Miljøprojekt nr. 704, 2002 Nonylphenol og nonylphenolethoxylater i spildevand og slam
IndholdsfortegnelseForklaringerNP nonylphenol:
NPEO1 nonylphenol med en ethoxylatgruppe = ethylenglycol-enhed:
NPEO2 nonylphenol med to ethoxylatgrupper:
NPEOn nonylphenolpolyethoxylat (nonylphenol med tre eller flere end tre ethoxylatgrupper:
NPECn nonylphenolpolycarboxylat:
APEOn alkylphenolpolyethoxylat:
NPEO1-2 nonylphenol med 1 til 2 ethoxylatgrupper OPEOn octylphenolpolyethoxylat:
AEOn alkoholpolyethoxylat:
1 ResuméResultater Undersøgelsens overordnede resultat har været en kvalitativ og kvantitativ beskrivelse af skæbnen i renseanlæg for de nonioniske tensider: nonylphenol (NP), nonylphenol med 1 og 2 ethoxylatgrupper (NPEO1-2), langkædede nonylphenolethoxylater (NPEOn) og langkædede alkoholethoxylater (AEOn). Derudover blev der gennemført tilsvarende beskrivelser for DEHP. I undersøgelsen blev analyseret prøver fra Herning og Hillerød Centralrenseanlæg. De langkædede NPEO omsættes aerobt og anaerobt til kortkædede forbindelser og NP. Omsætningen så ud til at være mest vidtgående under aerobe forhold, men det lå uden for dette projekts rammer at bestemme slutprodukter i forbindelse med den aerobe omsætning. Under anaerobe forhold begrænsedes omsætningen til en afkortning af ethoxylatkæden til hovedsageligt NPEO1 og NP. AEOn blev nedbrudt under såvel aerobe som anaerobe forhold. Omsætningen var dog større i luftningstanken end i rådnetanken. Det afvandede slam indeholdt ca. 5% af den indkomne mængde AEOn. Ca. 50% af den tilførte mængde af DEHP blev genfundet i det afvandede slam. Formål Formålet med dette projekt har været at forbedre videngrundlaget om forekomsten og skæbne af NP, NPEO1-2, NPEOn og AEOn i renseanlæg i forbindelse med de mest udbredte renseprocesser så som primærbundfældning, anaerob udrådning af biologisk overskudsslam og primærslam samt aerob spildevandsbehandling. Derudover har målet været at opnå mere viden om analysemetoder for NPEOn og AEOn. Dette skal ses i relation til, at analyser for disse stoffer hidtil ikke har været udbudt af kommercielle laboratorier i Danmark. Baggrund Slambekendtgørelsen indeholder afskæringsværdier for koncentrationen af NP + NPEO1-2 i slam, der må udbringes på landbrugsjord. Afskæringsværdien bliver pr. 1. juli 2000 skærpet til 10 mg/kg TS, hvorefter op mod halvdelen af slam fra danske renseanlæg ikke forventes at kunne overholde afskæringsværdierne og derved ikke kan udbringes på landbrugsjord. NP + NPEO1-2 optræder som nedbrydningsprodukter fra NPEOn med 10-30 ethoxylatgrupper. Nedbrydningsprodukterne er mere toksiske end de oprindelige langkædede forbindelser. NPEOn er under udfasning, men kan stadig findes i vaske- og rengøringsmidler, farve/lakprodukter, lim, bindemidler, kosmetik og som hjælpestof i bekæmpelsesmidler. Udvikling Som en følge af den frivillige aftale i 1987 mellem Miljøstyrelsen og Brancheforeningen SPT (Brancheforeningen for producenter af sæbe-, parfume- og tekniske/kemiske produkter) forventes det, at der i den forløbne periode er sket et fald i anvendelsen af NPEOn, men som undersøgelsen bekræfter, kan NPEOn og nedbrydningsprodukterne fortsat genfindes i spildevand og slam. Toksicitet NP, NPEO1-2, NPEOn og AEOn er alle potentielle akkumulerbare stoffer, der har log Pow værdier større end 3, hvilket betyder, at stofferne let optages i fedtvæv. For nonylphenolforbindelserne gælder, at toksiciteten øges, jo kortere ethoxylatkæden er, således at nedbrydningsprodukterne af NPEOn er mere toksiske end de oprindeligt langkædede forbindelser. AEOn er letnedbrydelig, men udviser inden nedbrydningen toksicitet på samme niveau som NPEOn. Nedbrydning I litteraturen findes