Sturing bij in situ saneringen, specifieke monitoringtechnieken, bepaling waterstof

Als aanvulling op de in de praktijk gangbare en veelvuldig toegepaste monitoringtechnieken zijn de afgelopen jaren specifieke technieken ontwikkeld voor complexe verontreinigingssituaties, zoals onder meer voor het inzichtelijk maken van dechloreringsprocessen bij gechloreerde verontreinigingen. Een van deze technieken is gericht op het bepalen van waterstof (H2).

Achtergrond waterstofanalyses

Voor hoog gechloreerde verbindingen zoals tetrachlooretheen (PER), hexachloorbenzeen (HCB) en polychloorbifenylen (PCB’s) is reductieve dechlorering het enige biologische omzettingsproces. Ook de lager gechloreerde verbindingen die hierbij als afbraakproduct ontstaan zoals cis-1,2-dichlooretheen (cis-DCE) en vinylchloride (VC) kunnen middels dit proces verder worden afgebroken tot onschadelijke producten. Reductieve dechlorering vindt plaats doordat specifieke bacteriën organische stof afbreken waarbij H2 wordt geproduceerd. De verontreiniging wordt bij deze omzetting als elektronenacceptor gebruikt, zie de volledige reductieve dechlorering van PER (Fig. 1). Hierbij wordt stapsgewijs een chlooratoom vervangen door een waterstofatoom en ontstaan uiteindelijk de onschadelijke producten etheen en ethaan.

Figuur 1, Volledige reductieve dechlorering van tetrachlooretheen (PER).

Welke informatie levert de waterstofconcentratie?

De concentratie waterstof in het grondwater geeft de volgende informatie:

• Zijn de condities gunstig voor reductieve dechlorering (Tabel 1);
• Is de van nature aanwezige organische stof of het toegevoegde substraat een geschikte elektronendonor;
• Is er een noodzaak om een elektronendonor (substraat) toe te voegen en zo ja, waar moet deze op de locatie worden toegevoegd.

Tabel 1, Relatie reductieproces en waterstofconcentratie (lit. 3)

Wanneer worden waterstofanalyses toegepast?

De benodigde waterstof voor de volledige reductieve dechlorering van gechloreerde verbindingen (VOCl) wordt geproduceerd door de omzetting van een bepaalde hoeveelheid organische stof. Niet alle organische stof kan echter worden omgezet in waterstof. De veel gebruikte analyses op DOC (Dissolved Organic Carbon) of TOC (Total Organic Carbon) geven informatie over de absolute hoeveelheid organische stof maar niet over de afbreekbaarheid van dit organische stof. Een DOC of TOC meting kan daardoor een overschatting geven van de hoeveelheid beschikbare elektronendonor voor reductieve dechlorering. Wanneer gekeken wordt naar de afbraak van VOCl onder natuurlijke condities kan daardoor een te optimistische beoordeling worden gemaakt van het optreden en de duurzaamheid van natuurlijke afbraakprocessen. Waterstofanalyses geven wel inzicht in de aanwezigheid van voldoende elektronendonor.

In het geval van gestimuleerde biologische afbraak kan met waterstofmetingen de effectiviteit van verschillende substraten worden vergeleken. Wanneer de waterstofmetingen tijdens het verloop van de sanering na toediening van een substraat worden uitgevoerd, kan worden onderzocht of de waterstofproductie constant blijft, toeneemt of afneemt en er gunstige condities voor dechlorering gecreëerd worden en blijven.

De concentratie waterstof in het grondwater is een aanvulling op standaard monitoringstechnieken voor de volgende situaties:

• Bepalen van de potentie voor natuurlijke afbraak (via reductieve dechlorering);
• Processturing tijdens gestimuleerde biologische afbraak van VOCl:
  • De noodzaak om elektronendonor (substraat) toe te voegen;
  • De locatie waar elektronendonor (substraat) moet worden toegevoegd.

Methode, voorwaarden en kosten waterstofanalyses

Waterstof wordt in het veld bepaald door grondwater op te pompen via een doorstroomcel met hierin een kleine gasfase. Een monster uit deze gasfase wordt vervolgens in het veld direct op een mobiele gaschromatograaf (GC) geanalyseerd. De bepaling kan vanaf 6 weken na plaatsing van een peilbuis worden uitgevoerd. Indien grondwater via een lang leidingenwerk wordt bemonsterd, is de waterstofmeting minder betrouwbaar.

De kosten voor een dag waterstofmetingen (overeenkomend met gemiddeld 15 waterstofmetingen) bedragen circa € 3.000,- (prijspeil 2009). De uitvoering van de metingen kan tijdens deze dag in combinatie met de monsterneming van standaardanalyses worden uitgevoerd.

Zie [Praktijktoepassing waterstof analyses op locatie in IJlst] en de [Overzichtskaart mate van toepassing bepalen van waterstof].