In situ extractie, principe van de techniek
Het principe van in situ extractietechnieken is gericht op het uitspoelen van verontreinigingen door het vergroten van de oplosbaarheid of de beschikbaarheid van de verontreiniging. Via infiltratiefilters of -drains worden toeslagstoffen of warmte in de bodem gebracht waardoor de mobiliteit of de oplosbaarheid van de verontreinigingen in het grondwater wordt verbeterd. De verontreinigingen worden vervolgens samen met de toeslagstoffen onttrokken of in de bodem afgebroken. De onttrokken spoelvloeistof wordt, alvorens te worden geloosd, gezuiverd van verontreinigingen en additieven. Wanneer kostbare additieven worden gebruikt, kan voorafgaand aan de zuivering een terugwinstap plaatsvinden. De additieven kunnen dan opnieuw worden geïnfiltreerd. Naar de aard van de verontreiniging zijn een aantal alternatieve spoeltechnieken toepasbaar.
Slecht oplosbare, organische verontreinigingen kunnen worden gemobiliseerd en beter oplosbaar worden gemaakt door de oppervlaktespanning tussen de verontreiniging en het water te verlagen via het toevoegen van oppervlakte-actieve stoffen. Deze stoffen worden ook wel surfactants genoemd naar een woordcombinatie van ‘surface active agents’.
Oppervlakte-actieve stoffen die de oppervlaktespanning tussen water en organische verontreinigingen beïnvloeden bestaan uit een onoplosbaar hydrofoob gedeelte en een oplosbaar hydrofiel deel, de staart- en kopgroep van de molecule. Het organische deel van de oppervlakte-actieve stof is een bindingsplaats voor organische verontreinigingen, de hydrofiele kop zorgt voor de oplosbaarheid in water. Het verbeterde transport van verontreinigingen berust op twee principes. Doordat de oppervlaktespanning van de spoelvloeistof laag is, is deze beter in staat verontreiniging uit bodemporiën te verdringen. Daarnaast lost de verontreiniging beter op in een waterige oplossing van surfactants waardoor per volume onttrokken grondwater meer verontreinigingen kunnen worden verwijderd.
Volgens het principe van ‘solvents like solvents’, lossen organische verontreinigingen beter op in organische oplosmiddelen dan in water. Een tweede vorm voor het verwijderen van slecht oplosbare, organische verontreinigingen is daarom het spoelen met een waterige oplossing van organische oplosmiddelen.
Voor het versnellen van een in situ sanering van een bodem verontreinigd met zware metalen kan de mobiliteit worden vergroot door het verlagen van de pH of door het toevoegen van een complexvormer. Een verlaging van de pH leidt er toe dat kationen (waaronder zware metalen) minder sterk adsorberen aan de bodem. Bij het toevoegen van een complexvormer wordt de concentratie in de waterfase vergroot door complexvorming. In beide gevallen verschuift het evenwicht naar de waterfase, waardoor de verontreinigingen beter zijn te onttrekken.
Bovenstaande principes richten zich op het verbeteren van de oplosbaarheid of mobilisatie van de verontreinigingen. Wanneer de voortgang van een bodemsanering niet wordt gelimiteerd door een slechte oplosbaarheid, maar bijvoorbeeld doordat verontreinigingen vanuit slecht bereikbare lagen naar goed doorstroomde delen moeten diffunderen, zal het gebruik van additieven minder effect sorteren. Een complicerende factor daarbij is dat ook de additieven slechts langzaam in de slecht doorlatende laag kunnen doordringen.
Een vierde manier voor het vergroten van de beschikbaarheid is het verhogen van de temperatuur door te spoelen met warm water.
De oplosbaarheid van organische verontreinigingen neemt toe bij hogere temperaturen, maar ook de diffusiesnelheid van de verontreinigingen waardoor de overdracht van verontreinigingen versneld kan verlopen.