Bodemverhitting, principe van de techniek

Bodems verontreinigd met vluchtige componenten (VCK, BTEX), matig vluchtige componenten (benzine, diesel) en weinig vluchtige componenten (bijvoorbeeld creosoot) kunnen in situ worden gesaneerd door deze bodem te verhitten. Het effect van bodemverhitting is dat bodemprocessen (transport van puur product in de bodem [drijf-/zinklaagverwijdering], biologische afbraak, diffusie, oplosbaarheid,verdamping) worden versneld of dat de verontreinigingen uit de bodem worden verwijderd. In veel gevallen dient boven de grondwaterspiegel met behulp van bodemluchtonttrekking een dampmengsel te worden opgevangen dat water bevat (stoom) en een grote vracht aan organische verontreinigingen die uit de bodem worden verwijderd.

Mengsels van bodemvocht en verontreinigingen hebben een lager kookpunt dan de zuivere stoffen, zoals in onderstaande tabel is weergegeven.

Tabel 1. Kookpunten van enkele oplosmiddelen en mengsels met water

Bodemverhitting in deze vorm is daarmee een intensieve vorm van in situ strippen (zie in situ strippen/persluchtinjektie). Bodemverhitting wordt in de regel toegepast in de bronzone teneinde met een korte, snelle inspanning veel vracht aan verontreiniging te verwijderen. Internationaal staat de techniek bekend als: in situ thermal remediation (ISTR).

De temperatuur is van invloed op alle fysische en chemische eigenschappen die bepalend zijn voor de verwijderbaarheid van stoffen uit de bodem. Als de temperatuur stijgt, dan zijn de volgende effecten direct merkbaar:

• de constante van Henry neemt toe, en hiermee de neiging van verontreiniging om over te gaan van de waterfase naar de dampfase;
• de dampspanning neemt toe (voor vluchtige chloorkoolwaterstoffen wordt deze 10 tot 20 keer zo hoog);
• gehalten in de bodemlucht nemen zeer sterk toe;
• de viscositeit van vloeistoffen neemt af, waardoor poriën gemakkelijker ‘leeg’ lopen;
• de diffusiesnelheid neemt toe;
• de oplosbaarheid in water neemt toe;
• de adsorptie aan organische stof neemt af, waardoor overdracht naar water- en gasfase plaats vindt;
• de biologische afbreekbaarheid neemt toe (tot een maximum bij 30 tot 40 ºC of zelfs 60 ºC);
• de chemische stabiliteit neemt af (in toenemende mate hydrolyse en oxidatie als zuurstof aanwezig is);
• bij verhitting tot boven het kookpunt van water neemt de stroming van puur product (in vloeistoffase) in de bodem sterk toe omdat het water (dat de stroming van apolaire vloeistoffen in de bodem sterk remt) niet meer aanwezig is;
• bij verhitting tot boven het kookpunt van water zet het water zeer sterk uit (tot meer dan 1000 maal), waardoor vrij product uit de poriën wordt geperst.

De gemobiliseerde verontreinigingen worden uit de bodem onttrokken met apparatuur voor onttrekking van bodemgassen, vloeistoffen en grondwater (bijvoorbeeld driefasenextractie). Daarna vindt behandeling van de onttrokken damp en grondwater plaats met conventionele technieken zoals condensatie, strippen en adsorptie aan actief kool.

In situ verhitting van de bodem is een effectieve saneringstechniek gebleken, vooral in bronzones met diverse soorten verontreinigingen (onder andere motorbrandstoffen, vluchtige chloor-koolwaterstoffen en ook creosoot). Er zijn toepassingen zowel in de verzadigde als in de onverzadigde zone bekend.

In de volgende tabel wordt een aantal voor- en nadelen opgenoemd van bodemverhitting, waardoor de techniek wordt gekenmerkt.