Bioremediatie

Datasheets - NBSOIL - Klimaatbestendigheid, Bodemherstel, Koolstofcyclus en broeikasgassen

Fyto-zuivering Bodemreiniging Decontaminatie Microbiologie Mycoremediatie Algen Schimmels Bacteriën

Het bioremediatieproces

Bioremediatie is een proces waarbij levende organismen, zoals bacteriën, schimmels of planten (fytoremediatie), worden gebruikt om vervuilde bodem, water of lucht te saneren. Deze organismen breken verontreinigende stoffen af, neutraliseren ze of zetten ze om in verbindingen die minder giftig of onschadelijk zijn voor het milieu.

Waarom bodems saneren?

Door de snelle ontwikkeling van de wereldeconomie leiden de overexploitatie en ontginning van natuurlijke hulpbronnen tot een constante uitstoot van zware metalen in het milieu, met name door activiteiten zoals mijnbouw en de verbranding van fossiele brandstoffen. Deze metalen zijn giftig voor het milieu en de gezondheid van ecosystemen, dieren en mensen. Volgens de Europese Commissie zijn naar schatting 2,8 miljoen Europese locaties mogelijk verontreinigd. .

Belangrijkste verontreinigende stoffen

Koolwaterstoffen en metalen (en metalloïden) zijn de twee belangrijkste families van verontreinigende stoffen die de bodem en het grondwater in Frankrijk aantasten.

Koolwaterstoffen

Ze verontreinigen 61% van de bodem en 64% van het grondwater op vervuilde locaties die in de "Basol"-database zijn opgenomen. In totaal zijn verschillende koolwaterstoffamilies (mineralen, gechloreerde koolwaterstoffen, PAK's (polycyclische aromatische koolwaterstoffen)) betrokken bij 65% van alle bodem- en grondwaterverontreiniging.

Metalen en metalloïden

Ze verontreinigen 48% van de bodem en 44% van het grondwater op vervuilde locaties en vertegenwoordigen bijna 25% van de verontreinigende stoffen in bodem en water. Lood, chroom en koper zijn de meest aangetroffen metalen. Lood is aanwezig in 17% van de bodem en 9% van het grondwater. Chroom en koper zijn aanwezig in 14% van de bodem en 7% van het grondwater..

Waar bevinden zich de vervuilde locaties?

• 

  Overschrijding van grenswaarden voor zware metalen in rioolslib (in groen)

• 

  Drempeloverschrijdingen voor cadmium, koper, kwik en zink (in rood)

• 

  Bestrijdingsmiddelenresiduen in aantal aangetroffen stoffen (donkerrood: >10; rood: 6 tot 10; geel: 2 tot 5;: 1; wit: 0)

Interactieve kaarten uit hetzelfde rapport zijn hier beschikbaar.

Traditionele methoden

Bodemsanering kan worden uitgevoerd door middel van:

• Uitgraving: Verontreinigde grond wordt afgegraven (verwijderd) en getransporteerd naar gespecialiseerde verwerkingscentra.
• Insluiting: Verontreinigende stoffen worden in de grond geïsoleerd of geïmmobiliseerd om verspreiding ervan te voorkomen (vaste matrix, ondoordringbare laag). Wordt toegepast wanneer uitgraving niet mogelijk is.
• Thermische behandeling:
  • Verbranding: De grond wordt verhit tot zeer hoge temperaturen om organische verbindingen af ​​te breken.
  • Thermische desorptie: Vluchtige verontreinigende stoffen worden verhit om te verdampen en vervolgens afgevangen.
• Bodem wassen: De grond wordt gewassen met water, oplosmiddelen of chemische oplossingen om de verontreinigende stoffen te extraheren. Fijne deeltjes of oplosbare verontreinigingen worden gescheiden door schudden of centrifugeren. Het afvalwater wordt vervolgens apart behandeld.
• Chemische extractie of stabilisatie: Gebruik van chemische reagentia om verontreinigende stoffen op te lossen of te transformeren en ze uit de bodem te halen of minder mobiel/giftig te maken. De helft van de vervuilde grond wordt afgegraven of opgeslagen op gespecialiseerde locaties (afgraving: 29%; opslag: 19%), maar 25% van deze grond wordt biologisch behandeld.

