Een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken bij chlooretheenverontreiniging van zandbodems in de provincie Limburg

Transcriptie

1 Een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken bij chlooretheenverontreiniging van zandbodems in de provincie Limburg Afstudeeronderzoek wo-master Opleiding Milieu-natuurwetenschappen Faculteit Natuurwetenschappen Open Universiteit Nederland Peter Heijmans September 2009 I

2 Colofon Peter Heijmans Postbaan GN Haelen OU Afstudeeronderzoek wo-master Opleiding Milieu-natuurwetenschappen Afstudeeropdracht N94310 Open Universiteit Nederland Faculteit Natuurwetenschappen Valkenburgerweg AT Heerlen Omslagfiguur: Dense Non-Aqueous Phase Liquids DNAPL such as dry-cleaning solvents sink in water. (Figuur: Environmental Science in the 21st Century, Groundwater remediation Peter Heijmans, Haelen II

3 Een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken bij chlooretheenverontreiniging van zandbodems in de provincie Limburg An Environmental Comparison of in situ Remediation Techniques of Chloroethenes Contaminated Sandy Soils in the Dutch Province of Limburg III

4 IV

5 Voorwoord Dit verslag is geschreven in het kader van mijn afstudeeronderzoek, afgerond in september 2009, bij de faculteit Natuurwetenschappen van de Open Universiteit Nederland. In september 2001 heb ik de grote stap genomen om, buiten mijn werk om, een wetenschappelijk studie te gaan volgen aan de Open Universiteit Nederland. Met veel plezier heb ik kennis genomen van het lesmateriaal. In juni 2007 heb ik mijn theorievakken en colloquia afgerond. Wat er nog restte was mijn afstudeeronderzoek waaraan ik me vanaf die tijd volledig kon richten. De afstudeercommissie bestaat uit: Mw. ir. A. (Angelique) L.E. Lansu Mw. drs. J. (Cobi) de Blécourt-Maas Mw. prof. dr. F. (Paquita) Pérez Salgado Dhr. drs. P. (Pieter) C.W. Geluk Dhr. dr. ir. B. (Bram) A. van de Pas Voorzitter afstudeercommissie (examinator en begeleider), universitair docent faculteit Natuurwetenschappen Heerlen, Open Universiteit Nederland Lid afstudeercommissie (tweede begeleider), universitair docent faculteit Natuurwetenschappen Heerlen, Open Universiteit Nederland Lid afstudeercommissie, hoogleraar Milieu-natuurwetenschappen Heerlen, decaan faculteit Natuurwetenschappen, Open Universiteit Nederland Secretaris afstudeercommissie, afstudeercoördinator faculteit Natuurwetenschappen Heerlen, Open Universiteit Nederland Extern Begeleider (afstudeerplek), Vestigingsleider Boxmeer, Econsultancy bv Bodemonderzoek heeft, mede vanuit mijn dagelijkse werkzaamheden, mijn grote belangstelling. Echter, het wetenschappelijk opschrijven van een onderzoek verschilt van de dagelijkse werkzaamheden. Dat schrijven is een leerproces geweest. Het tot stand brengen van dit eindwerk was niet gelukt zonder de hulp en de steun van een aantal mensen. Op de eerste plaats wil ik mevrouw ir. Angelique Lansu, intern begeleider, en mevrouw drs. Cobi de Blécourt-Maas bedanken voor de hulp bij het wetenschappelijk opzetten en schrijven van dit afstudeeronderzoek. Op de tweede plaats wil ik de heer dr. ir. Bram van de Pas, senior projectleider en vestigingsleider bij Econsultancy, bedanken als extern begeleider van mijn afstudeeronderzoek. Iemand die ik zeker niet zal vergeten is de heer drs. ing. Frans Martens werkzaam als bodemsaneringdeskundige op de afdeling Milieu en Duurzame Ontwikkeling van de Provincie Limburg. Zonder hem was het niet mogelijk geweest mijn praktijkstudie uit te voeren. Helaas is Frans plotseling gestorven. Het is spijtig dat hij niet meer aanwezig is bij de realisatie van mijn eindwerk. Ik ben Frans erg dankbaar voor alle kennis die hij aan mij heeft kunnen overdragen. Tenslotte wil ik mijn vriendin Moniek, mijn ouders en schoonouders, mijn vrienden en collega s bedanken voor de morele steun die ze me gegeven hebben bij het schrijven van dit eindwerk. Natuur en milieu heeft altijd al mijn interesse gehad. Ik hoop met dit onderzoek een steentje te hebben bijgedragen in de strijd tegen de milieuvervuiling. Peter Heijmans Haelen, 14 september 2009 V

6 VI

7 Samenvatting Veel bodemverontreinigingen in Limburg worden veroorzaakt door de chloorethenen. Deze bodemverontreinigingen zijn in het verleden veroorzaakt door industriële activiteiten zoals chemische wasserijen, galvanische en grafische industrie. Chloorethenen blijken een belangrijk milieuprobleem te zijn. In Limburg wordt nog veel gebruik gemaakt van ontgraven en wordt niet optimaal gebruik gemaakt van in situ saneringstechnieken. Het doel is te onderzoeken of de provincie Limburg, voor deze met chlooretheen verontreinigde gronden, zou kunnen overstappen van de conventionele bodemsaneringstechniek op in situ saneringstechniek. Afbraak van chloorethenen kan worden onderverdeeld in twee vormen van biologische afbraak: natuurlijke en gestimuleerde afbraak. Uit literatuuronderzoek is gebleken dat de volgende processen een rol spelen bij in situ saneringen van chloorethenen: verdampen, oplossen, adsorptie, desorptie, diffusie en biologische processen. Daarnaast vindt in de zandbodem afbraak van chloorethenen plaats, waarbij de belangrijkste afbraakroute reductieve dechlorering is. De milieukundige criteria: redox- en bodemcondities, bodemchemie, bodemhydrologie veroorzaken een langzame biologische afbraak in zandbodem. De volgende in situ saneringstechnieken zijn goed toepasbaar in de Limburgse zandgronden: chemische oxidatie, chemische extractie, biologische en chemische schermen, gestimuleerde biologische afbraak en elektroreclamatie. Daarnaast zijn de volgende combinaties van in situ technieken goed toepasbaar: pump and treat, persluchtinjectie en bodemluchtextractie. Tevens blijkt dat chemische extractie van chloorethenen meer voorkomt dan natuurlijke afbraak. Het niet toepassen van in situ saneringen is vaak te wijten aan onvoldoende kennis van: de chemische en fysische eigenschappen, geohydrologische karakteristieken van de ondergrond en het gedrag van chloorethenen. Uit dossieronderzoek en expertinterviews blijkt dat voornamelijk bewezen technieken worden gebruikt. De echte innovatieve technieken worden zelden of op pilotschaal toegepast. Aan de eerder genoemde milieukundige criteria zijn in dit onderzoek nog acht relevante criteria toegevoegd: verontreinigingsituatie, saneringsduur, betrouwbaarheid, efficiëntie, afbraak en omzetting, micro-organismen en de wetgeving om in situ saneringstechnieken voor chloorethenen in Limburgse zandbodems te kunnen vergelijken. VII

8 VIII

9 Summary A large number of pollutions in the Province of Limburg is caused by chloroethenes. Chloroethenes were used in industrial activities such as laundry s, galvanic industries and printing industries. Chloroethenes caused serious environmental problems. The aim of this study is to examine if the province Limburg would be able to change their conventional remediation techniques into in situ remediation techniques. Attenuation of chloroethylenes can be subdivided in two forms of biological attenuation: natural and stimulated attenuation. Literature search has proven that the following processes play an important role in in situ remediation of chlororethenes: evaporation, dissolve, adsorption, desorption, diffusion and biological processes. In sandy soils also degradation takes place and the main degradation route is reductive dehalogenation. Biological degradation in sandy soils is difficult because of the oxidation-reduction conditions, groundwater flow, soil composition. The choice of remediation also depends on the contaminant situation and toxicity. In situ remediation techniques for sandy soils are chemical oxidation, chemical extraction, funnel and gate (biological and chemical), stimulated biological attenuation and electro reclamation. Combinations can also be used: pump and treat, in situ air sparging and soil vapor extraction. Failure in remediation of chloroethenes is often caused by insufficient understanding in chemical, physical and geohydrological characteristics of the subsoil. Practice documents and expert interviews review that mainly proven remediation technologies were used. The real innovatory remediation techniques are rarely used or applied in pilot studies. To the earlier-mentioned environmental criteria in this study, eight more relevant criteria have been added: contaminant situation, the duration of the remediation, reliability, efficiency, attenuation and conversion, micro-organisms and the legislation to compare in situ remediation techniques in the Dutch Province of Limburg. IX

10 X

11 Inhoudsopgave Voorwoord Ṿ Samenva ing ṾII Summary ỊX Hoofdstuk 1. Inleiding Zandbodems in de provincie Limburg Chlooretheenverontreinigingen In situ saneringstechnieken State of the art van milieukundige vergelijking van in situ technieken Hoofdstuk 2. Probleem- en vraagstelling en methode van onderzoek Doelstelling Probleem- en vraagstelling Studiegebied Randvoorwaarden en afbakening Methode van onderzoek Leeswijzer Hoofdstuk 3. Afbraakprocessen van chloorethenen in de zandbodem Inleiding Natuurlijke (biologische) afbraakprocessen Voor- en nadelen van natuurlijke afbraakprocessen Gestimuleerde biologische afbraakprocessen ( bioremediation ) Biostimulatie Bioaugmentatie Parameters als criteria voor de vergelijking van in situ saneringstechnieken Hoofdstuk 4. In situ saneringstechnieken voor chloorethenen in zandgronden Inleiding Techniek 1: Pump & Treat Techniek 2: In situ extractie via de waterfase (surfactant en co-solvent flushing) Techniek 3: In situ extractie via persluchtinjectie Techniek 4: In situ extractie via bodemluchtextractie Techniek 5: In situ extractie via stoom Techniek 6: Verwijdering door omzetting, natuurlijke afbraak Techniek 7: Verwijdering door omzetting, gestimuleerde afbraak Techniek 8: Verwijdering door omzetting, in situ chemische oxidatie Techniek 9: In situ extractie via elektroreclamatie Techniek 10: verwijdering door omzetting, in situ chemische reductie Combinaties van in situ technieken Mogelijkheden op Limburgse zandgronden Hoofdstuk 5. Bodemprocessen bij in situ saneringen van chloorethenen in zandgronden Inleiding Verdampen Oplossen Adsorptie en desorptie Diffusie Hoofdstuk 6. Milieukundige criteria uit praktijkcasus Inleiding Resultaten: dossierinformatie van de praktijkcasus XI

12 6.3 Resultaten: keuze voor in situ saneringstechniek op basis van analyse van dossierinformatie per praktijkcasus Hoofdstuk 7. Bodembeleid van de provincie Limburg Inleiding Multifunctioneel saneren Functioneel saneren met systeemgerichte aanpak Recent bodembeleid Hoofdstuk 8. Visie experts over verschillende in situ saneringstechnieken en beslismodel Inleiding Algemene ervaringen experts Kennis en ervaring van experts Experts over uitvoering Hoofdstuk 9. Discussie, conclusie en aanbevelingen Discussie Conclusie Aanbevelingen Literatuur Bijlagen Bijlage 1: Checklist dossier in situ saneren Bijlage 2: Dossier 272 Roermond: Voormalige moutfabriek Bijlage 3: Dossier 302 Roermond: Broodfabriek Bijlage 4: Dossier 307 Roermond: Aluminiumfabriek Bijlage 5: Dossier 012 Roermond: Aluminiumfabriek Bijlage 6: Dossier Venray: Metaalwarenfabriek Bijlage 7: Dossier 016 Venray: Chemische wasserij Bijlage 8: Dossier 029 Weert: Kunstharsfabriek Bijlage 9: Dossier 022 Weert: Kunststoffen- en verffabriek Bijlage 10: Dossier 009 Sittard-Geleen: Chemische wasserij Bijlage 11: Dossier 349 Sittard-Geleen: Chemische wasserij Bijlage 12: Dossier 458 Sittard-Geleen: Metaalwarenfabriek Bijlage 13: Dossier 459 Sittard-Geleen: Metaalwarenfabriek Bijlage 14: Dossier 186 Helden-Panningen: Verfspuiterij Bijlage 15: Dossier Sevenum: Galvanische + houtverduurzaming Bijlage 16: Handleiding expertinterview in situ bodemsanering Bijlage 17: Voorbeeld expertinterview in situ bodemsanering Bijlage 19: Expertinterview Intergemeentelijke milieudienst Beek Nuth Stein Bijlage 20: Expertinterview Grontmij Bijlage 21: Expertinterview Econsultancy bv (1) Bijlage 22: Expertinterview gemeente Sittard-Geleen Bijlage 23: Expertinterview Provincie Limburg Bijlage 24: Expertinterview CSO Bijlage 25: Expertinterview Fugro onshore geotechnics Bijlage 26: Expertinterview Econsultancy bv (2) Bijlage 27: Expertinterview Bioclear bv

13 Hoofdstuk 1. Inleiding In de provincie Limburg worden, net als in andere industriële en stedelijke gebieden in Nederland in de bodem en het grondwater regelmatig verontreinigingen met chloorethenen ontdekt. Chloorethenen zijn een verzamelnaam voor een groep van diverse vluchtige organische stoffen met chloorverbindingen. Op grond van de Wet bodembescherming (Wet van 3 juli 1986; Wet van 15 december 2005) worden deze bodemverontreinigingen geprioriteerd door de provincie en projectsgewijze gesaneerd. In 2006 zijn er in Nederland 950 bodemsaneringen uitgevoerd. Volgens de Stichting Kwaliteitsbeheer Bodem (SKBodem) waren in Nederland in dat jaar 25 projecten (voormalige chemische wasserijen) speciaal gericht op de verwijdering van chloorethenen. Naast de 25 projecten zijn er 375 grootschalige verontreinigingen, met diverse stoffen waaronder chloorethenen gesaneerd (Stichting Kwaliteitsbeheer Bodem (SKBodem), 2006). De conventionele techniek van saneren is afgraven van de bodem. In situ of op locatie saneren (zie paragraaf 1.3) was tot 10 jaar terug nog geen breed geaccepteerde techniek (Pijls, Keijzer, Marnette, Sumann, Volkering & Van Zutphen, 2006). Daarom ontstond er in Nederland de behoefte aan een milieukundige vergelijking van conventionele saneringstechnieken met in situ saneringstechnieken. Omdat er al veel bekend is over conventionele saneringstechnieken was er met name de provincie Limburg geïnteresseerd in een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken. Voor het milieukundig vergelijken van de verschillende bodemsaneringstechnieken, waaronder in situ saneringstechnieken, zijn gegevens over de bodem, geologie, geohydrologie en grondwater van belang. De bodemverontreinigingen met chloorethenen zijn voornamelijk terug te vinden op locaties waar industrie was gevestigd die op grote schaal gebruik maakte van deze stoffen, zoals chemische wasserijen, galvanische- en grafische industrie. Chloorethenen zijn ook toegepast voor niet-industriële doeleinden, zoals champignonkwekerijen. De productie en de toepassing van chloorethenen in Nederland ving aan rond Bij die verschillende activiteiten vonden er vanaf 1900 veel lozingen, via bezinkputten, en weglekken van chloorethenen, plaats naar het oppervlaktewater en de bodem (SKBodem, 2006; Nipshagen & Praamstra, 2007). Het gebruik van chloorethenen is in 1960 in Nederland verboden. Een uitzondering vormt het gebruik van chloorethenen als grondstof of technische hulpstof (Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu (VROM), 2002; SKBodem, 2006). In dit onderzoek beschouwen we de situatie van de chlooretheenverontreinigingen van de zandgronden die in Noord en Midden Limburg zijn gelegen. 1

14 1.1 Zandbodems in de provincie Limburg De verontreiniging van bodem en grondwater met chloorethenen is afhankelijk van de opbouw en samenstelling van de bodem, de grondwaterstand en de geohydrologische gesteldheid afgeleid van de geologische opbouw. Bodem De bodem, en dus ook de Limburgse bodem, is een complex systeem, opgebouwd uit een vaste fase die bestaat uit verschillende minerale bestanddelen als zand, leem en klei. Zandgronden hebben in het algemeen een laag organisch stofgehalte. Volgens Steur, de Vries en Van Wallenburg (1985) bestaan zandgronden in Noord en Midden Limburg uit 3 tot 8% organische stof. Bij een laag organische stofgehalte (< 1%) van de zandbodem is het adsorptievermogen van de zandgronden gering en is de beschikbaarheid van de verontreiniging groot (Pijls et al., 2006). Chlooretheenverontreinigingen zullen daardoor sneller en verder verspreiden (grootschalig) dan in bodems met een hoger organische stofgehalte. In figuur 1.1 van Noord en Midden Limburg zijn in de geeltinten aangegeven strandwallen en rivierduinen uit het Holoceen. Deze zijn meter en gelegen boven het Normaal Amsterdams Peil (NAP). In het blauw zijn de rivierafzettingen van de Maas weergegeven. Figuur 1.1 Situatie Limburg, kaart 800 na Christus. Anno 2006 weinig veranderd. "Nieuwe landelijke paleogeografische kaarten van Nederland in het Holoceen; Informatie over Bodem en Water, Nederlandse organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek (TNO), juli Noord en Midden Limburg (het onderzoeksgebied) bestaat voornamelijk uit zandgronden en rivierkleigronden langs de Maas en overige rivieren en beken. Waartoe ook de praktijkcasussen 2

15 worden geselecteerd. In dit studiegebied zijn volgens de Bodemkaart van Nederland, schaal 1: (Steur et al, 1985) de volgende typen zandgronden te onderscheiden: podzol-, eerd-, brik- en vaaggronden. Deze vier typen gronden, die van belang zijn voor de praktijkcasussen, zijn weer onder te verdelen in holtpodzolgronden, haarpodzolgronden, veldpodzolgronden, gooreerdgronden, moerige podzolgronden, radebrikgronden, bergbrikgronden, enkeerdgronden, laarpodzolgronden, loopodzolgronden, duinvaaggronden, poldervaaggronden, vorstvaaggronden en ooivaaggronden, bestaande uit fijn tot grof zand, soms lemig, met vrij ondiep (10-25 cm mv) tot zeer diep (>160 cm mv) grondwater) (Steur et al, 1985; TNO,2006). Geologie De gronden in Noord en Midden Limburg werden in het Kwartair aangevoerd door de Rijn en Maas (TNO-Nederlands Instituut voor Toegepast Geowetenschappen (TNO-NITG), 2003; Locher & De Bakker, 1992). Deze aanvoer heeft geleid tot een breed, relatief homogeen afgezet zandpakket. Het zandgebied herbergt de mineralogisch armste en droogste fysiotopen in ons land. In verband met de relevantie voor het onderzoek betreft het bijvoorbeeld de hoeveelheid organisch stofgehalte en grondwaterstand. Geohydrologie: Roerdalslenk, Peelschol en Venloschol In figuur 1.2a is schematisch de geohydrologie van de bodem in Limburg weergegeven met van noord naar zuid de drie breuklijnen: Tegelenbreuk, Peelrandbreuk en de Feldbiss. In figuur 1.2a is de doorlatendheid (kd) van de bodem aangegeven in kleuren. De doorlatendheid loopt van < tot > m 2 /dag. Blauw staat voor >2000 m 2 /dag, oranje voor m 2 /dag en geel voor <1000 m 2 /dag. 3

