Principe
Techniek:
- Injecteren op verticale filters
- Injecteren op horizontale filters
- Injecteren op grindsleuf/grindkoffer
- Injecteren met direct push
- Inbrengen met soks/inhangsystemen
- Inwerken in ontgravingsvak
- Infiltreren op open gracht
Schema In situ chemische oxidatie (http://www.clu-in.org/download/remed/chemox.pdf).
In-situ chemische oxidatie is een techniek gericht op de in-situ destructie van (organische) polluenten door injectie van een oxidatiemiddel in de bodem, meestal de waterverzadigde zone. Beschreven oxidatiemiddelen die hiertoe worden gebruikt zijn permanganaat, peroxide (Fenton’s reagens of ‘modified’ Fenton’s)), ozon, mengsels van ozon en peroxide, percarbonaat en persulfaat.
Een voorbeeld van in-situ oxidatie is de destructie van perchlooretheen (PCE) met permanganaat:
4KMnO4 + 3C2Cl4+ 4H2O ® 6CO2 + 4MnO2 + 4K+ + 12Cl- + 8H+
Toepassingsgebied en toepassingsvoorwaarden
In-situ chemische oxidatie is geschikt voor de behandeling van kernzones van de meeste organische polluenten zoals gechloreerde ethenen, PAKs en oliecomponenten. Het is niet of minder geschikt voor moeilijker oxideerbare verbindingen zoals chlooralkanen en verzadigde alifaten (oude, verweerde olie) of als brokken voorkomende polluties (agglomeraten als teerbrokjes, verfresten, e.d.) (http://www.clu-in.org/download/remed/chemox.pdf).
De techniek is met name geschikt voor goed tot matig doorlatende bodems met een grondwaterstand >1 m-mv. Indien de bodem slecht doorlaatbaar is, zijn speciale toedieningswijzen mogelijk zoals "deep soil mixing" en/of "fracturing" technieken. Natuurlijke organische stof (OS) en/of gereduceerde anorganische verbindingen zoals Fe2+ kan de benodigde hoeveelheid aan oxidans sterk doen toenemen: d.i. de z.g. matrixbehoefte van de grond. De matrixbehoefte dient steeds op voorhand te worden bepaald in het laboratorium. Een voorbeeld van een "lage" matrixbehoefte voor permanganaat is 0,5 kg kaliumpermanganaat per m³ nat aquifermateriaal; een "hoge" waarde is 10 kg per m³.
Persulfaat en Fenton's reagens zijn voorbeelden van oxidatiemioddelen die via een radicalair destructieprincipe werken. Als katalysatoren worden ijzer-III sulfaat (of een gecomplexeerd ijzer zoals ijzercitraat of EDTA) toegepast. Bij persulfaat kan de radicalaire werking ook verkregen worden in basisch milieu (pH>10, door gelijktijdige NaOH-toediening) of thermisch (T>35°C).
Verdere belangrijke ontwerpfactoren/randvoorwaarden zijn:
- Totale vuilvracht;
- Organische stof in grond en grondwater;
- Chemische zuurstofvraag (COD);
- pH van grond en grondwater;
- Doorlaatbaarheid van de bodem en bodemtextuur en –opbouw;
- Redoxtoestand van de bodem en het grondwater (Eh, opgeloste zuurstof);
- Ijzer(II)gehalte van de grond en/of het grondwater;
- Alkaliniteit van bodem en grondwater (carbonaten en bicarbonaten zijn vrije-radikaalvangers);
- Permanganaatonzuiverheden (commercieel verkrijgbare permanganaat kan zware metalen bevatten zoals chroom);
- In-situ oxidatie van een verontreinigingskern kan inhiberend werken op in-situ reductieve bioremediatie van de pluim;
- Indien oxideerbare metalen voorkomen die geoxideerd meer mobiel of toxisch worden (zoals chroom), kan chemische oxidatie onwenselijk zijn;
- Fenton’s reagens en ozon zijn weinig stabiel in bodem/grondwater;
- Fenton’s reagens werkt optimaal bij pH 2-4 en is toepasbaar in een bodem met een pH tot 7; permanganaat werkt optimaal bij pH 7-8 (toepasbaar binnen 5-9); ozon werkt optimaal bij neutrale pH;
- Negatieve effecten kunnen zijn: gasproductie, sterke opwarming (m.n. bij toepassing peroxide), toxische bijproducten, reductie van alle biomassa (bleken van de bodem). Permanganaat kan moeilijker worden toegepast in een NAPL-kern wegens sterke mangaanoxide neerslagvorming met mogelijke clogging;
- Veenlagen zijn niet of moeilijk saneerbaar met in-situ oxidatie
- Gebruikte toedieningsapparatuur (filters, leidingwerk, e.d.) dienen bestand te zijn tegen de oxiderende werking van de gebruikte chemicaliën.
Voor meer technische informatie over in-situ chemische behandeling kan o.a. worden verwezen naar http://www.clu-in.org/download/toolkit/inchem.pdf.
Kosten
Een Amerikaanse referentie vermeldt een kostprijs die varieert tussen ca. 40 en 240 euro per m³ te reinigen bodemvolume (http://www.gwrtac.org/pdf/Atlanta/Totalv3_ppt_%5BRead-Only%5D.pdf).
Volgens een Nederlandse leverancier bedragen de kosten 30 tot 80 euro/m3, met een gemiddelde van 40-50 euro/m3. De kosten van een vooronderzoek op laboratoriumschaal om de haalbaarheid van deze techniek te bepalen liggen in de orde van grootte van 2000 – 5000 euro, piloottesten kosten tussen € 30.000 tot 40.000.
Tabel: Vergelijking kostprijs per kg oxidatiemiddel
|
Oxidantia |
Kost €/kg |
|
Fenton's |
2,1 |
|
Calcium-peroxide |
2,1 |
|
Kaliumpermanganaat |
4,1 |
|
Natriumpermanganaat |
16,4 |
|
Natrium(per)sulfaat |
2,8 |
Milieubelasting en te nemen maatregelen
Bij correcte dimensionering (volledig verbruik van de toegepaste oxidantia in de verontreinigde bodemzone) is er nauwelijks sprake van enige milieubelasting; permanganaat wordt omgezet tot het onschadelijke mangaanoxide: een oxide dat ook van nature voorkomt in bodems. Persulfaat wordt omgezet naar sulfaat. Overtollig waterstofperoxide wordt bij neutrale pH vlot omgezet tot water en zuurstof.
Fenton’s reagens kan wel leiden tot gasontwikkeling en opwarming waardoor verontreiniging ongecontroleerd zou kunnen uitdampen. In-situ oxidatie met Fenton's reagens zou daarom ook gecombineerd kunnen worden met bodemluchtextractie om de risico's te beperken.
Bij gebruik van ozon of "perozone" is een ozongenerator nodig die relatief veel energie vergt. Tevens dient aandacht te worden besteed aan het eventueel ongecontroleerd uittreden van gassen (ozon en perozone worden als lucht-ozon resp. lucht-peroxide-ozon mengsel geïnjecteerd). Ozon is een giftig gas.
In het algemeen dienen de nodige persoonlijke en milieubeschermende maatregelen te worden getroffen bij het gebruik van sterk oxiderende chemicaliën.
Bron
Goovaerts L., et al., "BBT-studie voor bodemsaneringsprojecten en grondreinigingscentra", VITO, juni 2007