Gestimuleerde aërobe afbraak, toepassingsgebied voor aromaten, alifaten en PAK
De toepasbaarheid van gestimuleerde aërobe afbraak wordt voor een belangrijk deel bepaald door de mate waarin, en de omstandigheden waaronder, verontreinigende stoffen afbreekbaar zijn. Bij het stimuleren van aërobe afbraak wordt geprobeerd in de bodem de optimale omstandigheden voor afbraak te creëren.
Indien geen puur product meer aanwezig is, kunnen lichtere oliefracties (alkanen met een ketenlengte tot C30 zoals benzine en diesel), aromaten, fenolen of cocktails van deze stoffen in principe goed worden verwijderd door toevoeging van zuurstof aan de bodem. Het uiteindelijke succes hangt, naast het ontwerp en de dimensionering, af van de bereikbaarheid en beschiikbaarheid van de verontreiniging en in samenhang hiermee de heterogeniteit van de bodem. In het navolgende wordt aangegeven of en onder welke omstandigheden verontreinigende stoffen biologisch afbreekbaar zijn.
Aromatische verbindingen
De monocyclische aromatische koolwaterstoffen zijn in het algemeen biologisch goed afbreekbaar onder zowel aërobe als anaërobe condities. Alleen voor benzeen wordt anaërobe afbraak niet door alle onderzoekers aangetoond [NOBIS]. Omdat aërobe afbraak in alle gevallen snelle gaat, heeft deze vorm van afbraak de voorkeur. De biobeschikbaarheid van de verontreinigende stoffen is relatief gunstig vanwege de hoge oplosbaarheid en vluchtigheid. Bij olieverontreinigingen blijken aromatische verbindingen sneller te worden omgezet dan de (meer apolaire en dus slechter oplosbare) alifatische verbindingen [Batterman; Lee]. voor meer informatie over de afbreekbaarheid van aromatische verbindingen bekijk de bijgaande tabellen tabel a en tabel b.
Alifaten
De meeste alifatische koolwaterstoffen die voorkomen in veelgebruikte brandstoffen zoals benzine, diesel en huisbrandolie zijn aëroob afbreekbaar, maar de snelheid van afbraak verschilt sterk per stofgroep. Doorgaans wordt de volgende volgorde van relatieve afbreekbaarheid aangehouden:
n–alkanen (C10–C19) > gassen (C2–C4) > n–alkanen (C5–C9) > vertakte alkanen tot C12 > alkenen (C3–C11) > vertakte alkenen > cycloalkanen.
De afbreekbaarheid neemt af naarmate de koolstofketens meer vertakt zijn. Vooral wanneer de vertakking van de keten sterk is, of wanneer er vertakkingen aan het laatste koolstofatoom aanwezig zijn is de afbreekbaarheid gering. Cycloalkanen zijn het moeilijkst af te breken en zijn meestal toxisch voor de bacteriën. Complexe cyclische verbindingen zoals hopanen zijn de meest recalcitrante stoffen bij olieverontreinigingen. Als gevolg van de verschillen in afbraaksnelheid zal gedurende het afbraakproces een relatieve aanrijking plaatsvinden van de slechte afbreekbare componenten, wat ook wel bekend staat als verwering of veroudering). In het chromatogram van de olie-analyse is dit te zien aan het verdwijnen van individuele pieken en een relatieve verschuiving naar zwaardere componenten. Deze aanrijking kan worden gebruikt als bewijs voor afbraak. Hoewel de alkaanfractie in brandstoffen meestal niet volledig afbreekbaar is, is de resterende zware fractie vrijwel altijd slecht in water oplosbaar en vormt daarmee een beperkt risico vanwege de lage mobiliteit en de lage biobeschikbaarheid. Er ontstaat dan een situatie waarbij in de grond nog relatief hoge gehaltes aanwezig zijn, maar waarbij in het grondwater lage concentraties worden gevonden.
Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK)
PAK met 2, 3, 4 en 5 ringen kunnen onder aërobe conities worden afgebroken. Algemeen kan worden gezegd dat de snelheid van afbraak omgekeerd evenredig is aan het aantal ringen. Laag-moleculaire PAK, zoals naftaleen en fenanthreen, worden in de bodem relatief snel omgezet. PAK met meer dan 4 ringen kunnen bijzonder persistent zijn. De ouderdom van de verontreiniging en de matrix waarin de verontreiniging zich bevindt, zijn sterk bepalend voor de effectiviteit van de sanering. De adsorptie van PAK aan grond en sediment is een continu proces, desorptie van PAK verloopt steeds moeizamer in de loop der jaren. Naast de samenstelling van de bodem, is ook de samenstelling van de verontreiniging van invloed op de omzettingssnelheid. In een mengsel van organische verontreinigingen (minerale olie, creosoot) kan de beschikbaarheid groter zijn, waardoor de afbraak sneller verloopt. Evenals voor de zware alifaten geldt dat aan het eind van een sanering vaak de zware PAK overblijven met relatief hoge concentraties in de grond en lage concentraties in het grondwater.