16 Figuur 1.2a en 1.2b. Figuur 1.2a is de kaart van de provincie Limburg met de belangrijkste geologische breuken rondom de Roerdalslenk. Dwarsstreepjes geven de richting van afschuivingen aan. Figuur 1.2b is een geschematiseerde dwarsdoorsnede van Noord naar Zuid Limburg. Het is een weergave van de pakketten, lagen, de basis van het systeem en de ligging van de breuken:, Roerdalslenk, Peelschol en Venloschol in Limburg (zie legenda kleuren), ontleend aan het Grondwaterplan (Provincie Limburg,1993). Legenda kleuren: Lichtblauw: Blauw: Groen: Rood: Paars: watervoerend pakket (W.V.P.) heterogeen pakket matig doorlatende laag scheidende laag basis van het systeem De geohydrologische basis, van belang voor de grondwaterstroming in de bodem, wordt in Noord Limburg gevormd door afzettingen(zie figuur 1.2b) aangeduid als formaties van Venlo, Tegelen en Veghel en voor Midden Limburg de formaties van Kreftenheye, Veghel, Sterksel, Kedichem en Waubach) bestaande uit ondoorlatende (rode) scheidende laag. Dit alles behoort tot de Formatie van Breda. Vanwege de ligging van de breuken is het studiegebied geohydrologisch te schematiseren in drie verschillende watersystemen: de Peelschol en Venloschol in Noord Limburg en de Roerdalslenk in Midden Limburg. De geologie van de schollen en de geologie van de slenk worden hierna toegelicht. 4

17 Geohydrologie: Venlo schol De Venlo schol in figuur 1.2b bestaat uit drie watervoerende pakketten (Provincie Limburg, 1993). Op basis van de gegevens van 2003 gaat men uit van twee watervoerende pakketten. De afdekkende laag is matig doorlatend (figuur 3). De Venloschol is maximaal vijftig meter boven NAP en minder dan honderd meter onder NAP. Geohydrologie: Peel schol De Peel schol bestaat uit één watervoerend pakket afgedekt door een matig doorlatende laag (figuur 1.2b en 1.3). De Peel schol is maximaal vijftig meter boven NAP en minder dan vijftig meter onder NAP. Door vorming van een hogere schol dan de Venlo schol is het totale pakket van de Peel schol door erosie dunner (TNO-NITG, 2003). Het watervoerende pakket betreft fijne zanden, lemig zand, zandige leem, en leem. Het watervoerende pakket wordt als matig doorlatend gekenmerkt (Locher & De Bakker, 1992). Geohydrologie: Roerdal slenk In de Roerdal slenk (figuren 1.2 en 1.3) komen afzettingen voor die de basis vormen van het geohydrologisch systeem op grote diepte, maximaal vijftig meter boven NAP en vierhonderd meter onder NAP. Daarboven worden drie watervoerende pakketten onderscheiden, die onderling gescheiden zijn door slecht doorlatende kleilagen. De watervoerende pakketten zijn licht blauw gekleurd in figuur 1.2b en van boven naar beneden aangeduid met watervoerend pakket 1, watervoerend pakket 2 en watervoerend pakket 3. Het bovenste deel, watervoerend pakket 1, bestaat uit goed doorlatende zanden die behoren tot de Formatie van Sterksel, Kreftenheye en Veghel. Aan de bovenzijde wordt dit pakket maar ten dele afgedekt door de matig doorlatende afzettingen behorend tot de Formatie van Nuenen. Het watervoerend pakket 1 is een heterogeen watervoerend pakket met plaatselijk winningsmogelijkheden van zand en grind. Bodemverontreinigingen kunnen problematisch zijn. Als er geen doorboringen zijn van de scheidende lagen kunnen de bodemverontreinigingen niet doordringen tot de diepere lagen. Figuur 1.3. Dwarsdoorsnede bodem geohydrologie Noord en Midden Limburg (Provincie Limburg, 2003). Legenda kleuren: Lichtblauw: watervoerend pakket Blauw: heterogeen pakket Groen: matig doorlatende laag Rood: scheidende laag Paars: basis van het systeem 5

18 Grondwater Door de stroming van water in de bodem vindt verspreiding van chloorethenen plaats. Van invloed hierop zijn de grondwatertrappen (de seizoensafwisseling in grondwaterstanden) en de onttrekkingen voor drinkwater en proceswater (grindwinning, industrie en landbouw). In figuur 1.4 is te zien op welke wijze een verontreiniging met chloorethenen in de bodem kan voorkomen en zich in gas en vloeibare vorm kan verspreiden. Chlooretheen lekt in de bodem (release). Er kan verdamping van het chloorethenen plaatsvinden (vapor) en/of door diffuse verspreiding van chloorethenen kan een poel (pool) ontstaan die eventueel kan uitwaaieren in een pluim (dissolved plume) welke met de grondwaterstroming mee kan drijven (GW flow drift) of als restant (residual) kan achterblijven in een minder doorlaatbare geologische laag (bedrock) en daar zaklaag van puur product (Dense Non-Aqueous Phase Liquid, DNAPL) vormt (Hayden, Diebold, Farrell, Laible & Stacey, 2006). Het voorkomen van water in de bodem (bodemvochtigheid) is afhankelijk van het bodemmateriaal, de hoogte van het freatisch vlak (grondwaterspiegel) en de hoogte van veranderingen in de grondwaterstand ten tijde van de release van chloorethenen tot aan de bodemsanering. Figuur 1.4. Schematische weergave van de verspreiding van chlooretheenverontreiniging in zandgronden met een hoge grondwaterspiegel en een slecht doordringbare laag als geohydrologische basis (Kueper, Wealthall, Smith, Leharne & Lerner, 1993). Legenda: release : lekkage in de bodem vapour : verontreinigingsdamp, bodemlucht dissolved plume : opgeloste pluim van de verontreiniging GW flow : grondwaterstroming, met direct erboven de grondwaterstand pool : poel of zaklaag, Dense Non Aqueous Phase Liquid (DNAPL) drift : verplaatsing residual : restant bedrock : slecht doordringbare laag 6

19 Bij bodemverontreinigingen met chloorethenen is de verontreinigingcontour grillig (figuur 1.4: dissolved plume) en is daardoor lastig te lokaliseren. Bij het nemen van grond(water)monsters in een pluim kunnen al dan niet chloorethenen voorkomen. Dat maakt de herkenning van een chlooretheenverontreiniging zo lastig. Het zoeken is waar de verontreiniging in de bodem zich bevindt, de zaklaag (kern, pool). 1.2 Chlooretheenverontreinigingen Om saneringstechnieken op basis van milieukundige criteria te kunnen vergelijken is, naast gegevens over de bodem, geologie, geohydrologie en grondwater, inzicht nodig in aard, omvang en gedrag van chlooretheenverontreinigingen. Aard Chloorethenen ( chloroethenes, chloroethylenes of chlorinated ethenes ) zijn verbindingen met een open koolstofskelet verbonden met één of meer waterstofatomen en één of meer chlooratomen. Chloorethenen vallen in de molecuulcategorie vluchtige alifatische chloorkoolwaterstoffen, vaak aangeduid als volatile organic chlorinated compound (VOC) (Pijls et al., 2006). In tabel 1 zijn de algemene chemische en fysische eigenschappen van vier chloorethenen weergegeven: Tetrachlooretheen (PER; Tetrachloroethylene PCE ), Trichlooretheen (TRI; Trichloroethylene TCE ), cis-dichlooretheen, cisdichloroethylene (cis-dce) en vinylchloride (VC). Vanwege de waterige omgeving van de bodem is als referentie water genomen. De vier chloorethenen zijn bodemverontreinigende stoffen. Tabel 1.1 Overzicht van chemische en fysische eigenschappen van chloorethenen met water als referentie (Pijls et al., 2006; SKBodem, 2006) Verbinding Tetrachlooretheen (PER) Trichlooretheen (TRI) cis-1,2-dichlooretheen (cis-dce) Vinylchloride (VC) Bruto formule (-) Massadichtheid (kg/m³) Oplosbaarheid (mg/l) 25 C Dampdruk (mm Hg) 25 C KOW (-) Toxiciteit - = niet toxisch += toxisch ++= zeer toxisch C2Cl , C2HCl , C2H2Cl , C2H3Cl Etheen C2H ,5 - Water (H2O) H2O ,8 - Bij sanering van chloorethenen moeten de eigenschappen van chloorethenen in beschouwing worden genomen (Pijls et al., 2006). Er zijn grote verschillen in eigenschappen tussen de vier chloorethenen. Bij een bodemsanering is het van belang te weten van welke sprake is. Tabel 1 geeft een overzicht van belangrijke onderscheidende eigenschappen van chlooretheen verbindingen, in vergelijking tot elkaar of in vergelijking tot de eigenschappen van water. Dat zijn (tabel 1) bruto chemische formule, de massadichtheid (kg/m³), de oplosbaarheid (mg/l) 25 C, de dampdruk (mm Hg) 25 C, de KOW en de toxiciteit. 7

20 - Bruto chemische formule van chloorethenen wordt gekenmerkt door koolstof (C), waterstof (H) en chloor (Cl) (zie hierna); - De massadichtheid (kg/m³), hieronder wordt verstaan het gewicht (kg) per volume (m 3 ). PER heeft de grootste massadichtheid. Vinylchloride heeft een massadichtheid lager dan water; - Een maat voor de oplosbaarheid (mg/l) 25 C van een organische verbindingen, zoals chloorethenen, is de hydrofobiciteit (watervrezendheid) van de verbinding. De hydrofobiciteit van een verbinding wordt uitgedrukt in octanol-watercoëfficiënt (KOW); - Dampdruk is sterk afhankelijk van de temperatuur en de vluchtigheid van de (vloei)stof. Alle chloorethenen worden gekenmerkt door een uiteenlopende vluchtigheid. VC is de meeste vluchtige stof (2.985 mm Hg) en PER is het minst vluchtig (18,75 mm Hg), zelfs minder vluchtig dan water (23,8 mm Hg); - De KOW is de verhouding van de concentratie van een chemische stof in octanol en in water bij evenwicht en op een bepaalde temperatuur. Octanol is een organisch oplosmiddel dat wordt gebruikt als een surrogaat voor natuurlijke organische stof. Deze parameter wordt gebruikt in tal van milieustudies om te helpen bepalen het lot van de chemische stoffen in het milieu. De K OW is gecorreleerd aan de oplosbaarheid in water, dus de oplosbaarheid in water van een stof kan worden gebruikt voor de schatting van de verdelingscoëfficiënt octanol-water. Een stof met een hoge KOW, zoals PER (KOW 2.511) lost veel liever op in octanol dan in water en zal daarom in de bodem in lage concentraties in de waterfase aanwezig zijn, en zich in een bodem voornamelijk aan organisch materiaal binden. Een waarde van KOW 19 (cis-dce) wordt als matig oplosbaar geschetst (Pijls et al., 2006); - Een stof is giftig (toxisch) wanneer iemand of een levend organisme die dit in of op zijn lichaam krijgt hiervan schade ondervindt. De klachten of symptomen die op kunnen treden hangen af van de stof en de aard en duur van de blootstelling. Toxiciteit: Risico s Opname via de huid en inademing zijn de voornaamste blootstellingroutes voor chloorethenen. Acute effecten zijn over het algemeen hartritmestoornissen, chemische longontsteking, longoedeem, leveren nierschade, en tijdelijke verstoring van het centraal zenuwstelsel. Chronische effecten zijn huidontstekingen, lever- en nierschade, en blijvende verstoring van het centraal zenuwstelsel. Een belangrijk chronisch effect is de vorming van tumoren. VC is een bewezen carcinogeen voor de mens. PER en TRI zijn mogelijk carcinogeen voor de mens. Ecotoxicologische effecten worden minder waargenomen. Bekend is dat de meeste chloorethenen zijn giftig voor waterorganismen. Tijdens het gebruik van drinkwater is blootstelling aan chloorethenen mogelijk vanwege de permeatie van chloorethenen door kunststof waterleidingen. Blootstelling aan chloorethenen met acute gevolgen zal zelden optreden bij bodemverontreiniging. Verspreiding van chlooretheenverontreinigingen via het grondwater levert wel een aantal mogelijke risico s op: Tijdens het opkwellen van grondwater kunnen door uitdamping chloorethenen onder woningen terechtkomen; De chlooretheenverontreiniging kan in het oppervlaktewater terechtkomen; En de chlooretheenverontreiniging kan een bedreiging vormen voor grondwaterbeschermingsgebieden, onttrekkingsputten voor drinkwaterwinning, beregening van gewassen en veedrenking. 8

21 Hierna worden de verschillende, voor dit onderzoek van belang zijnde, eigenschappen van de vier chloorethenen afzonderlijk besproken. Dit zijn structuurformule (1), ontstaan (2), massadichtheid (3), oplosbaarheid (4), dampdruk (5), octanol-watercoëfficiënt (6) en biologische afbreekbaarheid (7). Tetrachlooretheen (PER) 1 2 Tetrachlooretheen, ook wel perchlooretheen of PER genoemd, is exogeen, kan ontstaan bij vulkaanuitbarstingen (Nipshagen et al., 2007) en antropogeen (industriële productie). In dit onderzoek ligt de focus op het antropogene aspect; 3 PER is zwaar door de hoge massadichtheid en zakt dus snel dieper de bodem in dan bijvoorbeeld water; 4 PER is een organisch oplosmiddel, maar is zelf zeer slecht oplosbaar in water; 5 Dampdruk van PER is het laagst (18,75 mm Hg), zelfs lager dan van water (23,8 mm Hg); 6 PER (KOW 2.511) lost veel beter op in octanol dan in water en zal daarom in de bodem in lage concentraties in de waterfase aanwezig zijn, en zich in een bodem voornamelijk aan organisch materiaal binden; 7 PER is toxisch; 8 Organische verontreinigingen, zoals PER, zijn biologische afbreekbaar door micro-organismen die in verontreinigde bodems aanwezig zijn en deze verontreinigingen kunnen omzetten (Pijls et al., 2006). Trichlooretheen (TRI) 1 2 Trichlooretheen is het eerste vervalproduct van PER. Hierbij is een chlooratoom afgestoten en vervangen door een waterstofatoom. Trichlooretheen is niet licht ontvlambaar (Nipshagen et al., 2007); 3 TRI is zwaar door de grote massadichtheid en zakt dus snel dieper de bodem in dan bijvoorbeeld water. Effectief betekent dit dat de horizontale verspreiding door watermassa s en bodemlucht snel verloopt; 4 TRI is een organisch oplosmiddel, maar is zelf slecht oplosbaar in water. TRI is vluchtiger, lichter en beter in water oplosbaar in water dan PER (1.100 mg/l voor TRI in tegenstelling tot 150 mg/l voor PER); 5 Dampdruk van TRI is 73,5 mm Hg. De dampdruk van TRI is bijna vier maal zo hoog als die van PER; 6 TRI (KOW 407) lost veel liever op in octanol dan in water en zal daarom in de bodem in lage concentraties in de waterfase aanwezig zijn, en zich in een bodem voornamelijk aan organisch materiaal binden; 7 TRI is toxisch; 9

22 8 Organische verontreinigingen, zoals TRI, zijn biologische afbreekbaar door micro-organismen die in verontreinigde bodems aanwezig zijn en deze verontreinigingen kunnen omzetten (Pijls et al., 2006). Dichlooretheen (cis-dce) 1 2 cis-dce is een afbraakproduct van TRI. De stof komt voor in een cis- en een trans-vorm. De cis-vorm is energetisch gunstiger en komt daarom meer voor (Pijls et al., 2006); 3 cis-dce is zwaar door de grote massadichtheid en zakt dus snel dieper de bodem in dan bijvoorbeeld water; 4 cis-dce is een organisch oplosmiddel en is vluchtiger, lichter en beter in water oplosbaar dan PER, TRI en VC; 5 Dampdruk van cis-dce is relatief hoog (202,5 mm Hg). De dampdruk van cis-dce is ruim twintig maal zo hoog als die van PER; 6 cis-dce heeft de laagste KOW (KOW 19) en zal het best oplossen in water; 7 cis-dce is zeer toxisch; 8 Organische verontreinigingen, zoals cis-dce, zijn biologische afbreekbaar door microorganismen die in verontreinigde bodems aanwezig zijn en deze verontreinigingen kunnen omzetten (Pijls et al., 2006). Vinylchloride (VC) 1 2 Vinylchloride is een afbraakproduct van dichlooretheen, onder andere gevormd door de gedeeltelijke afbraak van PER en TRI in het anaerobe milieu; 3 De omzetting van cis-dce naar VC en etheen verloopt langzamer dan bijvoorbeeld de afbraak van PER naar TRI, en met name onder methanogene omstandigheden. Onder sulfaatreducerende omstandigheden bestaat de kans op stagnatie van de afbraak, met een ophoping van cis-dce tot gevolg. Onder nitraatreducerende omstandigheden stagneert ook de afbraak van PER en TRI omdat deze afbraak te weinig energie oplevert voor de dechlorerende bacteriën; 4 VC is een organisch oplosmiddel en goed oplosbaar in water; 5 Dampdruk van VC is het hoogst (1.985 mm Hg); 6 VC (KOW 513) lost veel liever op in octanol dan in water en zal daarom in de bodem in lage concentraties in de waterfase aanwezig zijn; 7 VC is zeer toxisch; 8 Organische verontreinigingen, zoals VC, zijn biologisch afbreekbaar door micro-organismen die in verontreinigde bodems aanwezig zijn en deze verontreinigingen kunnen omzetten (Pijls et al., 2006). 10

23 Conclusie Een milieukundige vergelijking van verschillende bodemsaneringtechnieken is afhankelijk van de volgende milieucriteria: bodemgesteldheid (bodemcondities; tabel 9.1), de stroming van het water in de bodem (bodemhydrologie; tabel 9.1) en de eigenschappen van de vier verschillende chloorethenen, waarbij van belang zijn: massadichtheid, oplosbaarheid, dampdruk, KOW en toxiciteit. 1.3 In situ saneringstechnieken Bodemverontreinigingen met chloorethenen moeten op basis van wet- en regelgeving worden gesaneerd omdat ze gevaar opleveren voor de volksgezondheid. Bodemverontreiniging kan op drie verschillende manieren worden gesaneerd: 1. Een conventionele saneringstechniek bestaat uit het ontgraven van de verontreinigde grond. Ontgraven is in feite het verplaatsen van het probleem. Het is een arbeidsintensief, snel proces en gaat gepaard met relatief hoge kosten; 2. Een andere conventionele saneringstechniek is het oppompen van verontreinigd grondwater. Het is een arbeidsintensief, snel proces en gaat gepaard met relatief hoge kosten. Bij de conventionele saneringmethoden, toegepast vanaf de jaren zestig van de vorige eeuw, wordt de verontreinigde grond of het verontreinigde grondwater verwijderd en elders opgeslagen, gereinigd of verwerkt; 3. Vanaf de jaren tachtig van de vorige eeuw zijn in situ saneringstechnieken ontwikkeld. Dit betekent dat de verontreiniging in de bodem, bodemlucht of het grondwater ter plaatse wordt aangepakt (Pijls et al., 2006). Dit kan door middel van afbraak, extractie en vastlegging van de verontreinigingen. Het voordeel van in situ saneringstechnieken is dat er rekening kan worden gehouden met locatiespecifieke omstandigheden, zoals woonbebouwing en andere infrastructuur. In situ saneringstechnieken zijn alleen toepasbaar indien de bodem voldoende doorlatend is (Pijls et al., 2006). Van de indicatie in situ kaart van Nederland (zie figuur 1.5; wit representeert zandgronden) zijn in situ saneringstechnieken goed toepasbaar. Daaronder valt ook het onderzoeksgebied Noord en Midden Limburg. Het in situ saneren is: - vaak een langdurig proces; - is afhankelijk van de keuze van de saneringstechnieken; - is afhankelijk van de mogelijkheden die deze saneringstechnieken bieden en; - is afhankelijk van de in situ saneringstechniek die zowel lage als hoge kosten met zich mee kunnen brengen. Omdat in situ saneringstechnieken de bodem ter plaatse schoon maken en daardoor de bodem bruikbaar blijft, biedt dat een duurzame oplossing ten opzichte van conventionele saneringstechnieken waar de bodem wordt afgegraven en geen gebruik meer mogelijk is. 11

