[Forside] [Indhold] [Forrige] [Næste]

XTitelX

2. Laboratorieundersøgelse

2.1 Screening af anaerob bionedbrydelighed
2.1.1 Fremgangsmåde
2.1.2 Resultater
2.1.3 Diskussion
2.2 Specifikke parametres indflydelse på bionedbrydning
2.2.1 Temperatur
2.2.2 Elektronacceptorer
2.2.3 Substrat, inokulum og samudrådning
2.2.4 Adaptation af inokulum
2.3 Aerob efterbehandling
2.3.1 Fremgangsmåde
2.3.2 Resultater
2.3.3 Diskussion
2.4 Aerob stabilisering af udrådnet slam
2.4.1 Fremgangsmåde
2.4.2 Resultater
2.5 CSTR-reaktorforsøg
2.5.1 Fremgangsmåde
2.5.2 Resultater
2.5.3 Diskussion
2.6 Sammenfatning
2.6.1 Standardtest ISO 11734
2.6.2 Procesparametre

Laboratorieundersøgelserne omfattede følgende punkter:

• Indledende screening, baseret på en ISO standard metode for anaerob nedbrydelighed (ISO 11734). Formålet med denne screening var at vurdere om standardtesten kan anvendes til vurdering af bionedbrydeligheden af miljøfremmede stoffer i biogasanlæg og rådnetanke. Årsagen til, at det er interessant at finde en screeningsmetode til at vurdere fremmedstoffers bionedbrydelighed er, at de konventionelle kemiske analyser er meget omkostningskrævende.
  
• Specifikke procesparametres betydning for den anaerobe stofomsætning samt driften af rådnetanke og biogasfællesanlæg blev undersøgt. Disse procesparametre var temperatur, elektronacceptorer, substrat, inokulum og samudrådning. Formålet med denne del af undersøgelsen er at belyse under hvilke driftsforhold på biogasanlæg, der er optimale betingelser for at få fjernet de miljøfremmede stoffer.
  
• Undersøgelse af hvorvidt en aerob efterbehandling af udrådnet slam kan fjerne fremmedstoffer, der eventuelt ikke fjernes anaerobt. Endvidere belyses det om anaerob behandling af slam eller organisk dagrenovation kan resultere i en hurtigere og mere fuldstændig omsætning af de miljøfremmede indholdsstoffer efter overgang til aerobe forhold. I praksis kan denne kombination af anaerob/aerob affaldsbehandling forgå ved, at det udrådnede slam udbringes på marken, aktivt efterbeluftes eller samkomposteres med f.eks have/parkaffald.
  
• Tests af slam i kontinuerlig omrørte modelreaktor systemer (CSTR-reaktorer), der simulerer den faktiske situation i en biogasreaktor. Disse eksperimenter søgte primært at afdække betydningen af driften af biogasanlæg med hensyn til den organiske belastning.
  

De kemiske analyser foretaget i denne undersøgelse er udført af Teknologisk Institut, Kemiteknik, og de anvendte metoder er beskrevet i bilag 5.

2.1 Screening af anaerob bionedbrydelighed

2.1.1 Fremgangsmåde

Den anaerobe bionedbrydning blev testet for 15 fremmedstoffer, se tabel 2-1.

Udrådnet vasket slam med et meget lavt indhold af uorganisk kulstof blev fortyndet til et totalt tørstofindhold på 1-3 g/l og inkuberet ved 35°C i forseglede beholdere med fremmedstoffer i en koncentration på ca. 100 mg C/l (3.333-10.000 mgC/kg TS) i op til 60 dage. For visse af stofferne blev der observeret en toksisk effekt, og forsøget blev derfor gentaget ved en koncentrationen på 20 mg C/l (666,6-2000 mgC/kg TS). I forsøgsopsætningen blev der medtaget blindprøver (inokulum uden fremmedstof), et referencestof (forventet bionedbrydning over 60%), samt hæmningskontroller, hvor samme koncentration af både test- og referencestof blev tilsat (til påvisning af en eventuel hæmmende effekt fra fremmedstofferne). Øgningen i headspacetrykket i testflaskerne grundet produktionen af CO₂ og CH₄ blev målt ugentligt. En betragtelig mængde CO₂/karbonat vil opløses i væskefasen; denne mængde blev bestemt ved forsøgets afslutning ved forsuring af mediet.

Den procentvise bionedbrydning af fremmedstofferne blev beregnet udfra den totale mængde kulstof dannet under testen relativt til hhv. den analyserede og den beregnede mængde kulstof tilsat som fremmedstof. Som supplement blev den primære nedbrydning bestemt ved specifikke kemiske analyser ved start og afslutning af testen.

Formlerne for beregning af den totale mængde kulstof i headspace og i væsken er angivet i standardbeskrivelsen. Ligeledes er formlerne for beregning af den procentvise bionedbrydning målt i headspace (D_h) og den totale bionedbrydning (D_t) angivet (ISO 11734).

Fremmedstofferne blev tilsat som beskrevet i bilag 7. Inokulum (100 ml) blev overført under anaerobe betingelser og flaskerne påsat butylgummiprop og aluminiumskapsel. Flaskerne blev inkuberet i 69 dage i mørke ved 33,5°C på rystebord i varmeskab. Den forlængede testperiode på 69 dage i forhold til standardtestens anbefalede 60 dage skyldes, at der var en forsinket gasproduktion i referenceflaskerne.

Inokulum
Som inokulum blev der anvendt udrådnet tyndslam fra Lundtofte renseanlæg, udtaget efter retningslinierne i Plantedirektoratets notat af juni 1996 "Plantedirektoratets minimumskrav til akkrediteret prøvetagningsforskrift for kommunalt spildevandsslam og komposteret husholdningsaffald". Slammet blev stabiliseret i 5 dage ved 33ƒC, derefter vasket to gange og fortyndet en faktor 5 med mineralmedium (ISO 11734) til et tørstof indhold på 2,6 g/l (1,2 g organisk tørstof/l) og en koncentration af opløst kulstof på 9,9 mg/l.

For alle fremmedstoffer blev der fremstillet 6 ens serumflasker. En blev anvendt til pH bestemmelse (pH for alle testforbindelser var 6,9) og analyse af startkoncentration, 2 blev tilsat natriumbenzoat (100 mg C/l). De to flasker der blev tilsat natriumbenzoat fungerede som hæmningskontroller, dvs. kontoller på om det tilsatte fremmedstof hæmmede omsætningen af det let-omsættelige natriumbenzoat. De tre sidste flasker blev inkubet.

Koncentrationen af fremmedstofferne blev bestemt ved start og slut af testperioden. Da fremmedstofferne forventes at adsorbere til slampartiklerne, blev hele flaskens indhold anvendt ved analysen, og der blev ekstraheret direkte i flaskerne. Trykstigningen (mbar) på grund af produktion af CO₂ og CH₄ blev bestemt ugentligt, og der blev suppleret med gaskromatografiske målinger af koncentrationen af CO₂ og CH₄. Opløst kuldioxid i væsken blev bestemt som trykstigning efter uddrivning fra væskefasen med koncentreret svovlsyre (Miljøstyrelsen 1996b). Indholdet af kulstof i headspace blev bestemt som et gennemsnit fra tre testflasker, kulstof i væsekfasen blev bestemt som et gennemsnit af to testflasker, mens de kemiske analyser var enkeltbestemmelser.

2.1.2 Resultater

Nedbrydningen blev vurderet ud fra den udviklede gasmængde fra fremmedstoffernes mineralisering, dvs. den fuldstændige nedbrydning til CO₂ og CH₄. Der blev som et supplement foretaget kemiske analyser for stofferne før og efter inkubering.

Der var en god overensstemmelse mellem triplikaterne på den akkumulerede trykstigning. Standardafvigelsen (triplikater) for de fremmedstoffer, der blev nedbrudt var i gennemsnit 12%.

For de fremmedstoffer, hvor den mikrobielle aktivitet blev hæmmet var værdierne for den akkumulerede trykstigning negativ (trykstigningen i blindprøverne var større end i prøverne tilsat fremmedstof).

Over 90% af den udviklede gas var metan. Metanindholdet i headspace var 5-20 gange højere end kuldioxidindholdet, men til gengæld fandtes en relativt stor fraktion som opløst CO₂ i væskefasen. Totalt set var gassammensætningen som forventet.

Supplerende nedbrydningstests ved anvendelse af standardtesten, men med lavere fremmedstofkoncentrationer (20 mg/l) blev udført efterfølgende for de stoffer, der var hæmmende på metanproduktionen. Trykudviklingen for referencestoffet natriumbenzoat tilsat i samme koncentration var dog i dette tilfælde utilstrækkelig i forhold til gasudviklingen fra inokulum, og resultaterne er derfor ikke medtaget.

Tabel 2-1 Resultater fra screeningstesten af anaerobnedbrydning af fremmedstoffer. Nedbrydningen blev bestemt som mikrobielt dannet kulstof i forhold til den tilsatte mængde kulstof. Fremmedstoffernes hæmning af den mikrobielle aktivitet blev påvist ved en lavere trykudvikling i flasker med fremmedstof+referencestof end i flasker med kun referencestof. Resultater fra kemiske analyser ved start og slut af forsøget er vist som en %-vis reduktion.

Fremmedstof	Testresultat fra ISO 11734		Nedbrydning fra kemisk analyse (%)
	Nedbrydning (%)	Hæmning
Acenapthen	0	+	10
Flouranthen	17,5		-10
Naphthalen	0	++	-55
2-methylnaphthalen	0	++	25
Phenanthren	0		-10
Pyren	3,9	+	19
Benzo(a)pyren	19,8		2
LAS	0	++	i.a.
4-nonylphenol	0	+	-99
NPE 1EO	35,1		5
NPE 2EO	29,5		25
DBP	47,6		30
DEHP	55,5		17
DOP	46,1		-3
2,4-dichlorphenol	0	++	45

i.a.: ikke analyseret

2.1.3 Diskussion

Refrencestoffet natriumbenzoat blev 100% nedbrudt ved en koncentration på 100 mg C/l, hvilket indikerer, at inokulum har været aktivt, og at testen derfor er gyldig. Der var dog en relativ lang indledende fase på 35 dage uden signifikant gasudvikling, hvilket kan skyldes, at inokulum ikke var akklimatiseret.

Tensider
Det anioniske tensid LAS (dodecylbenzensulfonat) og det nonioniske tensid 4-nonylphenol blev ikke fundet signifikant nedbrudt ved standardtesten. LAS havde en stærkt hæmmende effekt på den mikrobielle aktivitet (metandannelsen) ved den testede koncentration på 148 mg/l. Dette er i overensstemmelse med, at der tidligere er rapporteret om hæmning af mikrobiologisk aktivitet ved koncentrationer af LAS på 75-80 mg/l, se tabel 1-2. 4-nonylphenol hæmmede ligeledes metandannelsen ved den testede koncentration på 122 mg/l. Fra litteraturen er der rapporteret om hæmning af den mikrobielle aktivitet ved 60 mg/l (tabel 1-2). De kemiske analyser viste en stærkt forøget koncentration af 4-nonylphenol efter udrådningen, dette kan muligvis skyldes, at der dannes 4-nonylphenol ved nedbrydning af andre fremmedstoffer som f.eks NPE 1EO og NPE 2EO.

Ud fra litteraturen kan det forventes, at hverken LAS eller 4-nonylphenol nedbrydes under metanogene betingelser, men på grund af de observerede toksiske effekter kan dette ikke underbygges af den aktuelle undersøgelse.

Der blev konstateret gasudvikling ved test af de nonioniske tensider nonylphenolmono- og nonylphenoldiethoxylat (NPE 1EO og NPE 2EO) svarende til 35,1 og 29,5% af den teoretisk mulige. Standardafvigelsen på triplikaterne var 7% for NPE 1EO og 13% for NPE 2EO. Nedbrydningen skete uden forudgående adaptationsfase i løbet af de første 28 dage af testen. Der blev udfra de kemiske analyser målt reduktioner af NPE 1EO og NPE 2EO på hhv. 5 og 25%. Årsagen til den lavere reduktion af NPE 1EO målt kemisk i forhold til trykdata kan være, at der var sket en delvis nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper under dannelse af NPE 1EO.

Flere undersøgelser har påvist primær anaerob nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere (>2) ethoxylatgrupper. F.eks. fandt Tanaka og Ichikawa (1993) 38%, og Salanitro og Diaz (1995) 40-50% nedbrydning af NPE 9EO (i forhold til teoretisk gasdannelse) under metanogene forhold. Disse observationer underbygges af rapporter om nedbrydning under metanogene forhold af NPE forbindelser med højere ethoxyleringsgrad. Anaerob nedbrydning af NPE 1EO og NPE 2EO kan medføre 4-nonylphenol som stabilt nedbrydningsprodukt (Swischer 1987).

Hæmningskontrollen for stofferne NPE 1EO og NPE 2EO havde et meget ens forløb, og der var ingen hæmning. For NPE 9EO er der beskrevet hæmmende effekter ved koncentrationer på 80-100 mg/l (tabel 1-2). De aktuelt testede koncentrationer for NPE 1EO og NPE 2EO var hhv. 104 og 84 mg/l, og kunne således potentielt være hæmmende; der er dog forskelle mellem både inokuli og toksiciteten af NPE med forskelligt antal ethoxylatgrupper.

PAH-forbindelser
Der blev ikke fundet tydelig nedbrydning af nogle af de testede PAH-forbindelser udfra standardtesten. Der blev for stofferne flouranthen og benzo(a)pyren beregnet nedbrydning på hhv. 17,5 og 19,8% baseret på trykudvikling. Benzo(a)pyren og andre PAH’er med over 2-3 ringe anses for ikke at være anaerobt nedbrydelige under metanogene forhold. Nedbrydningen vurderes til at ligge inden for metodens usikkerhedsmargin (standardafvigelsen på gasudvikling i blindprøven var ca. 10%). Den tilsyneladende nedbrydning af disse to stoffer vurderes derfor som værende ikke signifikant.

Acenaphthen, naphthalen, methylnaphthalen og pyren hæmmede den metanogene gasudvikling (hæmningskontrol) i de testede koncentrationer. Battersby og Wilson (1989) har ligeledes fundet, at naphthalen har en hæmmende effekt på metandannelsen (53 mg/l). Der blev ikke observeret hæmning for flouranthen, phenanthren og benzo(a)pyren.

