Principe
Techniek 1: Aanbrengen van een electrisch veld om zware metalen te verwijderen
Schema Electroreclamatie
De term elektroreclamatie omvat een aantal begrippen die als volgt kunnen worden samengevat:
- Elektromigratie enerzijds komt tot stand door een potentiaalverschil tussen anodes en kathodes waardoor een negatief geladen deeltje migreert richting anode en een positief deeltje richting kathode. Elektroheating anderzijds is het z.g. Coulomb-effect dat een gelijk- of wisselstroom in een geleider teweeg brengt: een opwarming waarbij het gegenereerde warmtevermogen gelijk is aan de elektrische weerstand maal het kwadraat van de gerealiseerde stroomsterkte. Door de verhoogde temperatuur, ook en vooral in minder waterdoorlaatbare zones, worden VOCls gemobiliseerd, die dan vervolgens door een extractiesysteem kunnen worden afgevangen.
- Elektroforese is het transport van geladen gesuspendeerde deeltjes of colloïden onder invloed van een elektrisch veld; eventueel aan de deeltjes gebonden polluenten kunnen op deze wijze doorheen de bodem bewegen (richting een elektrode).
- Elektro-osmose tenslotte wordt gedefinieerd als de beweging van bodemvocht of grondwater van de anode naar de kathode in een elektrolytische cel. In het bodemvocht opgeloste (niet-geladen) polluenten zoals VOCl’s kunnen door advectie met het water worden meegevoerd en opgepompt door een extractiesysteem nabij de kathode.
- Elektrobioremediatie is een term die een saneringswerkwijze omschrijft waarbij, uitgaande van de boven beschreven processen, micro-organismen worden gestimuleerd door nutriënten zoals nitraat via elektromigratie naar de verontreinigde bodemzones toe te laten migreren. Het opwarmend effect ten gevolge van de elektrische stroom, zal polluentafbrekende bacteriën bijkomend stimuleren.
Een belangrijk bijkomend aspect van het aanbrengen van een elektrisch veld in de bodem is het geïnduceerde effect van de elektrolyse van water:
Aan de anode: 2 H2O ® 4 H+ + O2(g) + 4 e-
Aan de kathode: 2 H2O + 2 e- ® 2 OH- + H2(g)
Er ontstaat derhalve een zuur/base front in de bodem en er wordt zuurstofgas en waterstofgas geproduceerd aan de elektrodes.
Electroreclamatie voor organische verbindingen is een techniek waarbij met behulp van een wisselspanningsveld de bodem wordt opgewarmd tot 70 a 90 °C, waardoor de oplosbaarheid van de verontreinigingen wordt vergroot. Door de temperatuurverhoging zal ook een deel van de verontreinigingen vervluchtigen. De verontreinigingen worden dan via de waterfase en de luchtfase met onttrekkingssystemen afgevoerd en behandeld in bovengrondse zuiveringsinstallaties.
Indien electroreclamatie wordt toegepast in de verzadigde zone, dan zal ook de bovenliggende bodem verwarmd worden. Op deze wijze kan ook de onverzadigde zone door convectie en straling verwarmd worden door verwarming van de verzadigde zone.
Toepassingsgebied en toepassingvoorwaarden
De techniek kan in principe toegepast worden op alle soorten grond inclusief zware klei- en veengronden. Een grote buffercapaciteit en een groot vastleggend vermogen (aan kleideeltjes of organische stof) heeft een langere saneringsduur en hogere energiekosten tot gevolg. De bodem mag geen metalen voorwerpen of isolerende (hout, plastiek, etc.) voorwerpen bevatten. Tot nu toe is de maximale behandelingsdiepte voor in situ toepassing van elektroreclamatie 3 m-mv. geweest. Het vochtgehalte is een belangrijke parameter voor een optimale procesvoering en zal aan minimale waarde van ongeveer 20% moeten voldoen om een zekere mobiliteit van de verontreiniging te behouden.
Kosten
De kosten per ton grond zijn sterk afhankelijk van de tijdsduur die nodig is voor sanering. Voor een snelle sanering is een zeer grote stroominput noodzakelijk, wat de (energie) kosten per ton sterk doet stijgen. Tevens is de snelheid van de sanering afhankelijk van de mobiliteit van de verontreiniging in de matrix, en de elektrische weerstand van de bodem. Zwaar verontreinigde bodems met een hoge kationuitwisselingscapaciteit en een hoge bufferende werking vereisen een relatief grote hoeveelheid energie/m³ om de verontreiniging tot de gewenste waarde te saneren.
De gemiddelde kost ligt rond de 90 euro per ton.
De kosten zijn globaal als volgt verdeeld:
- Aan-en afvoer: 5 à 10 %
- Installatie: 8 à 20 %
- Elektroreclamatie: 50 à 80 %
- Bijkomende kosten: 8 à 10 %
Milieubelasting en te nemen maatregelen
Door de stijging van de temperatuur van de bodem zouden eventueel vluchtige verbindingen kunnen verdampen. Bij een cocktail van verontreinigingen zal met dit effect rekening gehouden moeten worden. Bij een te hoog spanningsverschil kan Cl2-vorming plaatsvinden aan de anode. Deze emissie kan worden tegengegaan door nauwkeurige regeling van de pH en de redoxpotentiaal bij de anode.
In een zuiveringsinstallatie wordt het verontreinigde water in twee afvalstromen gescheiden: een gereinigde elektrodevloeistof en een filterkoek. De gereinigde vloeistof kan worden hergebruikt in het proces en de filterkoek zal moeten worden verwerkt. De hoeveelheid filterkoek in verhouding tot de hoeveelheid bodemmateriaal bedraagt ca. 0,5-1 gew.%.
Vanwege de verhoogde voltage moet het terrein worden afgezet met hekken.
Bron
Goovaerts L., et al., BBT-studie voor bodemsaneringsprojecten en grondreinigingscentra, VITO, juni 2007