Achtergrond

Bodem als bioreactor

Dina Diek | woensdag 3 maart 2021

Hoe zet je bacteriën in om sterk verontreinigde grond te saneren? Op het voormalige Chemie-Pack-terrein combineert Heijmans hiervoor uiteenlopende technieken.

Door een grote brand en bijkomend verontreinigd bluswater trokken in 2011 meer dan honderd verschillende gifstoffen diep in de bodem van het Chemie-­Pack-terrein in Moerdijk. De exacte samenstelling van die chemicaliëncocktail was toen vrijwel volledig onbekend. Dat, samen met de immense omvang van de verontreiniging – een gebied met een oppervlakte van zo’n 7 ha – maakte dat de reiniging van het terrein in opdracht van de Provincie Noord-Brabant een speciale aanpak vereist.

Heijmans, het bedrijf verantwoordelijk gesteld voor de sanering, begon er in 2015 mee. Het besloot diverse technieken te combineren, waaronder bacteriologische zuivering, waarbij van nature voorkomende bacteriën de vervuiling als het ware opeten. Geheel volgens plan verwacht Heijmans in 2025 klaar te zijn met het saneringsproces. Op een eerder tijdstip, wanneer de monitoringfase start, is het terrein echter alweer klaar voor beoogd gebruik.

Ideale omstandigheden

Om de ondergrond – van 0,7 tot 3 m diep – te saneren, plaatste Heijmans een kilometerslang netwerk aan leidingen met honderden drainagepunten, injectielansen en filters in de bodem van het verontreinigde gebied. Daarmee kan het bedrijf op elke gewenste plek een zo optimaal mogelijke leefomgeving creëren voor aanwezige bacteriën. Ook kan het bodemluchtextractie en geohydrologische beheersing toepassen.

‘Je maakt gebruik van de kracht van de natuur’

‘Hoewel we niet precies weten welke bacteriën aanwezig zijn, kunnen zij onder de juiste omstandigheden, met toevoer van voldoende zuurstof en nutriënten, verschillende chemische verbindingen afbreken’, legt saneringsspecialist Harald Opdam van Heijmans uit. De bacteriën voeren de afbraak uit met enzymen, die de gifstoffen via redoxreacties omzetten in kleinere onschadelijke stoffen als waterstof. ‘Over het algemeen bevinden bacteriën die de benodigde enzymen kunnen produceren zich van nature al in de bodem, maar je kunt ook doelbewust bacteriën kweken en injecteren’, vertelt microbioloog Adri Nipshagen van het Groningse Bioclear Earth, dat in 2019 voor Heijmans gespecialiseerde afbraakanalyses voor nonylfenol en ethoxylaten uitvoerde.

‘En hoewel in sommige gevallen een enkele bacteriesoort in staat is een specifieke stof af te breken, vergt het vaak een groep van verschillende bacteriën, ook wel consortium genoemd, met een diversiteit aan enzymen om de verontreiniging volledig af te breken.’ Dit is ook het geval bij Chemie-Pack, waar de bodem van nature de juiste bacteriën bevat die in staat zijn de organische koolstofverbindingen af te breken.

De toevoer van specifieke hulpmiddelen kan het natuurlijke afbraakproces vervolgens stimuleren en versnellen. ‘Bij aerobe afbraak, zoals Heijmans vooral toepast bij Chemie-Pack, is het bijvoorbeeld belangrijk dat je extra stikstof en fosfaat toevoegt, en bij anaerobe afbraak, die je inzet bij chloorkoolwaterstofverontreiniging, voeg je daarnaast ook een koolstofbron toe’, legt Nipshagen uit. ‘Verder voelt de ene bacterie zich beter bij een lagere pH-graad, en gedijt de ander bij een hogere temperatuur.’ ‘De bodem fungeert dus als een soort bioreactor’, voegt Opdam toe.

Flexibele aanpak

In Moerdijk kan Heijmans de benodigde omstandigheden over het gehele terrein gericht sturen vanuit een centraal opgestelde besturingsunit. ‘Iedere twee meter bevindt zich in de bodem een infiltratiepunt waar wij de concentraties van vrijkomende hulpstoffen, zoals het aantal milligram per liter aan zuurstof, stikstof en fosfaat, individueel kunnen beïnvloeden’, duidt Opdam. Het is daarbij belangrijk dat Heijmans de vorderingen van de sanering nauwkeurig in de gaten houdt en erop inspeelt. ‘Met veldmetingen en peilbuizen brengen wij de afbraakomstandigheden van het terrein periodiek in kaart’, legt Opdam uit. ‘Als blijkt dat de aanwezige hoeveelheid aanwezige lucht of bacteriën niet optimaal is, sturen we het proces direct bij.’