De kemiske analyser viste koncentrationsfald for stofferne acenaphthen (10%), 2-methylnaphthalen (25%) og pyren (19%). Det er muligt, at forskellen mellem trykdata og de kemiske analyser skyldes, at stofferne undergår en delvis nedbrydning, der medfører, at de ikke genfindes ved analysen. En anden mulighed er, at flygtige stoffer fordamper under de anvendte analysebetingelser. For naphthalen viste de kemiske analyser en forøget koncentration efter udrådningen, hvilket sandsynligvis skyldes analyseusikkerhed.

De ovennævnte testresultater fra standardtesten er i overensstemmelse med, at der kun i ganske få undersøgelser er set nedbrydning af PAH’er under metanogene forhold (Genthner et al. 1997; Grbic-Galic 1989; Genthner 1997).

Phthalater
Der blev observeret gasudvikling i test for samtlige de undersøgte phthalatestre svarende til 46%-56% af den teoretisk mulige gasudvikling ved fuldstændig nedbrydning af stofferne. I overensstemmelse med tidligere rapporteringer blev der således fundet en betydelig nedbrydning (mineralisering) fra trykdata af phthalaterne. Den observerede mineralisering af DEHP og DOP på op til 56% er dog ikke set i den gennemgåede litteratur (Ejlertsson et al., 1996; Battersby og Wilson, 1989; Shelton et al., 1984; O’Connor et al., 1989; Ziogou et al., 1989).

De kemiske analyser viste 30% fjernelse for di-n-butylphthalat (DBP), 17% fjernelse for di-(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP) og ingen fjernelse for di-n-octylphthalat (DOP). De kemiske analyser viste således en lavere fjernelse af phthalater end nedbrydning baseret på gasdannelse. Den mulige forklaring er, at phthalater er vanskelige at analysere, og der er tidligere fundet store variationer på bestemmelser af disse stoffer. Phthalater adsorberer kraftigt til bl.a. organiske materiale og kan med tiden inkorporeres i den organiske fase, således at ekstraktion vanskeliggøres.

Der var ingen hæmning af den metanogene omsætning ved de testede koncentrationsniveauer (DBP = 103 mg/l; DEHP = 113 mg/l; DOP = 106 mg/l). I litteraturen er der tilsvarende ikke fundet toksiske effekter af DEHP ved koncentrationer på ca. 100 mg/l (O’Connor et al. 1989).

2,4-dichlorphenol
Den testede koncentration af 2,4-dichlorphenol (124 mg/l) hæmmede den metanogene omsætning i overensstemmelse med, at der tidligere er rapporteret om hæmning af metandannelse ved en dichlorphenolkoncentration på 111 mg/l (Battersby og Wilson 1989). Tilsvarende blev der ikke observeret mineralisering af stoffet. Battersby og Wilson (1989) fandt dog nedbrydning af 2,4-dichlorphenol i lavere koncentrationer under metanogene betingelser.

Ved kemisk analyse var der et fald på 45% af den tilsatte mængde i løbet af testperioden, som til dels kan skyldes en ringe genfinding af stoffet på grund af indbygning i organisk materiale. Alternativt kan der være sket en reduktiv dechlorering af 2,4-dichlorphenol således, at det oprindelige stof ikke kunne genfindes. På grund af den kraftige hæmning af metandannelsen, der blev observeret i standardtesten vurderes nedbrydning at være usandsynlig.

Standardtestens værdi
Resultaterne fra standardtesten (trykdata) i denne undersøgelse har god overensstemmelse med de udfra litteraturen forventede resultater. Dette tyder umiddelbart på, at standardtesten kan anvendes som et skøn over stoffernes anaerobe bionedbrydelighed, og dermed potentialet for omsætning af stofferne i rådnetanke og biogasreaktorer. Det er dog på grund af de forskellige forhold under standardtesten og i fuldskala anlæg ikke muligt at anbefale denne som en endegyldig metode til at vurdere fremmedstoffernes anaerobe bionedbrydelighe i biogasreaktorer.

Der var for flere af stofferne en ringe sammenlignelighed mellem standardtestens trykdata og de kemiske analyser fra start og slut af forsøget. De kemiske analyser blev fortaget som enkeltbestemmelser, og forklaringen kan derfor være analyseusikkerhed. Stoffernes adsorberende egenskaber og/eller flygtighed kan være en anden forklaring, og årsagen til den ringe overensstemmelse bør undersøges nærmere.

Det skal nævnes, at forskellen mellem mængden af primært nedbrudt stof og mineraliseret stof er forskellige omdannelsesprodukter. Derfor vil den primære nedbrydning teoretisk være større end eller lig med mineraliseringen, dvs. at de kemiske analyser kan vise en større nedbrydning end trykdatamålinger, hvis nedbrydningen er delvis.

Det må konstateres, at standardtesten ikke umiddelbart kan erstatte de omkostningskrævende kemiske analyser. I praksis er det ikke pålideligt nok at vurdere et fremmedstofs anaerobe bionedbrydelighed udfra denne test alene. Standardtesten kan derimod bruges i kombination med kemiske analyser, hvorved et bedre datamateriale om stoffernes bionedbrydelighed opnås.

Fordele/ulemper
Der er flere fordele ved testen i sammenligning med en nedbrydningstest med kemiske analyser. For det første er testen hurtig og billig; derudover giver testen information om eventuelle toksiske effekter fra stofferne. Endvidere er det kun det stof, der mineraliseres fuldstændigt til CO₂ og CH₄, som måles som en nedbrydning. Herved undgås det, at en delvis nedbrydning, ofte kun med få ændringer i molekylet, måles som nedbrydning, hvilket er risikoen ved de kemiske analyser.

En ulempe ved testen er, at det er nødvendigt at arbejde med relativt høje stofkoncentrationer for at detektere stofomsætning. Dette har vist sig problematisk i denne undersøgelse, hvor der blev observet toksiske effekter af mange af stofferne i de pågældende koncentrationer. En anden ulempe ved metoden er, at den giver et indirekte mål for stoffjernelsen; dette indebærer en vis risiko for fejlkonklusioner.

Modifikationer af testen
Testens følsomhed kan måske øges, så der kan testes lavere fremmedstofkoncentrationer, ved at optimere udrådningen af slammet således, at "baggrundsomsætningen" minimeres. Dette må dog ikke influere på lagfase og udstrækning af testperioden. Det er også muligt, at de toksiske effekter af en del af stofferne kan undgås, hvis slammet adapteres til gradvist stigende koncentrationer af stofferne.

2.2 Specifikke parametres indflydelse på bionedbrydning

De undersøgte faktorer er procestemperatur, substrater, samudrådning med andre substrater, inokulum, elektronacceptorer samt aerob efterbehandling af udrådnet materiale.

2.2.1 Temperatur

Biogasfællesanlæg opererer i det mesofile (33-37°C) eller det termofile (50-56°) temperaturområde. Generelt er omsætningshastigheden af det organiske materiale højest for termofile anlæg, hvilket kan formodes at have en positiv effekt på nedbrydningen af miljøfremmede stoffer. Anaerobe rådnetanke opereres derimod ofte ved en mere varieret temperatur, afhængigt af renseanlægets slamproduktion samt udetemperaturen.

Fremgangsmåde
Forsøgene blev udført i 57,5 ml serumflasker med 30 ml substrat + inokulum.

Adapteret inokulum af hhv. mesofilt udrådnet gylle (tørstofindhold 39 g/l) og termofilt udrådnet gylle (tørstofindhold 19 g/l) blev blandet med et såkaldt BA medie (indeholder næringssalte, sporstoffer og vitaminer) til et tørstofindhold på 10 g/l. Dette resulterede i et mesofilt inokulum med et indhold af organisk tørstof på 4,1 g/l og pH på 7,7 og et termofilt inokulum med et indhold af organisk tørstof på 6,2 g/l og en pH på 7,8.

På baggrund af screeningstesten, der viste, at nedenstående stoffer var vanskeligt nedbrydelige under anaerobe forhold, blev disse valgt som fremmedstoffer (substrater), da de tillige ofte forekommer i spildevandsslam. Det blev valgt at spike med følgende procesrealistiske koncentrationer i henhold til data fra Miljøstyrelsen (1996):

2-methylnaphthalen	5	mg/kg TS
Flouranthen	3	mg/kg TS
Nonylphenol	5	mg/kg TS
Nonylphenoldiethoxylat	50	mg/kg TS
LAS	1000	mg/kg TS
LAS	10.000	mg/kg TS
DEHP	40	mg/kg TS
1,2,4-trichlorbenzen	5	mg/kg TS

Bortset fra LAS forbindelsen i den høje koncentration var testkoncentrationerne altså væsentlig lavere end i standardtesten.

For hvert fremmedstof og blind blev der fremstillet 6 replikater med 30 ml inokulum. Fremmedstofferne blev tilsat fra stamopløsning (100 ml) som beskrevet i bilag 7. For hvert inokulum og testtemperatur blev der fremstillet tre ens flasker, hvoraf en blev anvendt til bestemmelse af startkoncentrationen og de andre to inkuberet i mørke ved hhv. 35 og 55°C.

Gasproduktionen og metankoncentrationen blev kvantificeret gennem forsøget, og koncentrationen af de aktuelle fremmedstoffer blev målt med kemisk analyse på GC-MS og HPLC ved start og afslutning af forsøget.

Resultater
På figur 2-1 er vist den procentvise reduktion af stofferne udfra kemiske analyser. Figuren er en opsummering af bilag 1a og b (kemiske analyser). Det ses af bilag 1a og 1b, at koncentrationen af 4-nonylphenol (hhv. 72 og 63 mg/kg prøve) og DEHP (hhv. 326 og 603 mg/kg prøve) i inokulum var betydelig inden tilsætning af fremmedstofferne.

Figur 2-1 Den procentvise nedbrydning af hhv. 1: 2-Methylnaphthalen, 2:Flouranthen, 3:4-Nonylphenol, 4:NPE 2EO, 5:LAS (lav), 6:LAS (høj), 7:DEHP, 8: 1,2,4-Trichlorobenzen ved mesofil og termofil udrådning.

Med mesofilt udrådnet gylle som inokulum og udrådning af fremmedstoffer ved 35°C blev der observeret en væsentlig reduktion af stofferne 2-methylnaphthalen, DEHP og 1,2,4-trichlorbenzen, en vis nedbrydning af nonylphenoldiethoxylat og ingen nedbrydning af flouranthen, LAS og nonylphenol. Sammenlignes med standardtesten var der en øget nedbrydning af 2-methylnaphtalen.

Med termofil udrådnet gylle som inokulum og udrådning af fremmedstofferne ved 55°C var der en større reduktion af flouranthen, nonylphenol og nonylphenoldiethoxylat end ved den mesofile udrådning. Derimod var der ingen nedbrydning af DEHP under den termofile udrådning. Det skal pointeres, at de beregnede procentvise nedbrydninger af fremmedstofferne er baseret på enkeltanalyser.

Alle fremmedstofferne ved den mesofile udrådning i de anvendte koncentrationer virkede hæmmende på den samlede mikrobielle gasproduktion (den akkumulerede trykstigning forårsaget af CO₂ og CH₄ var 14-96% af blind), se tabel 2-2. Ved den tilsvarende termofile udrådning ved 55°C var den hæmmende effekt generelt lavere, og de anvendte koncentrationer af DEHP og 1,2,4-trichlorbenzen virkede kun lidt hæmmende. Dette stemmer overens med resultaterne af den metanogene aktivitet, den akkumulerede metanproduktion, dog var den procentvise hæmning af den metanogene aktivitet lidt lavere. Den høje koncentration af LAS (10.000 mg/kg TS) virkede totalt hæmmende på metanproduktionen, mens metanproduktionen ved den lavere koncentration LAS (1.000 mg/kg TS) både mesofilt og termofilt var hæmmet ca. 79%.

Tabel 2-2 Stoffernes hæmning af gasdannelse og metanproduktion ved mesofil og termofil udrådning. Tabellen er en opsummering af bilag 2 (akkumuleret trykstigning) samt bilag 3 (akkumuleret metanproduktion).

Fremmedstof	Akkumuleret trykstigning i % af blind		Akkumuleret metanproduktion i % af blind
	mesofilt	termofilt	mesofilt	termofilt
2-methylnaphthalen	34	42	28	23
Flouranthen	30	45	24	27
4-nonylphenol	36	38	31	0
NPE 2EO	36	50	28	51
LAS (lav)	33	49	21	21
LAS (høj)	14	33	0	0
DEHP	48	88	15	72
1,2,4-trichlorbenzen	80	96	39	74

De mindst hæmmende stoffer var 1,2,4-trichlorbenzen og nonylphenoldiethoxylat. For 1,2,4-trichlorbenzen skyldes dette dog sandsynligvis den lave startkoncentration som følge af afdampning.

Diskussion
Resultaterne fra meso-og termofil udrådning af de testede miljøfremmede stoffer tyder på, at der er større mulighed for at få stofferne nedbrudt under den termofile udrådning; dette gælder dog ikke for DEHP. Årsagen til den større stofnedbrydning under den termofile udrådning kan være, at den generelle mikrobielle aktivitet er større end under mesofile forhold. Dette tyder på, at en længere opholdstid under mesofile forhold vil medføre den samme nedbrydning som en kortere opholdstid under termofile forhold. Resultaterne peger på, at det muligvis er fordelagtigt med en termofil drift af biogasfællesanlæg mht. til fjernelse af visse miljøfremmede stoffer.

LAS blev ikke nedbrudt under hverken meso- og termofil udrådning, hvilket er i overensstemmelse med de undersøgelser, der er omtalt i litteraturundersøgelsen. DEHP blev kun nedbrudt under den mesofile udrådning. Det vil derfor være relevant at fokusere specielt på disse to stoffer ved overvågning af det udrådnede materiales indhold af miljøfremmede stoffer.

