In situ extractie, uitvoeringsvormen, spoelen met zuur

Het spoelen met zuur is gericht op het verwijderen van zware metalen uit de bodem. De te verwijderen metaalverontreinigingen in de bodem zijn aanwezig in het grondwater als sulfide - of een ander neerslag, gebonden aan bodemeigen metaaloxydes of aan de bodemmatrix. Het verlagen van de pH door spoelen met zuur geeft een verhoogde concentratie aan zware metalen in het grondwater, omdat H+-ionen de zware metalen verdringen van de bindingsplaatsen in de bodem en omdat metaalverbindingen beter oplossen in een zuur milieu. Een maat voor het aantal bindingsplaatsen voor metaalionen in de bodem is de kation-uitwisselingscapaciteit (CEC) van de bodem. Kleiige bodems hebben een hoge CEC zodat grote hoeveelheden zuur moeten worden toegevoegd om de zware metalen uit de bodem te verdringen. De techniek is daarom in principe alleen geschikt voor bodems met lage klei- en humusconcentraties (zuur tast kleimineralen aan, waarbij amorfe aluminiumverbindingen ontstaan waarin de te verwijderen metalen deels worden opgesloten). Tot nu toe is de techniek in binnen- en buitenland beperkt toegepast; toepassing is alleen mogelijk in uitzonderlijke situaties en op basis van uitgebreid onderzoek.

In Nederland is de techniek toegepast op een locatie met een middelfijne tot middelgrove zanderige bodem met 98 procent van de bodemdeeltjes groter dan 63 µm en minder dan een halve procent organische stof. Dientengevolge heeft de bodem een hoge doorlatendheid van 1 m/dag, een lage adsorptiecapaciteit en een CEC van 20 tot 30 meq/kg. De locatie was verontreinigd met circa 725 kg cadmium. Voorafgaand aan deze sanering is via batch- en kolomproeven de cadmiumverdeling over grond en grondwater bepalend. Bij een 1 N zoutzuur-oplossing bleek 4 maal zoveel cadmium in oplossing te zijn dan aan de bodem was geadsorbeerd (Kd = 4 l/kg). Modelberekeningen gaven aan dat bij deze waarde de saneringstijd circa 100 dagen zou gaan duren.

Het saneringsontwerp bestond uit een indeling van de locatie in vier compartimenten. Via infiltratiebassins werd een zoutzuur-oplossing in de bodem gebracht. Na extractie van de met cadmium verontreinigde bodem werd de opgepompte spoelvloeistof gezuiverd via ionwisseling en na aanzuren voor 90 procent geherinfiltreerd via de waterbassins. Tijdens de sanering bedroeg de pH-waarde van het onttrokken grondwater 4 à 5. Met het compartiment met de geringste hoeveelheid verontreinigingen is een pilot-proef uitgevoerd die praktijkgegevens verschafte voor de verdere sanering. Naar schatting werd de bodem, gedurende een saneringsperiode van ongeveer een jaar, meer dan 75 maal doorspoeld. De eindconcentratie in het grootste deel van de bodem bedroeg 1 tot 6 mg/ kg. Een kleiner deel met concentraties van 39 tot 88 mg/kg cadmium is afgegraven om aan de normstelling te voldoen [Urlings].

Spoelen met zeer verdund zuur is een saneringstechniek die mogelijk alleen succesvol in kwartszand kan worden toegepast. Als de pH verder omlaag wordt gebracht dan ca. 4,5 dan worden verschillende bodemmineralen door het zuur aangetast. De hoeveelheid aluminium (ijzer en mangaan) in oplossing neemt hierdoor sterk toe en er ontstaan mogelijk amorfe vlokken gehydrateerd aluminiumoxide, waarin atomen van het te saneren metaal gebonden of opgesloten zijn. De metalen (ijzer, aluminium, calcium) die met het zuur uit de bodem worden verwijderd vormen bij de zuivering een grote hoeveelheid slib die moet worden afgevoerd.