24 Figuur 1.5. In situ kaart van Nederland (Pijls et al., 2006) Belangrijke in situ saneringstechnieken zijn: - natuurlijke afbraak (saneringsduur: 6 maanden tot 30 jaar) (zie hoofdstuk 3 en 4); - chemische oxidatie (saneringsduur: 1 maand tot enkele jaren) (zie hoofdstuk 4). Opgemerkt dient te worden dat de saneringsduur afhankelijk is van de grootte van de saneringslocaties en de verontreinigde stoffen in de bodem (Pijls et al., 2006). 1.4 State of the art van milieukundige vergelijking van in situ technieken Aan de hand van wetenschappelijke literatuur is een analyse gemaakt op de volgende aspecten: (1) er is geïnventariseerd welke in situ saneringstechnieken gebruikt worden voor chlooretheen bodemverontreinigingen; (2) welke milieucriteria gebruikt zijn bij een milieukundige vergelijking van die technieken onderling en; (3) op welke manier (methode) die vergelijking in andere onderzoeken is uitgevoerd. In de recente literatuur zijn drie state of the art overzichtsartikelen van in situ saneringstechnieken gepubliceerd. Het eerste, meest recente, artikel is van Weiss, Eveborn, Kärrmana en Gustafsson (2008) genaamd Environmental systems analysis of four on-site wastewater treatment options. In dit wetenschappelijke artikel noemt Weiss een viertal in situ afvalwater behandelingstechnieken. Het is echter niet duidelijk of deze in situ technieken (1) geschikt zijn voor chlooretheenverontreinigingen in de Limburgse zandbodem. Beide andere aspecten (2 en 3) zijn daardoor niet relevant. Het tweede artikel is een afstudeerthesis genaamd: Sanering van VOCl s ( VOC ) in de bodem en grondwater: innovatieve technieken, saneringsvisie en pilootopzet. Het betreft een thesis van de Provinciale Industriële Hogeschool West-Vlaanderen. In deze, door Verreydt in 2004 geschreven, thesis worden vier verschillende in situ saneringstechnieken besproken (1), namelijk in situ chemische oxidatie, gestimuleerde natuurlijke afbraak, permeabele reactieve wand en solvent flushing. Van 12

25 deze in situ saneringstechnieken worden de principes, processen, gebruikte stoffen, randvoorwaarden, beperkingen, haalbaarheidstesten, zekerheid, praktijkervaring, voor- en nadelen, saneringsduur en saneringskosten (2) bekeken (Verreydt, 2004). In deze thesis worden voor milieurendement criteria (MRA) de volgende criteria gehanteerd: vuilvrachtverwijdering (te vergelijken met efficiëntie, tabel 9.1), resterende risico s voor de volksgezondheid en het milieu (te vergelijken met toxiciteit en betrouwbaarheid, tabel 9.1), en totale saneringskosten. In de thesis wordt ook gebruik gemaakt van multi criteria analyse (MCA) (3) waarin de volgende criteria worden gebruikt: milieuhygiënische-, technische- en financiële criteria. In dit onderzoek zal geen MCA worden uitgevoerd en zullen de milieuhygiënische en technische criteria worden meegenomen. Zie tabel 3.3. Het derde artikel is een wetenschappelijke publicatie uit 2004 van Khan, Husain en Hejazi. Zij geven een overzicht van verschillende in situ saneringstechnieken (1) en een analyse (2) van deze technologieën. Zij geven een overzicht van aardolie, koolwaterstoffen, zware metalen, pesticiden en dergelijke. Chlooretheen verbindingen worden door Khan et al. (2004a) niet apart behandeld. Alleen van PER en TRI wordt vermeld dat deze effectief kunnen worden verwijderd door middel van dampextractie ( soil vapor extraction ) van de verontreinigde grond (zie paragraaf 4.5). De criteria (status van ontwikkeling, efficiëntie, saneringstijdsduur en betrouwbaarheid) worden vergeleken op basis van de verschillende in situ saneringstechnieken (3). De technologieën besproken voor chlooretheen verbindingen in dit artikel zijn soil washing, soil vapor extraction, soil flushing, biopiles, bioslurry, aeration, air sparging, pump and treat, passive/active treatment walls, ultra-violet oxidation treatment, groundwater circulation wells en biosparging (Khan et al., 2004a). De technieken worden besproken in hoofdstuk 4, paragrafen 4.2 t/m Bruikbaar in dit onderzoek zijn de volgende criteria: status van ontwikkeling, efficiëntie, saneringstijdsduur en betrouwbaarheid (zie tabel 9.1). In de het boekwerk, verschenen na de presentatie, van Van Ras (2007) is op grond van theoretische en praktijkervaring van de biologische afbraak weergegeven van PER, TRI, cis-dce en VC (zie paragraaf 3.3, tabel 3.2). Het boek In situ bodemsanering, theorie en praktijk van Pijls et al., (2006) geeft een overzicht van alle milieukundige criteria zoals besproken in hoofdstuk 3 en weergegeven in tabel 9.1. De milieucriteria van de drie overzichtsartikelen, het boekwerk en het boek zijn weergegeven in tabel

26 Tabel 1.2 Milieucriteria uit de literatuur Literatuurreferentie Khan Verreydt Milieucriterium in terminologie uit literatuurreferentie efficiëntie status van ontwikkeling betrouwbaarheid vuilvrachtverwijdering risico s Relevant voor dit onderzoek Milieucriterium in terminologie van in dit onderzoek + efficiëntie status van ontwikkeling betrouwbaarheid + efficiëntie toxiciteit en betrouwbaarheid Weiss Van Ras redoxcondities micro-organismen daling van chlooretheengehalten + redoxcondities micro-organismen afbraak Pijls zie tabel zie tabel 9.1 Legenda: ++ : zeer relevant + : relevant - : niet relevant Uit tabel 1.2 blijkt dat de milieukundige criteria door verschillende auteurs onder verschillende termen worden beschreven. In de laatste kolom wordt aangegeven welke terminologie in dit onderzoek verder wordt gebruikt. Dit overzicht (tabel 1.2) vormt de basis voor een verdere uitwerking van een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken voor de chlooretheenverontreinigingen van zandbodems in de provincie Limburg. 14

27 Hoofdstuk 2. Probleem- en vraagstelling en methode van onderzoek 2.1 Doelstelling Het doel van dit onderzoek is om na te gaan of de provincie Limburg, voor met chloorethenen verontreinigde zandgronden, zou moeten overstappen van de huidige conventionele bodemsaneringstechnieken op in situ saneringstechnieken. In de praktijk past de provincie Limburg in situ sanering op kleine schaal toe. Om hier enige uitspraken over te kunnen doen is het nodig om milieukundige criteria te ontwikkelen om in situ saneringstechnieken te kunnen vergelijken. 2.2 Probleem- en vraagstelling Op grond van de Wet bodembescherming worden door de provincie bodemverontreinigingen geprioriteerd door en projectsgewijze gesaneerd. De provincie Limburg kan bij chlooretheenverontreiniging van zandbodems kiezen uit verschillende saneringstechnieken (zie paragraaf 1.3). Daarbij zijn verschillende afwegingen mogelijk: ten eerste tussen de drie verschillende methoden van saneren zoals beschreven in paragraaf 1.3. Ten tweede is de afweging mogelijk tussen de uitvoering van verschillende saneringstechnieken. En ten derde is de milieukundige afweging mogelijk van de effectiviteit en de kosten. Er is voor de afweging bij de provincie Limburg behoefte aan een methode waarop in situ saneringstechnieken worden vergeleken op basis van milieukundige effectiviteit. Afhankelijk van de urgentie, bijvoorbeeld humane risico s, dient gekozen te worden voor een techniek met korte of lange saneringstijd (zie paragraaf 1.3). Tevens dient een afweging te worden gemaakt tussen humane risico s, ecologische risico s en verspreidingsrisico s. Daarnaast zijn de bedrijfseconomische en andere aspecten in deze afweging relevant, maar vallen buiten het natuurwetenschappelijke kader van dit onderzoek. Dit leidt tot de volgende hoofdvraag: Op basis van welke milieukundige criteria kunnen in situ saneringstechnieken worden vergeleken, die kunnen worden toegepast bij bodemverontreiniging met chloorethenen in Limburgse zandbodems? De hoofdvraag kan worden geoperationaliseerd in de volgende deelvragen: 1. Hoe verloopt de afbraak van chloorethenen in zandgronden? (zie hoofdstuk 3) 2. Welke in situ saneringstechnieken zijn er voor chloorethenen in zandgronden? (zie hoofdstuk 4) 3. Welke bodemprocessen spelen een rol bij in situ saneringen van chloorethenen in de zandgronden? (zie hoofdstuk 5) 4. Welke milieukundige criteria die worden gebruikt bij de analyse van het dossieronderzoek zijn relevant voor milieukundige vergelijking van in situ sanering van chlooretheenverontreinigingen? (zie hoofdstuk 6) 15

28 Om enige aanbevelingen te kunnen geven in hoeverre de resultaten van het onderzoek kunnen worden toegepast ten behoeve van het bodembeleid van de provincie Limburg, zijn aanvullende deelvragen geformuleerd: 5. Hoe luidt het bodembeleid van de provincie Limburg binnen het kader van dit onderzoek? (zie hoofdstuk 7) 6. Hoe luidt de onderbouwde visie over de verschillende in situ saneringstechnieken van experts? (zie hoofdstuk 8) 2.3 Studiegebied In dit onderzoek is het studiegebied beperkt tot de zandgronden van Noord en Midden Limburg en worden alleen bodemsaneringen met chlooretheenverontreinigingen die in dit gebied voorkomen in beschouwing genomen. Figuur 2.1. Overzichtskaart van plaatsen (in Noord en Midden Limburg) waar chlooretheenverontreinigingen voorkomen (Venray; 2 locaties, Weert; 2 locaties, Roermond; 4 locaties, Sittard; 3 locaties; daarnaast Sevenum; 1 locatie, Geleen; 1 locatie en Helden; 1 locatie). Bij de beslissing om het studiegebied te beperken tot Noord en Midden Limburg worden vijf criteria gehanteerd: 1. Oorzaken van verontreinigingen van de bodem met chloorethenen waren met name chemische wasserijen; 2. De bodems in het studiegebied bestonden voornamelijk uit zandgronden. Daardoor is ten behoeve van het onderzoek sprake van een vergelijkbare verontreinigingsituatie met chloorethenen; 3. Zandgronden vertonen een relatief eenvoudige opbouw. Daardoor zijn de resultaten van het onderzoek beter vergelijkbaar; 4. Het gedrag van chloorethenen in zandgronden is vergelijkbaar. Chlooretheenverontreinigingen kunnen leiden tot bodem- en grondwaterverontreiniging (zie paragraaf 1.3). Bodems in homogene zandafzettingen met hoge doorlatendheid, laag 16

29 organische stofgehalte zorgen ervoor dat de chloorethenen zich snel kunnen verspreiden in bodem en grondwater (zie onder andere figuur 1.4); 5. De dossiers met betrekking tot in situ bodemsanering in de provincie Limburg zijn toegankelijk. Van de 37 dossiers van chlooretheen bodemverontreinigingen, vanaf 1989, bleken er 14 in situ bodemsaneringen te betreffen. Dat werd aangegeven als potentiële mogelijkheid in de dossiers (zie tabel 8.2). 2.4 Randvoorwaarden en afbakening Dit onderzoek beperkt zich tot: Zandbodems in het studiegebied Noord en Midden Limburg (beschreven in paragraaf 2.3); Vier chloorethenen, PER, TRI, cis-dce en VC (zie paragraaf 1.2); De methode van in situ sanering (zie paragraaf 1.3) De afbakening van het onderzoek focust op een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken (onderzoeksvraag 1, 2, 3 en 4). Het onderzoekbeperkt zich tot aanbevelingen voor nader onderzoek als het gaat om bedrijfseconomisch, maatschappelijke normen en/of kosteneffectiviteit. De conventionele saneringstechnieken (ontgraven van grond en onttrekken van grondwater) worden in dit onderzoek niet behandeld. 2.5 Methode van onderzoek In de paragrafen 2.3 en 2.4 is een afbakening gegeven van het studiegebied in Limburgse zandgronden op basis van verschillende criteria. In dit onderzoek worden vier chloorethenen onderzocht (zie paragraaf 1.2). Voorts betreft dit onderzoek milieukundige criteria van in situ saneringstechnieken. Het onderzoek omvat literatuuronderzoek, dossieronderzoek en expertonderzoek. Literatuuronderzoek Het literatuuronderzoek betreft de deelvragen 1, 2, 3, 4 en 5. Het literatuuronderzoek maakt gebruik van boeken, handboeken, artikelen in peer reviewed tijdschriften, nota s en dossiers (zie ook dossieronderzoek). De focus van het literatuuronderzoek ligt bij chlooretheenverontreinigingen, zandbodems, humane-, ecologische- en verspreidingsrisico s. Daarbij is voor de eerste drie deelvragen een analyse van recente literatuur (vanaf 1991) gebruikt op het gebied van de milieuchemie (gedrag van stoffen in de bodem; deelvraag 1) en bodemkunde/ milieuwetenschappen (bodemprocessen en afbraak van stoffen in de bodem). Voor een inventarisatie en beschrijving van de in situ saneringstechnieken (deelvraag 3) is eveneens een analyse van de literatuur nodig, op het gebied van de milieutechnologie en environmental assessments. De boeken, handboeken en tijdschriften (In situ bodemsanering, theorie en praktijk, tijdschrift Bodem, etc.) zijn opgevraagd via de bibliotheek van de provincie Limburg en de bibliotheek van Econsultancy bv. Wetenschappelijke artikelen zijn gezocht via Pubmed (NLM) ( en Google ( Recente wetenschappelijke artikelen zijn 17

30 gezocht op basis van de kernwoorden: vluchtige organische chloorverbindingen ( volatile organic chlorinated compound (VOC)), chloorethenen ( chloroethenes, chloroethylenes of chlorinated ethenes ), tetra(per)chlooretheen (PER) ( tetrachloroethylene; PCE ), trichlooretheen (TRI) ( trichloroethylene; TCE ), cis-dichlooretheen ( dichloroethylene; cis-dce ), vinylchloride (VC), zandgronden ( sandy soils ), in situ saneringstechnieken ( in situ remediationtechniques ), bodemsanering ( soil remediation ), grondwaterzuivering ( groundwater cleanup ) (zie ook het artikel van Weiss et al, 2008), bodemluchtextractie ( soil vapor extraction ); natuurlijke/biologische afbraak ( natural attenuation ). De verschillende publicaties zijn geanalyseerd en geven een beschrijvend beeld van chlooretheenverontreinigingen in zandbodems in Noord en Midden Limburg in het bijzonder. De verschillende in situ saneringstechnieken zijn geanalyseerd op het gebied van het gevoerde beleid in zandbodems bij chlooretheenverontreinigingen. Wetenschappelijke publicaties zijn met name geanalyseerd op het gebied van in situ saneren van chloorethenen, de in situ saneringstechnieken, de bodemopbouw en de milieukundige criteria. De resultaten van het literatuuronderzoek zullen worden getoetst aan de mening van experts die daarover aanvullende opmerkingen kunnen maken. Dossieronderzoek Het dossieronderzoek betreft de deelvraag 2 en 4. De provincie Limburg is verantwoordelijk voor het bodembeleid als bevoegd gezag. Daarom beschikt de provincie over dossiers van bodemverontreiniginggevallen en dus ook van de bodem met chlooretheenverontreinigingen. Dit zijn gegevens, processtukken en dergelijke die op één reeks van bodemonderzoeken en bijbehorende sanering betrekking hebben. Van alle op de provincie Limburg aanwezige dossiers zijn er 37 geselecteerd voor betreffende dit onderzoek. Dat zijn dossiers van lopende of uitgevoerde saneringen, waarin op een of andere wijze aangegeven wordt, dan wel gebruik wordt gemaakt van in situ saneringstechnieken. De looptijd van deze dossiers heeft een periode van maanden tot enkele jaren, voor bodemverontreiniging met chloorethenen. Het dossieronderzoek is vanaf 1987, omdat bodemverontreinigingen van voor 1987 verhaald kunnen worden op de overheid. Nieuwe verontreinigingen zijn verontreinigingen die (grotendeels) zijn ontstaan ná Historische verontreinigen zijn vóór deze datum ontstaan. De nieuwe verontreinigingen zijn formeel geen onderdeel van de bodemsaneringsoperatie. De meeste nieuwe verontreinigingen ontstaan namelijk bij inrichtingen die een vergunning moeten hebben in het kader van de Wet milieubeheer en het zijn dan ook vaak de milieuafdelingen bij gemeenten en provincies die te maken hebben met deze nieuwe verontreinigingen. De gegevens die hierover bekend zijn, moeten wel naast de resultaten van de bodemsaneringsoperatie gelegd worden. Het is belangrijk dat, wanneer aan de ene kant de kwaliteit van de bodem verbetert, aan de andere kant de kwaliteit niet weer verslechtert door nieuwe verontreinigingen. Het dossieronderzoek wordt uitgevoerd op basis van de criteria uit bijlage 1: Checklist dossier in situ saneren. 18

31 Expertonderzoek Het expertonderzoek betreft de deelvraag 6. De resultaten van de analyse van het literatuur- en dossieronderzoek worden voorgelegd aan sleutelfiguren van de provincie Limburg, Limburgse gemeenten, milieuadviesbureaus en aannemers die (in situ) saneringstechnieken uitvoeren. Nadat er tien experts zijn benaderd en er hiervan negen experts hebben toegezegd (zie tabel 2.1). Deze negen experts zijn geïnterviewd (zie bijlagen 18 t/m 27). De experts hebben de interviews geaccordeerd (zie bijlagen 18 t/m 27). Het doel van het expertinterviews is het verzamelen van de beschikbare praktische ervaringen met betrekking tot de gebruikte milieucriteria bij de in situ sanering van chloorethenen. Gewerkt is met een gestructureerde, gesloten vragenlijst (21 vragen) waarop toelichting kan worden gegeven (zie bijlage 17). Alle experts krijgen de vragenlijst van te voren toegestuurd en deze wordt op locatie met de onderzoeker besproken. De negen experts zijn als volgt ingedeeld (zie vraag 2 en 3 van bijlage 17): De opstellers van plannen, afkomstig van adviesbureaus (4), de uitvoerders van plannen (2) en de beleidsexperts: provincie (1) en gemeenten (2). Op basis van expertise worden de negen experts gegroepeerd. De resultaten uit het literatuuronderzoek zijn getoetst aan voornoemde negen experts en geven antwoord op de deelvraag 6. Tabel 2.1: Overzicht expertinterviews naar (bedrijfs)achtergrond Betrokkenen Aantal Bevoegd gezag 1 Gemeente 2 Adviesbureau 4 Aannemer Leeswijzer In hoofdstuk 3 wordt de afbraak van chloorethenen in zandgronden beschreven. Een volgende stap, die beschreven wordt in hoofdstuk 4 is welke in situ saneringstechnieken, van chloorethenen in de zandgronden, er zijn. In hoofdstuk 5 beschrijft de bodemprocessen die een rol spelen bij sanering van chloorethenen door in situ technieken in zandgronden. In hoofdstuk 6 worden de milieukundige criteria uit praktijkcasus beschreven. Hoofdstuk 7 gaat in op het huidige bodembeleid van de provincie Limburg. In hoofdstuk 8 wordt de visie van experts over de verschillende in situ saneringstechnieken samengevat. Als laatste wordt in hoofdstuk 9 de discussie, conclusie en aanbevelingen van dit onderzoek beschreven. 19