‘Bij aerobe afbraak is het belangrijk dat je extra stikstof en fosfaat toevoegt’

Zo bleken tijdens de sanering in Moerdijk bepaalde bodemzones van het Chemie-­Pack-terrein door een te lage doorlaatbaarheid te weinig zuurstof te ontvangen, waardoor zij achterbleven in het proces. Om toch op schema te blijven, ontwikkelde Heijmans zogenoemde Mini Sparging Points (MSP). Dat zijn verticale beluchtingsfilters van slechts enkele centimeters groot waarmee je nog nauwkeuriger lucht kunt toevoeren. Door die op diepte nauwkeurig te plaatsen in de probleemzones kon Heijmans alsnog het gehele terrein voorzien van voldoende zuurstof om zo alle gifstoffen te verwijderen.

Duurzame reiniging

Om de bodemsanering zo optimaal en duurzaam mogelijk uit te voeren, combineerde het bedrijf de biologische afbraak met aanvullende saneringstechnieken. Sterk verontreinigde zones van het Chemie-Pack terrein reinigt het eerst met chemische oxidatie, een snellere en reactievere manier van bodemsanering. Verder pompt Heijmans met een zogenoemde pump-and-treat-techniek vervuild grondwater omhoog voor spoeling en reiniging in bovengrondse bioreactoren, en brengt het daarna met toevoeging van extra voedingsstoffen terug in de bodem.

‘Voorafgaand aan het saneringsproces nemen we bodem- en grondwatersamples, waarmee we in ons lab de verontreinigingsgraad en -samenstelling en de effectiviteit van mogelijke saneringstechnieken kunnen testen’, vertelt Opdam. ‘Vervolgens bepalen we wat de beste aanpak is voor mens en natuur.’ Bij Chemie-Pack was de toepassing van bacteriologische zuivering mogelijk, waardoor minder kostbare en schadelijke chemische saneringstechnieken nodig waren.

‘Extra onderzoek was nodig om onze doelen te behalen.’

‘De aanwezige pH- en electric conducti­vity-waarden en concentraties aan verontreiniging in de bodem lieten dit toe’, legt Opdam uit. ‘Wijken die aanzienlijk af, zoals bij een extreem hoge verontreinigingsgraad, dan ontstaat een niet-ideale of zelfs toxische omgeving voor de benodigde bacteriën. Om die reden, en omwille van tijd, kunnen we dan alsnog voor reactievere technieken kiezen.’

Nipshagen stemt in: ‘De biologische wijze van in-situbodemsanering vormt waar mogelijk een goed alternatief voor invasievere methodes als chemische oxidatie.’ Vooral bij toepassing op een groot bodemvolume meent hij dat het kosteneffectiever en minder schadelijk is. ‘Je maakt gebruik van de kracht van de natuur. Op de lange termijn ben je daarmee altijd duurzamer uit.’

Dominante stoffen

Inmiddels heeft Heijmans het grootste deel van de gifstoffen in de bodem van het Chemie-Pack-terrein weten te verwijderen. In Nederland is het de eerste keer dat deze techniek op grote schaal succesvol toepassing vindt. ‘Geheel gemakkelijk was dat echter niet’, zegt Opdam. ‘Extra onderzoek was nodig om onze doelen te behalen.’

Als voorbeeld noemt Opdam de nu nog aanwezige restverontreiniging bestaande uit ethoxylaten en nonylfenolen. ‘Vanuit bestaand wetenschappelijk onderzoek wisten we dat wij die dominante stoffen theoretisch gezien bacteriologisch konden afbreken’, legt hij uit. ‘In de praktijk was dit echter nog niet toegepast, dus hebben we eerst in overleg met wetenschappers van Deltares en Bioclear Earth de juiste aanpak moeten opstellen. Vooral de zuurstoftoevoer bleek daarbij bepalend.’

Volgens Nipshagen heeft bacteriologische afbraak de potentie om uitkomst te bieden bij meerdere milieuproblemen. ‘Neem de afbraak van milieuvreemde stoffen, zoals medicijnresten, gewasbeschermingsmiddelen en microplastics’, licht hij toe. ‘Daarvoor kunnen we vast een specifieke bacterie of consortium vinden of kweken.’

Zelfs voor de persistente stoffengroep poly- en perfluoralkylstoffen (PFAS) lijken de deuren tot biologische afbraak inmiddels geopend. Een specifieke bacteriesoort, de Acidimicrobium A6, blijkt de stoffen onder specifieke omstandigheden af te kunnen breken. ‘Ik twijfel er niet aan dat we de natuur kunnen inzetten om dit soort stoffen uit het bodem- en watersysteem te verwijderen’, sluit Nipshagen af. ‘Hoewel voor grootschalige toepassing nog heel wat onderzoek nodig is, zie ik de toekomst positief in; de natuur heeft immers al ruim drie miljard jaar ervaring op dit gebied.’

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van Mens & Molecule.

Meld je nu aan!