Natuurlijke verwerkingstechnieken voor baggerspecie, Werkingsprincipe biologische reinigingstechnieken
Biologische reinigingstechnieken zijn gebaseerd op biologische afbraak (biodegradatie) van organische verontreinigende stoffen. Deze biodegradatie wordt door micro-organismen (bacteriën of schimmels) uitgevoerd en betreft alleen de organische verontreinigende stoffen, zoals polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK), minerale olie, polychloorbifenylen (PCB’s) en chloorbenzenen. Zware metalen kunnen niet worden afgebroken.
De micro-organismen kunnen de organische verontreinigende stoffen omzetten tot (nagenoeg) onschadelijke stoffen.
Dit gebeurt vaak in meerdere stappen, waarbij intermediairen kunnen ontstaan.
Bij volledige omzetting tot koolzuur en water en andere anorganische verbindingen, wordt gesproken van ‘mineralisatie’.
Er bestaan twee typen van biodegradatie, namelijk met metabolische en co-metabole reacties. Bij metabolische reacties worden de organische verbinding geheel tot anorganische stoffen omgezet. De vrijkomende koolstof en energie worden door de micro-organismen respectievelijk als bouwsteen en als energiebron voor hun groei en activiteit gebruikt. Bij co-metabole reacties breken de micro-organismen de verontreinigende stof wel af, maar kunnen deze niet gebruiken als energie- of koolstofbron. Een co-substraat (al dan niet toegevoegd) dient dan als koolstof- of energiebron.
Om de natuurlijke capaciteit van micro-organismen te kunnen inzetten, geldt een aantal randvoorwaarden:
- De verontreinigende stoffen moeten in beginsel biologisch afbreekbaar zijn.
- De juiste bacteriën moeten in voldoende grote aantallen aanwezig zijn.
- Het leefmilieu (procescondities) moet dusdanig zijn dat de bacteriën actief kunnen zijn.
1. Biologisch afbreekbare stoffen
Verontreinigende organische stoffen zijn in principe biologisch afbreekbaar. Momenteel is bekend dat minerale olie, PAK en gechloreerde verbindingen als PCB’s en chloorbenzenen biologisch afgebroken kunnen worden.
Metalen daarentegen kunnen niet worden afgebroken. De op deze stoffen berustende milieubezwaarlijkheid van species valt alleen te verminderen door verwijdering (extractie, eventueel met zuurproducerende bacteriën, of met inzet van planten) of vastlegging (immobilisatie) van metalen.
Biologische verwerking van de specie is dus alleen zinvol indien het gehalte aan metalen de normen voor toepassing niet in de weg staat (lager is dan de Maximale Waarden in het Besluit bodemkwaliteit).
2. Juiste micro-organismen aanwezig
Niet alle soorten micro-organismen zijn in staat alle soorten organische stoffen af te breken. Er zijn verschillende soorten bacteriën nodig voor bijvoorbeeld de anaërobe dechlorering en de aërobe mineralisatie van gechloreerde verbindingen. Het is mogelijk om specifieke bacteriestammen toe te voegen (inoculatie met entmateriaal), die de betreffende verontreinigende stof kunnen afbreken. Deze bacteriën dienen zich vervolgens aan te passen aan de omgeving van het te reinigen materiaal. In veel gevallen is gebleken dat de juiste bacteriesoorten al in het materiaal aanwezig zijn, maar vaak in een in-actieve vorm en in kleine getale. Door het aanleggen van de juiste procescondities (zie onder) kunnen populaties snel groeien. Enten met de benodigde bacteriën is zelden noodzakelijk.
3. Procescondities
De eisen die de micro-organismen aan het leefmilieu stellen, verschillen per soort organisme en soort stof die moet worden afgebroken. Belangrijk zijn temperatuur (30-35 °C is vaak het optimum), aanwezigheid (of afwezigheid) van zuurstof, de zzurgraad en de aanwezigheid van voedingsstoffen (nutriënten en koolstof- en energiebronnen, soms de verontreinigende stof zelf). Een extreme zuurgraad en toxische stoffen kunnen een zekere (remmende) invloed hebben op de afbraak van stoffen.