Natuurlijke verwerkingstechnieken voor baggerspecie, Uitgangspunten ontwerp biologische verwerkingstechnieken voor baggerspecie
De uitgangspunten voor het ontwerp van biologische verwerkingstechnieken worden bepaald door het aanleggen van de juiste leefomstandigheden voor de micro-organismen. De belangrijkste aspecten komen hieronder aan de orde.
Zuurstofhuishouding
Behalve de aanwezigheid van een energie- en koolstofbron (soms de verontreinigende stof zelf), is het nodig dat een elektronenacceptor aanwezig is om de microbiologische reacties te doen plaats vinden. Elektronenacceptoren kunnen zijn: zuurstof (O2), nitraat (NO3–), sulfaat (SO4–) of kooldioxide (CO2). Moleculaire zuurstof heeft hierbij een dubbele functie, omdat zuurstof niet alleen fungeert als elektronenacceptor, maar ook als reactant in de oxidatiereacties. Het soort te gebruiken elektronenacceptor is afhankelijk van het soort af te breken verontreinigende stof.
Voor landfarming geldt dat de zuurstofhuishouding geregeld wordt door diffusie van lucht. Na ontwatering moeten de ontstane poriën gevuld worden met lucht. Dit houdt in dat de korrelgrootteverdeling dusdanig moet zijn dat er voldoende luchtgevulde poriën kunnen ontstaan. Bij zeer fijne specie of de fijne fractie na hydrocyclonage zullen te weinig poriën ontstaan (wel scheurvorming). Bij korrelgrootteverdelingen met een ‘gat’ bestaat de kans dat kleine deeltjes de poriën tussen grote deeltjes gaan opvullen.
Bij bioreactoren is de specie in een slurry aanwezig, zodat de lucht via de waterfase moet worden toegevoerd en de oplosbaarheid van zuurstof in water een rol speelt. De hoeveelheid zuurstof in water is een factor 37 maal zo laag als in lucht (8 versus 300 mg O2/liter).
Voor meer informatie zoek ook op permeabiliteit en gasdebiet (=zoekadvies).
Temperatuur
Bacteriële activiteit wordt sterk beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Bacteriën kunnen actief zijn bij temperaturen tussen circa 10 tot 40 °C. Het optimum ligt voor de meeste bacteriën tussen de 30 en 35 °C. Wanneer de temperatuur te hoog wordt, vindt onherstelbare schade aan de bacteriecellen en -enzymen plaats en sterven de organismen. Wanneer de temperatuur onder het optimum ligt, wordt alleen de activiteit lager, om bij hogere temperaturen vervolgens weer toe te nemen. Door het aanleggen van een verhoogde temperatuur kan het reinigingsproces sterk versneld worden. Bij landfarming in onverwarmde systemen vindt in de winterperiode (oktober – maart) geen of nauwelijks afbraak plaats. Bij kasfarming in overdekte systemen wordt veelal via buissystemen verwarmd. In bioreactoren wordt meestal met verwarming gewerkt, één van de redenen waarom de reiniging hier sneller verloopt. Wanneer de menging met roersystemen plaatsvindt, kan hierbij warmte ontstaan zodat gewaakt moet worden voor te hoge temperaturen.
Overige aspecten
Zuurgraad
De meeste soorten bacteriën werken optimaal in een neutraal milieu (pH 6 – 8), voor sommige schimmels is juist een lage pH (2 – 4) gewenst.
Nutriënten en koolstofbronnen
Om te kunnen groeien hebben de micro-organismen nutriënten (N, P, K) en koolstof- en energiebronnen nodig. In de praktijk wordt soms een mengsel van N, P, K of kunstmest toegevoegd. In sommige gevallen wordt de verontreinigende stof zelf als koolstofbron gebruikt.
Toxische stoffen
In principe kunnen toxische verbindingen afbraak stilleggen door inactivatie van de bacteriën. In de praktijk is dit echter nog niet vaak waargenomen.