32 20

33 Hoofdstuk 3. Afbraakprocessen van chloorethenen in de zandbodem 3.1 Inleiding De meeste organische verbindingen zijn, evenals natuurlijk organisch stof, gereduceerde verbindingen en worden afgebroken via oxidatieve of fermentatieve processen. Een belangrijke uitzondering hierop wordt gevormd door een aantal gehalogeneerde verbindingen, waaronder de chloorethenen. In dit hoofdstuk wordt de eerste onderzoeksvraag behandeld die luidt: Hoe verloopt de afbraak van chloorethenen in de zandbodem? Het is belangrijk om te weten hoe afbraak van chloorethenen plaatsvindt en onder welke omstandigheden, om te kunnen komen tot een milieukundige vergelijking van in situ saneringstechnieken. Kennis van de natuurlijke afbraakprocessen van chloorethenen zijn van belang. Inzicht in de factoren en omstandigheden waarmee deze natuurlijke afbraak kan worden gestimuleerd zijn noodzakelijk om in de praktijk van in situ saneringen optimaal te kunnen gebruiken (zie hoofdstuk 4). Organische stof (humus) is van groot belang voor de bodemstructuur en de lucht- en waterhuishouding van de grond. Bij de aanvang van een chlooretheenverontreiniging gebeurt het volgende met het bodemsysteem: Het evenwicht wordt verstoord en micro-organismen (vooral Dehalococcoides-species, zie figuur 3.1) die de chlooretheenverontreiniging kunnen gebruiken voor energiewinning of als koolstofbron, zullen in het voordeel zijn ten opzichte van andere micro-organismen en daardoor een dominantere rol gaan spelen. Andere micro-organismen waarop de chlooretheenverontreiniging een toxisch effect heeft, zullen in aantal afnemen of zelfs helemaal verdwijnen. De optimale omstandigheden voor de afbraak zijn afhankelijk van het soort chlooretheen. Figuur 3.1: Scanning elektronenfoto (vergroting 40, 50 en x) van het micro-organisme Dehalococcoides (Löffler, 2007). 21

34 Bij de theoretische beschouwing van biologische in situ sanering wordt getracht de optimale condities te gebruiken in de natuurlijke situatie (zie paragraaf 3.2). De optimale condities kunnen worden benaderd door het gebruik van technische middelen zoals door toevoeging of verwijdering van voedingsstoffen voor micro-organismen, biostimulatie (zie paragraaf 3.3.1), of door toevoeging of verwijdering van micro-organismen zelf, bioaugmentatie (zie paragraaf 3.3.2) (Bolesch, Nielsen & Keasling, 1997; Chen, 2004). Micro-organismen in de bodem halen hun energie uit redoxreacties (Pijls et al., 2006). Een redoxreactie is een reactie tussen moleculen en/of ionen waarbij elektronen worden uitgewisseld. Bij een redoxreactie zijn een reductor (elektrondonor) en een oxidator (elektronacceptor) betrokken. Een reductor is een chemische stof die in een chemische reactie elektronen kan afstaan. De stof die de elektronen opneemt heet oxidator. Indien er geen waterstof meer voorhanden is, dan is de organisch stof de natuurlijke elektronendonor omdat het proces met het laagste energieverbruik voorrang heeft. Biologische afbraak is gebaseerd op de overdracht van elektronen en kan als volgt schematisch worden voorgesteld: Elektrondonor + elektronacceptor (+ nutriënten) CO2 + H2O + nevenproducten Afbraak kan worden onderverdeeld twee vormen, namelijk natuurlijke (biologische) afbraak en een vorm van gestimuleerde (biologische) afbraak. Bij natuurlijke afbraak wordt de verontreiniginggraad in de bodem (grond, grondwater en bodemlucht) gereduceerd door natuurlijke processen, zonder ingrijpen van de mens. Gestimuleerde afbraak is een methode voor bodemsanering die is gebaseerd op het begrijpen en kwantitatief documenteren van de natuurlijke processen op een verontreinigde locatie, en wordt door tussenkomst van de mens gestimuleerd. Achtereenvolgens zullen in dit hoofdstuk op basis van theorie de natuurlijke (biologische) afbraakprocessen (paragraaf 3.2) en de gestimuleerde biologische afbraakprocessen (paragraaf 3.3) worden besproken. De techniek van in situ sanering in relatie met deze aspecten worden in hoofdstuk 4 behandeld. Per type proces wordt beschreven: (a) hoe die processen werken; (b) welke omstandigheden (factoren) van invloed zijn op de afbraak van chloorethenen; (c) welke bodemomstandigheden daarvoor relevant zijn; (d) welke andere milieukundige factoren van invloed zijn en; (e) betekenis voor Limburgse zandbodems relevant voor de latere milieukundige vergelijking. 22

35 3.2 Natuurlijke (biologische) afbraakprocessen (a) Procesbeschrijving Onder natuurlijke afbraak ( natural attenuation ) van een verontreinigende stof in de bodem wordt verstaan de reductie (afbraak) door natuurlijke processen zonder tussenkomst van de mens. De natuurlijke afbraak van chlooretheenverontreinigingen in de (zand)bodem is het gevolg van het metabolisme van micro-organismen. Deze processen kunnen van fysische, chemische of biologische aard zijn. Hierdoor nemen concentratie, massa, volume, mobiliteit en/of toxiciteit van de verontreiniging in het grondwater en/of de bodem af (Openbare Vlaamse Afvalstoffen Maatschappij (OVAM), 2001). Er kunnen vier afbraakprocessen worden onderscheiden: 1. Aerobe afbraak (oxidatieve en co-metabole dechlorering) Bij oxidatieve dechlorering (afbraak van de gechloreerde ethenen onder invloed van zuurstof) fungeert de chlooretheenverontreiniging als voedingsbron (elektronendonor) waarbij zuurstof als elektronenacceptor wordt gebruikt. Bij co-metabole dechlorering ontleent het micro-organisme geen energie voor groei (metabolisme), want het is een toevallige bijreactie (co-metabolisme) van het micro-organisme met als gevolg dat de gechloreerde verbinding omgezet wordt tot een andere verbinding; 2. Anaerobe afbraak (reductieve dechlorering) Bij reductieve dechlorering kunnen chloorethenen als elektronacceptor dienen bij de omzetting van een geschikte voedingsstof (elektronendonor). De voedingsstof wordt door fermentatieve micro-organismen omgezet in waterstof. Deze waterstof kan worden gebruikt voor de dechlorering van chloorethenen. Afhankelijk van de redoxconditie kunnen bepaalde verontreinigingen heel moeilijk of niet worden afgebroken (Aulenta, Fina, Potalivo, Petrangeli Papini, Rossetti & Majone, 2005; SKBodem, 2006; Nipshagen et al., 2007). 3. Sequentiële afbraak De aerobe en anaerobe afbraak van chloorethenen geeft de mogelijkheid van sequentiële afbraak, waarbij de in een anaerobe zone ontstane dechloreringsproducten in een aerobe zone verder kunnen worden afgebroken; 4. Abiotische (externe milieufactor die geen biologische oorsprong heeft) afbraak Bij dit proces spelen geen microbiologische processen, maar alleen chemische processen, zoals vochtigheid, zuurgraad, temperatuur etc. een rol. (b) factoren van invloed op de afbraak De daadwerkelijke afbraak wordt bepaald door de condities in de bodem, waarbij de volgende factoren van belang zijn: 1. De beschikbaarheid van de verontreiniging (hoge beschikbaarheid: hogere kans op afbraak); 2. De beschikbaarheid van de elektronendonor (hoge beschikbaarheid: hogere kans op afbraak); 3. De aanwezigheid en activiteit van geschikte micro-organismen (hoge aanwezigheid en activiteit: hogere kans op afbraak); 4. De beschikbaarheid van nutriënten (hoge beschikbaarheid: hogere kans op afbraak); 5. Remming door toxische verbindingen en (groot aantal toxische verbindingen; lagere kans op afbraak); 23

36 6. Milieucondities als zuurgraad (ph) en temperatuur (neutrale ph en hogere temperatuur: hogere kans op afbraak). Voor het optreden van reductieve dechlorering is een elektronendonor (substraat) nodig. Onder natuurlijke condities is waterstof, een elektronendonor die gevormd wordt bij de anaerobe afbraak van natuurlijke organische stof, de belangrijkste elektronendonor. (c) relevante bodemomstandigheden Het in de bodem aanwezige organische stof is de natuurlijke elektronendonor. Het blijkt dat niet alle organische stof daadwerkelijk beschikbaar is als elektronendonor, omdat er ook organisch stof in de bodemmatrix aanwezig is. Organische stof wordt afgebroken door micro-organismen, waarbij kleverige humusproducten ontstaan, zoals humuszuren en huminen. Deze producten kleven de bodemdeeltjes aan elkaar tot grotere kruimels, waardoor er een luchtige poreuze structuur ontstaat. (d) milieukundige criteria Bij het beoordelen van de volledigheid van natuurlijke afbraak van chloorethenen zijn twee milieukundige criteria van belang: 1. De verontreinigingen moeten worden omgezet in ongevaarlijke verbindingen. Een volledige omzetting is van belang bij chloorethenen, omdat meestal de afbraak niet verder gaat dan cis-dce. Een reden hiervoor is bijvoorbeeld de afwezigheid van organismen, die deze verbinding kan omzetten naar VC en etheen; 2. Voor de afbraak moeten de redoxcondities goed zijn, met andere woorden er moet voldoende en voldoende lang een elektronendonor beschikbaar zijn. (e) overige relevante milieukundige criteria Voor het vaststellen van natuurlijke afbraak in een met chloorethenen verontreinigde bodem zijn naast (d) nog verschillende milieukundige criteria te onderscheiden (Van Ras, 2007): Daling van chlooretheen gehalten (bij monitoring in de tijd); Gunstige condities (methanogeen, total oxygen compound (TOC)); Aanwezigheid van intermediaire producten (TRI, cis-dce en VC) en eindproducten (etheen/ethaan); Toename van het chloridegehalte; Aanwezigheid van chlooretheen afbrekende micro-organismen. Al deze milieukundige criteria (d en e) zijn van belang om te kunnen beoordelen of er natuurlijke afbraak plaatsvindt in de (zand)bodem (Pijls et al., 2006) Voor- en nadelen van natuurlijke afbraakprocessen Er zijn twee belangrijke voordelen van natuurlijke afbraak: Er is bij deze meest extensieve saneringsoptie nauwelijks sprake van energiekosten; Er is tijdens het natuurlijke proces geen menselijk interventie nodig, hetgeen lage arbeidskosten met zich meebrengt. Er zijn ook nadelen van natuurlijke afbraak: Om gebruik te kunnen maken van het proces van natuurlijke afbraak dient er eerst een haalbaarheidsonderzoek plaats te vinden, hetgeen kosten met zich meebrengt; Als het proces van natuurlijke afbraak gemonitord dient te worden en dit een langdurige monitoring is nemen de kosten evenredig met de tijd toe; 24

37 Er blijft steeds een risico bestaan dat natuurlijke afbraak op termijn niet effectief blijkt te zijn; Afhankelijk van milieucondities (zie paragraaf 3.2 onder d en e) op de locatie kan het proces van natuurlijke afbraak worden toegepast (Nipshagen et al., 2007). Bij in situ saneringen kan gebruik worden gemaakt van natuurlijke afbraak. Daaraan kunnen voor het saneringsproces zowel voordelen als nadelen zijn verbonden. De toepassing van dit principe (natuurlijke afbraak) bij in situ saneringstechnieken wordt verder uitgewerkt in hoofdstuk 4 (In situ saneringstechnieken voor chloorethenen in zandgronden). 3.3 Gestimuleerde biologische afbraakprocessen ( bioremediation ) Natuurlijke afbraakprocessen die in situ, door ingrijpen van de mens, gestimuleerd worden heten gestimuleerde biologische afbraakprocessen. Onder bioremediatie wordt verstaan het herstellen en verbeteren van het biosysteem. Bioremediatie kan ingedeeld worden in biostimulatie (paragraaf 3.3.1) en bioaugmentatie (paragraaf 3.3.2). Bij biostimulatie worden de omstandigheden zodanig aangepast dat groei van micro-organismen ontstaat. Bij bioaugmentatie worden micro-organismen toegevoegd zodat extra omzetting mogelijk is. In deze paragraaf wordt de theorie en de (on)mogelijkheden ervan behandeld. In hoofdstuk 4 komt de praktijk van in situ sanering aan de orde Biostimulatie In deze paragraaf wordt de theorie en de (on)mogelijkheden van biostimulatie behandeld. (a) Procesbeschrijving Als verontreinigingen in opgeloste vorm aanwezig zijn in de bodem, worden de biologische afbraakprocessen gelimiteerd door een van de factoren waarvan deze processen afhankelijk zijn. Deze factoren zijn beschreven in tabellen 3.1 en 3.3. Tabel 3.1 : Overzicht redoxprocessen in de bodem (Van Ras, 2007) Redoxproces Elektronenacceptor Product Aeroob Aerobe afbraak O2 (zuurstof) H2O (water) Anaeroob Denitrificatie NO3 - (nitraat) N2 (stikstof) IJzerreductie Fe 3+ (driewaardig ijzer) Fe 2+ (tweewaardig ijzer) Sulfaatreductie SO4 2- (sulfaat) S 2- (sulfide) Methanogenese CO2 CH4 (methaan) Meestal is in oxidatieve biologische afbraakprocessen ( oxidatieve afbraak ofwel aerobe afbraak) de afwezigheid van een geschikte elektronenacceptor limiterend en meestal is in reductieve biologische afbraakprocessen de afwezigheid (reductieve afbraak ofwel anaerobe afbraak) van een elektronendonor limiterend. In theorie kan de effectiviteit van in situ sanering door natuurlijke afbraakprocessen gestimuleerd worden door de mens, waarbij het procesevenwicht wordt gewijzigd. Het natuurlijke afbraakproces 25

38 kan worden gestimuleerd door het opheffen van limiterende factoren of door het toevoegen van stoffen, of door een ander afbraakproces te stimuleren. Dit proces noemen we gestimuleerde biologische afbraakprocessen ( bioremediation ) (Rijnaarts, 1998). Limiterende factoren kunnen bijvoorbeeld weggenomen worden door verandering van de zuurgraad, door toevoeging van microorganismen en door toevoeging van voedingsstoffen in de bodem, waardoor de elektronenacceptor verdwijnt. De natuurlijke afbraakprocessen met de bijbehorende factoren die limiterend zijn voor het verloop van die processen zijn samengevat in tabel 3.1. Uit de tabel blijkt dat bij het anaerobe afbraakproces (of in chemische terminologie: redoxproces) denitrificatie de limiterende factor is, de elektronenacceptor nitraat is en het product dat wordt gevormd stikstof (N2) is. Het toevoegen van meer nitraat (als voedingsstof voor de denitrificerende micro-organismen) zorgt voor een hogere denitrificatiesnelheid, ook het afvoeren van het product (bijvoorbeeld N2) zorgt voor een hogere denitrificatie als gestimuleerde biologische afbraak (reductieve afbraak). Al deze processen verlopen via micro-organismen en er kunnen ook omgevingsfactoren, die van invloed zijn op het procesevenwicht, gebruikt worden als stimulans. Hierbij zijn de volgende factoren van belang: Milieucondities; Beschikbaarheid van de verontreiniging; Beschikbaarheid van de nutriënten; Aanwezigheid van de micro-organismen; Beschikbaarheid van de elektronendonor of van de elektronenacceptor; Aanwezigheid van de toxische verbindingen. In de praktijk is bioremediation in de jaren tachtig van de vorige eeuw voor het eerst toegepast als biologische in situ sanering. De toen toegepaste methode, die nu nog steeds succesvol wordt toegepast, is gebaseerd op het inbrengen van zuurstof als elektronenacceptor. Gebaseerd op dit principe van bioremediatie (het opheffen van limiterende factoren voor het proces door toevoeging of een ander afbraakproces te stimuleren) zijn er een scala aan in situ saneringstechnieken ontwikkeld gebaseerd op gestimuleerde biologische afbraakprocessen, waarmee een grote diversiteit aan verontreinigingen door omzetting in gassen of minder schadelijke stoffen kan worden verwijderd (Aulenta et al., 2006). Uit onderzoek van Kooper, Tielemam & Verheul (1999). betreffende een marktverkenning van biologische in situ bodembescherming in Nederland werd over 25 jaar ( ) een groeiende inzet van biologische in situ technieken verwacht die zou leiden tot een aanzienlijke besparing op saneringskosten. Dat was de doelstelling de Limburgse invulling van de Nationale BEleidsVERnieuwing (BEVER) (Dupuits, 2004). (b) factoren van invloed op de afbraak Halverwege de jaren negentig van de vorige eeuw is het besef ontstaan dat ook ongestimuleerde natuurlijke bodemprocessen een belangrijke rol kunnen spelen bij de beheersing of zelfs volledige verwijdering van bodemverontreinigingen. Na de aanvankelijke grote aandacht voor de biologische technieken, verschoof laat in de jaren negentig de aandacht naar de fysisch-chemische technieken. Een zandbodem heeft vaak een complexe opbouw en ook een complex ecosysteem. (Zand)bodems hebben een onverzadigde en een verzadigde zone (zie figuur 3.2). De poriën tussen de vaste delen (de bodemmatrix) kunnen gevuld zijn met water, dit noemt men de verzadigde zone. Wanneer de poriën tussen de vaste delen gevuld zijn met lucht noemt men dit de onverzadigde zone. De overgang tussen volledig verzadigd en onverzadigd noemt men de grondwaterspiegel (Pijls et al., 2006). Figuur 3.2 laat 26

39 de verschillende zones in de bodem zien. In de onverzadigde zone komen zowel hogere als lagere organismen voor en vormen de wortelsystemen van planten een ideale niche voor veel microorganismen. Figuur 3.2: De verschillende zones in de bodem in relatie tot grondwater (naar Chemie, bodem en water, 2008). De poriën tussen de vaste delen kunnen gevuld zijn met water, dit noemt men de verzadigde zone. Wanneer de poriën tussen de vaste delen gevuld zijn met lucht noemt men dit de onverzadigde zone. De overgang tussen volledig verzadigd en onverzadigd noemt men de grondwaterspiegel. (c) relevante bodemomstandigheden In de verzadigde zone van een natuurlijk bodemsysteem heerst doorgaans een dynamisch evenwicht (Kwaliteits Bewakings Bureau voor Levensmiddelen (KBBL) Milieu, 2006). In deze voor in situ sanering belangrijkere zone komt uit het organische bodemmateriaal langzaam organische stof vrij dat door micro-organismen wordt gebruikt als bron van energie en bouwstoffen. Energie wordt voornamelijk verkregen door de oxidatie van de organische stof, waarvoor het noodzakelijk is een andere stof te kunnen reduceren. Dit is meestal een geoxideerde anorganische stof, bijvoorbeeld zuurstof, nitraat, ijzer, mangaan, sulfaat of kooldioxide. Door deze processen (aanbod elektronendonor of elektronenacceptor) bepalen de micro-organismen de redoxcondities die van nature in de bodem heersen (zie figuur 3.3). Figuur 3.3: Schematische voorstelling van verschillende mogelijke elektronacceptorzones in een verontreinigingpluim (Van Ras, 2007). 27

