater.
4. ligging verschillende bodemlagen.

Milieuomstandigheden

• redoxindicatoren en -potentiaal;
• primair substraat (alleen voor CKW).

Omgevingsfactoren

• bedreigde objecten stroomafwaarts.