dokumentation af, at NPEO1-2 og NPEOn under aerobe forhold omsættes til carboxylater, som efterfølgende nedbrydes til NP. Carboxylater dannet i luftningstanken vil potentielt kunne videreføres med bio-slammet til rådnetankene. Omsætningen af NPEOn og nonylphenolcarboxylater (NPEC) under anaerobe forhold er ikke fuldstændig klarlagt, men nedbrydningen af NPEOn forventes at stoppe ved NP. AEOn nedbrydes under aerobe forhold til kuldioxid og vand, ved at molekylerne først spaltes i en langkædet alkylalkohol og en polyethoxylatdel. Anaerob omsætning af AEOn er mere kompleks. Som mellemtrin dannes aldehyder og carboxylsyrer, der afkortes i alkylenden under dannelse af methan. Undersøgelsesprogram Undersøgelsesprogrammet omfattede prøvetagning, der blev gennemført i foråret 1999 på Herning og Hillerød Centralrenseanlæg. De to renseanlæg har en kapacitet på henholdsvis 175.000 og 60.000 personekvivalenter, og anlæggene tilføres spildevand i middel henholdsvis ca. 32.000 og ca. 20.000 m3/d. Prøvetagningen omfattede udtagning af spildevands- og slamprøver fra indløb, primærslam, biologisk overskudsslam (bioslam), blandeslam, udrådnet slam og afvandet slam. Derudover blev der på Herning Centralrenseanlæg udtaget prøver fra afløbet af primærtankene og af rejektvand fra slamafvandingen. Analysemetoder Slamprøverne blev efter homogenisering gjort basiske og ekstraheret med dichlormethan ved behandling på ultralydsbad og rysteapparat. Ekstrakterne blev tørret med vandfrit natriumsulfat, inddampet og analyseret for NP + NPEO1-2 ved GC-MS og NPEOn og AEOn ved LC-MS. Der blev kalibreret over for aktuelle analytiske standarder. Som interne standarder benyttedes hexyl- og ethyl-phenol penta-ethylenglycol (surrogatstandarder) til brug for LC-MS samt d10 anthracen for GC-MS bestemmelsen af NP + NPEO1-2. Skæbne for NPEOn Vurdering af skæbne for NPEOn, NPEO1 og NP er sket på baggrund af koncentrationsbestemmelser i spildevand og slam samt mængdemålinger af spildevands- og slamstrømme. Med kendskab til middelmolvægten for NPEOn i de forskellige prøvetyper har det været muligt at dokumentere omsætningen mellem NPEOn og NPEO2, NPEO1 samt NP i relation til primærbundfældning, sammenblanding af primærslam og bioslam, udrådning og til dels aerob spildevandsbehandling. Der blev målt stofkoncentrationer i bio-slammet. Målinger i spildevandet fra udløb af luftningstanken indgik ikke i undersøgelsen. Fordelingen mellem NP, NPEO1, NPEO2 og NPEOn var forskellig i tilløbene til de to renseanlæg. Andelen af NPEO1 udgjorde på Hillerød Centralrenseanlæg ca. 60% af den samlede mængde af nonylphenolforbindelser (molbasis). På Herning Centralrenseanlæg var der en meget ligelig fordeling mellem NPEOn, NPEO1 og NP. Mellem 15 og 50% af de indkomne nonylphenolforbindelser bindes til primærslammet, mens den resterende del føres videre til luftningstanken, hvor der sker nedbrydning til NP og til nonylphenolforbindelser med kortere ethoxylatkædelængde. Desuden er det dokumenteret i litteraturen, at der dannes NPEC i luftningstanken. Mængden af NP, NPEO1-2 og NPEOn i bioslam udgjorde 5-20% af den tilførte mængde. Omsætning af nonylphenolforbindelser i rådnetankene på de to renseanlæg var meget forskellig. På Hillerød Centralrenseanlæg, hvor rådnetankene drives termofil, og sammensætningen af mikroorganismer derfor var anderledes end på Herning Centralrenseanlæg, der har mesofil udrådning, blev NPEOn omsat til NPEO1-2 og NP. På Herning Centralrenseanlæg oversteg mængden af nonylphenolforbindelser ud af rådnetankene mængden ind i tankene. Forklaringen kan ligge i, at der tilføres NPEC til rådnetankene, som omdannes til NP. Mængden af nonylphenolforbindelser i det afvandede