40 (d) milieukundige criteria De biologische afbraak is in te delen in aerobe en verschillende anaerobe redoxprocessen (zie tabel 3.1). Het principe van aerobe biologische afbraak is het stimuleren van biologische activiteit in de bodem door de limiterende factor voor biologische activiteit te verbeteren. Limiterende factoren voor aerobe biologische activiteit kunnen zijn: tekort aan zuurstof, tekort aan substraat of het ontbreken van de juiste micro-organismen. In iedere bodem zijn er van nature bodemorganismen aanwezig die onder anaerobe omstandigheden in staat zijn om verontreinigingen af te breken. Deze afbraakprocessen zijn exotherm, dat heeft tot gevolg dat er energie in de vorm van warmte vrijkomt. Bij een gestimuleerde biologische afbraak wordt in de omgeving van de micro-organismen die een verontreiniging afbreken een optimale omstandigheid gecreëerd, door onder meer de injectie van nutriënten zoals aangegeven in tabel 3.1 onder elektronenacceptor. De anaerobe afbraak is zeer gevoelig voor redoxcondities, dat wil zeggen onder minder sterk anaerobe condities (met name onder nitraatreducerende en ijzerreducerende condities) is er een grote kans op partiële afbraak, waarbij zich lager gechloreerde componenten ophopen. Op basis van het redoxproces in tabel 3.1 is in tabel 3.2 de potentie, op grond van theoretische en praktijkervaring, voor biologische afbraak weergegeven voor de chloorethenen (PER, TRI, cis-dce en VC). Tabel 3.2 : Mogelijkheden voor biologische afbraak (Van Ras, 2007). Verontreiniging Aeroob Nitraatreductie IJzerreductie Sulfaatreductie Methanogenese Bioaugmentatie PER, TRI - - +/ cis-dce, VC / Legenda: ++ zeer goed biologisch afbreekbaar + goed biologisch afbreekbaar +/- matig biologisch afbreekbaar - niet biologisch afbreekbaar (e) overige relevante milieukundige criteria Uit tabel 3.1 en 3.2 blijkt dat voor een volledig gestimuleerd afbraakproces van de vier chloorethenen zowel aerobe als anaerobe omstandigheden noodzakelijk zijn. Daarvoor dient in de bodem aanwezig te zijn: zuurstof voor het aerobe proces en voor het anaerobe proces driewaardig ijzer, sulfaat en koolstofdioxide. Bepaalde micro-organismen zijn in staat deze chloorethenen af te breken via reductieve processen (Lookman, 2006). Een voorbeeld van een micro-organisme is Dehalobacter restrictus. Stimulering van de reductieve afbraakprocessen kan door het toevoegen/vermeerderen van mico-organismen. De toepassing van dit principe ( bioaugmentation ) bij in situ saneringstechnieken wordt verder uitgewerkt in paragraaf 4.8. Voor in situ sanering van chloorethenen bestaat een chemische in situ sanering (Verreydt, 2004). Daarnaast bestaan er ook ex situ technieken die gebruik maken van natuurlijke afbraakprocessen. Beiden typen in saneringstechnieken vallen buiten het kader van dit onderzoek. 28

41 Conclusie Micro-organismen zijn in staat chloorethenen af te breken via reductieve processen. PER en TRI zijn goed af te breken door middel van sulfaatreductie (anaeroob afbraakproces) en zeer goed af te breken door middel van methagonese (anaeroob afbraakproces). De meest toxische etheenverbindingen cis- DCE en VC zijn zeer goed aeroob af te breken. En ook zeer goed af te breken door middel van methagonese (anaeroob afbraakproces). Dit houdt in dat voor de totale afbraak (dechlorering) tot ethenen continue monitoring nodig is. Aan de hand van indicatoren (bijvoorbeeld intermediaire afbraakproducten, micro-organismen, redoxcondities; tabel 9.1) kan het afbraakproces gemonitord en bijgesteld worden Bioaugmentatie Bioaugmentatie is nodig waneer er in de bodem geen of onvoldoende afbraakcapacitieit aanwezig is. Voor het stimuleren van anaerobe afbraak kunnen nutriënten (substraat) en/of geschikte microorganismen (bioaugmentatie) in de bodem worden gebracht. Deze nutriënten en/of micro-organismen worden vervolgens via het grondwater op actieve of passieve wijze verspreid in de bodem. Het blijkt dat cis-dce en VC zeer goed biologisch afbreekbaar zijn (zie figuur 3.1). Het toevoegen van micro-organismen die deze stoffen kunnen afbreken kan als een geaccepteerde methode worden beschouwd (Major, McMaster, Cox, Edwards, Dworatzek, Hendrickson et al., 2002; OVAM, 2007). Om de condities voor afbraak te optimaliseren wordt bioaugmentatie wordt gecombineerd met substraattoediening. 3.4 Parameters als criteria voor de vergelijking van in situ saneringstechnieken Het feit dat een bodemverontreiniging afbreekbaar is onder bepaalde redoxcondities, wil niet altijd zeggen dat de afbraak daadwerkelijk optreedt. Omdat microbiologische omzettingen uit meerdere kleine stappen bestaan, is het in feite onmogelijk voor een bepaalde verontreiniging de afbraakroute in de zandbodem te geven. Bovendien kunnen verontreinigingen op verschillende manieren op complexe wijze worden omgezet door verschillende soorten micro-organismen. Vaak zijn bij de afbraak verschillende soorten micro-organismen betrokken die óf elkaar beconcurreren, óf juist samenwerken en na elkaar een deel van de afbraak van de verontreiniging voor hun rekening nemen. De daadwerkelijke afbraak wordt in belangrijke mate bepaald door de milieucondities in de bodem (zie tabellen 3.3a, 3.3b & 3.3c). 29

42 Tabel 3.3a : Condities voor biologische afbraak van chloorethenen bij in situ sanering (naar Van Ras, 2007). Parametergroep Redoxcondities Zuurstof Nitraat IJzer Sulfaat en sulfide Methaan PER, TRI - - ± + + Cis-DCE, VC ± + Legenda: + : gunstige conditie ± : waarschijnlijk gunstige conditie - : ongunstige conditie Uit tabel 3.3a blijkt dat de condities voor de afbraak van chlooretheenverontreiniging verschillende parameters in de bodem aanwezig moeten zijn. Rekening moet worden gehouden met het verschuiven van evenwicht bij de verschillende condities. Tabel 3.3b Condities voor biologische afbraak van chloorethenen bij in situ sanering (naar Van Ras, 2007). Parametergroep Brandstof/nutriënten Milieu DOC/TOC* Ammonium Fosfaat Zuurgraad (ph) Geleidbaarheid PER, TRI Cis-DCE, VC Legenda: + : gunstige conditie ± : waarschijnlijk gunstige conditie - : ongunstige conditie DOC/TOC*: Dissolved Organic Carbon/Total Organic Carbon Uit tabel 3.3b blijkt dat de condities voor de afbraak van chlooretheenverontreiniging verschillende parameters in de bodem aanwezig moeten zijn. Koolstof (DOC/TOC) is een ongunstige conditie voor de afbraak van PER en TRI. Daarentegen is koolstof (DOC/TOC) een gunstige conditie voor de afbraak van cis-dce en VC. De ammonium, fosfaat en milieuparameters (ph en geleidbaarheid) vertonen een gunstige conditie voor de afbraak van zowel PER, TRI, cis-dce als VC. Tabel 3.3c Condities voor biologische afbraak van chloorethenen bij in situ sanering (naar Van Ras, 2007). Parametergroep Reductieve micro-organismen Oxidatief microorganisme Dehalobacter Dehalospirillum Desulfuromonas Enterobacter Dehalococcoides PER, TRI Cis-DCE, VC Legenda: + : gunstige conditie ± : waarschijnlijk gunstige conditie - : ongunstige conditie 30

43 Uit tabel 3.3c blijkt dat de condities voor de afbraak van chlooretheenverontreiniging verschillende micro-organismen in de bodem aanwezig moeten zijn. Reductieve micro-organismen vormen een gunstige conditie voor de afbraak van PER en TRI en een ongunstige conditie voor cis-dce en VC. Daarentegen vormt het oxidatief micro-organisme (Dehalococcoides) een ongunstige conditie voor de afbraak van PER en TRI en een gunstige conditie voor cis-dce en VC. Op basis van bovengenoemde condities kunnen de verschillende in situ saneringstechnieken in zandgronden worden ingedeeld, waarbij opgemerkt dient te worden dat het merendeel van bovengenoemde condities alleen gelden voor natuurlijk afbraak. De in situ saneringstechnieken zelf worden in hoofdstuk 4 behandeld. 31

44 32

45 Hoofdstuk 4. In situ saneringstechnieken voor chloorethenen in zandgronden 4.1 Inleiding In situ technieken zijn bodemsaneringtechnieken die verontreinigingen uit de bodem verwijderen zonder dat grondverzet noodzakelijk is. Het gebruik van in situ technieken is daarom met name geschikt voor locaties waar, zowel door de omvang van de verontreiniging als door de aanwezigheid van infrastructuur, sanering via afgraven problemen met zich mee kan brengen. Doordat in situ technieken met een minimale verstoring van de bodem kunnen worden ingezet, blijft de bodemopbouw en structuur behouden (Bodemrichtlijn, n.d.). In dit hoofdstuk wordt de tweede onderzoeksvraag behandeld die luidt: Welke in situ saneringstechnieken zijn er voor chloorethenen in zandgronden? Deze vraag is relevant gezien hoofdvraag van dit onderzoek luidt: Op basis van welke milieukundige criteria kunnen in situ saneringstechnieken worden vergeleken, die kunnen worden toegepast bij bodemverontreiniging met chloorethenen in Limburgse zandbodems? Uit de literatuur zijn tien in situ saneringstechnieken geïnventariseerd en beschreven. Deze technieken zijn gebaseerd op één of meer mechanismen om de verontreiniging uit de bodem of een bepaald bodemcompartiment te verwijderen zowel verwijdering door extractie (dat is een methode om een mengsel van stoffen te verwijderen op basis van een verschil in oplosbaarheid) als verwijdering door afbraak (dat is dat is een methode om een mengsel van stoffen te verwijderen op basis van afbraak) (Pijls, et al., 2006). In tabel 4.1 staat een overzicht van verschillende in situ saneringstechnieken die ingedeeld zijn op basis van extractie en afbraak. 33

46 Tabel 4.1: In situ saneringstechnieken onderscheiden in verwijderingmechanisme (Pijls et al., 2006). In situ saneringstechniek Verwijderingmechanisme Extractie Afbraak 1. Pump and treat Surfactant/co-solvent flushing Persluchtinjectie Bodemluchtextractie Stoomgestimuleerde extractie Natuurlijke afbraak Gestimuleerde biologische afbraak a. Biostimulatie - + 7b. Bioaugmentatie Chemische oxidatie Elektroreclamatie Chemische reductie - ++ Legenda: ++ : belangrijkste verwijderingsmechanisme + : minder belangrijk verwijderingsmechanisme - : niet van belang Uit het overzicht van tabel 4.1 blijkt dat er zes extractie- en vier afbraaktechnieken als belangrijk verwijderingmechanisme worden aangemerkt. Bij zes van de tien in situ saneringstechnieken (pump and treat, surfactant/co-solvent flushing, persluchtinjectie, bodemluchtextractie en elektroreclamatie) wordt extractie als belangrijkste verwijderingmechanisme genoemd. De overige vier (natuurlijke afbraak, gestimuleerde afbraak, chemische oxidatie en chemische reductie) hebben afbraak als belangrijkste verwijderingmechanisme. Persluchtinhectie, bodemluchtextractie, stoomgestimuleerde extractie, biostimulatie, bioaugmentatie en elektroreclamatie hebben minder belangrijke verwijderingmechanismen. Op basis van de begrippen extractie en afbraak worden in de volgende paragrafen tien in situ saneringstechnieken beschreven. 4.2 Techniek 1: Pump & Treat Definitie & proces De pump and treat techniek wordt ook wel in situ extractie door spoelen en onttrekken genoemd. De klassieke manier om een verontreiniging te extraheren is het spoelen (in feite het vergroten van het advectief transport) met (grond)water. Het onttrekken, en in mindere mate het infiltreren van (grond)water is de meest toegepaste in situ techniek bij de verwijdering van chlooretheen pluimen (zie figuur 4.1). In combinatie met ontgraving 34

47 wordt deze techniek in meer dan 50% van de bodemsaneringen toegepast (OVAM, 2002a). Bij een grondwateronttrekking wordt in de regel continu grondwater onttrokken. Bij een permanente doorstroming van de grond met grondwater is niet altijd sprake van een volledige evenwichtsinstelling. Steeds vaker wordt getracht de sanering efficiënter te maken door intermitterend (met tussenpozen van minuten tot uren) grondwater te onttrekken (Pijls et al., 2006). Voorwaarde is dat de bodem voldoende waterdoorlatend is en een beperkt organisch stofgehalte heeft, zoals de Limburgse zandbodem. Theoretisch zijn, wanneer de verontreinigende stoffen goed uitloogbaar zijn, chloorethenen relatief eenvoudig en snel via het onttrekken van het grondwater te verwijderen. Milieukundige criteria In de praktijk blijken er verschillende beperkende factoren te zijn, zoals: - ondergrondse infrastructuur en bebouwing; er wordt tijdens de bodemsanering verontreinigend materiaal op moeilijk bereikbare plaatsen achtergelaten; - aging (verwering van chloorethenen) in andere producten is een probleem, omdat chloorethenen dan niet meer uitloogbaar zijn; - restverontreinigingen; deze zijn vaak nog in hoge concentraties aanwezig, soms zelfs als puur product, en laten zich minder gemakkelijk verwijderen dan aanvankelijk werd aangenomen. Puur product verandert bij spoelen vrijwel niet van plaats (Pijls et al., 2006). Grondwateronttrekking is daarom niet geschikt voor de verwijdering van puur product (SKBodem, 2006; Nipshagen et al., 2007). De chloorethenen worden fysiek belemmerd om vrij te komen voor extractie en zullen dus functioneren als een continue naleverende bron. Figuur 4.1: Het principe van pump and treat, grondwateronttrekking (OVAM, 2002a). 35

48 De saneringsduur voor een zandbodem bedraagt ongeveer twee tot vijf jaar. Dit geldt alleen als er geen puur product meer aanwezig is. Bij in situ saneringsvarianten wordt grondwateronttrekking vrijwel altijd gebruikt bij, en in combinatie met andere (in situ) saneringstechnieken (Bodemrichtlijn, n.d.). In een aantal situaties kan de oplosbaarheid van chloorethenen kunstmatig verbeterd worden door verwarming of door stoffen als detergenten, oppervlaktespanning verlagende stoffen (surfactants), zuren, complexvormers of oplosmiddelen aan het grondwater toe te voegen (Bodemrichtlijn, n.d.; Pijls et al., 2006). Deze techniek is echter moeilijk in de praktijk toe te passen omdat de exacte locatie van de zaklaag (horizontaal/verticaal) zelden of nooit bekend is. De pump and treat -techniek kent verschillende voordelen: Door herinfiltratie is het mogelijk risico op zettingsschade en droogteschade ten gevolge van een grondwateronttrekking tegen te gaan; Bovendien zal bij herinfiltratie de zandbodem sneller en/of effectiever doorspoeld kunnen worden; Er is relatief weinig overlast aan de omgeving; De bebouwing kan blijven bestaan en wegen hoeven niet te worden opengebroken. De pump and treat -techniek kent ook enkele nadelen: Er komt verontreinigd slib vrij; Er kunnen ongewenste emissies naar de lucht optreden bij de pompbakken, buffertanks en bij de biologische zuivering (biorotor) of luchtstrippen van het onttrokken grondwater. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is deze klassieke techniek van in situ extractie is geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden. 4.3 Techniek 2: In situ extractie via de waterfase (surfactant en cosolvent flushing) Definitie & proces Surfactant flushing en co-solvent flushing zijn twee in situ saneringstechnieken die veel met elkaar gemeen hebben. Beide technieken hebben een ander werkingsprincipe. Voor toepassing bij bodemsaneringen wordt in beide gevallen water met daarin de additieven, surfactants of co-solvents, via filters in de bodem geïnjecteerd, en wordt elders grondwater met daarin de gemobiliseerde chloorethenen en de additieven weer onttrokken (Interstate Technology and Regulatory Council (ITRC), 2005). De geëxtraheerde vloeistof bestaat dan uit een mengsel van grondwater, chloorethenen en de surfactant of co-solvent. Door het toevoegen van surfactants worden de chloorethenen zowel oplosbaar in het grondwater als in de apolaire fase. Co-solvent flushing is een techniek waarbij een vloeistof of een mengsel van vloeistoffen wordt geïnjecteerd. De chloorethenen en het grondwater vormen dan één vloeistoffase (Verreydt, 2004; Zutphen, 2004a). Voor het verkrijgen van deze ene vloeistoffase wordt een volledig in wateroplosbare 36

49 vloeistof gebruikt waarin ook de chloorethenen goed oplossen. Afhankelijk van de omstandigheden wordt de surfactant techniek in Nederland voor in situ extractie via de waterfase veel toegepast. Dit in tegenstelling tot de co-solvent flushing techniek, omdat daarvan weinig praktijkervaring voorhanden is (Bodemrichtlijn, n.d.). Milieukundige criteria De surfactant en co-solvent flushing -techniek kent verschillende voordelen: Deze techniek wordt toegepast voor puur product in de beter doorlatende bodemlagen, zoals zandbodems; De bebouwing kan blijven bestaan en wegen hoeven niet te worden opengebroken; De sanering duurt relatief kort, in de orde van weken tot maanden. De surfactant en co-solvent flushing -techniek kent ook enkele nadelen: De omvang van de voorraadtanks is vooral bij co-solvent flushing aanzienlijk; Er bestaat een kans dat de co-solvent verontreinigd raakt met de contaminanten, waardoor verlies optreedt van de co-solvent in de afvalstroom; Er dient frequent te worden gemonitord. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is de surfactant techniek geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden. 4.4 Techniek 3: In situ extractie via persluchtinjectie Definitie & proces Chloorethenen kunnen door vervluchtigen zonder advectief transport uit het grondwater worden verwijderd. Hiervoor moet in de verzadigde zone een gasfase worden gecreëerd waarin de verontreiniging kan worden opgenomen en zo via het opstijgen van gasbellen uit het grondwater worden verwijderd (zie figuur 4.2). Dit kan worden bereikt door middel van injectie van lucht of stoom, al dan niet verzadigd met waterdamp. Daarin kan de vluchtige verontreiniging worden opgevangen en verder worden getransporteerd naar de onverzadigde zone, het zogeheten strippingeffect (Pijls et al., 2006). Bij persluchtinjectie wordt lucht in de bodem gebracht onder het freatisch vlak en onder de chlooretheenverontreiniging (OVAM, 2002b). Deze techniek is sterk in opkomst. 37

50 Figuur 4.2: Principe van bodemluchtextractie in combinatie met persluchtinjectie (OVAM, 2002b). De saneringsduur voor een zandbodem bedraagt doorgaans twee tot vijf jaar. Milieukundige criteria In situ extractie via persluchtinjectie kent enkele voordelen: Er is geen onttrekking van water noodzakelijk; Naast vervluchtiging blijkt dat persluchtinjectie tevens de beschikbaarheid van verontreinigende stoffen in de waterfase doet toenemen. Dat betekent dat de verontreiniging sneller gesaneerd kan worden. In situ extractie via persluchtinjectie kent ook enkele nadelen: De zaklagen kunnen niet verwijderd worden met deze techniek; Het is nog onduidelijk in welke mate persluchtinjectie door volumeverplaatsing een grondwaterstroming kan introduceren. Vooralsnog tonen onderzoeksresultaten aan dat de opgewekte grondwaterstroming gering is en vooral optreedt in de opstartfase (Bodemrichtlijn, n.d.). Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is persluchtinjectie geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden. 38

