Biologische reiniging grond, uitvoeringsvormen en apparaten

3 UITVOERINGSVORMEN EN APPARATEN

Voor de praktische uitvoering van ex situ biologische grondreiniging worden onderscheiden:
- landfarming (extensief, intensief);
- bioreactoren.

Zie de website van Bodem+ voor een actueel overzicht van de in Nederland operationele biologische reinigingsbedrijven en de door hen toegepaste technieken.

In de praktijk zijn er twee typen landfarming in Nederland operationeel: extensieve en intensieve landfarming. Deze twee typen worden hieronder besproken in § 3.1 en 3.2.

Van de bioreactor-processen is in de jaren 90 het slurry-reactor proces in gebruik geweest, maar dergelijke reactoren zijn momenteel niet meer operationeel. Dit wordt besproken in § 3.3.

3.1 Extensieve landfarming(Zie literatuurverwijzing 13, 17, 29 t/m 35)

Bij extensieve landfarming wordt de te reinigen grond op een daarvoor geschikt gemaakt terrein uitgespreid in een dunne laag (0,30 tot 1,00 m).

Er wordt geen overkapping of afdekking toegepast.
Om ongewenste percolatie van verontreinigende stoffen te voorkomen wordt het terrein voorzien van een isolatielaag en/of drainagesysteem waarmee drainagewater kan worden opgevangen. Drainagewater kan afhankelijk van het gehalte aan verontreinigende stoffen in een waterzuiveringsinstallatie worden gezuiverd, gerecirculeerd in het grondbed of worden geloosd op het riool.
De grond wordt door natuurlijke microbiologische processen gereinigd. De (in hoofdstuk 2 behandelde) factoren die de natuurlijke processen beïnvloeden worden gestimuleerd door:
- de toevoeging van diverse hulpstoffen: nutriënten, kalk, structuurverbeterende stoffen zoals compost;
- regeling van de waterhuishouding;
- de grond met enige regelmaat te ploegen of te cultiveren.

De toevoeging van diverse hulpstoffen gebeurt bij de aanleg van de landfarm.
De regeling van de waterhuishouding is bij een extensieve landfarm gering: bij dreiging van uitdroging vindt besproeiing (evt. met percolaat) plaats, een overmaat (drainage) water wordt via het drainagesysteem afgevoerd.
Ploegen of cultiveren beïnvloedt niet alleen de zuurstofvoorziening, het heeft ook een goede opmenging van micro-organismen, nutriënten, structuurverbeterende middelen en water tot gevolg.
De reinigingsduur in een extensieve landfarm bedraagt één tot enkele jaren, waarbij de warme seizoenen (zomer en najaar) de bepalende factor zijn.

Een op landfarming lijkende techniek is die van 'biopiles'. Hierbij wordt de grond gemengd met compost, houtsnippers, of schors om de structuur te verbeteren en daarmee de beluchting. Tevens worden de hopen regelmatig gekeerd met behulp van apparatuur die ook bij het composteren van huisvuil wordt gebruikt. de laagdikte is aanzienlijk groter dan bij landfarming, tot ca. 2,50 m.

3.2 Intensieve landfarming(Zie literatuurverwijzing 12, 13, 15, 17, 19, 29 t/m 35)

Bij intensieve landfarming spelen dezelfde processen een rol als bij extensieve landfarming; intensieve landfarming is qua procesbeheersing een uitbreiding van extensieve landfarming.

De volgende aanvullende voorzieningen kunnen worden toegepast:
- overkapping;
- beluchting;
- verwarming.

3.2.1 Overkapping
Een overkapping kan verschillende vormen hebben:
- afdekking door middel van een (zuurstofdoorlatend) dekkleed
Hierdoor wordt een betere regeling van de waterhuishouding mogelijk, een overmaat aan regenwater kan afstromen waardoor verzadiging van poriën niet kan plaatsvinden en er geen overmaat aan verontreinigd afvalwater ontstaat;
- een broeikas
In een broeikas ontstaat ten gevolge van zonbestraling een verhoogde temperatuur. De hogere temperatuur is gunstig voor het afbraakproces. Daarnaast is regeling van de waterhuishouding goed mogelijk;
- een dichte loods
Bij toepassing van een (dichte) loods wordt afgezien van de positieve effecten van het broeikaseffect (zomer- en dag situatie) ten gunste van de isolatiemogelijkheden tegen koude (winter- en nachtsituatie). Een dichte loods wordt veelal toegepast in combinatie met geforceerde beluchtings- en verwarmingssystemen.

3.2.2 Beluchting
Beluchting wordt toegepast in loodsen en broeikassen. Via geperforeerde buizen die in een grindbed onder het te reinigen grondbed zijn gelegd, wordt geforceerd al dan niet verwarmde lucht door de te reinigen grond geblazen/gezogen. Bij geforceerde beluchting is het mogelijk het grondbed in een grotere laagdikte (> 100 cm) op te zetten dan bij extensieve landfarming. Door de hogere luchtdebieten treedt een zeker strip-effect op, zeker voor de vluchtige verontreinigende stoffen. De uittredende lucht wordt (mede om deze reden) in bijvoorbeeld een compostfilter (biologisch) gereinigd en in het systeem gerecirculeerd.