slam udgjorde på Hillerød Centralrenseanlæg ca. 35% af den tilførte mængde, mens hele den tilførte mængde kunne genfindes i slam fra Herning Centralrenseanlæg. De væsentligste årsager til, at der på Hillerød Centralrenseanlæg blev konstateret omsætning af NPEOn, mens dette ikke var tilfældet på Herning Centralrenseanlæg, forventes at være forskelle i udrådningsmetode (termofil/mesofil) og forskelle i belastningsmønstret i tilløbet til renseanlæggene. Skæbne for AEOn Forventningerne til, at AEOn er letnedbrydeligt, blev til dels bekræftet ved, at mængden af AEOn i det afvandede slam lå på mellem 2-5% af den tilførte mængde på Herning Centralrenseanlæg, mens de tilsvarende tal for Hillerød Centralrenseanlæg var 5-30%. Vurdering af de resulterende chromatogrammer og massespektre for AEOn viste, at alkylkædelængder på mellem 10 og 15 var dominerende i tilløbet til renseanlæggene. Skæbne for DEHP Analyseteknisk var det relativt simpelt at gennemføre analyser af DEHP samtidig med analyserne for NP + NPEO1-2, og derfor blev alle de indsamlede spildevands- og slamprøver tillige analyseret for DEHP. Det primære sigte med denne undersøgelse har været at bestemme tilstedeværelse og skæbne for nonylphenolforbindelserne i renseanlæg, og derfor er skæbne for DEHP beskrevet i mere overordnede vendinger. Ca. 30-40% af den indkomne mængde DEHP bindes til primærslam, mens 60-70% ledes videre til luftningstanken, hvor 20-30% bindes til bioslam. I rådnetanke omsættes en beskeden del af DEHP, således at ca. 50% af den indkomne mængde kan genfindes i det afvandede slam. Uafklarede forhold I forbindelse med undersøgelsen er der blevet identificeret en række forhold, som mangler at blive afklaret for med større sikkerhed at kunne fastlægge skæbnen for nonylphenolforbindelser og AEOn i renseanlæg. Analysering af spildevand fra afløbet fra luftningstanken vil kunne give vigtig information om stoffernes omsætning under aerobe forhold og understøtte vurderingen af, at den mindre belastning af bioslam i forhold til primærslam skyldes omsætning af stofferne. Det kan dog forventes, at stofkoncentrationerne nærmer sig detektionsgrænserne i afløbet fra luftningstanken, og dermed øges usikkerheden ved koncentrationsbestemmelserne og ved opstillingen af massebalancer. Som tidligere nævnt vil analysering for NPEC i spildevand og slam være essentielt for bestemmelse af de mængder af NP, der potentielt kan blive udledt fra renseanlæggene og essentiel for forståelse af, om NPEC - dannet i luftningstanken vil kunne bidrage til belastningen af rådnetanken i et sådant omfang, at belastningen af nonylphenolforbindelser ud af rådnetanken bliver større end ind i tanken, sådan som det viste sig på Herning Centralrenseanlæg. På Herning Centralrenseanlæg blev prøvetagningen gennemført over 14 dage, mens prøvetagningen på Hillerød gennemførtes over 2 gange 5 dage, og derfor kan resultaterne af analyserne forventes at være mindre repræsentative i betragtning af, at slamproduktionen afspejler, hvordan belastningen i tilløbet har været i en længere periode end prøvetagningsperioden. Dette hænger sammen med slamopholdstid (20-25 døgn) og opholdstid i rådnetanken på 15-20 døgn. Der skal således lange måleperioder til især for tilløbet for at opnå bedre balance mellem tilløbsbelastning og stofbelastningen i det afvandede slam. Slutkommentar Overordnet set har undersøgelsen resulteret i opstilling af massebalancer for langkædede NPEO og de tilhørende nedbrydningsprodukter, som har en acceptabel usikkerhed set i forhold til, at massebalancerne gælder for fuldskala anlæg. Tilsvarende er opnået tilfredsstillende massebalancer for AEOn og DEHP. 2 Indledning