51 4.5 Techniek 4: In situ extractie via bodemluchtextractie Definitie & proces Bij in situ sanering van de onverzadigde zone verloopt het verwijderen van de chloorethenen via de gasfase. Bodemlucht wordt uit de onverzadigde zone afgezogen en gereinigd. Door toestroming van niet-verontreinigde lucht wordt de bodemlucht ververst. Op die manier zullen vluchtige verontreinigende stoffen, geadsorbeerd aan de vaste fase, desorberen en vervluchtigen naar de gasfase. Bodem en bodemlucht kunnen op deze wijze gereinigd worden. Bodemluchtextractie (BLE) is een techniek waarbij met behulp van verticale onttrekkingsfilters of horizontale drains bodemlucht aan de onverzadigde zone wordt onttrokken (zie figuur 4.2 en 4.3) (OVAM, 2002b). Het doel is het uitdampen (strippen) van chloorethenen. De afgezogen bodemlucht kan worden gereinigd door middel van een actief koolfilter, een biofilter of een katalysator. Figuur 4.3: Principe van bodemluchtextractie (OVAM, 2002b). Een voorwaarde voor een effectieve bodemluchtextractie bij chloorethenen is een goede permeabiliteit van de bodem en een onverzadigde zone met een dikte van minimaal één meter (SKBodem, 2006) De saneringsduur voor een zandbodem bedraagt veelal twee tot vijf jaar. Bodemluchtextractie is een techniek die in Nederland veel wordt toegepast in de zandgronden (Bodemrichtlijn, n.d.). Milieukundige criteria In situ extractie via bodemluchtextractie kent enkele voordelen: De grens waarbij nog efficiënt verontreinigende stoffen via bodemlucht kunnen worden afgezogen, ligt bij een dampspanning van ongeveer 100N/m² (o.a. monocyclische aromaten en chloorethenen); Bij passieve bodemlucht extractie (PBLE) wordt geen energie toegevoegd aan het beluchtingssysteem. 39

52 In situ extractie via bodemluchtextractie kent ook enkele nadelen: De emissies naar de lucht via de luchtzuivering treden alleen op bij falen van de gaszuivering (bijvoorbeeld doorslag van het filter); Bij bodemluchtextractie kan verontreinigd water vrijkomen in de vorm van condenswater of onttrokken grondwater ten behoeve van een grondwaterstandverlaging; Er is geluidsoverlast; Er is een hoge milieubelasting. Voor bodemluchtextractie is dat met name het energieverbruik, en de luchtzuivering. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is bodemluchtextractie geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden. 4.6 Techniek 5: In situ extractie via stoom Definitie & proces Stoomstrippen is een gestimuleerde vorm van grondwateronttrekking en bodemluchtextractie, en vindt plaats door injectie van stoom in de onverzadigde zone (SKBodem, 2006). Toevoeging van warmte aan de bodem leidt tot een verhoging van de snelheid van de mobilisatieprocessen en de diffusiesnelheden in de vloeistof-, gas- en de vaste fase. Dit leidt vervolgens tot hogere processnelheden en verwijderingsnelheden (Zutphen, 2004a, 2004b). Een mogelijk gevolg zou kunnen zijn dat de verontreiniginggrens zich verplaatst. Brouwers berekent met een model wat het mogelijke effect zou kunnen zijn. daaruit blijkt dat dispersie en diffusie in de startfase van stoomstrippen van kwalitatieve invloed zijn, maar dat het kwantitatieve effect erg klein is (Brouwers & Gilding, 2006). Stoomstrippen wordt (in de zandbodem) in Nederland zelden toegepast. Milieukundige criteria In situ extractie via stoom kent verschillende voordelen: De saneringsduur bedraagt slechts enkele maanden; Een volledige verwijdering van chloorethenen, en zelfs puur product, is mogelijk (SKBodem, 2006; Nipshagen et al., 2007); Stoominjectie kan zowel in de onverzadigde als verzadigde zone plaatsvinden; Stoominjectie is vooral interessant voor de sanering van dieper voorkomende verontreiniging (diepten van meer dan 30 meter beneden maaiveld (m-mv) kunnen worden bereikt); Door de verhoogde temperatuur wordt de snelheid van processen sterk vergroot waardoor deze techniek in kortere tijd tot resultaten leidt. In situ extractie via stoom kent ook enkele nadelen: Er zijn relatief grote hoeveelheid energie nodig; Kabels en leidingen in het te saneren gebied, dienen bestand te zijn tegen hoge temperaturen of daartegen beschermd te worden. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is in situ extractie via stoom niet geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden. 40

53 4.7 Techniek 6: Verwijdering door omzetting, natuurlijke afbraak Definitie & proces Onder natuurlijke afbraak ( natural attenuation ) van een verontreinigende stof in de bodem wordt verstaan de reductie (afbraak) door natuurlijke processen zonder tussenkomst van de mens. De natuurlijke afbraak van chlooretheenverontreinigingen in de (zand)bodem is het gevolg van het metabolisme van micro-organismen. Deze processen kunnen van fysische, chemische of biologische aard zijn. Hierdoor nemen concentratie, massa, volume, mobiliteit en/of toxiciteit van de verontreiniging in het grondwater en/of de bodem af (OVAM, 2001). Er kunnen vier afbraakprocessen worden onderscheiden (zie ook paragraaf 3.2): 1. Aerobe afbraak (oxidatieve en co-metabole dechlorering); 2. Anaerobe afbraak (reductieve dechlorering); 3. Sequentiële afbraak; 4. Abiotische (externe milieufactor die geen biologische oorsprong heeft) afbraak. Milieukundige criteria Er zijn twee belangrijke voordelen bij natuurlijke afbraak: Er is bij deze meest extensieve saneringsoptie nauwelijks sprake van energiekosten; Er is tijdens het natuurlijke proces geen menselijk interventie nodig, hetgeen lage arbeidskosten met zich meebrengt. Er zijn ook nadelen bij het proces van natuurlijke afbraak: Voor het proces van natuurlijke afbraak kan starten dient er eerst een haalbaarheidsonderzoek plaats te vinden, hetgeen kosten met zich meebrengt; Als het proces van natuurlijke afbraak gemonitord dient te worden en dit een langdurige monitoring is nemen de kosten evenredig met de tijd toe; Er blijft steeds een risico bestaan dat natuurlijke afbraak op termijn niet effectief blijkt te zijn; Afhankelijk van de locatie kan het proces van natuurlijke afbraak worden toegepast. Voor het vaststellen van natuurlijke afbraak in een met chloorethenen verontreinigde bodem zijn verschillende milieukundige criteria te onderscheiden (Van Ras, 2007): Daling van chlooretheen gehalten (bij monitoring in de tijd); Gunstige condities (methanogeen, total oxygen compound (TOC)); Aanwezigheid van intermediaire producten (TRI, cis-dce en VC) en eindproducten (etheen/ethaan); Toename van het chloridegehalte; Aanwezigheid van chlooretheen afbrekende micro-organismen. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is natuurlijke afbraak niet geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden vanwege het vaak ontbreken van gunstige condities, zoals methaan en zuurstof (zie tabel 3.3), omdat de chlooretheenverontreiniging zich vaak in de verzadigde zone bevindt. 41

54 4.8 Techniek 7: Verwijdering door omzetting, gestimuleerde afbraak Definitie & proces Als verontreinigingen in opgeloste vorm aanwezig zijn in de bodem, worden de biologische afbraakprocessen meestal gelimiteerd door de aanwezigheid van een geschikte elektronenacceptor voor oxidatieve afbraak of door een elektronendonor voor reductieve afbraak. Bij een gestimuleerde biologische afbraak wordt in de omgeving van de micro-organismen die een verontreiniging afbreken een optimale omstandigheid gecreëerd, door onder meer de injectie van nutriënten (zie paragrafen biostimulatie en bioaugmentatie). Milieukundige criteria De biologische afbraak is in te delen in aerobe en verschillende anaerobe redoxprocessen. Het principe van aerobe biologische afbraak is het stimuleren van biologische activiteit in de bodem door de limiterende factor voor biologische activiteit te verbeteren. Limiterende factoren voor aerobe biologische activiteit kunnen zijn: tekort aan zuurstof, tekort aan substraat of het ontbreken van de juiste micro-organismen. Voor een volledig gestimuleerd afbraakproces van de vier chloorethenen zijn zowel aerobe als anaerobe omstandigheden noodzakelijk. Daarvoor dient in de bodem aanwezig te zijn: zuurstof voor het aerobe proces en voor het anaerobe proces driewaardig ijzer, sulfaat en koolstofdioxide. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is gestimuleerde afbraak matig geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden, maar meer geschikt dan alleen natuurlijke afbraak (zie paragraaf 4.7). 4.9 Techniek 8: Verwijdering door omzetting, in situ chemische oxidatie Definitie & proces Met de fysisch-chemische technieken kan, vergeleken met biologische technieken, op een veel kortere termijn een grote vrachtreductie bewerkstelligd worden. Vaak worden deze fysisch-chemische technieken ingezet in combinatie met biologische technieken. Om te beginnen wordt een intensieve fysisch chemische sanering uitgevoerd in het brongebied, en vervolgens een extensieve biologische sanering van de restverontreinigingen. Het basisprincipe van chemische oxidatie is eenvoudig. Er wordt een sterk oxidatiemiddel in de zandbodem geïnjecteerd. Daarna verspreidt het oxidatiemiddel zich in de bodem, en de verontreiniging waarmee het oxidatiemiddel in aanraking komt, wordt geoxideerd (ITRC, 2005; OVAM, 2004). Hierbij wordt gestreefd naar volledige afbraak. Met chemische oxidatie worden niet alleen de verontreinigingen, maar ook andere organische verbindingen in de zandbodem afgebroken. In situ chemische oxidatie (ISCO) is in de Verenigde Staten ontwikkeld en pas in 1999 op de Nederlandse markt gekomen. Het is één van de technieken die de potentie hebben een zaklaag te verwijderen. Vooral de snelheid waarmee een grote vracht aan verontreiniging kan worden afgebroken, werd ISCO in eerste instantie een intensieve bronverwijderingstechniek. Bepaalde toepassingen van ISCO lenen zich echter ook uitstekend voor pluimsaneringen. Omdat het principe 42

55 zo eenvoudig is, ligt de uitdaging in de keuze van het juiste oxidatiemiddel en het op juiste en veilige manier omgaan met een intensief chemisch reactieproces in de zandbodem. Er zijn vijf oxidatiemiddelen die vooral bij bodemsaneringen worden gebruikt en waarmee ook ervaring in Nederland is opgedaan: Fenton's reagens, ozon PerozoneTM, vaste peroxiden en permanganaat (Plaisier & Pancras, 2002). Afhankelijk van de mogelijkheden wordt sinds 1999 de in situ techniek van chemische oxidatie veelvuldig toegepast. Milieukundige criteria In situ chemische oxidatie kent enkele voordelen: Geschikte toepassing als er in korte tijd gesaneerd moet worden; Korte tijdsduur van de sanering; Bij het gebruik van Fenton s reagens wordt geen schadelijk restproduct gevormd omdat het reagens volledige wordt omgezet in water). In situ chemische oxidatie kent ook enkele nadelen: Het gebruik van chemische oxidatiemiddelen kent veiligheidsrisico s, omdat er gewerkt wordt met sterke oxidatiemiddelen, sterke zuren of andere chemicaliën; Fenton s reagens kan leiden tot gasontwikkeling en opwarming waardoor de 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 (Chen, Hoag, Chedda, Nadim, Woody & Dobbs, 2001) Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is in situ chemische oxidatie geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden Techniek 9: In situ extractie via elektroreclamatie Definitie & proces De term elektroreclamatie omvat een aantal begrippen: elektromigratie, elektroheating, elektroosmose, elektrobioremediatie en fytoremediatie. Elektroreclamatie voor organische verbindingen is een techniek waarbij met behulp van een wisselspanningsveld de bodem wordt opgewarmd tot 70 C 90 C, waardoor de oplosbaarheid van de chloorethenen wordt vergroot en processen worden gestimuleerd die belangrijk zijn bij de verwijdering of afbraak (zie figuur 4.4). Elektroreclamatie heeft de volgende kenmerken (Bodemrichtlijn, n.d.): De stofwisseling van bodemorganismen verloopt sneller; Hierdoor verlopen de afbraakreacties en groei van organismen (aanzienlijk) sneller; De verontreinigingen verdampen; De verontreinigingen lossen beter op; De desorptie van geadsorbeerde verontreinigingen verloopt sneller; De diffusie van stoffen verloopt sneller en; De verplaatsing van bodemvocht verloopt sneller, doordat de viscositeit van het water afneemt; Door de temperatuurverhoging zal ook een deel van de chloorethenen vervluchtigen. 43

56 Figuur 4.4: Het principe van elektroreclamatie (Holland milieu, 2007) De chloorethenen worden uiteindelijk via de waterfase en de luchtfase met onttrekkingsystemen afgevoerd en behandeld in bovengrondse zuiveringsinstallaties. De saneringsduur van de intensieve fase varieert van enkele maanden tot enkele jaren. De duur van de extensieve fase varieert in het algemeen van 1 tot 2 à 3 jaar. Elektroreclamatie met behulp van wisselspanning wordt weinig toegepast in Nederland omdat er weinig ervaring mee is opgedaan. De geschiktheid hangt af van de dampdruk en is afhankelijk van het type chlooretheen verbinding (zie tabellen 1.1. en 3.3). Milieukundige criteria In situ extractie via elektroreclamatie kent enkele voordelen: In situ elektroreclamatie is geschikt voor (zeer) sterk verontreinigde locaties; Is goed toe te passen op relatief grote diepten (meer dan 10 m) en onder bebouwing; Er is geen verstoring van de biologische activiteit door sterk oxiderende stoffen, maar juist stimulering van de biologische afbraak. In situ extractie via elektroreclamatie kent ook enkele nadelen: Door de stijging van de temperatuur van de bodem kunnen chloorethenen verdampen; Door de verlaging van de oppervlaktespanning kan een verhoging van de mobiliteit van de chloorethenen optreden. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is elektroreclamatie geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden. 44

57 4.11 Techniek 10: verwijdering door omzetting, in situ chemische reductie Definitie & proces Sinds enkele jaren is bekend dat van nature ook chemische reductie van verschillende chloorethenen kunnen optreden, waarbij het eindproduct ethyn (C 2H2) is. Bij deze vorm van natuurlijke afbraak spelen ijzer(ii), mineralen zoals pyriet (FeS 2) en magnetiet (Fe304) een belangrijke rol (Pijls et al., 2006). Het is nog onduidelijk in hoeverre deze processen relevant zijn in de Limburgse zandbodem. Chemische reductie wordt meestal toegepast in de vorm van doorlatende reactieve schermen (SKBodem, 2006; Nipshagen et al., 2007). Het reducerende materiaal in een reactief scherm dat meestal bestaat uit granulair Fe0. Naast het gebruik van Fe 0 zijn er uit de praktijk weinig voorbeelden bekend van andere reductiemiddelen die gebruikt worden om verontreinigingen in situ chemisch af te breken. Een zeer recente toepassingsvorm van in situ chemische reductie is het stimuleren van de natuurlijke chemische reductie van chloorethenen door ijzer(ii)mineralen via het injecteren van reducerende chemicaliën als dithioniet. Deze techniek staat nog in de kinderschoenen. In Japan zijn op micro- en nanoschaal ijzerkorrels ontwikkeld welke te gebruiken zijn in een reductief scherm, met verrassend goede resultaten (Van de Pas, 2007). IJzerschermen Het tegengaan van verspreiding van verontreinigingen via het grondwater kan worden bewerkstelligd door het aanleggen van reactief scherm. Het scherm wordt loodrecht op de stromingsrichting van het grondwater in de pluim van de grondwaterverontreinigingen aangelegd (zie figuur 4.5). Figuur 4.5: Grondwatersanering met behulp van een reactief scherm; in het scherm worden organische verontreinigingen afgebroken (Bodemrichtlijn, n.d.). In een ijzerscherm is metallisch ijzer het element dat verantwoordelijk is voor de dechlorering van chloorethenen. De dechlorering verloopt in een ijzerscherm in eerste instantie chemisch, maar er kan ook biologische dechlorering optreden. Ook puur product kan in een ijzerscherm effectief worden verwijderd, al is de kans dat puur product via stroming in een scherm komt natuurlijk beperkt (Bodemrichtlijn, n.d.). Omdat er nog weinig praktijkervaring is met de in situ techniek van chemische reductie wordt deze techniek nog niet veel toegepast. 45

58 Milieukundige criteria In situ chemische reductie kent een voordeel: Bij de meest extensieve vorm van schermen zal weinig tot geen energie gebruikt hoeven te worden. In situ chemische reductie kent meerdere nadelen: Bij het plaatsen van in situ schermen met vulmateriaal wordt de aanwezige bodem vervangen. Indien de vrijkomende grond verontreinigd is, dient deze voor verwerking afgevoerd te worden; Er is energie nodig voor het aanbrengen van het scherm en voor de productie van de toegepaste grondstoffen en materialen; Een scherm kan veranderingen in de kwaliteit van het grondwater veroorzaken die mogelijk niet altijd gewenst is. Een scherm kan ook plaatselijk de kwaliteit van het oppervlaktewater beïnvloeden; De levensduur van Fe 0-wanden is beperkt door optredende corrosie van de ijzerkorrels. De daaropvolgende precipitatie van mineralen kan leiden tot een vermindering van de reactiviteit en het hydraulisch geleidingsvermogen; Ook kunnen er zich preferentiële stromingswegen ontwikkelen door de ijzerwand waardoor de effectiviteit van de zuivering vermindert. Betekenis voor Limburgse zandbodems Op basis van milieukundige criteria is in situ chemische reductie geschikt als in situ techniek voor de Limburgse zandgronden Combinaties van in situ technieken In de praktijk worden steeds vaker combinaties van technieken gebruikt, waarmee het gewenste eindresultaat gehaald kan worden. Elke techniek heeft zijn eigen prestatiekenmerken en -bereik die afhankelijk zijn van bodemtype, verontreinigende stoffen (begin- en eindconcentraties), diepte en overige locatiespecifieke randvoorwaarden. De juiste combinatie van de technieken geeft locatiespecifiek de beste prestatie qua kosten, risicoreductie en milieurendement (Bodemrichtlijn, n.d.). In situ technieken kunnen worden toegepast binnen een isolatievariant. Daarbij wordt de verontreiniging geïsoleerd om vervolgens via een conventionele of in situ techniek te kunnen worden verwijderd en/of afgebroken. Wanneer binnen een isolatievariant gebruik wordt gemaakt van in situ technieken, kan de doelstelling tweeledig zijn: Het in situ verwijderen van zoveel mogelijk mobiele verontreinigende stoffen: het doel hiervan is om zodoende een beter beheersbare situatie te realiseren met minder nazorg; Het in situ beheersen van de verontreinigende stoffen; dit kan door middel van (bio)schermen waarin via toepassing van in situ technieken (persluchtinjectie, luchtextractie, stimulatie van biologie en/of grondwateronttrekking) de verontreinigende stoffen beheerst of afgebroken kunnen worden. 46