3.2.3 Verwarming
Verwarming wordt toegepast in loodsen en broeikassen. De optimale grondtemperatuur voor microbiologische afbraak ligt op circa 30 °C. Om deze temperatuur te bereiken wordt in intensieve landfarmingssystemen een verwarming toegepast. De verwarming vindt plaats door middel van verwarming van de lucht die voor het beluchtingssysteem wordt gebruikt of door middel van een verwarmingssysteem met buizen waardoor verwarmd water wordt gecirculeerd die tussen de beluchtingsbuizen in een grindbed liggen onder de te reinigen grond.
Verwarming met verwarmde lucht heeft het voordeel van de eenvoud van het systeem, het nadeel is echter dat de soortelijke warmte van lucht laag is, en dat neveneffecten zoals het uitdrogen van de te reinigen grond kunnen optreden.

De behandelingstijd voor met olie-achtige verbindingen verontreinigde grond neemt af met toenemende voorzieningen.
De reinigingsduur kan worden beperkt tot perioden van drie tot tien weken.

Figuur D4.1 Intensief landfarmingssysteem

3.3 Bioreactoren(Zie literatuurverwijzing 20 t/m 28)

Bioreactortechnieken bieden de mogelijkheid om grond meer procesmatig en intensiever te bewerken en daardoor een snellere microbiologische afbraak te realiseren dan bij landfarming. Er kunnen twee uitvoeringsvormen van bioreactoren worden onderscheiden: droge en natte (slurry) systemen. De droge systemen lijken op gesloten composteringssystemen voor de behandeling van vast afval, de natte systemen op biologische behandelingsinstallaties die worden toegepast bij afvalwaterzuivering.

3.3.1 Droge systemenD2-2
Droge systemen zijn onder andere de trommel- en de silosystemen.
Bij het trommelsysteem vindt toe- en afvoer van de te behandelen grond continu of batchgewijs plaats. Bij silo's (voorzien van een doorstroomsysteem) wordt dagelijks een hoeveelheid te behandelen grond aan de bovenzijde toegevoerd en een evenredige hoeveelheid aan de onderzijde afgevoerd.

Voor beide systemen is het meestal noodzakelijk de ingaande grond te enten met een deel van de gereinigde grond, waarin geadapteerde micro-organismen aanwezig zijn. Droge systemen zijn in het algemeen geschikt voor zanderige grond, het droge stofgehalte in deze systemen bedraagt circa 80-90 %.
De reinigingsduur is (bij vergelijkbare invoer) niet significant korter dan bij (zeer) intensieve landfarmingssystemen, terwijl de investeringen en het onderhoud van de apparatuur veelal hoger zijn. Droge reactorsystemen zijn niet operationeel in Nederland, hoewel wel een test werd uitgevoerd.

3.3.2 Natte (slurry)systemen
Bij slurrysystemen wordt de verontreinigde grond opgemengd met water en in de vorm van een slurry met en drogestofgehalte van 10 - 40 % in een reactor gebracht. Aan de reactor worden zuurstof, nutriënten en (zo nodig) micro-organismen toegevoegd. Zodra de verontreinigende stoffen voldoende zijn afgebroken worden de grond en de vloeistof gescheiden. De vloeistof wordt, met een deel van de micro-organismen, gerecirculeerd naar de reactor.

Er bestaan verschillende uitvoeringsvormen voor de slurryreactor. De vormgeving is mede afhankelijk van de manier waarop de grond in suspensie wordt gehouden (roersysteem, rondpompen, airlift) en de korrelafmeting van de te behandelen grond.

Slurrysystemen bieden de mogelijkheid tot een intensief contact tussen bodemdeeltjes, verontreinigende stoffen, micro-organismen, hulpstoffen en zuurstof. Tevens is het mogelijk om behalve zanderige grond ook grond te behandelen met een hoger gehalte aan fijne deeltjes en organische stof (klei en veengrond), die in landfarmingssystemen moeilijk reinigbaar is. Slurrysystemen zijn operationeel voor de behandeling van residuen van natte grondreiniging, en bevinden zich overigens in het stadium van proeffabriek.

De afbraaktijden voor verontreinigende stoffen zitten tussen enkele dagen tot 1 à 2 weken. Wanneer de verblijftijd in de reactor langer moet zijn in verband met de soort of concentratie van de verontreinigende stoffen, is deze techniek te duur.

Figuur D4.2 Slurrysysteem

Natte (slurry)systemen zijn in in de grondreinigingsbranche in de periode 1996-2001 operationeel geweest in Nederland. Door Heidemij Realisatie (momenteel A&G Milieutechniek) te Moerdijk werden deze systemen gebruikt ten behoeve na nabehandeling van grondreinigingsresidu. Sinds 2002 zijn deze bioreactoren niet meer in gebruik.