Teerolie, Creosoot en ROST

Samenstelling

Teerolie
Teerolie is de verzamelterm van een zwarte stroperige vloeistof die ontstaat bij de productie van gas uit kolen, of die wordt bereid uit houtsnippers. De samenstelling van teerolie ligt niet vast, maar teerolie bevat over het algemeen een hoog gehalte aan alkanen, polycyclisch aromatische koolwaterstoffen, fenolen, creosoten en vluchtige aromatische koolwaterstoffen.
Het aantal verschillende chemische verbindingen varieert van 500 tot meer dan 1500.
Uitgezonderd de vluchtige aromatische koolwaterstoffen en de laagkokende alkanen betreft het voornamelijk vaste stoffen, opgelost in de vloeibare fractie. Naftaleen en alle hoger PAK zijn vaste stoffen. De oplosbaarheid in water varieert van component tot component, in zijn algemeenheid zijn de vluchtige aromaten en fenolen goed oplosbaar, de lichte PAK matig oplosbaar en de alkanen slecht oplosbaar. De hoogmoleculaire stoffen zijn over het algemeen slecht oplosbaar.

Creosoot
Creosoot wordt verkregen door de destillatie van teerolie. Het restproduct is teer. De samenstelling van creosoot olie varieert al naar gelang de wijze waarop teerolie die wordt gedestilleerd, de oorsprong van de teerolie en de toepassing van het product. Soms wordt olie toegevoegd. Creosoot is beter verwerkbaar dan teerolie. Carbolineum is een olie-water emulsie van creosoot, met daarin opgeloste fenolen, PAK en VOK.

Chemisch analytisch.
Binnen standaard bodemonderzoek worden slechts een beperkt aantal van de componenten van teerolie of creosoot gemeten: 10 van de zeker 500 PAK, benzeen, tolueen ethylbenzeen en xylenen en soms enkele fenolen. De samengestelde parameter "minerale olie" is niet gekalibreerd op teerolie of creosoot, het chromatogram geeft kwalitatief inzicht in de samenstelling. De standaard chemische analyseresultaten geven inzicht in de aanwezigheid van een aantal giftige stoffen maar verschaffen geen inzicht in het totaal.

Stofgedrag
Ondanks de variabele samenstelling is het gedrag van creosoot en teerolie in de bodem vergelijkbaar. Van belang is de dichtheid en het aantal hydrofiele componenten . De dichtheid varieert maar ligt boven die van water, 1,05 tot 1,1. Het heeft de neiging zinklagen te vormen ondanks het geringe dichtheidsverschil met water. Het aantal hydrofiele componenten bepaalt de bevochtigbaarheid van bodemdeeltjes.

Bij morsen van teerolie of creosoot olie (olie in de rest van het verhaal) op een droge bodem zal de teer de bodemdeeltjes coaten en na verdamping van de vluchtige bestanddelen blijft een irreversibele coating van de bodem over, die bij hogere concentraties met asfalt is te vergelijken. De toepassing van creosoot en teer is het verkrijgen van een giftige waterdichte of waterafstotende afstotende coating ter bescherming van hout of metaal. Hetzelfde gebeurt in de bodem.

Bij natte bodem en onder grondwater moet de olie water verdrijven om de korrels te coaten. Of het de olie lukt de tegendruk van het water te overwinnen wordt voornamelijk bepaald door de bevochtigbaarheid (wettability) van de bodemdeeltjes. Deze hangt af van de samenstelling van de olie, het soort oppervlak van de korreltjes, het zoutgehalte en pH van het water, de temperatuur en nog een aantal parameters. Meestal wint het water en zal de olie de poriën vullen als kleine druppeltjes. Er zijn echter omstandigheden waar de olie wint ( bij hogere pH, bij sommige kalkhoudende klei of leem en soms bij bentoniet).

Of deze druppeltjes, die zwaarder zijn dan water, ook daadwerkelijk hun weg naar beneden vinden hangt natuurlijk af van de korrelverdeling in de bodem, maar ook van de capillaire werking. Over het algemeen blijft de olie enige tijd als drijflaag rond grondwaterniveau hangen. Vanaf grondwater niveau zijn een aantal scenario's mogelijk, waarvan onderstaand twee tegenpolen worden besproken.