Bioremediatie

Er bestaan ​​verschillende soorten bioremediatie.

Micro-organismen stimuleren of toevoegen?

Biostimulatie (of intrinsieke bioremediatie)

Het bestaat uit het verhogen van de activiteit van de inheemse microflora van een bepaalde omgeving door het tekort aan een fundamenteel element voor de biologische afbraak van een koolwaterstof te compenseren via de aanvoer van voedingsstoffen en/of elektronenacceptoren (zuurstof, nitraat, sulfaat), zoals:

• Wateroplosbare minerale meststoffen voor land- of tuinbouwgebruik, bestaande uit stikstof en fosfor,
• Vaste media met langzame afgifte: N en P gecombineerd met een vast koolstofelement,
• Vloeibare, oleofiele media, ontwikkeld om de aanvoer van voedingsstoffen zo dicht mogelijk bij de bacteriële activiteit te brengen (aan het grensvlak tussen water en koolwaterstof).

Bioaugmentatie

Het bestaat uit het toevoegen van exogene micro-organismen aan een omgeving die gekenmerkt wordt door de afwezigheid of het gebrek aan overvloed van bacteriën hydrocarbonoclasten. Dit wordt over het algemeen gedaan door een gerehydrateerd lyofilisaat te vernevelen.

Verschillende bioremediatietechnieken

Biopiles of biopiles

Principe van een biopile, BRGM, 2023

Dit is een ex-situ behandelingstechniek die de activiteit stimuleert van aerobe of facultatief aerobe micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor de biologische afbraak van verontreinigingen in de bodem. In wezen worden verontreinigde bodems afgegraven en in palen (biopiles) gestapeld, doorgaans 0,91 tot 3,05 m hoog, met een relatief beperkte breedte en lengte. De biopile moet zo worden ontworpen en bediend dat optimale temperatuur, vochtigheid, beluchting en nutriëntencondities worden geboden om de biologische afbraak van de beoogde verontreinigingen te bevorderen. Biologische afbraak wordt over het algemeen uitgevoerd door inheemse micro-organismen, maar soms kan de toevoeging van specifieke micro-organismen nodig zijn. Het toevoegen van structuurgevende middelen zoals houtsnippers en -additieven kan nodig zijn om de luchtcirculatie in de biobrandstofcel te verbeteren en biologische afbraakprocessen te bevorderen. .

Bioreactoren

Hoe een bioreactor werkt, BRGM, 2023

De techniek bestaat uit het mengen van vervuilde grond met water en diverse additieven om de gronddeeltjes in het water te laten zweven en een slibmengsel te vormen. Het resulterende slib wordt biologisch behandeld in bioreactoren en vervolgens ontwaterd.. Het doel is om het contactoppervlak tussen verontreinigende stoffen en de micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor hun biologische afbraak in een gecontroleerde omgeving te vergroten..

Natuurlijke afbraak

Natuurlijke afbraak wordt strikt genomen niet beschouwd als een saneringstechniek, maar eerder als een "maatregel voor vervuilingsbeheer". Het vindt plaats zonder directe menselijke tussenkomst (behalve monitoring) en is gericht op het "verminderen van de massa, toxiciteit, mobiliteit, volume of concentratie van verontreinigende stoffen". Monitoringapparatuur, voornamelijk piëzometers, maakt het mogelijk een aantal parameters te monitoren: concentraties van verontreinigende stoffen, concentraties van opgeloste gassen, concentraties van elektronenacceptoren, concentraties van TOC's, bacterietellingen, fysisch-chemische parameters en het reboundeffect. .