59 Voor alle in situ technieken geldt dat het vooraf verwijderen van drijflagen of zaklagen met conventionele technieken de effectiviteit van een in situ sanering in grote mate doet toenemen. Voorbeelden van conventionele technieken zijn: selectief wegpompen van de verontreiniging en/of het afgraven van sterk verontreinigde zones of sterk adsorberende lagen. Deze combinatie van verschillende in situ technieken kan voor diverse doelen worden gebruikt (Bodemrichtlijn, n.d.). De volgende combinaties zijn bekend: In situ bodemluchtextractie en onttrekking grondwater Het vergroten van de onverzadigde zone ten behoeve van bodemluchtextractie via het onttrekken van grondwater; In situ bodemluchtextractie en in situ gestimuleerde afbraak Door in situ bodemluchtextractie worden vluchtige componenten afgevoerd en zuurstof toegevoerd voor het stimuleren van de biologische activiteit; In situ persluchtinjectie en in situ bodemluchtextractie Vluchtige componenten worden via persluchtinjectie uit het grondwater gestript en afgevangen met behulp van een afzuigsysteem in de onverzadigde zone; In situ persluchtinjectie en in situ bodemluchtextractie en in situ gestimuleerde afbraak Door in situ bodemluchtextractie worden vluchtige componenten afgevoerd en zuurstof toegevoerd voor het in situ stimuleren van de biologische activiteit en vervolgens worden de vluchtige componenten via in situ persluchtinjectie uit het grondwater gestript en afgevangen met behulp van een afzuigsysteem in de onverzadigde zone; In situ bodemluchtextractie en in situ gestimuleerde afbraak of in situ elektroreclamatie Door in situ bodemluchtextractie wordt de beschikbaarheid van de verontreinigende stoffen vergroot en vervolgens verwijderd door in situ gestimuleerde afbraak of in situ elektroreclamatie. Combinaties van conventionele en in situ saneringstechnieken Ontgraven en diverse vormen van in situ technieken Het verwijderen van hot-spots vindt plaats door afgraven gevolgd door in situ aanpak voor de resterende verontreiniging; Een intensieve fase (ontgraven) en een intermitterende in situ onttrekking of injectie Na een eerste meer intensieve fase wordt deze gevolgd door in situ intermitterende onttrekking/injectie Mogelijkheden op Limburgse zandgronden Uit het literatuuronderzoek blijkt dat op basis van milieukundige criteria zijn negen in situ technieken geschikt, alleen de in situ techniek natuurlijke afbraak (zie paragraaf 4.8) is minder geschikt voor het verwijderen van chloorethenen in de Limburgse zandgronden. Naast in situ chemische extractie kunnen de technieken in situ pump and treat, in situ persluchtinjectie en in situ bodemluchtextractie ook nog gecombineerd worden gebruikt. 47

60 48

61 Hoofdstuk 5. Bodemprocessen bij in situ saneringen van chloorethenen in zandgronden 5.1 Inleiding Een verontreiniging die als puur product in de bodem aanwezig is, zoals chloorethenen, zorgt voor het continue in oplossing gaan van de verontreiniging. Door fysische transportprocessen zal deze opgeloste verontreiniging zich verspreiden, waarbij door adsorptie een deel zich op andere plaatsen weer aan de bodem zal binden. Adsorptie kan plaatsvinden aan vast organisch materiaal, maar ook aan opgelost organisch materiaal (Pijls et al., 2006; SKBodem, 2006). Hierdoor kan de verontreiniging mobieler worden. Omdat chloorethenen vluchtige verbindingen zijn zal daarnaast een deel verdampen naar de bodemlucht. Een ander deel zal door in de bodem aanwezige micro-organismen worden omgezet en soms volledig worden afgebroken. In dit hoofdstuk wordt de derde onderzoeksvraag behandeld die luidt: Welke bodemprocessen spelen een rol bij in situ saneringen van chloorethenen in de zandgronden? Er zijn in de bodem zeven processen (zie figuur 5.1) die in vijf groepen kunnen worden ingedeeld (Bodemrichtlijn 2006): 1. Verdampen; 2. Oplossen; 3. Adsorptie/desorptie; 4. Diffusie/convectie; 5. Biologische processen (omzetting). Figuur 5.1: Overdracht tussen de verschillende fasen waarin verontreinigingen in de bodem voorkomen ( Bodemrichtlijn, n.d.). Het overzicht van figuur 5.1 illustreert de verschillende processen die in de bodem plaats kunnen vinden bij chloorverontreiniging in de bodem. 49

62 In de volgende paragrafen worden de verschillende bodemprocessen uit figuur 5.1 nader toegelicht. In de paragrafen 5.2 t/m 5.6 worden de bodemprocessen afzonderlijk behandeld. Aan het eind van elke paragraaf wordt aangegeven wat dat proces betekent voor in situ sanering. 5.2 Verdampen Opgeloste verontreiniging kunnen verdampen en zich verplaatsen naar een onverzadigde zone. Dat mechanisme is een belangrijk kenmerk voor veel locaties waar een verontreiniging voorkomt met chloorethenen. In de onverzadigde zone of in de bodemlucht kan de chlooretheenverontreiniging in dampvorm overgaan. Dit kan leiden tot hoge concentraties chloorethenen in de bodemlucht, met risico s van uitdamping naar kruipruimtes onder huizen (humane risico s). Het vluchtige karakter en het verdampingsgedrag van de water- naar de gasfase van een verontreiniging kan tevens worden gebruikt om de verontreiniging te saneren (nalevering/secundaire bron). Veel in situ technieken maken gebruik van het vluchtige karakter van chloorethenen. Uit de Wet van Henry volgt dat als het puur product bestaat uit één chlooretheen, de evenwichtsconcentratie in de gasfase direct proportioneel met de verzadigde dampspanning van de verontreiniging is. Het verdampen van een opgeloste chlooretheen verbinding kan als volgt worden weergegeven (Bodemrichtlijn, n.d.; Pijls et al., 2006): Porg = KH. Cw Porg = de partiële druk van de VOC-verbinding in de gasfase (atm) KH = de Henry constante (atm.l -1.mol-1 ) Cw = de concentratie in de waterfase (mol.l-1) Betekenis voor in situ sanering Voor saneringsmethodieken die gebruik maken van verdamping betekent dit: hoe hoger de chlooretheen concentratie, hoe lager de partiële druk van de chlooretheen verbinding in de gasfase. Dat betekent dat de looptijd van de sanering zal toenemen. 5.3 Oplossen De oplosbaarheid in water verschilt sterk per chlooretheen verbinding. Sommige verbindingen zijn zeer goed oplosbaar, terwijl chloorethenen matig tot zeer slecht oplossen (Kueper, Wealthall, Smith, Leharne & Lerner, 1993; Pijls et al., 2006). De oplosbaarheid is afhankelijk van twee factoren: De aanwezigheid van één of meer functionele groepen; De grootte van de organische verbinding. De hydrofobiciteit is een maat voor de oplosbaarheid van chloorethenen, en wordt uitgedrukt in de octanol-watercoëfficiënt (KOW ) (Pijls et al., 2006). K OW = Coctanol /Cwater Coctanol = de concentratie van de verbinding in octanol (mg.l-1) Cwater = de concentratie van de verbinding in water (mg.l -1) 50

63 Betekenis voor in situ sanering Voor saneringsmethodieken die gebruik maken van oplossen betekent dit: hoe hoger de oplosbaarheid van de chlooretheen verbinding des te beter is de oplosbaarheid in water en des te slechter is de adsorptie aan organisch materiaal en des te korter is de looptijd van de sanering. 5.4 Adsorptie en desorptie Een verontreiniging die is opgelost in het poriewater van een bodem, zal zich, afhankelijk van de samenstelling van de vaste fase van de bodem, in meer of mindere mate verdelen over beide fasen. De mate van adsorptie hangt af van de aard en concentratie van de verontreiniging, de samenstelling van het poriewater en de vaste fase. Daarbij is de hoeveelheid organisch materiaal in de bodem een bepalende factor voor adsorptie. Adsorptie van chloorethenen aan de bodemmatrix vindt plaats aan kleimineralen, (hydr)oxiden en organische stof (Khan et al., 2004). Oxiden en hydroxiden kunnen zowel positief als negatief geladen zijn, afhankelijk van de ph (zuurgraad), zodat positieve en negatieve ionen aan deze deeltjes kunnen binden. Voor chloorethenen speelt deze adsorptie ook een rol, maar in veel grotere mate de binding aan organische stof (Bodemrichtlijn, n.d.). Tijdens de verspreiding hecht een deel van de opgeloste fractie zich aan de organische stof in de zandbodem. Door dit proces verspreiden chloorethenen zich trager dan het grondwater (SKBodem, 2006; Nipshagen et al., 2007), de zogenaamde retardatie. De retardatiefactor (vertragingsfactor) is de verhouding tussen de snelheid van de waterdeeltjes en de verontreiniging. De retardatiefactor heeft de volgende formule (Pijls et al., 2006; SKBodem, 2006): Rf = 1 + (ρb * K D) / p Rf = retardatiefactor ρ b = bulkdichtheid (kgds.l-1) p = porositeit KD = verdelingscoëfficiënt (dm w3.kgds -1) Uitgaande van een zandige watervoerende bodemlaag zoals de Limburgse bodem (porositeit 0,35 en bulkdichtheid 1,7 kg.l -1) zijn in onderstaande tabel 5.1 de retardatiefactoren weergegeven voor enkele chloorethenen, bij verschillende organisch stofgehaltes (SKBodem, 2006; Nipshagen et al., 2007). Tabel 5.1: Retardatiefactoren van de meest voorkomende chloorethenen (Pijls et al., 2006; Nipshagen et al., 2007). Organische stof (%) 5 0,5 0,05 PER TRI cis-dce VC 34,8 4,4 1,3 16,5 2,6 1,2 11,1 2,0 1,1 5,7 1,5 1,0 Om het evenwicht tussen de geadsorbeerde en opgeloste hoeveelheid verontreiniging te beschrijven is de lineaire adsorptie-isotherm een veelgebruikte vergelijking (Bodemrichtlijn, n.d.; Pijls et al., 2006). 51

64 Deze luidt: Cads = KD.C eq Cads = hoeveelheid verontreiniging geadsorbeerd aan de bodem (kgverontr..kgds-1 ) KD = verdelingscoëfficiënt (dm w3.kgds -1) Ceq = evenwichtsconcentratie in de vloeibare fase (kgverontr..dm w-3 ) De verdelingscoëfficiënt geeft de verhouding weer tussen de hoeveelheid verontreiniging geadsorbeerd aan organische stof en de opgeloste hoeveelheid verontreiniging die hiermee in evenwicht is. De KD is afhankelijk van de samenstelling van de bodem en de specifieke eigenschappen van de adsorberende verbinding. Voor bodems waar verontreinigingen irreversibel zijn gebonden via chemosorptie optreedt zal de geadsorbeerde hoeveelheid verontreiniging (C ads) hoger zijn dan op basis van bovenstaande vergelijking wordt berekend. Voor bodems met meer dan 0,1 gewichtsprocent organische stof is de adsorptie van organische verbindingen aan kleimineralen te verwaarlozen ten opzichte van de adsorptie aan organische stof (Bodemrichtlijn, n.d.). Voor chloorethenen geldt dan een relatie tussen de verdelingscoëfficiënt K D en het organische materiaal dat in de bodem aanwezig is. De verdelingscoëfficiënt kan het beste experimenteel bepaald worden via laboratoriumproeven. Een redelijke benadering van het adsorptiegedrag van verontreinigende stoffen aan de bodem kan worden bereikt via de verdelingscoëfficiënt water-organische stof (Koc). De relatie tussen de Koc en de KD luidt als volgt (SKBodem, 2006): K D = Koc.foc Koc = verdelingscoëfficiënt water-organische stof (dmw3.kgos-1 ) foc = fractie organische stof in de bodem (kg os.kgds-1)/1,724 De K OC is de verhouding van de hoeveelheid verontreiniging geadsorbeerd aan de organische stoffractie van de bodem en de concentratie van de verontreiniging in het water. De KOC wordt vaak benaderd door de veelvuldig in de chemische literatuur vermelde K OW-waarde, de verdelingscoëfficiënt octanol-water. De grootte van K OC en KOW wordt alleen bepaald door de eigenschappen van de adsorberende verbinding en zijn onafhankelijk van het bodemtype. Via onderlinge vergelijking van K OC- of KOW-waarden kunnen de adsorptie-eigenschappen van de diverse organische verontreinigingen direct met elkaar vergeleken worden. Stoffen met een hoge KOC- waarde lossen slecht op in water en zullen daarom sterker aan de organische stoffractie van de bodem hechten, waardoor verwijdering van de verontreinigingen via de waterfase zal worden vertraagd. Chloorethenen met log KOW -waarden kleiner dan 1, zijn goed oplosbaar en kunnen worden uitgespoeld. Componenten met een log KOW -waarde tussen de 1 en 3 zijn behandelbaar via uitspoeling, maar stoffen met een log KOW -waarde groter dan 3 kunnen slechts met behulp van middelen die de oplosbaarheid van de verontreiniging vergroten worden uitgespoeld (Bodemrichtlijn, n.d.). Betekenis voor in situ sanering Voor Limburgse zandbodems betekent: hoe hoger de octanol-watercoëfficiënt (KOC-waarde), des te hoger de verdelingscoëfficiënt (KD-waarde) en des te hoger de retardatiefactor (Rf-waarde). De 52

65 verspreiding van chloorethenen in de zandbodem zal minder snel verlopen bij een hoger organisch stofgehalte in de bodem voor alle typen chlooretheen verbindingen (SKBodem, 2006, Nipshagen et al., 2007). De verspreidingssnelheid van de verschillende typen chlooretheen verbindingen (zie tabel 5.1) neemt toe volgens de afbraakreeks van PER tot VC. VC verspreidt zich sneller dan cis-dce, cis-dce verspreidt zich sneller dan TRI en TRI verspreidt zich sneller dan PER. 5.5 Diffusie Het transport van een verontreiniging door de bodem vindt zowel plaats in de verzadigde als de onverzadigde zone. In de waterfase van het verzadigde deel van de bodem zal het transport van de verontreinigingen voornamelijk plaatsvinden door advectief (door stroming) transport (Pijls et al., 2006). Bij advectief transport wordt de opgeloste of gecomplexeerde verontreiniging meegevoerd door de mobiele fase. Daarnaast kan ook advectief transport optreden door het stromen van puur product. Advectief transport vindt voornamelijk plaats in de grotere, makkelijk te doorstromen poriën. Transport kan echter ook plaatsvinden als gevolg van concentratiegradiënten van de opgeloste stoffen. Dat is een diffusieproces. Verontreinigingen kunnen door diffusie in de microporiën in de bodem terechtkomen, waar niet of nauwelijks advectief transport is. Diffusie is een belangrijk transportmechanisme voor verontreinigingen in delen van de bodem waarin geen of heel weinig advectief transport plaatsvindt. In de onverzadigde zone is diffusie het belangrijkste transportproces. In de verzadigde zone kunnen verontreinigingen door diffusie de microporiën van een bodem bereiken. Diffusie kan er ook voor zorgen dat een grondwatersanering moeizaam verloopt wanneer door diffusie nalevering vanuit de microporiën optreedt. Daarnaast kan diffusie leiden tot hoge concentraties in scheidende kleilagen, bijvoorbeeld wanneer zich op die kleilaag een zaklaag met puur product bevindt. In de verzadigde zone is diffusie van minder groot belang voor de verspreiding van een verontreiniging dan advectief transport. De drijvende kracht achter advectief transport is een drukgradiënt. Deze drukgradiënt kan van nature aanwezig of geïnduceerd zijn door middel van onttrekkings- of infiltratietechnieken. De uiteindelijke snelheid van het grondwater wordt verder bepaald door de weerstand van de bodem, ook wel de permeabiliteitscoëfficiënt genoemd. De permeabiliteit van een bodem is afhankelijk van de eigenschappen van de vaste fase van de bodem, vooral de porie grootte, en de eigenschappen van de mobiele fase, zoals viscositeit en dichtheid. De permeabiliteit van de bodem is in sterke mate bepalend voor de hoeveelheid grondwater of bodemlucht die per tijdseenheid onttrokken of geïnjecteerd kan worden. Voor de praktijk van bodemsanering betekent het dat bij een grote permeabiliteit de bodem in korte tijd verscheidene malen kan worden doorspoeld, waardoor verontreinigingen sneller kunnen worden verwijderd. Het vermogen van de bodem om water of bodemlucht door te laten, wordt aangegeven met de zogeheten permeabiliteitscoëfficiënt (K), zie tabel 5.2 (Bodemrichtlijn, n.d.). 53

66 De relatie tussen de intrinsieke permeabiliteit en de permeabiliteit van de bodem voor water en lucht wordt gegeven door (Bodemrichtlijn, n.d.; Pijls et al., 2006): K = ki. P.µ-1 K = permeabiliteitscoëfficiënt van het transportmedium (m.s-1) ki = intrinsieke permeabiliteit (m2) P = drukval (Pa.m-1) µ = viscositeit van het transportmedium (Pa.s) Tabel 5.2: Indicatietabel permeabiliteitscoëfficiënten (Bodemrichtlijn, n.d.) Log K (m.s-1) Bodemsoort grind grof zand fijn zand, löss en leem veen gestratificeerde klei onverweerde klei Bij het voorkomen van heterogeniteiten in de bodem zal het transport van verontreinigingen voornamelijk plaatsvinden via de beter doorlatende lagen. De goed doorlatende stroombanen hoeven niet alleen zand en grind te zijn, evenmin als de slecht doorlatende stroombanen niet alleen hoeven te bestaan uit silt of klei. Van belang is de verhouding van de permeabiliteit van een laag ten opzichte van de permeabiliteit van de omliggende bodem. Ook voor additieven die worden geïnfiltreerd geldt, dat deze vanuit de omliggende goed doorlatende lagen in de slecht doorlatende laag moeten kunnen diffunderen. Daar de diffusiesnelheid afhangt van het concentratieverschil dient de concentratie aan additieven in de goed doorlatende laag voldoende hoog te zijn om de slecht doorlatende lagen van additieven te voorzien. Betekenis voor in situ sanering In het algemeen wordt de vuistregel aangehouden dat het onttrekken van grondwater nog haalbaar is bij een permeabiliteit van minimaal 10-6 m.s -1 (zie tabel 5.2) (Bodemrichtlijn, n.d.). Conclusie Bij een lagere permeabiliteit (klei en voor een deel löss en leem) zullen de verontreinigingen vanuit de bodemlagen met een lage permeabiliteit naar bodemlagen met hogere permeabiliteit moeten kunnen diffunderen om in situ technieken als het onttrekken van grondwater te kunnen toepassen. Dit is een traag proces, waardoor het toepassen van het onttrekken van grondwater nauwelijks mogelijk is. Bodemprocessen spelen een grote rol bij in situ saneringen van chloorethenen in de zandgronden (zie tabellen 5.1 en 5.2). 54