In het eerste scenario, onder andere door de druk van de drijflaag, een wat hogere dichtheid, of een geringer verschil in bevochtigbaarheid, wint de drijflaag op een bepaald punt. Er treedt een doorbraak op waardoor een klodder, grote druppel of tong teerolie afzakt die de weg van de minste weerstand zoekt naar beneden. Vaak volgt deze slurf de geologische gelaagdheid of verticale verstoringen. In dit scenario laat de olie een spoor van olie gecoate bodemdeeltjes achter.

In het tweede scenario is de olie niet in staat de het korreloppervlak te "oliën", of een doorbraak te forceren. Er zonderen zich kleine druppeltjes zich af aan de onderkant van de drijflaag door grondwaterstands fluctuaties of trillingen die individueel hun reis naar beneden ondernemen. Onderweg verliezen deze kleine druppeltjes de oplosbare bestanddelen. Indien de doorlatendheid, pakkingsgraad, textuur, of grondwaterchemie in de bodem verandert kan de weg naar beneden stagneren en zal de aanvoer van boven van druppeltjes samenklonteren tot grotere druppels, vlekken, of laagjes van teerolie.

Het onderzoek naar een verontreiniging met behulp van klassieke methoden geeft een zeer beperkt beeld van de verontreiniging. Peilbuizen van pvc, HDPE of metaal hebben heel andere bevochtiging karakteristiek, ze stoten water af en nemen olie op. Het grondwater dat wordt opgepompt bevat soms alleen opgeloste verontreinigingen en soms een beetje olie in suspensie. Vaak worden concentraties aan PAK of olie boven de oplosbaarheid gemeten, of terwijl de buis druipt van de olie, zeer lage concentraties gemeten.

Peilbuizen onttrekken water aan de meest doorlatende laag van het pakket dat door de filter wordt doorsneden (Volgens Darcy stroomt water in minder doorlatende lagen nu eenmaal verticaal). Teerolie of creosoot kan zich zowel in doorlatende als niet doorlatende lagen accumuleren. Peilbuismonsters zijn dus selectief. Zij geven wel inzicht in de kwaliteit van water dat zich verplaatst, maar niet de verspreiding of het reservoir aan verontreinigende stoffen dat aanwezig is. Menige bodemsanering heeft gefaald door miskenning van dit principe.

Bemonstering van de grond doormiddel van "ongestoorde" monsters is mogelijk en leveren de mogelijkheid een scala van chemische analyses uit te voeren. De keuze van de juiste bemonstering methode, bemonstering locatie en diepte is vereist een diepgaand locatiespecifiek inzicht in de verspreiding van teer of creosoot.

Bodemmonster genomen met de Geoprobe op een gasfabriek locatie. Goed te zien is dat de liner, normaal doorzichtig plastic, is verzadigd met teerolie. De teerolie komt voor als kleine druppeltjes, tussen de zandkorrels. Duidelijk zijn de sterke concentratie verschillen over korte afstand.

ROST
Het boeiende van onderzoek met ROST™ sonderingen is dat alle aspecten van de verspreiding van olie in de bodem zichtbaar worden gemaakt, zoals in onderstaand figuur weergegeven. Het betreft een ROST sondering in de kern van een verontreiniging op een gasfabriek terrein. In de linker kolom de standaard sondeergrafiek, rechts de respons van de ROST.
De losse grafiekjes laten een differentiatie zien van de golflengten van de respons. Van boven naar beneden wordt eerst de vadose zone gepasseerd met vaste teer.

Dan rond het grondwater loopt de concentratie sterk op, de drijflaag, of wat daarvan over is zichtbaar, een mengsel van vaste en opgeloste producten. Beneden de drijflaag kan centimeter voor centimeter worden gereconstrueerd wat er met de olie in de diepte is gebeurd. In de diepte blijkt slechts slecht oplosbare hoog moleculaire Pak over, de oplosbare fractie is al afgevoerd. In de pluim zal de ROST juist oplosbare Pak laten zien.
De combinatie met de geologische gegevens uit de sondering die tegelijkertijd wordt geregistreerd, laat zien dat de verontreiniging wat meer in de lemige lagen is geconcentreerd. Het plannen van een beperkt aantal gerichte grondmonsters kan aan de hand van de rost resultaten uiterst precies gebeuren.

Links
www.engineers.nl/Gasfabrieken