Alle stofferne havde en hæmmende effekt på gas- og metandannelsen. LAS havde en betydelig toksisk effekt på den mikrobielle aktivitet, idet gasdannelse og metanproduktion blev hæmmet. Ved en LAS koncentration på 10.000 mg/kg TS var der total hæmning af den mikrobielle gas-og metandannelse. Resultaterne viser således, at det er vigtigt ikke at overbelaste biosgasfællesanlæg med miljøfremmede stoffer, idet gasproduktionen derved kan hæmmes. Det skal bemærkes, at de maksimale fremmedstofkoncentrationer, der kan forventes i biogasfællesanlæg, der tilsætter 10% spildevandsslam er lavere end de her testede koncentrationer, og at risikoen for at der opstår hæmmende effekter på gasdannelsen sandsynligvis er lille. Hvis fremmedstofkoncentrationerne er på niveau med afskæringsværdierne vil der således forventes maksimale koncentrationer på 260 mg/kg TS for LAS; 0,6 mg/kg TS for PAH; 5 mg/kg TS for NPE og 10 mg/kg TS for DEHP.

2.2.2 Elektronacceptorer

I det følgende belyses effekten af anaerobe elektronacceptorer på omsætningen af miljøfremmede stoffer i primært spildevandsslam. Undersøgelserne omfattede en screening af nedbrydning og potentiel giftighed af seks miljøfremmede stoffer (acenaphthen, phenanthren, 4-nonylphenol, natrium dodecylbenzensulfonat (LAS), di(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP), og 1,2,4-trichlorbenzen (TCB). Disse fremmedstoffer blev inkuberet under jern-, sulfat- og nitrat-reducerende forhold. Kriteriet for udvælgelsen af de seks fremmedstoffer var, at de forekommer i spildevandsslam (Tørslev et al., 1996), og at deres nedbrydning med en eller flere af de anaerobe elektronacceptorer (Fe³⁺, SO₄^2- og NO₃^-) ikke tidligere var dokumenteret.

Fremgangsmåde
Stamopløsninger med de miljøfremmede stoffer blev fremstillet i dichlormetan (DCM). For hvert stof svarede den resulterende koncentration til ca. 10 mg C ml^-1.

Primært spildevandsslam fra Lundtofte renseanlæg blev vasket 2 gange ved centrifugering og genopløst i et iltfrit, basalt mineral medium (BS medium, pH = 7). Indholdet af tørstof i den resulterende slamopløsning blev justeret til 43 gram per liter. Slamopløsningen blev ækvillibreret anaerobt ved 30°C i 5 dage og blev herefter anvendt som inokulum.

Tre forskellige testmedier med hhv. Fe³⁺, SO₄^2- og NO₃^- blev fremstillet (se bilag 8). Hvert af de tre medier blev tilsat 100 ml af det fremstillede inokulum. Dette gav et resulterende tørstofindhold på 1 gram per liter.

Testbetingelser
Flaskerne med fremmedstof + inokulum (bilag 9) blev inkuberet ved 30°C i et termostateret rysteapparat (100 rpm). De inkuberede prøver blev testet for omsætning af tilsatte elektronacceptorer efter 0, 1, 2, 4, 10 og 15 ugers inkubation (prøverne til tiden 0 blev udtaget efter ca. 2 timers inkubation). Efter den sidste prøvetagning (uge 15) blev pH målt og prøverne analyseret for fremmedstoffer.

Delprøver fra de inkuberede serumflasker blev analyseret for elektronacceptorer (se bilag 6).

Statistik
For hver elektronacceptor blev forskellen mellem reduktions raterne i kontrolprøver (med kun silikagel) og de øvrige prøver testet ved brug af Dunnett’s test (Zar, 1996). Data analysen blev udført ved PROC ANOVA i SAS 6.11. Signifikansniveauet var 5%.

Resultater
Jern-reduktion: Tidsserier over forløbet af jern-reduktionen i kontrol- og testprøver er vist på figur 2-2. I kontrolprøverne (med kun silikagel) steg koncentrationen af Fe²⁺ fra en startværdi på få mM til et maksimalt niveau på ca. 24 mM gennem inkubationsforløbet på 15 uger. Akkumuleringen af Fe²⁺ var tilnærmelsesvis lineær (0,78 < r² < 0,91). Den gennemsnitlige rate ± sd for de tre kontrolprøver var 0,92 ± 0,18 mM Fe²⁺ uge^-1, hvilket blev bestemt ved lineær regression af data fra hele inkubationsperioden. Resultater fra tilsvarende regressionsanalyse af data fra de jernholdige prøver (figur 2-2) er vist i tabel 2-5. Disse data viste, at jern-reduktionen var signifikant hæmmet i prøverne, hvor der var tilsat LAS, 4-nonylphenol og TCB (tabel 2-5).

Den maksimale Fe²⁺ koncentration i testprøverne (31,8 mM) forekom i en af gentagelserne med tilsat DEHP. Data for denne behandling var dog bemærkelsesværdige, idet denne ene gentagelse udviste en jern-reduktionsrate (1,78 mM Fe²⁺ uge^-1), der var dobbelt så høj som fundet for de to øvrige gentagelser (0,85 og 0,83 mM Fe²⁺ uge^-1). Totalt set var der således ingen signifikant stimulering af jern-reduktions raterne som respons på tilsætningerne af hverken miljøfremmede stoffer eller laktat/acetat (tabel 2-5).

Sulfat-reduktion: Tidsserier over forløbet af sulfat-reduktionen i kontrol- og testprøver er vist på figur 2-3. Forekomsten af sulfat-reduktion i kontrolprøverne blev vist ved akkumulering af frit svovlbrinte, der startede efter ca. 2 ugers inkubation. I den efterfølgende periode steg svovlbrinte koncentrationen tilnærmelsesvis lineært (0,96 < r² < 0,99) til et maksimalt niveau på 9-11 mM H₂S. Dataanalyse ved lineær regression af resultaterne fra uge 2 til 15 indikerede en sulfat-reduktions rate på 0,84 ± 0,10 mM SO₄^2- uge^-1. Svovlbrinte akkumulering (sulfat-reduktion) i prøverne med tilsatte fremmedstoffer og laktat/acetat foregik efter et tilsvarende tidsforløb som observeret for kontrolprøverne (figur 2-3). I alle prøver hvor der blev observeret en akkumulering af svovlbrinte skete det således efter en lag-fase på ca. 2 uger. Estimater af sulfat-reduktionsraten, beregnet ved lineær regression af data fra uge 2 til 15 for alle de sulfatholdige prøver, er vist i tabel 2-5. Tabellen viser, at sulfat-reduktionen var signifikant hæmmet af de tilstedeværende koncentrationer af acenaphthen, LAS og TCB. En delvis hæmning af sulfat-reduktionen efter tilsætning af 4-nonylphenol var antydet i (figur 2-3), men denne tendens var ikke statistisk signifikant (tabel 2-5).

Den maksimale svovlbrinte koncentration i testprøverne (11,2 mM) forekom i en af gentagelserne med tilsat laktat/acetat (figur 2-3). Dette til trods kunne der ikke påvises nogen signifikant stimulering af sulfat-reduktionsraten som respons på tilsætningerne af hverken miljøfremmede stoffer eller laktat/acetat (tabel 2-5).

Nitrat-reduktion: Den tidsmæssige udvikling i nitratindholdet i kontrol og testprøver med tilsat NaNO₃ er vist på figur 2-4. I kontrolprøverne startede NO₃^- forbruget straks og i løbet af to uger var nitrat koncentrationen faldet fra ca. 30 mM til 9-11 mM. Herefter faldt NO₃^- koncentration relativt langsomt gennem resten af inkubationsforløbet til niveauer på 5-8 mM NO₃^- efter 15 uger. Den initiale nitrat reduktionsrate blev beregnet ved lineær regression af data fra de første to ugers inkubation (0,92 < r² < 0,99). Disse resultater viste en nitrat-reduktionsrate på 9,25 ± 0,56 mM NO₃^- uge^-1. Resultater fra tilsvarende data analyse fra alle de nitrat-tilsatte prøver (tabel 2-5) viste, at TCB var det eneste af de tilsatte fremmedstoffer, der hæmmede nitrat-reduktionen. Dog var der tendenser til hæmning i nogle af gentagelserne med acenaphthen, 4-nonylphenol og phenanthren (figur 2-4). Dette resulterede i relativt store variationskoefficienter (CV, 34 to 46%) for nitrat-reduktionsraterne for prøver med disse miljøfremmede stoffer.

Det maksimale NO₃^- forbrug blev konstateret i prøverne inkuberet med laktat/acetat (figur 2-4). I disse prøver var der for to replikaters vedkommende en total omsætning af den tilsatte nitrat (30 mM) i løbet af 2 ugers inkubation. Samlet set var nitrat-reduktionsraten i prøverne med laktat/acetat signifikant stimuleret i forhold til raterne i kontrolprøverne (tabel 2-5).

Nitrit (NO₂^-) akkumulerede i alle prøver, hvor nitrat-reduktionen forløb (figur 2-5). Generelt var der for de enkelte replikater en god overensstemmelse mellem tidsforløbet af nitrat-omsætningen og akkumuleringen af nitrit.

pH: Målinger af pH ved inkubationsperiodens afslutning er vist i tabel 2-3. For inkubationerne med Fe(OH)₃ var der en ensartet og meget beskeden pH udvikling i alle prøver med undtagelse af TCB-prøverne, hvor et fald på ca. 0,7 pH enheder blev observeret. Stofomsætningen under sulfat-reducerende forhold gav generelt kun små ændringer i pH; den største ændring (et fald på ca. 0,7 pH enheder) blev fundet for inkubationerne med acenaphthen. Under nitrat-reducerende forhold forekom de største og mest varierende pH ændringer. I prøverne med acetat/laktat var der en generel pH stigning på 1,2-2,1 enheder (gennemsnit, 1,6 enheder), mens kontrolprøverne havde en stigning, der varierede fra 0,3 til 1,8 pH enheder (gennemsnit, 0,9 pH enheder).

Tabel 2-3 pH i prøver efter inkubation med anaerobe elektron acceptorer i 100 dage.

Behandling	Fe3+	SO42-	NO3-
Kontrol	7,1 ± 0,1	7,2 ± 0,1	7,9 ± 0,8
Dichlormetana	7,1 ± 0,2	6,9 ± 0,2	7,7 ± 0,1
Laktat-acetat	7,0 ± 0,0	7,1 ± 0,0	8,6 ± 0,5
Acenaphthen	7,1 ± 0,2	6,3 ± 0,1	6,6 ± 0,0
Phenanthren	7,1 ± 0,1	7,2 ± 0,0	6,8 ± 0,4
4-Nonylphenol	7,1 ± 0,0	7,2 ± 0,1	7,2 ± 0,0
LAS	7,1 ± 0,1	6,7 ± 0,0	7,4 ± 0,3
DEHP	7,1 ± 0,2	7,1 ± 0,1	7,6 ± 0,4
Trichlorbenzen	6,3 ± 0,1	6,7 ± 0,0	6,7 ± 0,0

^aDichlormetan blev afdampet fra prøven inden inkubering.

Omsætning af miljøfremmede stoffer: De miljøfremmede stoffers skæbne er vist i tabel 2-4. De fleste stoffer var persistente (i.e., beregnet nedbrydning <10%) under jern-, sulfat og nitrat-reducerende forhold. En begyndende nedbrydning af acenaphthen og 4-nonylphenol blev indikeret, men på grund af variationer i analyseresultaterne var disse tendenser ikke signifikante.

Tabel 2-4 Indhold af fremmedstoffer (mg kg^-1 våd vægt) i prøver inkuberet under anaerobe forhold i 100 dage. Den procentvise nedbrydning af fremmedstoffer (Nb %) er angivet. En nedbrydning på mindre end 10% blev opfattet som ingen nedbrydning (in).

Fremmedstof	Jern-reduktion				Sulfat-reduktion				Nitrat-reduktion
	Start	Slut	Nb %	Start		Slut	Nb %	Start		Slut	Nb %
Acenaphthen	45	41	in	49		48	in	46		32	13
Phenanthren	92	73	21	96		0	100	99		93	in
4-Nonylphenol	90	89	in	99		92	in	94		77	18
LAS	86	106	in	121		119	in	119		119	in
DEHP	98	110	in	98		105	in	75		100	in
1,2,4-Trichlorbenzen	54	53	in	54		54	in	53		58	in

Tabel 2-5. Reduktionsrater for anaerobe processer i kontrol behandlinger og i behandlinger med miljøfremmede stoffer. Rater signifikant forskellige fra den naturlige kontrol er angivet med stjerne (*). Alle angivelser repræsenterer gennemsnit ± standardafvigelse for tre gentagelser.

Behandling	Jern-reduktion	Sulfat-reduktion	Nitrat-reduktion
	mM Fe2+ uge-1	mM H2S uge-1	mM NO3- uge-1
Kontrol	0,92 ± 0,18	0,84 ± 0,10	9,25 ± 0,56
Dichlormetana	0,85 ± 0,30	0,73 ± 0,07	10,14 ± 1,08
Laktat/acetat	1,01 ± 0,02	0,78 ± 0,05	14,32 ± 0,92 *
Acenaphthen	0,89 ± 0,38	0,20 ± 0,05 *	7,91 ± 2,66
Phenanthren	0,77 ± 0,17	0,81 ± 0,07	6,00 ± 2,39
DEHP	1,15 ± 0,54	0,80 ± 0,11	10,58 ± 0,98
4-Nonylphenol	0,41 ± 0,04	0,36 ± 0,16 *	7,70 ± 3,54
LAS	0,35 ± 0,06 *	0,00 ± 0,01 *	9,85 ± 0,58
Trichlorbenzen	0,00 ± 0,02 *	0,01 ± 0,00 *	0,15 ± 0,07 *

^aDichlormetan blev afdampet fra prøven inden inkubering.

Figur 2-2. Tidsforløb af jern-reduktion i kontrolprøver (øverste række) og i prøver med tilsatte fremmedstoffer (nederste to rækker).

Figur 2-3. Tidsforløb af sulfat-reduktion i kontrolprøver (øverste række) og i prøver med tilsatte fremmedstoffer (nederste to rækker).

Figur 2-4. Tidsforløb af nitrat-reduktion i kontrolprøver(øverste række) og i prøver med tilsatte fremmedstoffer (nederste to rækker).

Figur 2-5. Tidsforløb af nitrit-reduktion i kontrolprøver (øverste række) og i prøver med tilsatte fremmedstoffer(nederste rækker).

Diskussion
Anaerobe elektronacceptorer. For alle elektronacceptorer blev det statistisk eftervist, at reduktionsaktiviteten i kontrolprøverne svarede til aktiviteten i prøverne med afdampet DCM (tabel 2-5). Dette viste, at toksiske effekter af eventuelt tilbageværende DCM ikke påvirkede testresultaterne.