2.1 BaggrundSlambekendtgørelsen Bekendtgørelsen om anvendelse af affaldsprodukter til jordbrugsformål også kaldet Slambekendtgørelsen /4/ - indeholder afskæringsværdier for følgende fire stoffer/stofgrupper:
NPE beskrives i denne rapport som NP + NPEO1-2. Når Slambekendtgørelsens afskæringsværdier for PAH, DEHP, NP + NPEO1-2 og LAS i spildevandsslam, der anvendes på landbrugsjord, skærpes i år 2000, vil der være store mængder slam, som ikke kan opfylde kravene. Nogle opgørelser indikerer, at det vil være mere end 50% af spildevandsslammet fra kommunale renseanlæg, som ikke kan anvendes til jordbrugsformål alene på grund af forhøjede koncentrationer af NP + NPEO1-2. Langkædede nonylphenol- ethoxylater Langkædede nonylphenolethoxylater (NPEOn) tilhører gruppen af alkylphenolethoxylater (APEOn), der er anført på Miljøstyrelsens liste over uønskede stoffer /2/. For disse stoffer eksisterer en politisk målsætning om afvikling inden år 2000. NP + NPEO1-2 optræder som nedbrydningsprodukter fra NPEOn med 10-30 ethoxylatgrupper. Nedbrydningsprodukterne er mere toksiske end de oprindeligt langkædede forbindelser. NPEOn indgår i vaske- og rengøringsmidler, farve/lak-produkter, lim, bindemidler, kosmetik og som hjælpestof i bekæmpelsesmidler /9/. Udfasning I 1987 blev der mellem Miljøstyrelsen og Brancheforeningen SPT (Brancheforeningen for producenter af sæbe-, parfume-, og tekniske/kemiske produkter) indgået en frivillig aftale om at afvikle brugen af NPEOn i vaske- og rengøringsmidler /3/. Denne aftale hindrer imidlertid ikke, at der fortsat importeres produkter, hvori NPEOn indgår, ligesom stoffet fortsat anvendes i andre produkter end vaske- og rengøringsmidler. Udviklingen går dog i retning af, at der på europæisk plan gennem lovgivning sker en reduktion i anvendelsen af NPEOn. Regulering Reguleringen, der sker efter Slambekendtgørelsen og beslægtede bekendtgørelsers /1, 4, 5/ bestemmelser, er af analysetekniske årsager baseret på måling af NP + NPEO1-2, mens produkter, der anvendes i industrien og husholdninger, indeholder NPEOn med ~10-30 ethoxylatgrupper. Ved kun at måle NP + NPEO1-2 er det vanskeligt at gennemføre en egentlig kildesporing af NPEOn fra produkter, ligesom ukendskab til koncentrationen af NPEOn i slam betyder, at der mangler viden om, hvor stor en andel NP + NPEO1-2 udgør af den samlede koncentration af NP + NPEO1-2 + NPEOn i slammet. Analyseteknik NP + NPEO1-2 måles normalt ved hjælp af GC-MS. Analyse af produkter med op til 30 ethoxylatgrupper kan ske ved hjælp af væskechromatografi koblet til massespektrometri (LC-MS), hvor såvel det oprindelige produkt som nedbrydningsprodukterne med ethoxylatkædelængder >3 kan identificeres. Med LC-MS målinger er det muligt at identificere såvel det oprindelige produkt som nedbrydningsprodukterne og dermed identificere, i hvilken grad nedbrydningen af stofferne er sket. Samtidigt vil det være muligt at gennemføre kildesporing med henblik på at regulere kilderne og dermed sikre jordbrugsanvendelse af spildevandsslam fra kommunale renseanlæg. Substitution NPEOn substitueres ofte med alkoholethoxylater (AEOn), der nedbrydes hurtigere, men indtil AEOn er nedbrudt, ligger toksiciteten på niveau med NPEOn. Med en LC-MS måling på spildevand og slam er det muligt i samme analysegang at identificere både NPEOn og AEOn samt måle, i hvilket omfang stofferne bliver nedbrudt ved processerne på et renseanlæg. 2.2 FormålDe overordnede formål med projektet har været at:
Derudover har målet med projektet været at:
