HIP-pilot specifieke monitoringstechnieken

HIP-pilot specifieke monitoringstechnieken

Beschrijving

Op het Willem Royaardsplein in Den Haag wordt een sanering uitgevoerd, waarbij aanvullende werkzaamheden worden uitgevoerd het kader van Holland in situ Proeftuin (HIP). Tijdens deze HIP-pilot is aangetoond hoe met behulp van een combinatie van standaard en innovatieve monitoringstechnieken de sanering geoptimaliseerd kan worden.

Onderzoeksdoel

Het doel van dit HIP project is het bepalen van het afbraakpotentieel met behulp van specifieke meetmethodes en het aantonen van de mogelijkheden en effectiviteit van stimulering van de afbraak met specifieke meetmethoden.

Studiegebied

Als gevolg van bedrijfsactiviteiten ter plaatse van een chemische wasserij is het grondwater verontreinigd met vluchtige gechloreerde koolwaterstoffen (VOCl’s), voornamelijk CIS en VC. Het verontreinigde grondwater heeft een pluim van meer dan 300m gevormd en heeft het waterwingebied van het Duinwaterbedrijf Zuid-Holland bereikt. De sanering is gebaseerd op stimulering van reductieve dechloreringsprocessen door de toevoeging van elektronendonor en doorspoeling van de pluim.

De bodem bestaat ot circa NAP -21 m uit oude strandafzettingen, veelal bestaande uit matig fijne tot matig grove zanden. Tussen NAP –5 en –11 m kunnen de zanden slibhoudend zijn en kunnen kleilagen voorkomen. Tussen NAP –16 en –17 komt mogelijk basisveen voor, de dikte hiervan is meestal niet meer dan 30 cm.

Methoden

De voortgang van de sanering wordt gevolgd door het meten van het grondwaterpeil via telemetrie. De potentie voor microbiële afbraak wordt gevolgd door reguliere bemonstering en analyse op de uitgangsstoffen en intermediairen, macrochemie. De specifieke analyses die zijn uitgevoerd zijn waterstofconcentraties (gemeten in het veld), verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses en moleculaire analyses. Monitoringsfilters in de bron en in de pluim worden hiervoor bemonsterd

Resultaten

Waterstof

De waterstofanalyses worden in het veld ter plekke uitgevoerd en laten zien op welk gedeelte van de locatie de condities op dat moment gunstig zijn voor dechlorering. Waterstof is de verbinding die direct gebruikt wordt voor de dechloreringsreacties, zodat deze analyse aangeeft of de dechlorering kan verlopen en daardoor veel specifieker is dan een DOC of vetzuuranalyses. Deze laatste 2 analyses geven niet aan of de verbindingen (DOC of vetzuren) ook daadwerkelijk geschikt zijn als elektronendonor. Deze verbindingen moeten eerst verder omgezet worden om elektronen te doneren voor de dechloreringsreacties. Nagaan of de condities gunstig zijn voor dechlorering is vooral van belang om te bepalen of Natuurlijke Afbraak (NA) op een locatie optreedt.  Voor deze locatie speelde het aantonen van NA niet, omdat er bij de veldkarakterisatie al voor een gestimuleerde afbraak is gekozen. Wel is met de waterstofanalyses aangetoond dat het van nature aanwezig DOC in de pluim niet voldoende is om de dechloreringsreacties op gang te houden, ondanks de DOC waarde van 20 mg/l. Na het opstarten van de infiltratie daalde de waterstofconcentraties in de pluim onder 1 nM, met als gevolg een stagnerende dechlorering (langzaam dalende concentraties CKWs). De tijdelijk hogere waterstofconcentratie van meer dan 1 nM is waarschijnlijk het gevolg geweest van de aanleg van het infiltratiesysteem en de bijbehorende veranderde chemische evenwichten in de bodem. Op deze locatie is te zien dat een hoge waterstofconcentratie in de peilbuizen correleert met een hoge dechloreringsgraad. Op de plaatsen waar de waterstof concentratie laag is, is dit gekoppeld aan een minder sterke afname van de concentraties aan CKWs en een lage dechloreringsgraad. Optimalisatie van de dechloreringsreacties op de locatie zal zich nu moeten richten op het toevoegen van elektronendonor in het pluimgebied om op deze manier de dechlorering in de pluim te stimuleren.

 

Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses

Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses tonen aan of er afbraak van de verontreinigingen heeft plaatsgevonden. Voor Natuurlijke Afbraak scenario’s is dit ook een bevestiging dat er afbraakpotentieel op de locatie aanwezig is. Voor gestimuleerde afbraak is het de bevestiging dat daadwerkelijk afbraak optreedt en de concentratiedaling niet het gevolg is van diffusie en verspreiding e.d., waardoor de concentraties wel dalen, maar geen werkelijke verwijdering/omzetting optreedt. Dit is vooral van belang in het pluimgebied waar de concentraties over het algemeen lager zijn dan in de bron en diffusie processen een grotere invloed hebben op de concentratie van de verontreinigingen dan in de bron. Op de locatie Royaardsplein laten de isotopen analyses in de bron zien dat fractionering van CIS optreedt. Hierdoor kan worden geconcludeerd dat de afname in concentraties CIS daadwerkelijk het gevolg zijn van afbraak en niet vanwege diffusie etc. Dit geeft aan dat omzetting op de locatie heeft plaats gevonden. Dit correleert met de stijgende dechloreirngsgraad in de bron.Ook in de pluim treedt afname van de CIS concentratie op, maar geven de isotopen analyses ook aan dat er nog “vers” CIS instroomt en de afnemende concentratie niet het gevolg is van afbraak. Dit is niet uit een van de andere uitgevoerde analyse op te maken.Ook de fluctuerende VC concentraties zijn niet veroorzaakt door biologische omzetting.

