Onttrekken grondwater, factsheet

Algemene techniekbeschrijving

Bodemverontreiniging kan worden gesaneerd door het onttrekken van grondwater. Door de onttrekking van grondwater wordt de verontreinigde bodem doorspoeld met schoon grondwater uit de omgeving of met schoon geïnfiltreerd water. Bij het doorspoelen wordt in eerste instantie het verontreinigde grondwater verwijderd en vervangen door het aangetrokken schone water. Vervolgens desorbeert een deel van de verontreinigende stoffen vanuit de vaste bodem naar het grondwater. Met de afvoer van het aangetrokken water, worden ook de opgeloste verontreinigende stoffen weer afgevoerd. Op deze wijze is het onttrekken c.q. spoelen een continu proces van afvoeren van water waarin verontreinigende stoffen vanuit de bodem zijn opgelost en aanvoeren van schoon water.

De onttrekking van het grondwater kan plaatsvinden met behulp van horizontale drains of met verticale onttrekkingsfilters. De onttrekking uit de drains kan plaatsvinden onder vrij verval (figuur 1) of door een vacuümbemaling (figuur 2).

Bij onttrekking onder vrij verval stroomt het grondwater onder invloed van alléén de zwaartekracht naar de drains en vanuit de drains naar een pompput. Bij een vacuümbemaling wordt door het aanbrengen van een onderdruk actief aan het grondwater gezogen.

De onttrekking uit verticale filters kan plaatsvinden met behulp van een onderwaterpomp, met haalbuizen of met een vacuümbemaling. Bij onttrekking met een onderwaterpomp (figuur 3) of met haalbuizen (figuur 4) stroomt het grondwater alléén onder invloed van de zwaartekracht naar het filter. Vanuit het filter wordt het water opgedrukt met een onderwaterpomp dan wel opgezogen met een zuigbuis.

Bij een vacuümbemaling(figuur 5) wordt er actief aan het grondwater gezogen.

Zowel voor drains als voor verticale filters geldt, dat met behulp van een vacuümbemaling grotere debieten kunnen worden onttrokken dan met onttrekking onder vrij verval.

Door de infiltratie van water wordt de invloed van de grondwateronttrekking op de omgeving verminderd, en wordt de bodem versneld doorspoeld. Vaak spelen intrinsieke processen (afbraak, verdunning, adsorptie etc.) een ondersteunende rol bij de sanering van het grondwater. Naast het sec toepassen van grondwateronttrekking als saneringstechniek voor het grondwater, wordt grondwateronttrekking ook toegepast in combinatie met bodemluchtextractie en persluchtinjectie. Daarnaast bestaat de mogelijkheid om aan geïnfiltreerd water stoffen toe te voegen die de condities voor afbraak verbeteren of de mobiliteit van de verontreinigende stoffen vergroot.

Toepassingsgebied en indicatie saneringsresultaat

Verontreinigingtype

Met name mobiele, goed in water oplosbare, stoffen kunnen worden gesaneerd met grondwateronttrekking. De mobiliteit van de verontreinigende stoffen is afhankelijk van met name de sorptie eigenschappen van een stof en het lutum- en organische stofgehalte van de bodem. Het lutumgehalte is met name van invloed op metalen, het organisch stof is met name van invloed op organische verontreinigende stoffen. Uitspoeling gaat beter naarmate er minder lutum of organisch stof in de bodem voorkomen.

Tot de mobiele groep behoren stoffen als aromaten, gechloreerde oplosmiddelen en sommige zware metalen zoals cadmium, nikkel en zink. Tot de immobiele groep behoren zwaardere olie, PAK (behalve naftaleen) en zware metalen zoals bijvoorbeeld lood en koper.