Omregnet til potentiel oxidation af organisk stof (CH₂O), jf. ligning 1-5, svarede de beregnede reduktionsrater for de tre elektronacceptorer i kontrolprøverne til: nitrat, 4,6 - (11,6) - 18,5 mM CH₂O uge^-1 (9,25 mM NO₃^- uge^-1); sulfat, 1,68 mM CH₂O uge^-1 (0,84 mM SO₄^2- uge^-1) og jern, 0,2 mM CH₂O uge^-1 (0,92 mM Fe³⁺ uge^-1).

(1)     CH2O + 2NO3-	->	CO2 + 2NO2- + H2O
(2)     5CH2O + 4NO3- + 4H+	->	5CO2 + 2N2 + 7H2O
(3)     2CH2O + NO3- + 2H+	->	2CO2 + NH4+ + H2O
(4)     CH2O + 4Fe3+ + H2O	->	CO2 + 4Fe2+ + 4H+
(5)     2CH2O + SO42- + 2H+	->	2CO2 + H2S + 2H2O

Dette viser, at nitrat-reduktionen var den af de tre reduktionsprocesser, der havde det største potentiale for omsætning af organisk stof i primært spildevandsslam. I modsætning til reduktionen af Fe³⁺ til Fe²⁺ og SO₄^2- til H₂S, kan mikrobiel reduktion af NO₃^- resultere i forskellige slut- eller mellemprodukter, så som NO₂^-, N₂O, N₂ og NH₄⁺ (se ligning 1-3). I de aktuelle forsøg blev det direkte påvist, at en del af nitrat-reduktionen kun forløb til nitrit, der akkumulerede som et mellemprodukt i forsøgsperioden. Dermed blev kun en del af nitratens elektronacceptor kapacitet udnyttet. I kontrolforsøgene var det 10-40% af den reducerede nitrat, der akkumulerede som nitrit (ligning 1), hvilket betyder at 60-90% af nitraten blev videre omdannet jf. ligning 2-3.

Forskelle i reaktionsveje for nitrat i de enkelte inkubationer var medvirkende til at nitrat prøverne havde en varierende pH udvikling.

Toksicitet og nedbrydning af miljøfremmede stoffer. Indholdet af specifikke miljøfremmede stoffer i primær slam (2%TS) fra Lundtofte er tidligere målt til følgende koncentrationer (i µg kg^-1): acenaphthen, 2,4; phenanthren, 262; DEHP, 120145; nonylphenol, 8015; LAS, 2116486 og 1,2,4-trichlorbenzen, 3,5 (tabel 2-6). I de her beskrevne forsøg blev fremmedstofferne tilsat i koncentrationer på ca. 100 mg C liter^-1 hvilket svarede til følgende nominelle koncentrationer i mg kg^-1 våd vægt: acenaphthen, 107; phenanthren, 107; DEHP, 141; nonylphenol, 121; LAS, 145 og 1,2,4-trichlorbenzen, 264. For alle fremmedstoffer, med undtagelse af LAS, var der således tale om en markant forhøjet koncentration af miljøfremmede stoffer i de spikede prøver. Proceduren for tilsætning af fremmedstoffer via DCM (der efterfølgende blev afdampet) bevirkede dog, at start koncentrationerne for de mest flygtige forbindelser, acenaphthen og TCB, var reduceret til hhv. halvdelen og en fjerdedel af de nominelle koncentrationer (tabel 2-4).

I forsøgene med PAH’er (acenaphthen og phenanthren) blev det fundet, at der ikke var signifikante hæmninger af de anaerobe respirationsprocesser med undtagelse af sulfatreduktionen, der blev inhiberet (76%) ved tilsætning af acenaphthen. Litteratursøgningen i denne rapport gav ikke oplysninger om toksicitet af acenaphthen og phenanthren overfor anaerobe processer. Dog er der i batchforsøg med andre PAH’er (Battersby og Wilson, 1989) dokumenteret en begyndende hæmning af metandannelsen ved 53 mg L^-1 naphthalen (bicyclisk PAH) og en kraftig hæmning ved 62 mg L^-1 anthraquinon (tricyclisk PAH).

I de her beskrevne forsøg med primært spildevandsslam blev signifikant bionedbrydning af PAH ikke observeret i løbet af ca. 100 dages inkubation under hverken jern-, sulfat eller nitrat-reducerende forhold. For jern og sulfat er disse resultater er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser af mikrobiel nedbrydning af PAH'er (acenaphthen og naphthalen) under forskellige redox betingelser i jord/vand systemer (Mihelcic og Luthy, 1988a,b; McFarland and Sims, 1991). Leduc et al. (1992) fandt ligeledes, at der ikke var signifikant nedbrydning af acenaphthen under sulfat reducerende forhold (Mihelcic and Luthy, 1988a,b; Leduc et al., 1992). Dette kunne ikke eftervises signifikant i de her udførte undersøgelser med primært spildevandsslam.

For phenanthren var der en begyndende nedbrydning under jern-reducerende forhold, en komplet nedbrydning under sulfat-reducerende forhold, men ingen nedbrydning under nitrat-reducerende forhold (tabel 2-4). Dette var uventet i forhold til tidligere undersøgelser af anaerob PAH nedbrydning og i forhold til teoretiske beregninger af energiudbyttet ved PAH omsætning med de forskellige elektronacceptorer (McFarland og Sims, 1991). Da de kemiske analyser af fremmedstoffer i denne undersøgelse var enkeltbestemmesler, bør resultaterne fra phenanthren nedbrydningen verificeres før stoffets bionedbrydelighed under sulfat-reducernende forhold kan endeligt konkluderes.

4-Nonylphenol hæmmede både jern-reduktionen og sulfat-reduktionen til ca. 43% af niveauet i den naturlige kontrol. For nitrat-reduktion blev der fundet en gennemsnitlig hæmning til 83% af niveauet i den uhæmmede kontrol. Dette resultat skyldtes dog en betydelig hæmning i et replikat, mens der ingen hæmning var i de to øvrige replikater (figur 2-4). Tidligere er det dokumenteret at 4-nonylphenol (60 mg liter^-1) var hæmmende for gasproduktionen i medier inokuleret med primært spildevandsslam (Battersby og Wilson, 1984).

Nedbrydning af 4-nonylphenol forekom ikke under jern- og sulfat-reducerende forhold. Under nitrat-reducerende forhold, derimod, var der tilsyneladende en begyndende nedbrydning på 18%. En endelig konklusion kan dog ikke underbygges da de kemiske analyser af startkoncentrationerne for 4-nonylphenol var for usikre.

LAS hæmmede jern-reduktionen og sulfat-reduktionen til hhv. 38% og 0% af niveauet i den uhæmmede kontrol. Bemærkelsesværdigt blev nitrat-reduktionen ikke hæmmet af LAS. Disse resultater viste, at LAS havde en mere toksisk effekt overfor de sulfat reducerende mikroorganismer end overfor de jern- og nitrat-reducerende. Den præcise virkningsmekanisme for LAS i disse forsøg er ikke kendt, men for detergenter er det generelt dokumenteret, at interaktioner med bakteriernes cellemembraner er afgørende (Schwunger og Bartnik, 1980).

I tidligere forsøg er det påvist, at LAS (50 mg C liter^-1), tilsat som natrium dodecylbenzensulfonat, var hæmmende for gasproduktionen (metandannelse) i prøver med primært spildevandsslam (Battersby og Wilson, 1989). Ligeledes er det vist, at LAS var hæmmende for den potentielle jernreduktion i forskellige jordtyper (Welp, 1987; Elsgaard et al., 1999a,b).

Nedbrydning af LAS under anaerobe forhold blev ikke observeret i de gennemførte undersøgelser. Dette er i overensstemmelse med den generelle observation, at LAS er persistent under anerobe forhold (de Wolf og Feijtel, 1998).

DEHP udviste ingen toksicitet overfor de tre anaerobe respirations processer (tabel 2-5). Tidligere er det ligeledes rapporteret, at DEHP ikke er hæmmende for metandannelsen i slam-inokulerede medier ved DEHP koncentrationer på 20, 50 og 100 mg C liter^-1 (Battersby og Wilson, 1989; O’Connor et al., 1989; Ejlertsson et al., 1996). Dette er også i overenstemmelse med resultaterne fra screeningstesten i denne rapport.

Nedbrydning af DEHP blev ikke indikeret under hverken jern-, sulfat- eller nitrat-reducerende forhold. Dette er i overensstemmelse med tidligere studier, der har vist, at bionedbrydning af DEHP er langsommelig selv under aerobe forhold (Fairbanks et al., 1985) og kun foregår i begrænset omfang under metanogene forhold (e.g. Ejletsson et al., 1996).

1,2,4-Trichlorbenzen blev ikke nedbrudt under de testede anaerobe forhold. Derimod var stoffet stærkt inhiberende for både jern-, sulfat- og nitrat-reduktion. I tidligere undersøgelser er det vist, at anaerobe forhold havde en negativ effekt på nedbrydning af 1,2,4-TCB i jord (Marinucci og Bartha, 1979). Under metanogene forhold kan trichlorbenzener nedbrydes gennem reduktiv dechlorering (Ramanand et al., 1993). Toksicitet af trichlorbenzen overfor anaerobe respirationsprocesser blev ikke dokumenteret gennem litteratursøgningen i denne rapport.

Konklusion
De her beskrevne undersøgelser repræsenterer et konservativt estimat for bionedbrydningen af miljøfremmede stoffer i spildevandsslam, idet forsøgene blev udført med ikke-adapteret primært spildevandsslam. Det vil sige, at det benyttede spildevandsslam ikke havde en mikroflora, der forudgående var tilpasset til de tilsatte elektronacceptorer og miljøfremmede stoffer. Det er velkendt at både størrelsen og forhistorien af det benyttede inokulum har stor betydning for bionedbrydningen af miljøfremmede stoffer i batchforsøg (van Ginkel et al., 1995). Valget af primært spildevandsslam (og ikke udrådnet slam) til de beskrevne undersøgelser var dog tilsigtet da forsøgene netop skulle belyse betydningen af andre anaerobe processer end metandannelsen, der er den dominerende proces ved anaerob udrådning af slam.

For en del af de testede kombinationer af fremmedstoffer og elektronacceptorer blev der observeret en toksisk effekt af de tilsatte fremmedstoffer. Da forsøgene blev udført med relativt høje koncentrationer af fremmedstoffer er det muligt, at disse hæmninger ikke vil forekomme under naturlige betingelser. Hvorvidt de toksiske fremmedstoffer evt. kan nedbrydes ved lavere (ikke toksiske) koncentrationer kan ikke konkluderes.

Sammenfattende blev det vist, at nitrat-reducerende forhold var de mest robuste med hensyn til tolerance overfor toksiske effekter af miljøfremmede stoffer. Sulfatreduktion var den af de tre anaerobe processer, der var mest hæmmet ved tilstedeværelse af miljøfremmede stoffer. Tendenser til nedbrydning af miljøfremmede stoffer under de testede anaerobe forhold forekom kun undtagelsesvis, hvilket er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser. Det må derfor konkluderes, at der ved tilsætning af alternative elektronacceptorer (jern, sulfat eller nitrat) ikke opnås en betydelig stimuleret bionedbrydning af de testede fremmedstoffer, sammenlignet med den nedbrydning, der foregår under metanogene forhold.

2.2.3 Substrat, inokulum og samudrådning

Fremgangsmåde
Der blev anvendt primær slam og rådnetanksindhold fra Lundtofte, Herning og Boserup renseanlæg. Slammet blev justeret til 1% TS med berigelsesmedie. Der blev lavet en aktivitetstest på inokulum overfor glucose, acetat og propionsyre.

Rådnetanksindhold fra Lundtofte var på forsøgstidspunktet det mest belastede mht. LAS, DEHP, 2,4-dichlorphenol og PAH'er (tabel 2-6), og den mikrobielle sammensætning heri må derfor forventes at være mest adapteret til miljøfremmede stoffer. Slam fra Boserup var mindst belastet med miljøfremmede stoffer. Slammet fra Herning var specielt belastet med nonylphenoler, især nonylphenoldiethoxylat. Enkelte målinger har vist, at koncentrationen i primær slam er mindre end i rådnetanken, hvilket må tilskrives tidsmæssige variationer.

Tabel 2-6. Indhold af udvalgte miljøfremmede stoffer i primær og udrådnet slam (µg/kg TS) fra Lundtofte, Boserup og Herning.

Miljøfremmed stof	Lundtofte		Boserup		Herning
	primær slam	rådne- tank	primær slam	rådne- tank	primær slam	rådne- tank
Trichlorbenzen	3,5	0,2	0,0	0,0	2,0	1,7
Naphthalen	2046,9	708,9	0,4	23,9	37,5	5,2
2-methylnaphthalen	2498,5	670,1	1,1	76,1	106,3	42,3
Acenaphthen	2,4	2,4	0,0	3,5	1,1	58,6
Phenanthren	261,6	92,4	1,7	50,1	45,3	5,4
Fluoranthen	18,7	42,7	4,6	40,3	27,1	7,8
Pyren	122,8	35,4	4,1	24,3	56,8	1,3
Benzo(a)pyren	4,1	6,9	2,8	4,1	31,0	1,5
Di-n-butylphthalat	735,6	353,8	122,8	336,7	540,1	464,6
DEHP	12014,5	3671,6	565,7	6215,4	4449,2	1577,0
Di-octylphthalat	8,0	18,2	3,0	28,2	38,8	15,6
Nonylphenol	8015,0	3552,7	119,3	9012,8	4600,7	10696,3
2,4-dichlorphenol	482,9	79,0	0,2	15,0	1,7	3,5
NPE 1EO	4163,6	542,7	61,6	0,0	3789,2	173,8
NPE 2EO	0,0	0,0	0,0	0,0	2015,0	659,9
LAS	2116486	1828633	1888937	142733	885466	21258

Udrådning af primær slam som substrat foregik i 117 ml serumflasker fyldt med 60 ml inokulum + substrat

I samudrådningsforsøgene blev Lundtofte primærslam, der forventes at være adapteret til nedbrydning af fremmedstoffet, samudrådnet med ikke adapteret slam fra Boserup (udrådnet) som inokulum ved 32°C. Den organiske belastning svarede til en hydraulisk opholdstid på 12 dage (VS indhold i primær slam var 8,3% af indholdet af organisk tørstof i udrådnet inokulum).