 

Moleculaire analyses

Op deze locatie is gedurende het eerste half jaar vanuit Unit 1 een mengsel van elektronendonor en de in de unit gegroeide  Dehalococcoides spp. zodat hier tevens is aan te tonen of en hoe de bacteriën zich over de locatie verspreiden.De moleculaire analyses laten inderdaad zien dat een toename van het aantal dechlorerende bacteriën te zien is op de plaatsen waar fractionering van CIS en een verhoogde waterstof concentratie aanwezig is. Daarnaast geven deze analyses aan dat door het starten van de infiltratie het aantal bacteriën in de pluimzone is afgenomen.

Om in de pluim de dechlorering te stimuleren is toevoeging van elektronendonor nodig, want de waterstofmetingen geven aan dat er te weinig waterstof is. Mocht de toevoeging van elektronendonor geen stimulatie van de dechlorering geven, dan kunnen moleculaire analyses vervolgens aangeven of de toevoeging van bacteriën nodig is.

Conclusies en aanbevelingen

Tijdens deze pilot zijn de volgende kennisvragen beantwoord:

Hoe kunnen specifieke meetmethoden (waterstofmetingen, stabiele isotopen, moleculaire analyses) ondersteunen bij de juiste processturing ten behoeve van een zo effectief mogelijke afbraak van CKWs?

·         Waterstofanalyses gaven aan dat er in de pluim te weinig elektronendonor was omdat er nature onvoldoende aanwezig was (ondanks hoge DOC) en het toegevoegde infiltraat de pluim onvoldoende bereikt. Hierdoor treedt er geen dechlorering op in de pluim. Processturing: infiltratie elektronendonor pluim nodig.

·         Door meerdere grondwateronttrekkingen in de omgeving van de pilot was het lastig om afbraak aan te tonen op basis van alleen concentratiemetingen. Isotopenanalyses in de bron en pluim geven aan dat de concentratie afname het gevolg zijn van afbraak en niet van verdunning t.g.v. variërende grondwaterstromingen of verdringing als gevolg van de infiltratie. Processturing: Afbraak in bron treedt op, geen aanpassing infiltratie systeem in de bron nodig.

·         De moleculaire analyses geven aan dat er in de pluim wel bacteriën aanwezig zijn geweest en in combinatie met de waterstofanalyses is te concluderen dat het aanleggen van de juiste condities (bv infiltratie elektronendonor) voor verdere dechlorering zal zorgen. Als er gedurende de pilot nooit bacteriën waren aangetroffen in de pluim was beënting van de pluim nodig geweest. Dit blijkt niet het geval te zijn.Processturing: Beënting niet nodig.

Welk pakket van monitoringmethoden is optimaal voor ondersteuning van relatief goedkope, extensieve, duurzame in situ saneringsmethoden?

·         Voor het evalueren van de voortgang van een in situ sanering zijn gegevens over de verontreiniging, de afbraakproducten en de redoxchemie nodig. Bij het hier beschreven project blijken de daarnaast uitgevoerde specifieke analyses aanvullende gegevens op te leveren, die alle drie tot dezelfde conclusie leiden en op deze manier de te trekken conclusies versterken. De specifieke meetmethode of pakket van monitoringsmethoden worden vooral ingezet in bijzondere situaties. Bijzondere situaties zijn stagnerende saneringen, onduidelijke grondwaterstromingen, optreden toxische effecten voor bacteriën etc. Welke specifieke meetmethode of pakket van monitoringsmethoden het beste worden ingezet, is afhankelijk van de vraag die op een locatie speelt.

Conclusies over afbraak op de locatie:

Processen in de bronzone

De waterstofmetingen in de bronzone geven aan dat de condities gunstig zijn en daar treedt ook dechlorering op. De isotopen analyses tonen aan dat er omzetting van CIS naar VC heeft plaatsgevonden in de bronzone, omdat fractionering van CIS optreedt. Hierdoor kan worden geconcludeerd dat de afname in de CIS concentraties daadwerkelijk het gevolg zijn van afbraak en niet vanwege diffusie etc. Dit geeft aan dat deze omzetting op de locatie heeft plaats gevonden, maar nog niet of die ook daadwerkelijk tijdens de stimulering met elektronendonor heeft plaatsgevonden of al eerder. Aantonen dat er op dit moment afbraak plaatsvindt, kan door het meten van CKW afbrekende bacteriën. Deze zullen in toenemende mate aanwezig zijn als ze ook daadwerkelijk actief zijn en CKWs afbreken. Met behulp van moleculaire analyses is aangetoond dat een toename van het aantal dechlorerende bacteriën te zien is op de plaatsen waar fractionering van CIS en een verhoogde waterstof concentratie aanwezig is. Samenvattend kan worden gezegd dat de waterstofmetingen aantonen dat de condities gunstig zijn voor dechloreringsreacties, de isotopen analyses laten daadwerkelijk zien dat er (ooit) afbraak van CIS heeft plaatsgevonden op de locatie en de moleculaire analyses tonen aan dat er nu actief CKW afbrekende bacteriën op de locatie aanwezig zijn. 

 

Processen in de pluim

In de pluim zijn de waterstofcondities langzaam aan het veranderen, maar nog niet zo gunstig als in de bron zone. Dit gaat gepaard met niet tot langzaam dalende concentraties CKWs en lage waterstofconcentraties, die ongnstig zijn voor dechloreringsreacties. Daarnaast is er geen isotopenfractionering gemeten en zijn slechts lage aantallen Dehalococcoides spp. aanwezig.

Toegevoegde rapporten:
rapporthippilotinnmonitoring

Gerelateerde technieken en cases
Gerelateerde cases: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
2017-10-21T18:46:10+00:00