Onttrekken grondwater, laboratoriumonderzoek ten behoeve van ontwerp

Inleiding

Het gedrag van verontreinigingen in de bodem is de resultante van een groot aantal fysische en chemische processen. Voor het transport van aanwezige verontreinigingen naar de onttrekkingsmiddelen zijn de volgende processen van belang:

• (moleculaire) diffusie en (macro-)dispersie;
• oxydatie- en reductieprocessen en daarmee samenhangend optreden van aërobe en anaërobe zones;
• adsorptie en desorptie van verontreinigingen;
• oplossen en neerslagvorming;
• afbraak en omzetting van verontreinigingen.

Deze processen zijn elders beknopt beschreven. Toegespitst op grondwatersaneringen bepalen vooral sorptieprocessen de looptijd en effectiviteit van de maatregel: het vrijkomen van aan vaste bodembestanddelen gebonden verontreinigingen (sorptie is hier opgevat als geaggregeerd proces, dat ook oplos- en precipatieprocessen omvat). De mate en snelheid van adsorptie en desorptie zijn afhankelijk van diverse factoren:

• eigenschappen van de stof;
• milieu-omstandigheden;
• bodemeigenschappen.

Teneinde inzicht te krijgen in de sorptie-karakteristiek van een bepaalde stof, kunnen in het laboratorium schud- en kolomproeven worden uitgevoerd. Hierbij is het van belang milieu-omstandigheden te creëren, die gelden voor de locatie en de proeven uit te voeren op bodemmonsters, die representatief zijn voor de locatie. Aangezien niet alle factoren, die de adsorptie of desorptie bepalen afzonderlijk worden gekwantificeerd, is sprake van een ‘black box’-benadering.

De laboratoriumexperimenten worden toegepast voor het bepalen van het adsorptie- en desorptie-gedrag van een specifieke verontreiniging in een bepaalde bodem. Dit betreft kolomproeven voor homogeen zandige bodems, schudproeven voor minder doorlatende bodems en diffusiestandtesten voor slecht doorlatende afzettingen.

Beschrijving laboratoriumproeven

Schudproeven

Een hoeveelheid grond wordt 24 uur geschud met een bepaalde hoeveelheid schoon water afkomstig van de locatie (desorptie-proef) of met water waarin een bekende concentratie verontreiniging aanwezig is (adsorptie). Vervolgens laat men de grond bezinken (in het geval van vluchtige verbindingen gebeurt dit in een koelkast). Het monster wordt gefiltreerd en het water wordt geanalyseerd op de gewenste parameters. Het filtraat wordt wederom met eenzelfde hoeveelheid water geschud etc. Na de laatste maal filtreren worden de gehaltes in het filtraat gemeten. Uit de resultaten van de analyses kunnen verhoudingen Cg/Cw worden berekend en een adsorptie- of desorptie-isotherm opgesteld. Deze isotherm representeert een evenwicht. Bij een grondwatersanering is veelal geen sprake van een evenwicht, doordat het contact tussen spoelvloeistof (het grondwater) en de verontreiniging minder ideaal is dan bij een geschud monster. Dat wil zeggen dat schudproeven voor kwantificering van een grondwatersanering in zandige lagen minder geschikt zijn. Wel zijn deze proeven geschikt voor zand- en kleimonsters, omdat de resultaten inzicht geven in de nalevering naar de watervoerende lagen, met name indien deze proeven worden uitgevoerd in combinatie met diffusiestandtesten.

Kolomproeven

Een ongestoorde kolom grond wordt in een gesloten systeem doorspoeld met schoon grondwater van de locatie (desorptie) dan wel met verontreinigd water met bekende concentraties (adsorptie). Het water dat uit de kolom stroomt (effluent) wordt op diverse tijdstippen bemonsterd en geanalyseerd. Uit de resultaten van de analyses kunnen adsorptie- en desorptie-isothermen worden afgeleid. Ook kan een indruk verkregen worden van de nalevering na beëindiging van de doorspoeling (stopproef), resp. de effectiviteit van intermitterende doorspoeling. Een kolomproef geeft de beste indicatie voor de uiteindelijke tijdsduur van een grondwatersanering en is voor ieder saneringsonderzoek gericht op het saneren van het grondwater aan te bevelen. De proeven worden uitgevoerd op goed doorlatende monsters.

Diffusiestandtest

Van een ongeroerd monster (gestoken in een bus) wordt de bovenzijde goed vlak gemaakt. Dit is het diffusie-oppervlak. Op de kolom wordt een laagje water gezet dat continu (maar langzaam) wordt ververst. Dit water wordt opgevangen en geanalyseerd. Door diffusie van verontreiniging vanuit het grondmonster naar de waterfase ontstaat in het grondmonster een ‘uitspoelzone’. Na afloop van de proef wordt het gehalte in de kolom bepaald. In een separaat monster worden door middel van een schudproef voor diverse concentraties de verhouding tussen de concentratie in de grond en in de waterfase bepaald. Uit deze verhoudingen (voor een systeem in evenwicht) en de massabalans van de diffusiestandtest is een diffusiesnelheid te berekenen.

Toepassingsgebied

Laboratoriumexperimenten kunnen worden overwogen bij grotere meer complexe projekten. Bijvoorbeeld wanneer de risico’s van het verspreiden van specifieke stoffen uit een bepaalde bron van verontreiniging moeten worden ingeschat, of in geval van saneringsonderzoek waarbij voor specifieke verontreinigingen in een bepaalde bodem de duur en het verloop van een eventuele sanering moeten worden berekend.

Kosten

De kosten van het totale onderzoek worden in hoge mate bepaald door het aantal proeven dat wordt ingezet, of ze in duplo worden uitgevoerd en de aard van en het aantal uit te voeren chemische analyses. Globaal dient te worden uitgegaan van onderzoekskosten van circa € 450 voor de bepaling van de maximale uitloging en circa € 4000 voor de bepaling van het desorptiegedrag op ongestoorde monsters (uitvoering in duplo, exclusief veldwerk, per monster).