Udrådning af spikede fremmedstoffer blev udført på tilsvarende måde i 57,5 ml serumflasker fyldt med 30 ml inokulum + substrat. Der blev ikke tilsat LAS og nonylphenol, da det var til stede i stor mængde.

Flaskerne blev påsat butylgummiprop og aluminiumskapsel og inkuberet i 35 dage i mørke på rystebord i varmeskab.

Følgende stoffer blev tilsat (se bilag 7) i viste koncentrationer:

2-methylnaphthen	5	mg/kg TS
Phenanthren	5	mg/kg TS
Nonylphenoldiethoxylat	800	mg/kg TS
DEHP	500	mg/kg TS
1,2,4-trichlorbenzen	5	mg/kg TS

pH blev målt og justeret til 7,5-8. TS og VS blev bestemt.

Resultater
Resultaterne er vist som procent fremmedstofreduktion beregnet udfra start- og slutmålinger. I tabel 2-7 er vist den procentvise nedbrydning af de spikede stoffer. Resultaterne fra reduktionen af fremmedstoffer ved udrådning af de aktuelle ("naturlige") koncentrationer i slam og organisk dagrenovation er afbildet grafisk for de stoffer, der ved forsøgsstart var tilstede i størst mængde.

Tabel 2-7. Den procentvise nedbrydning af spikede koncentrationer af de viste fremmedstoffer ved udrådning med hhv. Lundtofte, Boserup og Herning slam samt termofilt udrådnet kildesorteret organisk dagrenovation (KOD).

% Nedbrydning	Inokulum
Tilsat Fremmedstof	Lundtofte	Boserup	Herning	KOD
2-methylnaphthalen	99,4	i.a.	>50	76,2
Phenanthren	-8,6	i.a.	-62,5	44,9
DEHP	i.a	26,5	11,6	5,8
1,2,4-trichlorbenzen	i.a.	>67	i.a.	93,8
NPE 1EO	i.a.	22,6	i.a.	i.a.
NPE 2EO	i.a.	i.a.	99,9	24,7

i.a.: ikke analyseret

Inokulum:
Lundtofte udrådnet slam
Med Lundtofte udrådnet slam som inokulum blev spikede koncentrationer af 2-methylnaphthalen og phenanthren inkuberet. Startkoncentrationerne var hhv. 6024 µg/kg prøve (60,24 mg/kg TS) og 70 µg/kg prøve (1,2 mg/kg TS). De procentvise reduktioner er vist i tabel 2-7. Som det ses blev den spikede koncentration af 2-methylnaphthalen fuldstændigt nedbrudt, men den spikede koncentration af phenanthren blev ikke nedbrudt.

Desuden blev Lundtofte udrådnet slam inkuberet med hhv. primær Lundtofte slam og organisk dagrenovation. Resultaterne for disse ikke-spikede tests er vist på figur 2-6. Det er valgt at afbilde reduktionen for de stoffer, der ved forsøgsstart var tilstede i højeste koncentrationer. Reduktionen af 2-methylnaphthalen samt DEHP er væsentlig større med organisk dagrenovation som substrat end med primær slam som substrat. For 2-methylnaphthalen kan det muligvis skyldes, at startkoncentrationen i den organiske dagrenovation var mindre end i det primære slam (42 og 115 µg/kg prøve). Startkoncentrationerne for DEHP var det samme i det organiske dagrenovation og det primære slam (844 og 834 µg/kg prøve), og forklaringen på den større reduktion i den organiske dagrenovation kan derfor skyldes, at der er sket en adaptation af mikroorganismerne eller, at DEHP i den organiske dagrenovation er mere biotilgængeligt end i det primære slam. Reduktionen af DEHP er dog lav både med organisk dagrenovation og primær slam som substrat (12,6 og 6,5%).

Koncentrationen af NPE 1EO blev mere reduceret, når substratet var primær slam selvom startkoncentrationerne i hhv. organisk dagrenovation og primær slam var sammenlignelige (631 og 765 µg/kg prøve). Nonylphenol blev kun reduceret ca. 10% i de to substrater, og NPE 2EO blev ikke reduceret. Den højere koncentration af NPE 2EO efter udrådningen kan skyldes, at der er sket en delvis nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper.

Figur 2-6. Procentvis reduktion af (1): 2-methylnaphthalen, (2): DEHP, (3): Nonylphenol, (4): NPE 1EO, (5): NPE 2EO. Udrådning af Lundtofte primær slam og kildesorteret organisk dagrenovation (KOD) med Lundtofte slam som inokulum.

Inokulum:
Boserup udrådnet slam
Med Boserup udrådnet slam som inokulum blev spikede koncentrationer af DEHP, 1,2,4-trichlorbenzen og NPE 1EO inkuberet. Startkoncentrationerne var hhv. 6024 µg/kg prøve, 3 µg/kg prøve og 6767 µg/kg prøve. De procentvise reduktioner var hhv 26,5, >67 og 22,6 for DEHP, 1,2,4-trichlorbenzen og NPE 1EO (tabel 2-7).

Boserup udrådnet slam blev også inkuberet med Lundtofte primær slam, og den procentvise reduktion af udvalgte stoffer er vist på figur 2-7. 2-methylnaphthalen koncentrationen blev reduceret med > 70%, men der var ingen betydelig reduktion af DEHP, nonylphenol, NPE1EO og NPE 2EO. Koncentrationen af NPE 2EO var ca. 40% højere efter udrådningen hvilket kan skyldes, at der blev dannet NPE 2EO ved, at nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper blev nedbrudt. Dette kan dog ikke bekræftes, da analysemetoden ikke kan identificere nonylphenolethoxylater med > 2 ethoxylatgrupper.

Figur 2-7. Procentvis reduktion af (1): 2-methylnaphthalen, (2): DEHP, (3): Nonylphenol, (4): NPE 1EO, (5): NPE 2EO. Udrådning af Lundtofte primær slam med Boserup slam som inokulum.

Inokulum:
Herning udrådnet slam
Med Herning udrådnet slam som inokulum blev spikede prøver med hhv. DEHP, 2-methylnaphthalen, NPE 2EO og phenanthren udrådnet. Resultaterne er vist i tabel 2-7. 3-metylnaphthalen blev reduceret med over 50%, men phenanthren blev ikke ikke reduceret. Tilsvarende skete der ingen betydelig reduktion af DEHP (11,6%). NPE 2EO blev derimod fuldstændig fjernet (99,9%). Dette er i modstrid med resultaterne fra de øvrige forsøg med Lundtofte og Boserup slam som inokulum og Lundtofte primær slam som substrat, hvor der sås en øget koncentration af NPE 2EO efter udrådning. Det er muligt, at spiket (tilsat) NPE 2EO er mere biotilgængeligt end NPE 2EO i slam, hvor det kan være adsoberet til organisk materiale.

Inokulum:
Mesofilt gylle
Lundtofte og Boserup primær slam blev udrådnet med mesofilt gylle som inokulum. Resultaterne er vist på figur 2-8 og 2-9. 2- methylnaphthalen blev reduceret 67% med Lundtofte som substrat og 35% med Boserup som substrat. Dette kan skyldes, at startkoncentrationen var lavere i Lundtofte slammet (3 µg/kg prøve) end i Boserup slammet (34 µg/kg prøve). DEHP reduktionen var lav (7%) med Lundtofte substrat, og der observeredes en stor stigning i koncentrationen efter udrådning med Boserup substrat. Nonylphenolkoncentrationen blev ikke reduceret med Lundtofte slam som substrat (2%), men med Boserup som substrat blev nonylphenolkoncentrationen fuldstændigt fjernet (92%). Startkoncentrationerne af nonylphenol ved udrådning af Lundtofte og Boserup primær slam var på samme niveau (116 og 133 µg/kg prøve), så forsøget illustrerer, at substratet har betydning for nedbrydningen. Ligeledes sås en fuldstændig nedbrydning af NPE 1EO med Boserup substratet (93%), mens der ingen nedbrydning skete med Lundtofte som substrat. Omvendt forholdt det sig med NPE 2EO, hvor der var en fjernelse på 89% med Lundtofte slam som substrat og ingen fjernelse med Boserup slam som susbtrat.

Figur 2-8. Procentvis reduktion af (1): 2-methylnaphthalen, (2): DEHP, (3): Nonylphenol, (4): NPE 1EO, (5): NPE 2EO ved udrådning af Lundtofte primær slam med mesofil gylle som inokulum.

Figur 2-9. Procentvis reduktion af (1): 2-methylnaphthalen, (2): DEHP, (3): Nonylphenol, (4): NPE 1EO, (5): NPE 2EO. Udrådning af Boserup primær slam med mesofil gylle som inokulum.

Inokulum:
Termofilt udrådnet KOD
Termofilt udrådnet kildesorteret organisk dagrenovation blev brugt som inokulum, og spikede prøver af hhv. 2-methylnaphthalen, phenanthren, NPE 2EO, DEHP, og trichlorbenzen blev udrådnet, og reduktionen af stofferne er vist i tabel 2-7. 2-methylnaphthalen og 1,2,4-trichlorbenzen blev fjernet med hhv. 76 og 94%. En lidt lavere reduktion blev observeret for phenanthren (45%) og NPE 2EO (25%). Der blev ikke fjernet DEHP af betydning (6%).

Primær slam fra Lundtofte blev udrådnet med organisk dagrenovation som inokulum. Reduktionen af udvalgte stoffer er vist på figur 2-10.

Figur 2-10. Procentvis reduktion af DBP, DEHP, NP (nonylphenol), NPEm (nonylphenolmonoethoxylat), og NPEd (nonylphenoldiethoxylat). Udrådning af Lundtofte primær slam med KOD (kildesorteret organisk dagrenovation) som inokulum

Ved samudrådning af mesofilt gylle og Boserup primærslam var der tilsyneladende en stimulerende effekt på nedbrydningen af nonylphenol og NPE 1EO. Dette blev dog ikke konstateret med Lundtofte primær slam som inokulum. Heller ikke samudråning af organisk dagrenovation og Lundtofte primær slam viste en stimulerende effekt på nedbrydningen af de miljøfremmede stoffer.

Sammenfatning
Sammenfattende kan det konstateres, at nedbrydning af fremmedstofferne var afhængig af både det anvendte substrat og inokulum. Der var ingen entydig effekt af samudrådning af forskellige substrater.

Den generelle konklusion er, at stofferne er svært nedbrydelige under anaerobe forhold uanset hvilken kombination af substrat og inokulum, der anvendes.

2.2.4 Adaptation af inokulum

Fremgangsmåde
Forsøgene blev udført med Herning og Boserup udrådnet slam som inokulum. Slammet var forud udrådnet i CSTR-reaktorer (32°C), og belastningen med fremmedstoffer var analyseret gennem forløbet, og der havde været størst belastning med fremmedstoffer i den reaktor, der udrådnede Boserup slam. Inokulum var i begge tilfælde fra perioden 19/5-26/6 ’98.

Som substrat blev der anvendt en blanding af DEHP og nonylphenol tilsat så den resulterende koncentration var 50 mg/kg. Substratet blev tilsat fra en stamopløsning i metanol på 0,5 g silicagel i 57 ml serumflasker. Metanolen blev afdampet i 1 time, og der blev derefter tilsat 30 ml inokulum (TS 1,2-2,7).

Flaskerne blev lukket med butylgummiprop og aluminiumskapsel og inkuberet ved 32°C i termostateret varmeskab. Der blev udtaget prøver til kemi efter 0 og 15 dage.

Resultater
Resultaterne for reduktionen af de spikede stoffer var i Herning slam på —1,6% og —10,7%, og i Boserup slam på 4,7% -6,7%. for hhv. nonylphenol og DEHP. De negative reduktioner tilskrives analyseusikkerhed.

Konklusion
Der kunne således ikke dokumenteres en effekt af adaptering af inokulum til nedbrydning af nonylphenol og DEHP. Det er dog muligt, at adaptering af inokulum er en fordel for nedbrydning af andre stoffer .

2.3 Aerob efterbehandling

2.3.1 Fremgangsmåde

Endvidere blev der udført anaerob udrådning i forsøg af hhv. primær Lundtofte slam, primær Herning slam og organisk dagrenovation.

Udrådningen foregik i 57,5 ml serumflasker tilsat 30 ml udrådnet slam fra Boserup som inokulum samt substrat bestående af 0,05 mg/kg af ovennævnte fremmedstoffer eller 2,5 ml primær slam/organisk dagrenovation.

Der blev analyseret kemi for hver substratkombination. Efter 32 dages udrådning ved 32°C, udført på samme måde som beskrevet i 2.2.2, blev der atter målt kemi på hver substratkombination. De resterende 8 flasker for hver substratkombination blev blandet sammen, og fra disse batch blev der udtaget materiale til aerob efterbehandling.

Aerob efterbehandling
Der blev tilsat 15 ml af det udrådnede materiale fra hver batch til 10 hætteglas á 100 ml. Som inokulum blev der tilsat 30 ml (ca. 1% TS) aerobt behandlet slam (bioslam) fra hhv. Herning, Boserup og Lundtofte til tre flasker, og den sidste flaske blev ikke tilsat bioslam. Flaskerne blev lukket med butylgummiprop, og der blev med kanyle tilsat 15 ml ren ilt til headspace. Der blev inkuberet under aerobe forhold med kraftig omrøring ved 10-15°C for at opnå en feltrealistisk temperatur. Der blev taget prøver ud til kemisk analyse efter 0, 1 og 3 dage. Det blev kontrolleret, at der var aerobt miljø i flaskerne ved GC målinger af headspace, og der blev om nødvendigt tilsat ilt.

2.3.2 Resultater

Inokulum:
Herning bioslam
Herning bioslam blev inkuberet med spikede koncentrationer af fremmedstofferne phenanthren + DOP, Pyren + 1,2,4-trichlorbenzen og benzo(a)pyren. Resultaterne for stofreduktionerne under hhv. den anaerobe og de aerobe testperioder er vist på figur 2-11.

Figur 2-11. Procentvise reduktioner af fremmedstoffer spiket i kombinationerne phenanthren (phen.)+DOP, pyren+1,2,4-trichlorbenzen (tri.), og benzo(a)pyren (benz.) ved anaerob udrådning efterfulgt af aerob behandling i 1-3 dage.