Principe van bioventing, BRGM, 2023

Bioventilatie

Bioventing stimuleert inheemse micro-organismen door een gas (meestal lucht) toe te voegen om organische verontreinigingen (meestal petroleumkoolwaterstoffen) in onverzadigde grond af te breken. Lucht wordt meestal in de vadose zone (onverzadigde zone) geïnjecteerd, maar op sommige locaties kan lucht uit de vadose zone worden gehaald. De meest voorkomende toepassing van bioventing is het inbrengen van lucht om de zuurstofconcentratie boven de 5% te verhogen en zo de biologische afbraak van verontreiniging met petroleumkoolwaterstoffen te stimuleren..

Principe van biosparging, BRGM, 2023

Biosparging

Biosparging omvat het stimuleren van de biologische afbraak door het verhogen van het gehalte aan opgeloste zuurstof via injectieputten in de bodem of het water. De geïnjecteerde lucht maakt voornamelijk de groei van de aerobe microbiële populatie mogelijk, maar vergemakkelijkt ook het contact tussen de lucht, het water en de aquifer, wat de desorptie van verontreinigende stoffen bevordert. Biosparging wordt vaak verward met sparging; Het wordt biosparging genoemd wanneer de biologische afbraak groter is dan de vervluchtiging..

Principe van landfarming, BRGM, 2023

Landfarming

Het principe bestaat uit het verspreiden van vervuilde grond over een dunne laag (30 cm) en grote oppervlakken, waardoor interactie mogelijk is tussen de "verontreinigde matrix" en de atmosfeer. Het doel is om beluchting en daarmee "aerobe afbraak" te bevorderen. Het "ploegen" van de grond zorgt voor regelmatige beluchting. Biologische afbraak kan worden bevorderd door het toevoegen van voedingssupplementen. Verontreinigde grond moet worden verspreid op "ondoorlatende ondergronden" (asfalt, geomembraan, minder vaak beton) om verontreiniging van de bodem en het grondwater te voorkomen.

Composteerprincipes, BRGM, 2023

Composteren

Composteren bestaat uit het mengen van uitgegraven grond met organische meststoffen (compost) en het rangschikken ervan in trapeziumvormige hopen (ook wel zwaden genoemd) met regelmatige tussenruimte om biologische afbraak te bevorderen. Het organische materiaal kan van dierlijke of plantaardige oorsprong zijn. Compost werkt via biostimulatie (toevoer van voedingsstoffen, koolstof, stikstof, enz.), bioaugmentatie (toevoer van bacteriën) en beluchting (toevoer van structuurmiddelen en rigide elementen die de porositeit verhogen). .

Samenvatting

Bron: SelecDEPOL

In-situtechnieken	Gerichte verontreinigende stoffen
Bioventilatie	Zware TPH (tetrahydropyraan) Lichte TPH SCOV (halfvluchtige organische stoffen) VOS (vluchtige organische stoffen) VOS (vluchtige organische stoffen)
Biosparging	Zware TPH Lichte TPH SCOV SCOHV (halfvluchtige organische stoffen) VOS VOS
Ex-situtechnieken	Gerichte verontreinigende stoffen
Biopiles of biopiles	Zware TPH Lichte TPH SCOV SCOHV Explosieven en pyrotechnische stoffen VOS PAK's (Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen) Pesticiden/Herbiciden PCB (Polychloorbifenylen) COHV
Bioreactoren	Zware TPH Lichte TPH SCOV SCOHV Explosieven en pyrotechnische stoffen VOS PAK's Metalen/Metalloïden Pesticiden/Herbiciden PCB's COHV's
Compostering	Zware TPH Lichte TPH SCOV SCOHV Explosieven en pyrotechnische stoffen VOS PAK's Pesticiden/Herbiciden PCB's COHV's
Landfarming	Zware TPH Lichte TPH SCOV Explosieven en pyrotechnische stoffen VOS PAK's Pesticiden/Herbiciden

