Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

In situ vastlegging zware metalen, uitgangspunten voor het ontwerp

Vooronderzoek

Om te kunnen beoordelen of in situ vastlegging van zware metalen een geschikte saneringstechniek is voor een bepaalde verontreinigde locatie dient een vooronderzoek te worden uitgevoerd. In dit vooronderzoek dient aandacht besteed te worden aan de volgende aspecten:

  • verontreinigingsbeeld: aard, mate en omvang van verontreiniging met zware metalen, verschijningsvorm (chroom kan bijvoorbeeld als zeswaardig chromaat aanwezig zijn of in driewaardige vorm, deze vormen vereisen een andere aanpak)
  • condities in het grondwater: pH, geleidbaarheid, redoxpotentiaal
  • macro-samensteling van het grondwater: sulfaat, DOC, calcium, ijzer, nitraat, zuurstof
  • samenstelling van de bodem (lutum, humus, ijzer- en aluminiumoxiden)
  • zuurbuffercapaciteit van de bodem, hierbij is vooral het gehalte aan calciumcarbonaat van belang
  • verspreidingsmogelijkheden aan de hand van verontreinigingsbeeld, de grondwaterbeweging en eventuele onttrekkingen
  • aanwezigheid nutriënten (indien biologische processen worden overwogen)
  • aanwezigheid kwetsbare objecten in de omgeving
  • huidig gebruik van de locatie en mogelijke veranderingen daarin, met name veranderingen die invloed kunnen hebben op pH en redoxcondities

Naast de situatie in het verontreinigde deel van de locatie is het belangrijk om ook informatie te verzamelen over de condities/samenstelling van het bovenstroomse grondwater en condities/samenstelling van de bodem in het front van de pluim. Dit laatste is vooral van belang als natuurlijke vastlegging wordt overwogen, waarbij de pluim zich nog kan uitbreiden. De gegevens die met het vooronderzoek zijn verkregen, kunnen ingevoerd worden in het BOS zware metalen (zie SKB-rapport SV-615) [1]. De algemene opzet van het BOS is als volgt:

  1. Eerst wordt gekeken naar de mogelijkheden van natuurlijke vastlegging. Als dit geen perspectief biedt kan worden overgegaan op gestimuleerde vastlegging
  2. De beoordeling vindt stapsgewijs plaats waarbij de onderzoeksinspanning wordt opgevoerd naarmate het perspectief op haalbaarheid groeit

Voor een eerste beoordeling is stap 1 van het BOS beschikbaar. Hierin worden zowel de capaciteit als de stabiliteit van de vastlegging indicatief beoordeeld. Hiervoor zijn hulpmiddelen ontwikkeld in de vorm van een vastleggingsindicator en een stabiliteitsindicator. De vastleggingsindicator geeft informatie over de bindingscapaciteit van de bodem en de stabiliteitsindicator geeft een indruk geeft van de lange-termijn stabiliteit van de bodemcondities. Met lange-termijn wordt bedoeld: vastlegging gedurende minimaal 100 jaar (ook als de pH in de toekomst mogelijk wijzigt door bijvoorbeeld zure neerslag). De vastleggingsindicator bestaat uit een pH-redox diagram, waarin de meetwaarden van de locatie worden geplot, zie figuur 1 als voorbeeld. Natuurlijke vastlegging is kansrijk als de punten in een groen vlak liggen. Als blijkt dat sorptie het bepalende proces is (punten liggen in een gearceerd groen vlak) moet aanvullend de sorptie-capaciteit worden berekend, hiervoor is een spreadsheet beschikbaar [1]. Van groot belang daarbij is een goede inschatting van de totaal beschikbare vracht. In een eerste onderzoek zullen meestal alleen de concentraties in het grondwater bekend zijn. Door desorptie zullen echter metalen vrijkomen uit de bodem en de totale vracht die moet worden vastgelegd is dus (aanzienlijk) groter dan de opgeloste vracht. Hoewel deze vracht in eerste instantie ruw kan worden geschat (er kan ook een range worden doorgerekend), zal in vervolgonderzoek een goede onderbouwing verkregen moeten worden. Dit is echter alleen noodzakelijk als uit de indicatieve berekeningen blijkt dat natuurlijke vastlegging perspectief biedt. Bepaling van de (potentieel) mobiele vracht aan metalen is mogelijk door modelberekeningen, extracties en/of uitloogproeven.