Ved udrådning af phenanthren og DOP, var der en fjernelse af stofferne på 28 og 24%. Den aerobe efterbehandling medførte en reduktion af phenanthren på 93% af startkoncentrationen ved den aerobe behandling. Der blev konstateret en reduktion af DOP på 44% efter 1 dags aerob efterbehandling, men denne kunne ikke eftervises ved analysen efter 3 dages aerob behandling hvor reduktionen af DOP var ubetydelig (6%).

Pyren og trichlorbenzen blev ikke reduceret under den anaerobe udrådning, men efter 3 dages aerob behandling var der en fjernelse af trichlorbenzen på 50%. Der blev observeret en lavere reduktion af pyren på 17% efter 3 dage. Benzo(a)pyren blev ikke reduceret under den anaerobe udrådning, og efter 3 dages aerob behandling var en reduktion på 20%.

Resultaterne for Herning bioslam inkuberet med med primærslam samt organisk dagrenovation som substrat er vist på figur 2-12 og 2-13.

Figur 2-12. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage af Lundtofte primærslam.

Figur 2-13. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning, og aerob efterbehandling i 1-3 dage af Herning primærslam.

Som figur 2-12 og 2-13 viser, blev phenanthren reduceret med ca. 20% under den anaerobe udrådning, og dernæst fuldstændig fjernet under den aerobe efterbehandling. Pyren blev ikke fjernet anaerobt med Lundtofte primærslam som substrat, men med Herning primærslam som substrat blev der fjernet 36%. Den aerobe efterbehandling medførte stofreduktioner på hhv. 43 og 38% med de to substrater.

Nonylphenol blev ikke reduceret signifikant ved den anaerobe udrådning. Den aerobe efterbehandling medførte en reduktion af nonylphenol på ca. 80% efter 3 dage. NPE 1EO blev kun reduceret med 9% ved den anaerobe udrådning af Herning primærslam, men den aerobe efterbehandling medførte 96% fjernelse med både Herning og Lundtofte primærslam som substrater. NPE 2EO blev derimod fjernet i betydelig mængde under den anaerobe udrådning (73 og 63%), og den aerobe efterbehandling kun medførte reduktioner på ca. 20%.

LAS blev ikke fjernet under den anaerobe udrådning, men blev fjernet med 94% under den aerobe efterbehandling.

Figur 2-14. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage af kildesorteret organisk dagrenovation (KOD).

Med organisk dagrenovation som substrat blev phenanthren, pyren, nonylphenol, NPE 1EO og LAS i betydelig grad fjernet under den aerobe efterbehandling (figur 2-14). Der var en væsentlig reduktion (66%) af NPE 2EO under den anaerobe udrådning, mens den aerobe efterbehandling medførte en stoffjernelse efter 3 dage på ca. 20%. Der var ikke fjernelse af DEHP under den aerobe efterbehandling.

Inokulum:
Lundtofte bioslam
Lundtofte bioslam blev inkuberet med spikede koncentrationer af phenanthren + DOP, pyren + 1,2,4-trichlorbenzen og benzo(a)pyren. Resultaterne for stofreduktionerne er vist på figur 2-15.

Figur 2-15. Procentvise reduktioner af fremmedstoffer spiket i kombinationerne phenanthren (phen.)+DOP, pyren+1,2,4-trichlorbenzen (tri.), og benzo(a)pyren (benz.) ved anaerob udrådning efterfulgt af aerob behandling i 1-3 dage.

Phenanthren blev reduceret 28% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse. DOP blev fjernet 24% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en yderligere stoffjernelse til ialt 56%. Pyren, 1,2,4-trichlorbenzen og benzo(a)pyren blev ikke signifikant reduceret under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte ikke væsentlige reduktioner (figur 2-15).

Lundtofte bioslam blev inkuberet med primærslam (Lundtofte og Herning) som substrater. Resultaterne er vist på figur 2-16 og 2-17.

Figur 2-16. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage af Lundtofte primærslam.

Figur 2-17. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage af Herning primærslam.

Som figur 2-16 og 2-17 viser, var der både med Lundtofte og Herning primærslam som substrater en reduktion på ca. 20% af phenanthren under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte fuldstændig fjernelse af stoffet. Pyren blev fjernet med 36% under den anaerobe udrådning af Herning primærslam, mens den anaerobe udrådning af Lundtofte slam ikke medførte reduktion af pyren. Den aerobe efterbehandling medførte hhv. 20 og 33% fjernelse i Lundtofte og Herning primærslam.

Nonylphenol blev ikke væsentligt reduceret under den anaerobe udrådning, men den aerobe efterbehandlig medførte reduktioner på hhv. 41 og 54% i Lundtofte og Herning slam. NPE 1EO blev reduceret 9% under anaerobe forhold med Herning primærslam som substrat, mens der ikke blev konstateret nedbrydning med Lundtofte primærslam (-6% reduktion). Den aerobe efterbehandling medførte 97% reduktion efter 3 dage i Lundtofte slammet, mens der var en reduktion på 9% i Herning slammet. NPE 2EO blev reduceret 68 og 73% i Lundtofte og Herning slammet under anaerobe forhold. Den aerobe efterbehandling medførte større NPE 2EO koncentrationer i begge slamtyper.

LAS blev ikke nedbrudt under den anaerobe udrådning, men blev reduceret med 87 og 91% i Lundtofte og Herning primæslam.

Reduktionen af fremmedstofferne ved organisk dagrenovation som substrat er vist på figur 2-18. Det ses, at phenanthren kun blev reduceret 8% under anaerobe forhold, mens den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse. Pyren blev ikke fjernet anaerobt, men blev fjernet ca. 27% aerobt. Nonylphenol blev ikke i betydelig grad fjernet anaerobt, men var efter 3 dages aerob behandling reduceret med 80%. I den organiske dagrenovation blev NPE 1EO ikke reduceret under anaerobe forhold, og der blev målt væsentligt større koncentrationer efter anaerob udrådning samt efter 1 dags aerob behandling. Efter 3 dages aerob behandling blev der til gengæld observeret en reduktion af NPE 1EO på 90%. NPE 2EO blev reduceret med 66% under den anaerobe udrådning, efter 3 dages aerob behandling blev stoffet reduceret 90%.

I den organiske dagrenovation blev LAS ikke fjernet under den anaerobe udrådning, idet der blev målt 40% mere LAS efter udrådningen. Den aerobe efterbehandling medførte en LAS reduktion på 92%. Aerob efterbehandling medførte ikke fjernelse af DEHP.

Figur 2-18. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning, og aerob efterbehandling i 1-3 dage af kildesorterete organisk dagrenovation (KOD).

Inokulum:
Boserup bioslam
Boserup bioslam blev inkuberet med spikede koncentrationer af fremmedstofferne phenanthren + DOP, pyren + 1,2,4-trichlorbenzen og benzo(a)pyren. Resultaterne for stofreduktionerne under hhv. den anaerobe og de aerobe testperioder er vist på figur 2-19.

Figur 2-19. Procentvise reduktioner af fremmedstoffer spiket i kombinationerne phenanthren (phen.)+DOP, pyren+1,2,4-trichlorbenzen (tri.) og benzo(a)pyren (benz.) ved anaerob udrådning efterfulgt af aerob behandling i 1-3 dage.

Phenanthren blev reduceret med 28% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse af stoffet. Der blev observeret en fjernelse af DOP på 20% efter 3 dage, men det bemærkes, at der var en svagt forøget koncentration efter 1 dags aerob behandling. Pyren og 1,2,4-trichlorbenzen blev ikke signifikant reduceret under anaerobe eller aerobe forhold. Benzo(a)pyren blev ikke fjernet under anaerobe forhold, og blev kun fjernet med ca. 9% under den aerobe efterbehandling.

Resultaterne for Boserup bioslam inkuberet med primærslam (Lundtofte og Herning) er vist på figur 2-20 og 2-21.

Figur 2-20. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage af Lundtofte primærslam.

Figur 2-21. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage af Herning primærslam.

Ved anaerob udrådning af primær slam var der en reduktion af phenanthren på ca. 20%, og den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse. Pyren blev ikke reduceret under anaerobe forhold med Lundtofte primærslam som substrat, men der var en fjernelse på 36% med Herning primærslam som substrat. Under den aerobe efterbehandling blev pyren fjernet med hhv. 50 og 44% i Lundtofte og Herning primærslam.

Nonylphenol blev ikke væsentligt reduceret under den anaerobe udrådning af primærslammet, men den aerobe efterbehandling medførte reduktioner på 57-63% efter 3 dage. NPE 1EO blev ikke reduceret under anaerob udrådning af Lundtofte primærslam, men der var en lille reduktion (9%) under udrådning af Herning slam. Under den aerobe efterbehandling blev NPE 1EO fjernet med hhv. 91 og 92%. I modsætning hertil blev NPE 2EO væsentligt fjernet under den anaerobe udrådning (68 og 73%). Den aerobe efterbehandling viste en reduktion på 16% i Lundtofte slammet, mens der ingen reduktion var i Herning slammet. Der var en stærkt forøget NPE 2EO koncentration i Herning slammet efter 1 dags aerob efterbehandling.

LAS koncentrationen blev målt til en ca. 20% højere værdi efter den anaerobe udrådning. Den aerobe efterbehandling medførte efter 3 dage reduktion på hhv. 85 og 76% i Lundtofte og Herning primærslam.

Resultaterne med organisk dagrenovation som substrat er vist på figur 2-22. Phenanthren blev reduceret med 8% under den anaerobe udrådning og blev fuldstændig fjernet under den aerobe efterbehandling. Pyren blev ikke reduceret anaerobt, men den aerobe behandling medførte en reduktion på 50% efter 3 dage. Nonylphenol og NPE 1EO blev ikke fjernet under den anaerobe udrådning, og der blev observeret en markant øget koncentration af NPE 1EO. Den aerobe efterbehandling af organisk dagrenovation medførte reduktioner af nonylphenol og NPE 1EO på hhv. 71 og 92%.

NPE 2EO blev reduceret med 66% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en reduktion på 87% efter 3 dage.
LAS koncentrationen blev målt til at være væsentligt forøget under den anaerobe udrådning, men den aerobe efterbehandling medførte en reduktion på 80%. DEHP blev ikke fjernet under den aerobe efterbehandling.

Figur 2-22. Reduktion af udvalgte fremmedstoffer ved hhv. anaerob udrådning og aerob efterbehandling i 1-3 dage afkildesorteret organisk dagrenovation (KOD).

2.3.3 Diskussion

Den ringe fjernelse under de anaerobe forhold kan skyldes, at PAH’er generelt er lettere at nedbryde under aerobe forhold da der bruges ilt til at bryde ringstrukturen. Resultaterne viser, at det er muligt at fjerne phenanthren ved en aerob efterbehandling af udrådnet materiale.

Pyren
Pyren blev ikke fjernet anaerobt, når det var tilsat som spiket stof eller indeholdt i substraterne Lundtofte primærslam og organisk dagrenovation. I modsætning hertil var der en betydelig reduktion af pyren under anaerob udrådning af Herning primærslam. Der er ikke nogen umiddelbar forklaring på denne forskel, idet indholdet af pyren var på samme niveau i både Lundtofte primærslam, Herning primærslam og organisk dagrenovation. Det er muligt, at der i Herning primærslammet var mikroorganismer tilstede med enzymer til anaerob omsætning af pyren. Da pyren er en PAH-forbindelse med fire benzenringe, er det udfra litteraturen svært nedbrydeligt under anaerobe forhold, hvilket bekræftes af ovenstående.

Under aerobe forhold må der ifølge litteraturen forventes en større nedbrydelighed af pyren end under anaerobe forhold. Der blev også i denne undersøgelse observeret større reduktioner i pyrenkoncentrationen ved de aerobe efterbehandlinger. De aerobe efterbehandlinger af Lundtofte primærslam, Herning primærslam og organisk dagrenovation medførte reduktioner på 27-50%, og de aerobe efterbehandlinger af spiket pyren medførte lidt lavere reduktioner (5-18%). Dette tyder på, at pyren er langsommere at nedbryde, når det er tilsat som spiket stof, end når det er tilsat som det "naturlige" indhold i de testede substrater. Dette er umiddelbart det modsatte af det forventede, idet biotilgængeligheden må formodes at være større for det spikede stof. Forklaringen er sandsynligvis, at pyren blev spiket i blanding med 1,2,4-trichlorbenzen, og at der hermed er opstået en toksisk effekt på mikroorganismerne.

Nonylphenol
Den aerobe efterbehandling af substraterne medførte betydelig reduktion af nonylphenolkoncentrationerne. Der var deimod ingen væsentlig reduktioner under anaerobe forhold. Ifølge litteraturen er nonylphenol svært nedbrydelig under såvel anaerobe som aerobe forhold (Miljøstyrelsen, 1996b).

Resultaterne i denne undersøgelse tyder på, at kombinationen af en anaerob forbehandling og en aerob efterbehandling er favorabelt for mikrobiel omsætning af nonylphenol, og at kombinationen anaerob/aerob medfører en bedre nonylphenol nedbrydning end hhv. den anaerobe og den aerobe behandling alene.

NPE 1EO/NPE 2EO
NPE 1EO og NPE 2EO er de to eneste nonylphenolethoxylater, som det er muligt at analysere med gaskromatograf. De nonylphenolethoxylater, der produceres og anvendes kommercielt, har dog oftest flere ethoxylatgrupper. Dette betyder, at der i substraterne kan være ukendte mængder af nonylphenolethoxylater med > 2 ethoxylatgrupper. Nedbrydningen af disse stoffer sker ved en trinvis afkortning af ethoxylatkæden, således at NPE XEO bliver til NPE (X-1)EO, hvor X er antallet af ethoxylatgrupper. Hvis disse nedbrydes under den biologiske behandling, kan der derfor dannes NPE 1EO og NPE 2EO.

NPE 1EO blev ikke væsentligt reduceret under anaerobe forhold. Ved udrådning af organisk dagrenovation var der sågar en øget NPE 1EO koncentration efter udrådningen. Startkoncentrationerne af NPE 1EO og NPE 2EO ved udrådning af den organiske dagrenovation var hhv. 2,6 og 0,3 mg/kg, så den observerede stigning i NPE 1EO koncenetrationen på 40% kan ikke alene skyldes, at den oprindelige NPE 2EO koncentration blev nedbrudt til NPE 1EO. Forklaringen kan være, at NPE med mere end 2 ethoxylatgrupper blev nedbrudt til NPE 2EO og NPE 1EO, og at nedbrydningen af NPE 1EO var langsommere end nedbrydningen af NPE 2EO, idet denne blev reduceret i koncentration ved udrådning af den organiske dagrenovation.

