Gestimuleerde anaërobe afbraak, uitgangspunten voor het ontwerp

Toediening substraat en hulpstoffen
Voor de stimulering van de anaërobe afbraak worden een substraat en evtentueel nutriënten en/of een geschikte bacteriepopulatie (bioaugmentatie) in de bodem gebrach. Deze hulpmiddelen worden vervolgens via het grondwater op actieve of passieve wijze verspreid in de bodem, teneinde de te beïnvloeden plaatsen te bereiken.

Inbrengen in de bodem kan met behulp van een infiltratiesysteem (horizontale of verticale filters) of met een directe methode. Directe methoden van inbrengen zijn bijvoorbeeld met manchetten of met een injectieconus. Manchetten zijn bekend uit de civiele techniek ten behoeve van het aanbrengen van groutankers en de injectieconus wordt gebruikt bij standaard sonderingen (zie SKB-rapport SV-065, maart 2003). Bij directe methoden van inbrengen wordt er geen gebruik gemaakt van een permanent infiltratiesysteem, maar worden de stoffen toegediend met een mobiel systeem (bijvoorbeeld een boor- of sondeerwagen met een perspomp of een blower ten behoeve van inbrengen van de stoffen). Deze methode wordt de laatste tijd steeds meer toegepast. Voordelen van direct inbrengen zijn dan het geen uitgebreid filternet vraagt, de methode is snel en de kosten zijn beperkt. Nadeel is dat mogelijk meerdere malen teruggekomen moet worden om opnieuw middelen in de bodem te brengen. Tevens kan deze methode niet gecombineerd worden met een recirculatiesysteem waarbij onttrokken grondwater wordt gezuiverd, wordt voorzien van hulpstoffen en weer in de bodem wordt geïnfiltreerd. Een dergelijk recirculatiesysteem vraagt het aanleggen van een systeem met filters.

Behalve de wijze van inbrengen kan substraat met behulp van water (opgelost) of een gas (stikstof, lucht) in de bodem worden ingebracht. Voordelen van injectie met behulp van een gas ten opzichte van infiltratie met water zijn:

• er is minder kans op verstopping rond het filter en in de bodem
• het invloedsgebied van de injectie is groter.

Bioaugmentatie is nodig waneer er in de bodem geen of onvldoende afbraakcapacitieit aanwezig is. In de praktijk geldt dit vooral voor de afbraak van Cis en VC. Het toevoegen van bacteriën die deze stoffenkunnen afbreken is in het veld bewezen (Major et al 2002) en wordt inmiddels als geacepteerde ethode beschouwd (OVAM, 2007). Er zijn hiervoor twee mogelijkheden:

• commercieel beschikbare bacteriecultures
• grondwater van een deel van de locatie of een andere locatie waar wel genoeg activiteit aanwezig is

Bioaugmentatie wordt altijd gecombineerd met maatregleen om de condities voor afbraak te optimasliseren (substraattoediening)

Verspreiding van substraat en hulpstoffen via het grondwater
Het substraat kan actief en passief verspreid worden. In de passieve vorm wordt substraat stroomopwaarts van de bron in de bodem gebracht en met de natuurlijke grondwaterstroming meegevoerd. In de actieve vorm wordt tevens grondwater stroomafwaarts van de bron onttrokken en via een anaërobe of aërobe loop stroomopwaarts geïnfiltreerd om een snellere doorspoeling van het te behandelen gebied te bewerkstelligen.

Een variant op de verspreiding van hulpstoffen is het aanbrengen van een biologisch actieve zone (lijn waarin substraat wordt geïnjecteerd). Een dergelijke zone kan op verschillende plaatsen in het aan te pakken verontreinigde gebied geplaatst worden (zie bijgevoegde figuur).

• als beheersmaatregel stroomafwaarts van de pluim indien het wenselijk is dat geen verdere verspreiding van de verontreiniging optreedt
• als beheersmaatregel stroomafwaarts achter de bron om nalevering aan de pluim te voorkomen. Het is een passieve vorm van stimulatie. Doordat er natuurlijke afbraak optreedt stopt de verspreiding van de pluim. Het gedrag van de pluim kan vervolgens gemonitord worden (fig. 3b);
• stroomafwaarts achter de bron om nalevering aan de pluim te voorkomen, waarbij via een anaërobe of aërobe loop de doorspoeling van de bodem wordt versneld. Deze actieve volumeaanpak wordt veelal gehanteerd voor het behandelen van bronnen of verontreinigingen die een (relatief) klein volume innemen. Door het optreden van natuurlijke afbraak in de pluim stopt de verdere verspreiding.

Zie hiervoor ook het onderdeel reactieve schermen

Hoeveelheid benodigd substraat

Voor het stimuleren van reductieve afbraak is het nodig dat het te behandelen bodemvolume tijdens de sanering sterk aaëroob gehouden wordt. De hoeveelheid substraat die hiervoor nodig is hangt af van de natuurlijke redoxcondities van de bodem, de stromingssnelheid van het grondwater, de verontreingingsvracht en natuurlijk van het bodemvolume en de saneringsduur.

De exact benodigde hoeveelheid substraat is moeilijk vooraf te bepalen. De minimaal benodigde hoeveelheid substraat wordt doorgaans berekend aan de hand van de totale hoeveelheid te reduceren verontreinigingen en natuurlijke elektronenacceptoren zoals zuurstof, nitraat, Fe(III), Mn(IV) en sulfaat. Hiervan bevinden mangaan en ijzer zich in de vaste fase en zijn daardoor lastig te bepalen. Voor de oplosbare elektroneaccptoren zuurstof,,nitraat en sulfaat moet rekeing worden gehouden met toeveor door instroming van grondwater.

Omdat het in de bodem gebrachte substraat slechts gedeeltelijk nuttig gebruikt wordt en het nooit ideaal over de te behandelen zone kan worden verspreid, wordt er altijd een overmaat aan substraat toegevoegd. Afhankelijk van de mate waarin gericht kan worden toegediend en de mogelijkheid tot bijsturing wordt doorgaans een overmaat van een factor vijf tot tien aangehouden. Bij speciaal voor reductieve dechlorering ontwikkelde substraten wordt vaak een eenvoudig ontwerp geleverd.

Hieronder is een voorbeeld van een berekening van de benodigde hoeveelheid substaat voor een anaëroob bioscherm gegeven.De berekening van de substraatbehoefte voor in-situ sanering via reductieve dechlorering wordt gebaseerd op de waterstofbalans: het substraat wordt via fermentatieve processen omgezet in moleculair waterstof. Dat dient vervolgens als elektronendonor voor de reductieve dechlorering. Naast de CKW zijn er ook nog natuurlijke elektronendonoren die waterstof verbruiken. De behoefte aan waterstof kan worden berekend door de aanwezige CKW en de natuurlijke elektronenacceptoren via onderstaande reactievergelijkingen.

Zo kan worden bepaald hoeveel waterstof er nodig is voor omzetting. Voor Fe(III) en CO2 is het moeilijk te bepalen hoeveel ervan beschikbaar is. Doorgaans wordt dit geschat aan de hand van de omzettingsproducten Fe(II) en CH4. Bij de berekening moet rekening worden gehouden met de nalevering van verontreinigingen en de instroom aan elektronenacceptoren gedurende de periode van de sanering.

De hoeveelheid waterstof die wordt geproduceerd uit verschillende veelgebruikte substraten kan worden bereken via de onderstaande vergelijkingen