67 Hoofdstuk 6. Milieukundige criteria uit praktijkcasus 6.1 Inleiding In hoofdstuk 3 en hoofdstuk 4 zijn op basis van een analyse van de wetenschappelijke literatuur de milieukundige criteria die relevant zijn voor milieukundige vergelijking van in situ sanering van chlooretheenverontreinigingen benoemd (tabel 3.3) In hoofdstuk 3 zijn, uit de theorie, milieukundige criteria geformuleerd na analyse en beschrijving van natuurlijke afbraakprocessen (al dan niet gestimuleerd) als in situ sanering en in hoofdstuk 4 zijn, uit de praktijk, deze milieukundige criteria aangescherpt na analyse van literatuur over de in situ saneringstechnieken die momenteel beschikbaar zijn voor sanering van chloorethenen (op zandbodems). In dit hoofdstuk worden praktijkgegevens uit casusdossiers van de Provincie Limburg over in situ bodemsaneringen verzameld en geanalyseerd. Het dossieronderzoek moet het mede mogelijk maken om een zo goed mogelijk beeld te geven van de chlooretheen grond(water)problematiek in Limburg. De analyse van de praktijkgegevens is gericht op milieukundige criteria. De beschikbare praktijkgegevens en de gevonden milieukundige criteria met betrekking tot de chlooretheen problematiek kunnen worden vergeleken met de theoretische mogelijkheden die beschreven zijn in hoofdstuk 4. In dit hoofdstuk wordt de vierde onderzoeksvraag behandeld die luidt: Welke milieukundige criteria, die worden gebruikt bij de analyse van het dossieronderzoek, zijn relevant voor milieukundige vergelijking van in situ sanering van chlooretheenverontreinigingen? In paragraaf 6.2 van dit hoofdstuk zullen de resultaten van de dossierinformatie van de praktijkcasus worden besproken aan de hand van relevante criteria die vooraf zijn opgesteld (zie tabel 6.3), aan de hand van een lijst van in situ technieken (tabel 4.1). In paragraaf 6.3 zullen de resultaten voor de keuze voor in situ saneringstechniek op basis van analyse van dossierinformatie worden besproken. Daar wordt een vergelijking gemaakt van de keuze van sanering op basis van vooronderzoek en de sanering die werkelijk is uitgevoerd (zie tabel 6.2). 6.2 Resultaten: dossierinformatie van de praktijkcasus Procesbeschrijving Uit de analyse van de dossiers van de praktijkcasus blijkt dat in Limburg in de jaren chemische wasserijen, metaalindustrie en verfspuitenrijen aanwezig zijn (geweest), die tot een grondof grondwaterverontreiniging hebben geleid (Hoofdstuk 1 en SKBodem, 2006). Uit het dossieronderzoek blijkt dat er 37 praktijkdossiers zijn die behoren tot de grootste vervuilers, zoals, chemische wasserijen, metaalindustrie (zie ook paragraaf 2.5). Die 37 praktijkcasussen zijn geselecteerd op basis van de vervuilende stoffen die in deze industrie gebruikt werden, zoals PER en TRI. Hiervan zijn 23 praktijkdossiers niet middels in situ gesaneerd maar blijkt de bodem volledig te zijn ontgraven, waarna een leeflaag of een verharding is aangebracht. Deze 23 praktijkdossiers doen niet ter zake in dit onderzoek (geen in situ sanering). Tabel 6.1 geeft een overzicht van de resterende 14 55

68 dossiers met praktijkcasus waarbij er gebruik is, of zal worden gemaakt van in situ saneren. De 14 relevante in situ saneringen met de gemeente waar de praktijkcasus is gelegen zijn aangegeven in tabel 6.1. Tabel 6.1: Overzicht van de 14 bruikbare in situ praktijkdossiers Gemeente Aantal in situ praktijkdossiers Geleen 1 Helden-Panningen 1 Roermond 4 Sevenum 1 Sittard 3 Venray 2 Weert 2 Van ieder van de 37 praktijkcasussen is het complete saneringsdossier bestudeerd op het archief van de Provincie Limburg in de periode april 2007 t/m juni Een provinciaal saneringsdossier bestaat uit: een historisch vooronderzoek, een verkennend- en nader bodemonderzoek, een saneringsplan, een saneringsbesluit (keuze), een evaluatierapport en een nazorgrapportage. Omdat de saneringsdossiers niet mogen worden verveelvoudigd of meegenomen is ter plaatse een geanonimiseerde samenvatting gemaakt. Voor iedere praktijkcasus zijn de relevante kernpunten (tabel 6.2) genoteerd. Aan de hand daarvan is een casusbeschrijving opgesteld. Vanuit deze casusbeschrijving kunnen de milieukundige criteria bij potentiële en uitgevoerde in situ saneringstechnieken worden geanalyseerd (tabel 6.3). Tabel 6.2 Informatie over praktijkcasus uit provinciale saneringsdossiers en hun relevantie voor het onderzoek. Relevante kernpunten Toelichting Gegevens saneringslocatie om de praktijkcasus te kunnen selecteren op de randvoorwaarden van dit onderzoek (in Limburg op zandbodems) omdat het type chlooretheen van belang is om aam te geven welk type redoxreactie ingezet kan worden bij de natuurlijke of biologische afbraak (zie H3, tabel 3.3) omdat hoe groter het verontreinigd oppervlak is hoe groter de verontreinigingscontour is en hoe moeilijker de locatie is te saneren omdat de historie de basis is van de kennis over de verontreiniging en de gevolgen heeft voor de gehele te volgen procedure criterium zandgrond (zie hoofdstuk 1) Type chlooretheenverontreiniging Oppervlak Historie Bodemopbouw Geohydrologie Bijverontreiniging(en) Beoordeling en selectie varianten de diepte van het grondwater is van belang voor de mogelijke verspreiding in het grondwater bijverontreinigingen kunnen een zowel positieve als negatieve werking hebben op de sanering van chloorethenen de beoordeling en uiteindelijke selectie van de in situ saneringstechniek(en) De uitgewerkte praktijkdossiergegevens zijn terug te vinden in de bijlagen 2 tot en met 15 van dit verslag. 56

69 Bij de analyse en beoordeling van de verschillende dossiers is rekening gehouden met het, ten tijde van het saneringsplan geldende, bodembeleid(zie paragraaf 7.4) dat de randvoorwaarden voor de sanering dicteert. In tabel 6.3 wordt eerst een overzicht gegeven van de 14 dossiers. Achtereenvolgens staan in de kolommen de locatie, de activiteit, het type verontreiniging in de bodem, de potentiële (beredeneerde theoretische) mogelijkheden (en mogelijke terugvalscenario s: de mogelijkheden na het falen of niet voldoen van de eerste gekozen saneringstechniek) verkregen uit de praktijkdossiers, de techniek die is gekozen en in de laatste kolom de techniek die uiteindelijk in de praktijk is toegepast. Daarna wordt per locatie tabel 6.3 toegelicht op basis van het dossier. Tabel 6.3: Overzichtstabel van 14 in situ saneringslocaties met de verschillende keuzes uit de praktijkdossiers. Nr Locatie Essentie Verontreiniging Potentiële mogelijkheden Roermond moutfabriek PER en TRI PLI + BLE Als beste gekozen techniek PLI + BLE Roermond broodfabriek PER en TRI PLI + BLE BLE Roermond TRI en VC GWO + NA NA Roermond TRI en cis-dce PLI + BLE - onvoldoende info Venray TRI en VC CR BLE Venray PER, TRI en VC ISCO GWO + BLE Weert PER, TRI en VC PLI + BLE + NA PLI + NA Weert monitoring 009 SittardGeleen 349 SittardGeleen 458 SittardGeleen 459 SittardGeleen 186 HeldenPanningen 001 Sevenum PER, TRI, cisdce en VC PER en TRI NA 9 aluminiumfabriek aluminiumfabriek verf- en metaalwarenfabriek chemische wasserij kunstharsfabriek verf- en kunststoffenfabriek chemische wasserij chemische wasserij metaalwarenfabriek metaalwarenfabriek chemische wasenververij hout- en metaalfabriek multifunctioneel gesaneerd sanering afgerond, monitoring actieve nazorg GWO + BLE BLE PER, TRI en VC PER GWO + PLI + BLE ISCO TRI en cis-dce PLI + BLE ontgraven + GWO + BLE ontgraven + GWO + BLE - PER, TRI en cisdce PER en TRI ISCO na sanering: vervolgonderzoek noodzakelijk variant aanbevolen, sanering uitgevoerd? variant aanbevolen, sanering uitgevoerd? geen sanering, monitoring? geen sanering, monitoring? sanering afgerond, monitoring? sanering afgerond, monitoring geen sanering, onvoldoende info nader onderzoek afwachten sanering afgerond, monitoring ISCO ontgraven + NA GWO +BLE Werkelijk uitgevoerde techniek Legenda: PLI = persluchtinjectie BLE = bodemluchtextractie NA = natuurlijke afbraak CR = chemische reductie ISCO = in situ chemische oxidatie GWO = grondwateronttrekking Opmerking In de saneringsonderzoeken (beschreven in de provinciale saneringsdossiers) van voor 2006 was het algemene beleid het multifunctioneel saneren en na 2006 het functioneel saneren (zie paragraaf 7.4). Dit betekent dat de mogelijkheden voor de praktijk verschillen van de keuze op basis van de theorie (milieukundige criteria), waarbij in theorie niet is uitgegaan van een financiële of beleidsbeperking bij de keuze van saneringstechniek. 57

70 6.3 Resultaten: keuze voor in situ saneringstechniek op basis van analyse van dossierinformatie per praktijkcasus In deze paragraaf wordt voor de 14 in situ saneringslocaties (zie tabel 6.2) de keuze van sanering geanalyseerd met informatie verkregen uit de praktijkdossiers. De informatie over de milieukundige criteria (hoofdstuk 3 en hoofdstuk 4) zijn hierin meegenomen. 1. Locatie 272 Roermond: de keuze voor in situ sanering is in voor potentiële theoretische mogelijkheden en de gekozen techniek gelijk. De keuze voor de criteria hangt af van de kosten. Indien blijkt dat de kosten van de sanering door de doelstelling dusdanig hoog worden, dat het totaal van de gemaakte en te maken kosten tot gevolg hebben dat de sanering niet meer als kosteneffectief beschouwd kan worden, treedt het terugvalscenario in werking. Dit kan bestaan uit een wijziging van de saneringstechniek, dan wel bijstellen van de saneringsdoelstelling. Ten behoeve van het terugvalscenario (mogelijkheid na het falen of niet voldoen van de eerste gekozen saneringstechniek) treedt de melder zo spoedig mogelijk in overleg met het bevoegde gezag. Tot het moment waarop het bevoegd gezag definitief een besluit op het terugvalscenario heeft genomen wordt de oude saneringsdoelstelling gehandhaafd. 2. Locatie 302 Roermond: op basis van de theoretische criteria wordt als potentiële mogelijkheid eerst de PLI techniek voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor BLE. Het blijkt dat na 3 maanden saneren er geen chloorethenen meer wordt gemeten. Er is een duidelijke overschatting gemaakt op basis van inkadering (het inperken van de verontreiniging). Het blijkt dat in december 2005 de concentratie zodanig laag is dat er geen risico is op verspreiding richting grondwater en maaiveld. Monitoring is voldoende voor het signaleren van eventuele restverontreiniging. Wat opvalt is dat Roermond 272 en 302 op basis van dezelfde verontreiniging, op basis van een theoretische redenering dezelfde saneringstechnieken worden voorgesteld, maar dat gekozen techniek en de uitkomst verschilt. De hoeveelheid verontreiniging blijkt op locatie 272 groter te zijn dan verondersteld en op locatie 302 kleiner te zijn dan werd verondersteld. 3. Locatie 307 Roermond: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de GWO techniek voorgesteld en vervolgens de NA; uiteindelijk is er alleen gekozen voor NA, vanwege de relatieve lage gehalten in de vaste bodem. Deze biologische sanering is gestart november Locatie 012 Roermond: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de PLI en BLE techniek voorgesteld; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 5. Locatie 004 Venray: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de CR techniek voorgesteld; uiteindelijk is er alleen gekozen voor de techniek van BLE. Sedert december 2004 wordt er bodemlucht onttrokken. Hiermee zijn de aanwezige chloorethenen van de onverzadigde zone verwijderd. 6. Locatie 016 Venray: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de ISCO techniek voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor GWO en de techniek van BLE. Er is niet precies bekend of en in welke mate de grond onder de huizen verontreinigd is. Dit kan een stagnerende grondwatersanering tot gevolg hebben; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 7. Locatie 029 Weert: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de PLI, BLE en NA technieken voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor PLI en NA. In juli 2003 is besloten tot een biologische sanering op basis van een haalbaarheidsonderzoek met grondwaterkarakteristiek (GWK) en afbreekbaarheidsonderzoek; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 58

71 8. Locatie 022 Weert: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de NA techniek voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor monitoring; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 9. Locatie 009 Sittard-Geleen: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de GWO en BLE technieken voorgesteld; vervolgens is er gekozen voor BLE. Uiteindelijk is er bij de uitvoering alleen gekozen voor monitoring; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 10. Locatie 349 Sittard-Geleen: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de GWO, PLI en BLE technieken voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor ontgraven, PLI en BLE. De doelstelling van de grondsanering is gerealiseerd. De evaluatie van de in situ sanering vindt later plaats; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 11. Locatie 458 Sittard-Geleen: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de ISCO techniek voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor ontgraven, PLI en BLE. De doelstelling van de grondsanering is gerealiseerd. Verdere onttrekking leidt niet meer tot verbetering van het saneringsresultaat. Daarom volgt een saneringsvisie. Het doel van de visie is het op hoofdlijnen vastleggen van de verdere aanpak van de verontreiniging met chloorethenen in grond(water). 12. Locatie 459 Sittard-Geleen: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de PLI en BLE technieken voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor monitoring; verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 13. Locatie 186 Helden-Panningen: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de PLI en BLE technieken voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor monitoring. De klant tekent bezwaar aan. Nader onderzoek volgt in december Verdere gegevens ontbreken vooralsnog. 14. Locatie 001 Sevenum: op basis van de theoretische criteria wordt eerst de ISCO techniek voorgesteld; uiteindelijk is er gekozen voor GWO en BLE. De doelstelling van de grondsanering is gerealiseerd. Verdere onttrekking leidt niet meer tot verbetering van het saneringsresultaat. Conclusie Er zijn in totaal 14 dossiers onderzocht waarvan: - 5 dossiers zijn afgerond (dossiers 2, 5, 10, 11 en 14); - 2 saneringen zijn niet uitgevoerd (dossiers 8 en 9); - Bij 3 dossiers is naderhand besloten tot ontgraven (dossiers 10, 11 en 13) en waarvan 2 dossiers zijn afgerond (zie hiervoor). Dit betekent dat van de 14 dossiers er nog eens 5 afvallen omdat ze niet zijn uitgevoerd of dat er ontgravingen plaatsvinden (dossiers 8, 9, 10, 11 en 13). Er resten dus nog 9 dossiers met in situ saneringen. Daarvan zijn er nog 4 dossiers waarvan in de eindfase gegevens ontbreken (dossiers 4, 6, 7 en 12) Dat betekent dat er uiteindelijk 5 dossiers zijn met voldoende gegevens over in situ sanering (dossiers 1, 2, 3, 5 en 14). Dat geeft aan dat de dossiers onvoldoende zijn om echt conclusies te kunnen trekken over in situ saneringen. Deze 5 dossiers zijn vergeleken met de milieukundige criteria uit tabel 3.3. Daaruit blijkt dat geen van de milieukundige criteria zijn terug te vinden in de praktijkdossiers. Bij de verschillende saneringsdossiers is het historisch vooronderzoek, het bodemonderzoek en het saneringsplan vastgesteld en goedgekeurd. De sanering wordt niet altijd uitgevoerd conform het goedgekeurde besluit. De redenen zijn niet expliciet terug te vinden in de praktijkdossiers. Een waarschijnlijke reden hiervan is de financieringskosten voor de sanering. 59

72 60

73 Hoofdstuk 7. Bodembeleid van de provincie Limburg 7.1 Inleiding Het nationaal bodembeleid beoogt om in heel Nederland in het jaar 2030 alle verontreinigde bodems te hebben gesaneerd of geïsoleerd. Het Rijk stelt daarvoor ook saneringsgelden ter beschikking aan de provincies. Ruim 20 jaar (vanaf 1987) is de Provincie Limburg bezig om inzicht te krijgen in de omvang van de bodemverontreinigingsituatie in Limburg en de daarbij behorende kosten om die te saneren of te beheersen. De meest verontreinigde en voor de mens risicovolle locaties zijn het eerst aangepakt. Daarvoor zijn al veel saneringsgelden verbruikt. Op dit moment wordt door de provincie ingeschat dat van alle gelden die vanaf 1987 zijn ontvangen en waarvan men verwacht dat ze voor 2030 zullen worden ontvangen van het Rijk dat daarvan al driekwart is verbruikt. Dat betekent dat in Limburg nog veel saneringen dienen plaats te vinden en dat men op basis van ervaring genoodzaakt is om te kiezen voor de meest efficiënte manier van saneren en voor de meest kosteneffectieve manier van saneren of isoleren. In dit hoofdstuk wordt de vijfde onderzoeksvraag behandeld die luidt: Hoe luidt het bodembeleid van de provincie Limburg binnen het kader van dit onderzoek? Voor 1980 bekeek men het gebied met een bodemverontreiniging als een postzegel, elk klein plekje werd apart bekeken. De postzegel werd gesaneerd, maar buiten deze postzegel werd geen actie ondernomen. Dat betekent dat men met de kennis van nu er nog veel rest- en/of diffuse verontreinigingen zijn in Nederland en ook in Limburg. 7.2 Multifunctioneel saneren In het begin van de jaren negentig werd er geen onderscheid gemaakt tussen gebieden met of zonder diffuse bodemverontreiniging. Bij saneringen werd het herstel van de multifunctionaliteit als uitgangspunt gehanteerd. Er werd een risicoloze situatie voor alle soorten van bodemgebruik nagestreefd volgens het ALARA-principe (`As Low As Reasonably Achievable', zo laag als redelijker wijze bereikbaar is), waarbij de verontreiniging geheel werd verwijderd. Alleen indien er sprake was van locatie specifieke omstandigheden kon worden volstaan met een IBC (Isoleren, Beheersen en Controleren) variant. Dit zeer kostbare, op het herstel van de multifunctionaliteit gerichte beleid resulteerde in grootschalige stagnatie van bijvoorbeeld woningbouw in, met name, stedelijke gebieden. Het betekende ook een stagnatie van de gewenste maatschappelijke ontwikkelingen. Bovendien werd het herstellen van de multifunctionaliteit binnen een grootschalig diffuus verontreinigd gebied als niet doelmatig beschouwd. Dit was aanleiding om in de tweede helft van de jaren negentig ( ) het beleid van Actief Bodembeheer Limburg (ABL) te ontwikkelen (Dupuits, 2004). De provincie Limburg ging in 1998 over op het beleidskader ABL. Dit beleid vormt het kader voor de gebiedsgerichte aanpak van de grootschalige diffuse bodemverontreiniging, zoals van chloorethenen. 61

74 Met dit beleid worden mogelijkheden gecreëerd voor het op een gebiedsgerichte, pragmatische en milieuhygiënische verantwoorde manier aanpakken van de water- of bodemverontreiniging. Met dit beleid werd binnen grootschalig diffuus verontreinigde gebieden de algemene saneringsdoelstelling herstellen van de multifunctionaliteit vervangen door de gebiedsgerichte saneringsdoelstelling herstellen van de gebiedseigen kwaliteit (Provincie Limburg, 2005). Het beleid van ABL is ontwikkeld in een tijd waarin bij saneringen het herstel van de multifunctionaliteit van de bodem als uitgangspunt werd gehanteerd (Dupuits, 2004). 7.3 Functioneel saneren met systeemgerichte aanpak Eind jaren negentig is in het landelijk kader van de beleidsvernieuwing bodemsanering (BEVER) besloten om multifunctionaliteit niet langer als uitgangspunt te hanteren, maar over te stappen op functiegericht saneren (Dupuits, 2004; Slenders, 2005). Anders dan voorheen, is het niet langer noodzakelijk dat de verontreinigingen volledig worden verwijderd, dan wel dat een schone leeflaag wordt gerealiseerd. Dit alles heeft in de 21 e eeuw geleid tot het systeemgerichte denken, het systeemgerichte grondwater beheer (SGGB) (Dupuits, 2004; Provincie Limburg, 2005). Daarom wordt tegenwoordig door de provincie gekozen voor een systeemgerichte aanpak. In de systeemgerichte aanpak wordt onder andere de relatie gelegd tussen land- en grondwatergebruik en het bodem- en grondwatersysteem (zie figuur 7.1). Figuur 7.1: Schematische weergave van grondwatersystemen en grondwaterstromingsstelsels met een verschillende ruimtelijke schaal (Actief Bodembeheer de Kempen, 2005). Legenda: Lokaal ( local ), intermediair ( intermediate ) en regionaal ( regional ) Maatregelen voor de chlooretheen problematiek in het grondwater zijn bij de systeemgerichte aanpak gericht op de belangrijkste indelingscriteria: de verontreiniging lokaal; regionaal of; daar tussen in zit (zie figuur 7.1). 62