Bodemtype

Homogeen zandige bodems zijn het meest doorlatend. In heterogene zandige bodems met daarin kleiige of venige laagjes is het zand wel goed doorlatend, maar de kleiige of venige laagjes niet. Daardoor wordt bet zand wel doorspoeld en de kleiige of venige laagjes niet of nauwelijks. Heterogene dan wel homogene bodems die met name uit klei of veen bestaan, zijn slecht doorlatend. Dergelijke bodems lenen zich minder goed voor het onttrekken van grondwater. De meest voorspoedige grondwatersaneringen betreffen mobiele verbindingen in relatief goed doorlatende bodems. In onderstaande tabellen is een overzicht gegeven van de toepassingsmogelijkheden van grondwateronttrekking bij verschillende bodemtypes, voor zowel mobiele als niet-mobiele stoffen.

Er is sprake van herstel als een acceptabele (stabiele) eindsituatie is bereikt, waarbij geen aktieve nazorg nodig is. In de tabel is aangegeen wanneer een techniek in principe tot de gewenste doelstelling (bv herstel) kan leiden. De tabel geeft geen inschatting of de feitelijke toepassing van de techniek in een concrete situatie succesvol zal zijn; daarvoor hebben te veel factoren invloed op het resultaat.

Tabel 1: Toepassingsgebied voor onttrekken grondwater; mobiele stoffen

De mobiliteit van de verontreinigende stof is afhankelijk van factoren zoals:

• De adsorptiecoëfficiënt van de verontreinigende stof. Organische verontreinigende stoffen met een Kow-waarde kleiner dan 10 zijn goed oplosbaar en kunnen daardoor goed worden uitgespoeld. Verontreinigende stoffen met een Kow-waarde groter dan 1000 zijn slecht oplosbaar en daardoor moeilijk uitspoelbaar
• Het lutum- en organisch stofgehalte van de bodem. De adsorptie van verontreinigende stoffen aan de bodem is afhankelijk van de organische stoffractie en het lutumgehalte. De eerste is met name bepalend voor organische verontreinigende stoffen, de tweede voor zware metalen. Uitspoelen gaat eenvoudiger naarmate er minder organische stof of lutum in de bodem voorkomt

Tot de mobiele groep behoren stoffen als aromaten, gechloreerde oplosmiddelen, lichte olieproducten zoals benzines, petroleum, kerosine en diesel en sommige zware metalen zoals cadmium, nikkel en zink. Tot de immobiele groep behoren stoffen als zwaardere olie, zwaardere PAK's (met uitzondering van naftaleen) en sommige zware metalen, zoals bijvoorbeeld lood en koper.

Drijflaag/zaklaagverwijdering

Het afpompen van drijflagen kan door middel van selectieve onttrekking van grondwater. Hierbij wordt lokaal de grondwaterspiegel door onttrekking van grondwater verlaagd waardoor het puur product toestroomt en in de onttrekkingsput kan worden afgepompt. Dit is uitsluitend toepasbaar in goed doorlatende zandbodems. Onttrekken van grondwater wordt, bij de aanwezigheid van drijflagen of een smeerzone rond het grondwaterniveau, regelmatig gebruikt in combinatie met bodemluchtextractie en in situ strippen. Er bestaan verschillende andere mogelijkheden voor drijflaagverwijdering.

Sanering van puur product in de vorm van zaklagen door middel van grondwateronttrekking alleen, blijkt in de praktijk moeilijk te zijn. Het aantonen en lokaliseren van het pure product is een groot probleem. Het pure product is veelal niet aanwezig als een continue zaklaag. Meestal ligt het als het ware als kleine plasjes op verspreid aanwezige minder goed doorlatende lagen. Voor een zo effectief mogelijke verwijdering dient een systeem te worden aangelegd waarbij in het brongebied een relatief groot aantal kleinere onttrekkingsmiddelen geïnstalleerd wordt (op verschillende diepte en plaatsen). Het onttrekkingsregime wordt (adaptief) aangepast aan de onttrokken concentraties.

Pluimsanering

Grondwaterstroming laat zich moeilijk met meer dan maximaal een factor 10 versnellen ten opzichte van de natuurlijke grondwaterstroming. Dit betekent dat bij niet-mobiele verontreinigende stoffen en in slecht doorlatende gronden rekening moet worden gehouden met langdurige saneringen.