Den aerobe efterbehandling medførte stort set fuldstændig reduktion af NPE 1EO efter 3 dage. Den markante reduktion af NPE 1EO ved aerob efterbehandling i tre dage tyder på, at for dette stof er kombinationsbehandlingen anaerob/aerob fremmende for en mikrobiel omsætning.

Eneste undtagelse var ved aerob efterbehandling af Herning primærslam med Lundtofte bioslam som inokulum, hvor reduktionen kun var ca. 10%. Det kan dog ikke udelukkes, at der er foregået en større nedbrydning af NPE 1EO, samtidig med en dannelse af stoffet ved omsætning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper.

I modsætning til NPE 1EO var der væsentlige reduktioner af NPE 2EO under den anaerobe udrådning. Forklaringen på denne forskel er muligvis, at NPE 2EO generelt må anses som værende lettere nedbrydelig end NPE 1EO, idet nonylphenolethoxylater med faldende ethoxyleringsgrad i højere grad adsorberer til det organiske materiale, hvorved biotilgængeligheden reduceres.

Den aerobe efterbehandling medførte ikke væsentlige reduktioner i koncentrationen af NPE 2EO. Startkoncentationerne af NPE 1EO og NPE 2EO ved den aerobe behandling var lidt lavere for NPE 2EO (71-113 µg/kg) end for NPE 1EO (101-404 µg/kg), men denne forskel er dog sandsynligvis ikke forklaringen på, at den aerobe efterbehandling var mere effektiv til at reducere NPE 1EO end NPE 2EO. En mulig forklaring kan være, at der er en pulje af nonylphenolethoxylater, der nedbrydes til NPE 2EO, og at den videre nedbrydning til NPE 1EO er langsom.

LAS
LAS blev ikke nedbrudt under den anaerobe behandling, hvilket er i overensstemmelse med det forventede. Den aerobe efterbehandling var meget effektiv til at reducere LAS koncentrationen, hvilket er i overensstemmelse med det forventede, idet LAS er rapporteret let nedbrydelig under aerobe forhold.

DEHP
Med kildesorteret organisk dagrenovation som inokulum blev DEHP fjernet i nogen grad under den anaerobe udrådning (27%), hvilket umiddelbart er i modsætning til andres undersøgelser der ikke har påvist nedbrydning af DEHP under metanogene forhold. Den aerobe efterbehandling medførte derimod ikke yderligere fjernelse af DEHP, hvilket er i overensstemmlese med, at DEHP i andre undersøgelser er fundet langsomt nedbrydelig under aerobe forhold.

Sammenfatning
Resultaterne viste, at den aerobe efterbehandling af substraterne primærslam og organisk dagrenovation var en fordel for nedbrydningen af især phenanthren, nonylphenol, NPE 1EO og LAS. Kombinationen af en anaerob/aerob biologisk behandling optimerer mulighederne for at få fjernet et bredt spektrum af fremmedstoffer, idet resultaterne viser, at visse stoffer fjernes bedst anaerobt (NPE 2EO), mens andre fjernes bedst aerobt.

Den praktiske implikation af dette er, at det med hensyn til fjernelse af miljøfremmede stoffer kan være fordelagtigt at kombinations-behandle affald først anaerobt dernæst aerobt. Det udrådnede materiale kan efterbehandles aerobt ved enten en aktiv beluftning eller ved at samkompostere med f.eks have/parkaffald.

2.4 Aerob stabilisering af udrådnet slam

Nedbrydning af miljøfremmede stoffer under anaerobe og aerobe forhold foregår ofte via forskellige reaktionsveje, der kan komplimentere hinanden. Visse svært nedbrydelige organiske forbindelser kan under anaerobe forhold, og ikke under aerobe forhold, omdannes til nedbrydningsprodukter, der siden kan omsættes aerobt. En kombination af anaerobe og aerobe betingelser kan derfor medvirke til en mere fuldstændig nedbrydning af ellers svært nedbrydelige forbindelser.

2.4.1 Fremgangsmåde

Tabel 2-8. Fysiske og kemiske karakteristika for de anvendte jorde.

	Lokalitet
	Flakkebjerg	Foulum	Fladernebæk
% grovsand (> 200 µm)	22	36	77
% finsand ( 20 - 200 µm)	43	45	13
% silt ( 2 - 20 µm)	18	9	5
% ler (< 2 µm)	12	8	2
pH (CaCl2)	6,1	5,6	5,3
NH4-N (mg kg-1)	1,9	3,0	1,2
NO3-N (mg kg-1)	1,1	10,5	3,7
total N (%)	0,14	0,15	0,12
total C (%)	1,3	1,6	2,2

Inkubationen af jord med iblandet slam blev foretaget i kasser, der kunne rumme ca. 10 kg jord. Det var ønskeligt at iblande slam svarende til et tørstofindhold på ca. 10 tons tørstof /ha, men på grund det forholdsvis lave tørstofindhold og de forskellige tørstofindhold i de tre slamtyper, blev der iblandet slam svarende til de mængder, der er vist i tabel 2-9.

Tabel 2-9 Mængden af slam blandet i jorden (ca. tons tørstof pr. ha).

	Primærslam	Udrådnet slam
Lundtofte	8	5
Boserup	1	7
Herning	7	3

Kasserne med jord og slam blev inkuberet ved 10°C, og prøver blev udtaget med intervaller á ca. 3 uger over en periode på 4 måneder. Delprøver (6-10 stk) blev udtaget med et lille jordbor, og derefter "poolet" til en prøve på ca. 50 g. Ved hver prøveudtagning blev der udtaget to prøver á 50 g, som blev opbevaret i udglødede glas i dybfryser indtil analyse for miljøfremmede stoffer.

For at følge den mikrobielle omsætning og om muligt at relatere denne til nedbrydning af det iblandede slam, blev der opstillet et parallel-forsøg. Jord (500 g) og slam blandet i det samme forhold, som beskrevet ovenfor, blev inkuberet i glas, der kunne lukkes med et tætsluttende låg forsynet med et septum. Med ca. en uges mellemrum blev raten af den mikrobielle respiration (CO₂-produktion), CH₄- og N₂O-produktion, samt denitrifikationen bestemt gaskromatografisk (se bilag 10). CO₂-, CH₄- og N₂O-produktion blev målt på de samme glas i 3 gentagelser, og denitrifikation på separate glas ligeledes med 3 gentagelser.

2.4.2 Resultater

Sammenlignes indholdet af miljøfremmede stoffer i primær slam og udrådnet slam, bemærkes det, at for flere stoffers vedkommende er koncentrationen højere i det udrådnede slam end i primærslam. Dette gælder specielt for nonylphenol-forbindelserne, der er fundet i 10-100 gange større koncentration i udrådnet slam end i primærslam.

I tabel 2-11 er en oversigt over tendenserne i det samlede datamateriale i tabel 2-10 vist. Det fremgår heraf, at hvis man betragter alle analyser under ét udviser henholdsvis 20, 56 og 24% af de miljøfremmede stoffer i primærslam en faldende, uforandret og stigende koncentration i løbet af inkubationsperioden. For udrådnet slam udgør antallet af miljøfremmede stoffer med en faldende, uforandret og stigende koncentration henholdsvis 44, 53 og 4%.

Indholdet af LAS var meget lavt både ved start og ved slutningen af inkubations-perioden (tabel 2-10). Analyser af primærslam viste, at indholdet af LAS var henholdsvis 2117, 885 og 1889 mg/kg TS i slam fra Lundtofte, Herning og Boserup. Efter fortynding i jord, som angivet ovenfor, svarer disse LAS-koncentrationer til 8, 3 og 2 mg/kg TS, hvilket er i god overensstemmelse med koncentrationerne vist i tabel 2-10.

Tabel 2-10. Indhold af miljøfremmede stoffer (µg kg-1 tørstof) ved start og ved slut af inkubations-perioden efter iblanding af henholdsvis primærslam (P) og udrådnet slam (U), samt angivelse af en stigende (+), faldende (-) eller uændret tendens fra start til slut. For stoffer < 50 µg/kg TS er der markeret +/- hvis den %-vise ændring var > 30%, og for stoffer > 50 µg/kg TS er der markeret +/- hvis den %-vise ændring var > 20%. LAS koncentrationen er angivet i mg kg-1 tørstof. Detektionsgrænsen for LAS er 50 mg kg-1 tørstof. i.m. = ikke målt.

Tabel 2-11. Antallet af miljøfremmede stoffer med tendens til faldende, uforandret eller stigende koncentration i løbet af inkubationsperioden ved inkubation af henholdsvis primærslam og udrådnet slam.

Slamtype	Tendens	Herning- slam Foulum- jord	Boserup- slam Foulum- jord	Lundt.- slam Foulum- jord	Lundt.- slam Flakkebj.- jord	Lundt.- slam Fladerne-jord	I alt (%)
Primær	Faldende	1	0	3	3	4	11 (20)
	Uforandret	3	9	5	8	6	31 (56)
	Stigende	7	2	3	0	1	13 (24)
Udrådnet	Faldende	7	7	4	1	5	24 (44)
	Uforandret	3	4	7	10	5	29 (53)
	Stigende	1	0	0	0	1	2 (4)

Mikrobiel aktivitet
Udvikling af CO₂, CH₄, N₂O og denitrifikationsaktivitet igennem inkubationsperioden er vist i Fig. 2-23-2-26.

Figur 2-23. Udvikling af CO₂ fra Foulum-jord iblandet primærslam (A) eller udrådnet slam (B) fra Herning () , Boserup () eller Lundtofte (), samt udvikling af CO₂ fra Fladernebæk- (JB1; ), Foulum- (JB3;) eller Flakkebjerg-jord (JB5;) iblandet primærslam (C) eller udrådnet slam (D) fra Lundtofte. og = kontrol (vand).

Figur 2-24. Udvikling af CH₄ fra Foulum-jord iblandet primærslam (A) eller udrådnet slam (B) fra Herning (), Boserup () eller Lundtofte (), samt udvikling af CH₄ fra Fladernebæk- (JB1; ), Foulum- (JB3;) eller Flakkebjerg-jord (JB5;) iblandet primærslam (C) eller udrådnet slam (D) fra Lundtofte. og = kontrol (vand).

Figur 2-25. Udvikling af N₂O fra Foulum-jord iblandet primærslam (A) eller udrådnet slam (B) fra Herning () , Boserup () eller Lundtofte (), samt udvikling af N₂O fra Fladernebæk- (JB1; ), Foulum- (JB3;) eller Flakkebjerg-jord (JB5;) iblandet primærslam (C) eller udrådnet slam (D) fra Lundtofte. og = kontrol (vand).

Figur 2-26. Denitrifikation fra Foulum-jord iblandet primærslam (A) eller udrådnet slam (B) fra Herning () , Boserup () eller Lundtofte (), samt denitrifikation fra Fladernebæk- (JB1; ), Foulum- (JB3;) eller Flakkebjerg-jord (JB5;) iblandet primærslam (C) eller udrådnet slam (D) fra Lundtofte. og = kontrol (vand).

Den mikrobielle respiration udtrykt som CO₂-udvikling (figur 2-23) var tilnærmelsesvis lineær igennem inkubationsperioden på 84 dage. En sammenligning af respirationsrater (tabel 2-12) viser, at den mikrobielle aktivitet fra jord iblandet primærslam varierede mellem 4,5 og 18,1 mg CO₂-C/kg jord/dag. Iblanding af Boserup primærslam medførte kun en lille stigning i den mikrobielle respiration i forhold til kontrolbehandlingen. Der syntes at være en tendens til stigende aktivitet med stigende lerindhold. Endvidere var respirationsraterne generelt lavere efter iblanding af udrådnet slam end efter iblanding af primærslam.

Tabel 2-12. Respirationsrater (mg CO₂-C kg^-1 jord dag^-1) i de undersøgte kombinationer af slam og jordtyper.

Slamtype	Jordtype	Primærslam		Udrådnet slam
		CO2-rate	r2	CO2-rate	r2
Herning	JB3	11,7	0,98	6,8	0,9
Boserup	JB3	4,5	0,99	8,9	0,95
Lundtofte	JB3	16,6	0,98	9,0	0,96
Lundtofte	JB1	11,6	0,96	6,5	0,96
Lundtofte	JB3	16,6	0,98	9,0	0,96
Lundtofte	JB5	18,1	0,98	8,3	0,98
Kontrol	JB3	3,7	0,99	4,7	0,99

Dannelsen af metan (figur 2-24) fulgte et lignende mønster, som respirations-raterne. Dog var metan-dannelsen ikke lineær, man havde en nølefase på 10 - 15 dage efterfulgt af en lineær stigning, hvorefter metanproduktionen var minimal i løbet af de sidste 20 - 30 dage af inkubationsperioden. Ligesom det var tilfældet for den mikrobielle respiration, så blev der ikke dannet metan efter iblanding af primærslam fra Boserup (figur 2-24 (A)). Metandannelsen var minimal efter iblanding af udrådnet slam (figur 2-24 (B, D)).

M.h.t. N₂O-dannelsen (figur 2-25) og denitrifikationen (figur 2-26) var det tilsyneladende det omvendte, der gjorde sig gældende, idet jord iblandet primærslam fra Boserup havde de største rater. Efter iblanding af primærslam fra Lundtofte kunne der ikke registreres forhøjet denitrifikationsaktivitet i forhold til kontrolprøverne. Endvidere kunne der ikke påvises signifikante forskelle mellem jordtyper.

