Gestimuleerde aërobe afbraak, principe van de techniek

Bij het stimuleren van aërobe afbraak van bodemverontreinigingen wordt ernaar gestreefd de juiste condities te creëren voor in de bodem aanwezige micro-organsimen die de afbraak uitvoeren. Er zijn twee vormen van aërobe biologische omzettingen: metabole omzettingen en co-metabole omzettingen:

• bij metabole afbraak ontlenen de micro-organismes energie voor onderhoud en groei aan de omzetting van de verontreiniging
• bij co-metabole afbraak wordt de verontreiniging omgezet zonder dat het micro-organisme hier voordeel van heeft. De enzymen van het micro-organismen, zijn niet in staat voldoende onderscheid te maken tussen het energieleverende (primaire) substraat en stoffen, die eenzelfde structuur bezitten, waardoor een verontreiniging ‘per ongeluk’ wordt omgezet.

Wanneer een verontreiniging slechts via co-metabolisme wordt omgezet, is de aanwezigheid van een primair substraat noodzakelijk. Co-metabolisatie is met name van belang voor de biodegradatie van polycyclische koolwaterstoffen en sommige gechloreerde koolwaterstoffen. Bij volledige omzetting van verontreinigingen naar biomassa en anorganische componenten zoals CO2, water en zouten spreekt men van mineralisatie. Voor een groot aantal verontreinigingen is mineralisatie mogelijk. Biologische omzetting van verontreinigingen kan echter ook gedeeltelijk plaatsvinden. De gevormde (tussen)producten hebben vaak andere eigenschappen; de door schimmels geoxydeerde vorm van benzo(a)pyreen is bijvoorbeeld meer toxisch en ook beter oplosbaar, waardoor het risico kan toenemen. Bij verontreinigingen met stoffen waarmee nog geen goed gedocumenteerde ervaring bestaat is daarom van belang vóór toepassing van gestimuleerde aërobe afbraak onderzoek te doen naar te vormen tussenproducten en de mogelijkheid van (biologische) omzetting hiervan.

De meeste organische bodemverontreinigingen zijn biologisch afbreekbaar onder aërobe condities, zie hiervoor de tabel met afbreekbaarheden. In de bodem zijn vrijwel altijd micro-organismen aanwezig die deze afbraak kunnen uitvoeren en onder natuurlijke condities wordt de afbraak van deze stoffen vrijwel altijd gelimiteerd door de beschikbaarheid van zuurstof (Sims, 1993). Het stimuleren van aërobe afbraak is erop gericht de limitaties voor afbraak op te heffen en omvat dan ook altijd het toedienen van een zuurstofbron. Vaak worden ook stikstof en fosfor als nutriënten toegediend.

Bij het stimuleren van aërobe afbraak kan men in grote lijnen vier snelheidsbepalende factoren onderscheiden:

• beschikbaarheid van een elektronenacceptor (zuurstofbron)
• beschikbaarheid van nutriënten (voedingsstoffen) voor de micro-organismen
• aanwezigheid van microbiologische afbraakcapaciteit
• beschikbaarheid van de verontreiniging.

Gedurende een sanering zal er een verschuiving optreden in de snelheidsbepalende factor. In het algemeen is de autochtone populatie (plaatselijk aanwezige micro-organismen) in staat om de verontreinigingen om te zetten. Afwezigheid van een zuurstofbron is meestal de beperkende factor. Wanneer een zuurstofbron en nutriënten worden toegevoegd, zal gedurende een relatief korte periode de afbraakcapaciteit van de micro-organismen beperkend worden voor de omzettingssnelheid van de verontreinigingen. Dit blijft zo, totdat door groei de verbruiksnelheid zo hoog is, dat het transport van verontreinigingen naar de micro-organismen snelheidsbepalend wordt. De beschikbaarheid van de verontreinigingen bepaalt vanaf dat moment de snelheid. In onderstaande figuur 1 zijn bovenstaande stappen schematisch weergegeven.

De heterogeniteit van de bodem, bijvoorbeeld in grondsoort en hiermee in de doorlatendheid, adsorptiecapaciteit en pH, en heterogeniteit van de verontreiniging beperken de snelheid en het resultaat van biologische in situ sanering . Kleilagen in de bodem beschikken over een lagere porositeit en een grotere adsorptiecapaciteit dan zandlagen en hebben hierdoor een grote opslagcapaciteit voor verontreinigingen. Daarnaast zijn deze slecht toegankelijke lagen moeilijk te saneren vanwege de slechte doorlatendheid en lage diffusiesnelheid waardoor voedingsstoffen en een zuurstofbron minder goed kunnen doordringen. In bodems met grote verschillen in doorlatendheid kan zich voorkeursstromingen voordoen, waardoor de lagen met een lage doorlatendheid een langdurige sanering dienen te ondergaan [Sims, 1993].

Het stimuleren van biologische afbraak kan zowel worden toegepast in de verzadigde als in de onverzadigde zone. Voor beide zones gelden dezelfde biologische principes; de methode van toevoer en transport van voedingsstoffen en een zuurstofbron verschillen echter. In het schema vindt u een overzicht van de aspecten die bij een biologische in situ sanering van belang zijn.