Bij het ontwerp en inschatting van de tijdsduur moet rekening worden gehouden met:

1. Grondverontreiniging of puur product (zaklagen) die bij het ontgraven zijn achtergelaten
2. Niet-evenwichtssorptieprocessen
3. Heterogeniteit op microschaal (nalevering vanuit aggregaten, kleine minder doorlatende laagjes waardoor uniforme doorspoeling niet mogelijk is)
4. Heterogeniteit op macroschaal, nalevering vanuit verontreinigde, minder goed doorlatende lagen

Deze aspecten leiden ertoe dat de sanering kan stagneren. Na een snelle concentratieafname in de beginperiode tot 75-98% van de beginconcentratie, vermindert bij stagnatie de concentratieafname snelheid sterk. Door de keuze en positionering van de onttrekkingsmiddelen kan stagnatie door de achtergelaten grondverontreiniging (punt 1) en nalevering uit minder doorlatende lagen (punt 4) geminimaliseerd worden. De nalevering uit aggregaten (punt 3) en de sorptiesnelheid (punt 2) laten zich niet eenvoudig versnellen. Het gebruik van stoffen om de sorptie te vergroten biedt mogelijkheden maar wordt in de praktijk nauwelijks toegepast.

Met langdurige saneringen (>15 jaar) is vrijwel geen ervaring in de markt, dus moet dit toepassingsgebied als hypothetisch worden gezien.

Indicatie saneringsresultaat

Indien bij een eventuele voorafgaande grondsanering geen restverontreinigingen achterblijven, kan op basis van de bodem- en verontreinigingskenmerken het saneringsverloop goed worden voorspeld met de zogenaamde retardatiefactor. De retardatiefactor geeft een indicatie voor het aantal keren dat de bodem moet worden doorspoeld, en is vooral afhankelijk van de verdeling van de verontreinigende stof over de vaste fase en het grondwater.

Aandachtspunten voor het ontwerp

Bij het ontwerp van een sanering met grondwateronttrekking en de inschatting van de tijdsduur moet rekening worden gehouden met:

1. grondverontreiniging of puur product (zaklagen) die bij het ontgraven (bewust en onbewust) zijn achtergelaten;
2. niet-evenwichtssorptieprocessen;
3. heterogeniteit op micro schaal (nalevering vanuit aggregaten, kleine minder doorlatende laagjes waardoor uniforme doorspoeling niet mogelijk is);
4. heterogeniteit op macroschaal, nalevering vanuit verontreinigde, minder goed doorlatende lagen.

Deze aspecten leiden er toe dat de sanering stagneert; na een snelle concentratie afname tot 75-98% van de beginconcentratie, komt de concentratie afname tot stilstand en blijven de concentraties op een bepaald niveau hangen. Door de keuze en positionering van de onttrekkingsmiddelen kan stagnatie door de achtergelaten grondverontreiniging (punt1) en nalevering uit minder doorlatende lagen (punt 4) geminimaliseerd worden. De nalevering uit aggregaten (punt 3) en de sorptie snelheid (punt 2) laten zich niet eenvoudig versnellen.

Stagnatie door hoge restconcentraties of heterogeniteit kan enigszins worden ondervangen door het onttrekkingssysteem op te bouwen uit relatief veel onttrekkingen met kleine tussenafstanden, waarbij wordt getrfacht een zo groot mogelijk deel van de bodem (inclusief aggregaten) te doorspoelen.

Indien van toepassing, moet bij het vaststellen van de haalbaarheid dan wel het ontwerp expliciet rekening worden gehouden met eventuele restverontreiniging, niet-evenwicht sorptieprocessen en heterogeniteit van de bodem. Het verdisconteren van deze aspecten in de saneringsduur kan niet meer worden beschreven met eenvoudige vuistregels.