Figuur 3: Voorbeeld vastleggingsindicator voor nikkel. Egaal groen: natuurlijke vastlegging door precipitatie is kansrijk; gearceerd groen: idem door sorptie; oranje vlakken: nader onderzoek is nodig; rode vlakken: natuurljjke vastlegging waarschijnlijk niet haalbaar

Naast de stabiliteit van de vastlegging is het belangrijkste beoordelingscriterium voor natuurlijke vastlegging de mate waarin de pluim in de toekomst nog zal groeien. Welke uitbreiding acceptabel is, is afhankelijk van de aanwezigheid van kwetsbare objecten, de eisen die het bevoegde gezag stelt en de haalbaarheid van alternatieven. Als natuurlijke vastlegging niet haalbaar is, dient te worden nagegaan op welke wijze de vastlegging het beste kan worden gestimuleerd. Dit is afhankelijk van de huidige en toekomstige condities op de locatie (pH, redox). Stimulatie van de vastlegging is mogelijk door

  • Stimuleren sulfaatreductie door verlagen van de redoxpotentiaal ( toedienen van organisch substraat, sulfaat en eventueel nutriënten)
  • Correctie van de zuurgraad door toediening van loog, bicarbonaat of zuur
  • Injectie van andere stoffen die precipitatie bewerkstelligen

Naast de stabiliteit van de vastlegging is het belangrijkste beoordelingscriterium voor gestimuleerde vastlegging de mogelijkheid om de gewenste substraten te injecteren. Hierbij is primair de bodemgesteldheid (doorlatendheid, opbouw) bepalend, daarnaast kunnen fysieke belemmeringen in de vorm van bebouwing en dergelijke een rol spelen.

Combinatie met andere technieken
In situ vastlegging van zware metalen is een saneringstechniek die primair gericht is op aanpak van de pluim van de verontreiniging. Dit betekent dat een andere techniek dient te worden ingezet voor sanering van de bronzone. Hierbij is van belang om vast te stellen of de bron nog nalevert en in hoeverre deze zich in de verzadigde zone bevindt. In het vooronderzoek moet worden nagegaan wat de beste oplossing is voor de bronsanering. Als de verontreiniging inmobiel is, kan ontgraving worden toegepast, dan wel een isolerende of funktiegerichte oplossing door het wegnemen van blootstellingsrisico's, bijvoorbeeld door het aanbrengen van een verharding. Als (een deel van) de verontreiniging in de bronzone mobiel is, kan het nodig zijn om het grootste deel van de vracht door pump-and-treat te onttrekken. Het restant kan dan door natuurlijke of gestimuleerde processen in de bodem worden vastgelegd.

De uitvoering van gestimuleerde in situ vastlegging van zware metalen maakt gebruik van injectietechnieken. Combinatie met andere technieken is hierbij in de regel niet aan de orde. Eventueel zou combinatie met grondwateronttrekking kunnen worden overwogen om de verspreiding van de verontreiniging in de pluim beter te kunnen beheersen en om de verspreiding van het toegediende substraat door de verontreinigde bodem te stimuleren.

Een andere mogelijke combinatie is de toepassing van in situ vastlegging in een reactief scherm door het creëren van een zone in de bodem waarbij instromende verontreiniging wordt vastgelegd (precipiteert) en 'schoon' water het scherm weer verlaat (zie "reaktieve schermen").

In situ vastlegging is gericht op sanering van verontreinigd grondwater met zware metalen. Indien naast zware metalen ook andere verontreinigende stoffen in het grondwater voorkomen dienen andere saneringstechnieken te worden overwogen. Een uitzondering hierop zijn gevallen van gecombineerde verontreinigingen van zware metalen en chloorkoolwaterstoffen als tetra- en tri-chlooretheen. Bij toepassing van gestimuleerde in situ vastlegging van zware metalen kunnen tevens de genoemde ckw's worden gesaneerd. Drijvende kracht achter dit proces is de verlaging van de redoxcondities in de bodem waardoor de afbraak van dergelijke ckw's goed op gang kan komen. Dit noemt men ook wel combi-remediatie.