Under iltede forhold lever hovedparten af jordens mikroorganismer af at nedbryde organisk stof til CO₂, som derfor er et bredt mål for den mikrobielle aktivitet i jorden. Tilførsel af slam, som i reglen indeholder store mængder organisk stof, forventes derfor at øge CO₂-produktionen. Omvendt er størrelsen af CO₂-produktionen en afspejling af mængden og tilgængeligheden af det tilførte organisk stof. Dette blev bl. a. observeret efter tilførsel af Boserup primærslam med et lavt tørstofindhold, hvor der samtidig blev målt en meget lav mikrobiel respiration. Ved en anaerob behandling af slam sker der en mikrobiel nedbrydning af organisk stof under dannelse af metan, og man kan således forvente en lavere mikrobiel respiration efter iblanding af udrådnet slam. Dette dels som følge af et lavere tørstofindhold i det udrådnede slam, og dels som følge af at det organiske stof, der er tilbage efter en anaerob udrådning, sandsynligvis er sværere nedbrydeligt. Ved nedbrydning af organiske stof i jorden forbruges ilt, og hvis tilførslen af ilt samtidig er begrænset, opstår der anaerobe områder i jorden, hvor en metandannelse kan finde sted.

En stor gruppe af jordens mikroorganismer — de denitrificerende og nitrat-reducerende bakterier - er fakultativt aerobe, og kan under iltfrie forhold ånde vha. nitrat i stedet for ilt. Bakterierne kræver, udover nitrat og iltfrie forhold, en letomsættelig kulstofkilde. Denitrifikationsprocessen er således en biologisk proces, hvorved nitrat reduceres til de gasformige kvælstofforbindelser lattergas (N₂O) og frit kvælstof (N₂). Resultaterne fra inkubationsforsøgene viste, at efter iblanding af primærslam fra Boserup, blev der målt en betydelig højere denitrifikationsaktivitet end efter iblanding af slam fra Herning og Lundtofte, hvilket antyder at Boserup-slam var mere kvælstofholdigt end Herning- og Lundtofte-slam.

Sammenfatning
Resultaterne tyder på, at en anaerob behandling af slam medvirker til en hurtigere og mere fuldstændig omsætning af de miljøfremmede stoffer efter overgang til aerobe forhold i markjord. Der var dog for visse stoffer større koncentrationer efter udrådningen, hvilket sandsynligvis skyldes, at der under den anaerobe udrådning er sket en nedbrydning af organisk materiale uden en tilsvarende nedbrydning af de pågældende stoffer, og dermed en opkoncentrering når indholdet angives på tørstofbasis.

2.5 CSTR-reaktorforsøg

Den organiske belastning af testsystemet har stor betydning for forløbet af de anaerobe processer. Den organiske belastning udtrykkes i g VS/l×dag; VS bestemmes som vægtab efter afbrænding ved 575°C i 2 timer, og er et udtryk for det organiske indhold. Belastningen af CSTR-reaktorerne var på realistiske belastningsniveauer, svarende til hydrauliske opholdstider på 12 til 30 dage. Den hydrauliske opholdstid blev beregnet udfra flowet gennem reaktoren og reaktorens volumen. For enkelte udvalgte stoffer blev belastningsafhængigheden undersøgt.

2.5.1 Fremgangsmåde

Gasdannelsen fra reaktorerne blev opsamlet i gastætte poser, og der blev ugentligt målt metandannelse fra reaktorerne på GC. Gasudbyttet fra reaktorerne blev beregnet som ml metan/g VS (bilag 4).

Reaktorerne blev gennem et forløb på ca. 4 måneder belastet i stigende grad med organisk stof (g VS/l×dag) ved at fødevolumen gradvist blev øget, se bilag 4.

Der blev udtaget prøver til kemi fra føden (primærslam) og udløbet med intervaller der repræsenterede ændringer i den organiske belastning.

2.5.2 Resultater

Lundtofte primærslam

Figur 2-27. Koncentration af 2-methylnaphthalen i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Lundtofte primærslam.

Figur 2-28.. Koncentration af DEHP i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Lundtofte primærslam.

Figur 2-29. Koncentration af NPE 1EO i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Lundtofte primærslam.

Figur 2-30. Koncentration af NPE 2EO i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Lundtofte primærslam.

Boserup primærslam

Figur 2-31. Koncentration af nonylphenol i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Lundtofte primærslam.

Figur 2-32. Koncentration af 2-methylnaphthalen i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Boserup primærslam

Figur 2-33. Koncentration af DEHP i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Boserup primærslam.

Figur 2-34. Koncentration af NPE 1EO i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Boserup primærslam.

Figur 2-35. Koncentration af NPE 2EO i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Boserup primærslam.

Figur 2-36. Koncentration af nonylphenol i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Boserup primærslam.

Figur 2-37. Koncentration af 2-methylnaphthalen i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Herning primærslam.

Figur 2-38. Koncentration af DEHP i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Herning primærslam.

Figur 2-39. Koncentration af NPE 1EO i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Herning primærslam.

Figur 2-40. Koncentration af NPE 2EO i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Herning primærslam.

Herning primærslam

Figur 2-41. Koncentration af nonylphenol i føde og udløb fra CSTR-reaktor kørt med Herning primærslam.

2.5.3 Diskussion

DEHP
Der kunne ikke konstateres lavere DEHP koncentrationer i udløbet fra Lundtofte og Boserup end i føden, hvilket tyder på, at stoffet ikke blev nedbrudt (figur 2-28 og 2-33). Der blev ved enkelte målinger konstateret stærkt forhøjede DEHP koncentrationer i udløbet i reaktorerne (Lundtofte: d. 30-07-98; Boserup: d. 05-08-98 og Herning: d. 23-06-98). Disse målinger kan skyldes utilstrækkelig omrøring, hvorved der er risiko for at udtage en prøve der ikke er repræsentativ. Men da der ikke på de nævnte datoer havde været stop i omrøringen, er det muligt, at forklaringen er usikkerhed ved de kemiske analyser.

I Herning reaktoren tyder data på, at der var en DEHP nedbrydning i starten af forsøgsperioden, hvor den organiske belastning var lavest (figur 2-38)

NPE 1EO/NPE 2EO
Den generelle tendens var, at der ikke blev fjernet NPE 1EO og NPE 2EO i de tre reaktorer. I Lundtofte og Boserup reaktorerne var der dog i den sidste del af forsøgsperioden et fald i koncentrationen af NPE 1EO (figur 2-29 og 2-34). Endvidere var der en reduktion af NPE 1EO og NPE 2EO koncentrationen i udløbet fra Herning reaktoren i den første del af forsøgsperioden (figur 2-39 og 2-40). Det er muligt at nedbrydning af NPE 1EO og NPE 2EO i disse forsøg ikke bliver registreret på grund af, at der er en samtidig dannelse af disse stoffer ved nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper. Dette forhold er muligvis også forklaringen på, at der blev observeret NPE 1EO og NPE 2EO i reaktorernes udløb, selv når der ikke var betydelige koncentrationer i føden.

Nonylphenol
Nonylphenol blev ikke reduceret i de tre reaktorer, og i flere tilfælde var der højere koncentrationer i udløbet end i føden (Lundtofte d. 16-06-98 og d. 04-10-98; Boserup d. 29-06-98 og d. 05-08-98 og Herning d. 03-08-98 og d. 05-08-98). Forklaringen på dette forhold kan være, at der dannes nonylphenol ved nedbrydning af andre fremmedstoffer, bl.a. nonylphenolethoxylater.

2.6 Sammenfatning

2.6.1 Standardtest ISO 11734

En ulempe ved testen er, at det er nødvendigt at arbejde med relativt høje stofkoncentrationer for at detektere fremmedstofomsætning, hvilket kan medføre toksiske effekter. I denne undersøgelse blev der observet toksiske effekter af mange af stofferne i de pågældende koncentrationer (100 mg C/l).

Det konkluderes, at testen i højere grad er anvendelig som et supplement til de kemiske analyser end som en erstatning. Ved at anvende begge typer test (trykdata og kemiske analyser) af bionedbrydeligheden opnås der information om mængden af primært nedbrudt stof og mineraliseret stof, som kan være forskellige hvis nedbrydningen ikke er fuldstændig.

2.6.2 Procesparametre

Temperatur
Temperaturens indflydelse blev belyst ved at inkubere under hhv. mesofile og termofile forhold. Under mesofil udrådning blev der observeret væsentlig reduktion af 2-methylnaphthalen, DEHP og 1,2,4-trichlorbenzen, en vis nedbrydning af nonylphenoldiethoxylat og ingen nedbrydning af flouranthen, LAS og nonylphenol.

Den termofile udrådning medførte større reduktioner af flouranthen, nonylphenol og nonylphenoldiethoxylat end ved den mesofile udrådning. Derimod var der ingen nedbrydning af DEHP under den termofile udrådning. Det skal pointeres, at de beregnede procentvise nedbrydninger af fremmedstofferne er baseret på enkeltanalyser, så konklusionen er, at der blev antydet en bedre nedbrydning af de miljøfremmede stoffer under termofile forhold undtagen for DEHP.

Elektronacceptorer
Forskellige elektronacceptorers effekt på den anaerobe bionedbrydelig blev undersøgt. Nedbrydning af acenaphthen, phenanthren, 4-nonylphenol, LAS, DEHP og 1,2,4-trichlorbenzen blev testet under jern-, sulfat- og nitrat-reducerende forhold. Det blev fundet, at det ikke optimerede nedbrydningen af fremmedstofferne at inkubere under andre redox forhold end metanogene. Nedbrydning blev kun undtagelsesvis indikeret og var ikke signifikant. Det vil være meget bekosteligt at tilsætte alternative elektronacceptorer (NO₃^-, SO₄^2- og Fe³⁺) til biogasanlæg, så resultaterne kan bruges til at fraråde, at det forsøges.

Temperatur
Resultaterne fra udrådning under mesofile og termofile forhold tyder på, at der er et større nedbrydningspotentiale under termofile forhold end under mesofile forhold. Det kræver dog en nærmere undersøgelse at fastslå betydningen af disse resultater, men det er sandsynligt, at valget af driftstemperatur på biogasanlæg kan være afgørende for processens potentiale til nedbrydning af miljøfremmede stoffer.

Redoxforhold
Ved anaerob omsætning af miljøfremmede stoffer under forhold med forskellige elektronacceptorer (Fe³⁺, SO₄^2-, og NO₃^-), blev der ikke opnået en stimulering af nedbrydningspotentialet i forhold til nedbrydning under metanogene forhold. Da det ville være uhensigstmæssigt at skabe andre redoxforhold end metanogene i en biogasreaktor, er det et positivt resultat m.h.t. driften af biogasanlæg.

Aerob efterbehandling
Den aerobe efterbehandling af det udrådnede materiale var en fordel m.h.t. fjernelse af især phenanthren, nonylphenol, NPE 1EO og LAS. Kombinationen af en anaerob og en aerob behandling optimerer ifølge resultaterne mulighederne for at få fjernet de miljøfremmede stoffer fra affaldet. Det skal dog bemærkes, at DEHP ikke blev reduceret under den aerobe efterbehandling af udrådnet materiale.

Substrat/inokulum
Det blev påvist, at de fleste af fremmedstofferne var svært nedbrydelige under metanogene forhold. Der kunne ikke påvises en stimulerende effekt på nedbrydning af fremmedstofferne ved samudrådning af forskellige substrater og inokuli.

Der belv anvendt inokulum fra Herning, Boserup og Lundtofte renseanlæg, gylle samt kildesorteret organisk dagrenovation. Som substrater blev der dels tilsat fremmedstoffer fra stamopløsninger (2-methylnaphthalen, phenanthren, DEHP, 1,2,4-trichlorbenzen, NPE 1EO og NPE 2EO) og fremmedstoffer fra det aktuelle indhold i primærslam og kildesorteret organisk dagrenovation.

2-methylnaphthalen og 1,2,4-trichlorbenzen spiket i prøverne blev nedbrudt både med slam og kildesorteret organisk dagrenovation som inokulum. Spiket phenanthren blev ikke nedbrudt med slam som inokulum, men med organisk dagrenovation var der en fjernelse på ca. 45%. Der var ikke væsentlig fjernelse af DEHP når det var spiket i slam eller organisk dagrenovation. Spiket NPE 2EO blev fuldstændig nedbrudt med slam som inokulum men kun ca. 25% blev fjernet med organisk dagrenovation som inokulum.

Det aktuelle indhold af fremmedstoffer i slam eller organisk dagrenovation blev med hensyn til 2-methylnaphthalen væsentligt reduceret. Der blev derimod ikke observeret væsentlig nedbrydning af DEHP, nonylphenol, NPE 1EO og NPE 2EO. Dog var der en nedbrydning af nonylphenol, NPE 1EO og NPE 2EO ved anvendelse af mesofil gylle som inokulum. For NPE 1EO og NPE 2EO blev der i flere tilfælde observeret højere koncentrationer efter udrådning, hvilket kan skyldes, at stofferne er blevet dannet som følge af nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper.

CSTR-reaktorer
CSTR-forsøg viste, at den organiske belastning og opholdstiden havde indflydelse på nedbrydning af miljøfremmede stoffer. Ved drift af biogasanlæg skal det tages i betragtning, at opholdstiden er lang nok til at en nedbrydning af fremmedstofferne kan foregå.

Det blev konstateret, at der skete en nedbrydning af 2-methylnaphthalen i reaktorerne. Der var en tendes til, at den procentvise nedbrydning blev mindre med stigende organisk belastning, hvilket kan skyldes, at opholdstiden i reaktoren blev kortere (fra ca. 30 dage til ca 10 dage). DEHP, NPE 1EO, NPE 2EO og nonylphenol blev ikke reduceret i reaktorerne.

Det skal nævnes, at der i flere forsøg blev konstateret en hæmning af metandannelsen fra de miljøfremmede stoffer. I screeningsforsøget hæmmede stofferne naphthalen, 2-methylnaphthalen, LAS og 2,4-dichlorphenol ved koncentrationer på ca. 100 mg/l. Ved udrådning under hhv. mesofile og termofile forhold med mere procesrealistiske koncentrationer blev der yderligere konstateret en hæmning af metandannelsen af stofferne 2-methylnaphthalen (5 mg/kg TS), flouranthen (3 mg/kg TS), 4-nonylphenol (5 mg/kg TS), NPE 2EO (50 mg/kg TS), LAS (1000/10.000 mg/kg TS), DEHP (40 mg/kg TS) og 1,2,4,-trichlorbenzen (5 mg/kg TS).

De nævnte koncentrationer er dog meget højere end det umiddelbart vil forventes ved tilsætning af slam til et biogasanlæg, men resultaterne viser, at der er en potentiel risiko for at hæmme metandannelsen ved drift af biogasanlæg, hvis fremmedstofkoncetrationerne i slammet er ekstremt høje.

[Forside] [Indhold] [Forrige] [Næste] [Top]