Kosten

Voor de aanleg en instandhouding van een grondwateronttrekking gelden de volgende kostenindicaties:

Aanleg filters/drains

• eenvoudige onttrekking gericht op het freatische grondwater (tot circa 8,0 m-mv): € 100,- tot € 250,- per stuk;
• verticale onttrekkings- of infiltratiefilters voor grotere diepte: € 150,- tot € 500,- per meter boring inclusief afwerking;
• horizontale onttrekkings- of infiltratiedrains: € 5,- tot € 15,- per meter, indien aangelegd door de draineermachine, circa € 90,- per meter indien aangebracht door een horizontaal gestuurde boring

Instandhouding

De prijs van de pompen loopt sterk uiteen en wordt meestal verrekend in het instandhouden van de onttrekking. Globaal kan voor een grondwateronttrekking worden uitgegaan van instandhoudingskosten € 500,- tot € 1.300,- per maand. De overige exploitatiekosten worden met name bepaald door de zuiverings-en lozingskosten (variërend van € 0,50 per m³ tot € 3,- per m³, gemiddeld € 1,- à € 2,- per m³).

Omgevingsrandvoorwaarden

De meest voorkomende negatieve effecten die in de omgeving kunnen voorkomen zijn zettingen van de ondergrond en verdroging en aantasting van de grondwatervoorraad. Daar waar deze effecten ontoelaatbaar worden, leggen zij een randvoorwaarde op. Dit kan betekenen dat voor een andere saneringstechniek moet worden gekozen of dat compenserende maatregelen worden genomen. Eén van de meest toegepaste compensatiemaatregelen is het infiltreren van water.

Beperking van de toepasbaarheid van de techniek

De volgende aspecten zijn ongunstig voor de toepasbaarheid van de techniek en vormen zodoende een beperking:

• grondverontreiniging en puur product die bij een grondsanering (bewust of onbewust) zijn achtergelaten, waardoor de grondwatersanering stagneert;
• niet-evenwicht sorptieprocessen, die de grondwatersanering minder snel laten verlopen dan gewenst;
• heterogeniteit, waarbij de doorspoeling met name plaatsvindt via preferente stroombanen. De doorspoeling heeft hierbij minder effect op de verontreinigingssituatie in minder doorlatende delen van de bodem.

Indien tijdens het ontwerp deze aspecten expliciet in beeld worden gebracht, kan worden bepaald of ze niet een te ongunstige invloed hebben op het verloop van de sanering en kan, indien nodig, een andere saneringstechniek worden gekozen. Daarnaast vormen de volgende (potentiële) effecten van de techniek op de omgeving ook een beperking:

• mogelijke zettingen in de omgeving;
• mogelijke verdroging in de omgeving;
• aantasting van de grondwatervoorraad.

Deze negatieve effekten kunnen worden gecompenseerd door middel van (her)infiltratie van water.

Operationaliteit, trends en ontwikkelingen

De vereiste technieken voor grondwateronttrekking zijn duidelijk beproefd en zodoende volledig operationeel. Met betrekking tot de techniek grondwateronttrekking zijn de volgende ontwikkelingen gaande:

Verfijning onttrekkingssystemen

De stagnatie van onttrekkingen kan deels worden tegengegaan door een flexibeler en fijnmaziger systeem aan te brengen: meerdere, kleinere onttrekkingsmiddelen. Hierdoor kan beter worden ingespeeld op restverontreinigingen en bodemheterogeniteit.

Bioreactor in situ

Meer en meer wordt rondom onttrekkingen de biologie in situ gestimuleerd (bijvoorbeeld door luchtinjectie of toevoeging van voedingsstoffen) zodat nageschakelde zuivering niet meer nodig is, hetgeen tot sterke kostenreductie kan leiden.

Aanpassing beleid

Bij het huidige beleid voor bodemsanering dat meer gericht is op risicobeheersing wordt het stagneren op (vanuit risico oogpunt) aanvaardbare concentraties als een minder groot probleem beschouwd. Vooral niet, als kan worden aangetoond dat de verontreiniging zich niet meer verspreid (pluim is stabiel) of, nog beter, als kan worden onderbouwd dat door het natuurlijk zelfreinigend vermogen van de bodem (natural attenuation) de aanwezigheid van sommige verontreinigende stoffen in het grondwater eindig is.

Het huidige anti-verdrogingsbeleid maakt herinfiltratie en dus veelal vergaande zuivering en ontijzering noodzakelijk.