Praktische toepassing

• Strandopruiming na de olieramp met de Exxon Valdez: In Alaska verontreinigde een olieramp de kustlijn met ongeveer 41 miljoen liter ruwe olie. Wetenschappers voegden voedingsstoffen toe, stikstof en fosfor (biostimulatie), om bacteriën te stimuleren die van nature in het milieu aanwezig zijn en koolwaterstoffen kunnen afbreken. De biologische afbraak van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) is aanzienlijk geweest, met een daling van 13% tot 70% per jaar. .
• Mycoremediatie van pesticiden in landbouwbodems: Projecten in België en elders hebben aangetoond dat het mycelium van schimmels zoals oesterzwammen polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) en pesticiden kan afbreken met behulp van enzymen zoals laccases en peroxidasen. Deze processen zetten giftige moleculen om in onschadelijke verbindingen, waardoor de vervuiling in pilottests tot wel 90% afneemt.

Voordelen en risico's

Voordelen

• Ecologische oplossing:
  • Maakt gebruik van micro-organismen (bacteriën, schimmels), planten of hun enzymen om verontreinigende stoffen om te zetten of af te breken tot niet-giftige verbindingen, waardoor het gebruik van agressieve chemicaliën wordt vermeden.
  • Minimaliseert de impact op het omliggende ecosysteem in vergelijking met traditionele methoden zoals verbranding of storten.
• Relatief lage kosten:
  • Bioremediatietechnieken zijn vaak goedkoper dan mechanische of chemische methoden, vooral bij grote oppervlakken of complexe organische vervuiling (koolwaterstoffen, oplosmiddelen).
• Verbetert de bodemgezondheid:
  • Bepaalde benaderingen, zoals het toevoegen van organisch materiaal om micro-organismen te stimuleren, kunnen de bodemkwaliteit en het vermogen om water en voedingsstoffen vast te houden verbeteren. * Flexibiliteit en specificiteit:
  • Aanpasbaar aan verschillende soorten verontreinigende stoffen: koolwaterstoffen, zware metalen, pesticiden, oplosmiddelen, enz. Bovendien maken technieken zoals fytoremediatie of mycoremediatie de behandeling van specifieke omgevingen mogelijk.
• Hogere maatschappelijke acceptatie dan thermische en chemische oplossingen.

Beperkingen en risico's

• Lange tijd:
  • Biologische processen kunnen traag zijn en enkele maanden of zelfs jaren nodig hebben om significante resultaten te behalen, wat problematisch kan zijn in noodgevallen.
• Beperking tot biologisch afbreekbare verontreinigende stoffen:
  • Sommige verontreinigende stoffen, zoals zware metalen of zeer stabiele chemicaliën (persistente pesticiden, PCB's), kunnen niet worden afgebroken, maar slechts worden geïmmobiliseerd of gedeeltelijk worden omgezet. * Afhankelijkheid van omgevingsomstandigheden:
  • De effectiviteit van bioremediatie is sterk afhankelijk van de lokale omstandigheden: temperatuur, pH, beschikbaarheid van nutriënten en zuurstofgehalte. Als de omstandigheden niet optimaal zijn, kan het proces ineffectief zijn.
• Risico op bioaccumulatie:
  • Bij fytoremediatie kunnen planten zware metalen ophopen, waardoor beheer van verontreinigde planten (verbranding of veilige opslag) noodzakelijk is.
• Risico op verspreiding van micro-organismen:
  • Bioaugmentatietechnieken, waarbij specifieke micro-organismen worden geïntroduceerd, kunnen leiden tot ecologische onevenwichtigheden of onvoorziene effecten op de lokale biodiversiteit.
• Resistentie tegen verontreinigende stoffen:
  • Sommige complexe of gemengde verontreinigende stoffen (bijv. zware koolwaterstoffen in combinatie met metalen) vereisen mogelijk gecombineerde benaderingen, wat de complexiteit en kosten verhoogt. Sjabloon:Appendices to the Practice