2.3 ProjektorganisationProjektet er udført for Miljøstyrelsen af VKI med akademiingeniør Bodil Mose Pedersen som projektleder og cand.scient., ph.d. Søren Bøwadt og stud.scient. Kristine Klint som øvrige deltagere. Projektbeskrivelsen blev udarbejdet i november 1998, og umiddelbart herefter påbegyndtes de første undersøgelser /6/. Udtagningen af spildevands- og slamprøver samt indsamling af driftsdata på renseanlæggene har været udført af Jan Ravn, Herning Centralrenseanlæg samt Jette Lomholt og Tine Larsen, Hillerød Centralrenseanlæg. Miljøstyrelsens projektansvarlige har været Svend-Erik Jepsen, Husholdningsaffaldskontoret. Projektets styregruppe bestod af: Svend-Erik Jepsen, Husholdningsaffaldskontoret 3 Kilder, egenskaber og nedbrydningsveje
3.1 KilderAnvendelse Både APEOn og herunder NPEOn, OPEOn og AEOn tilhører gruppen af non- ioniske tensider, hvis funktion, når de indgår i vaske- og rengøringsmidler, er at holde snavs og fedt opløst i vaskevandet /7/. Stofferne virker tillige emulgerende og er antioxiderende, hvilket gør, at de ud over at blive anvendt i rengørings- og vaskemidler, bilplejeprodukter og shampoos - tillige anvendes i malinger, lakker, cremer, smøreolier, plast, isoleringsskum, pesticider m.m. NPEOns funktion afhænger af kædelængden. Ethoxylatkædelængden for tensider er <10, for emulgatorer er den <30 og for dispergenter <80 /10/. Forbrug I rapporten "Chemicals with Estrogen-like Effects" /10/ er præsenteret en opgørelse fra 1995 over antallet af produkter i Danmark, der på opgørelsestidspunktet indeholdt NPEOn. Desuden blev det årlige forbrug opgjort. Data stammer fra Produktregisteret, og tallene er præsenteret i tabel 3.1. Tabel 3.1
Udvikling i forbrug I ovennævnte rapport er det anført, at der de foregående 5-6 år skete en betydelig reduktion i forbruget af NPEOn. Denne nedgang i forbruget forventes at være fortsat de efterfølgende år, således at antallet af produkter, der indeholder NPEOn, i dag er langt mindre, ligesom mængderne er mindre. Koncentration i spildevand Ved at betragte de ovennævnte produkter ses, at kilderne til NP + NPEO1-2 + NPEOn i spildevand og slam både kan være industrier, handel- og håndværksvirksomheder samt husholdninger. Koncentrationen af NP + NPEO1-2 blev ved en undersøgelse i 1996 målt til mellem 5,3 og 21 µg/l i spildevand fra tre boligområder /21/. Koncentrationer af NP, NPEOn, OPEOn og AEOn i forskellige typer spildevand er vist i tabel 3.2. Spildevandet fra Gladsaxe Erhvervskvarter stammer fra mere end 100 virksomheder, hvoraf der er flere farve/lak virksomheder, som kan være kilder til NPEOn i spildevandet. Tabel 3.2
Fra deloplande i Rødovre Kommune med blandet erhverv og boliger registreredes ved en undersøgelse i 1998 /24/ ingen koncentrationer over detektionsgrænsen af hverken kort- eller langkædede NPEO. Derimod måltes koncentrationer af AEOn på mellem 2.300 og 3.400 µg/l. Koncentrationen af NPEOn og AEOn fra kilder til belastningen på renseanlæg varierer således ganske betydeligt. NPEOn er ganske givet knyttet til bestemte industrier, mens AEOn ud fra de ovennævnte data må forventes anvendt i produkter, der benyttes både i industrier og i private husholdninger. 3.2 Bioakkumulerbarhed, toksicitet og østrogenlignende effektKommercielle blandinger af AEOn består typisk af en alkyldel, der indeholder 10-18 kulstofatomer, mens ethoxylatkæden består af 1-20 ethoxylatgrupper /10/. Bioakkumulerbarhed NP, NPEO1-2, NPEOn og AEOn betragtes ud fra stoffernes log Pow, der er ³ 3, som potentielle bioakkumulerbare. Stoffer med log Pow ³ 3 bindes stærkt til organisk materiale, herunder også slam. De kortkædede NPEO har en højere log Pow (nonylphenol log Pow=4,48) end de langkædede forbindelser og betragtes derfor som potentielt mere bioakkumulerbare. Toksicitet Der eksisterer en lang række toksicitetsdata for APEOn og AEOn, som er sammenstillet i tabel 3.3. Generelt gælder det for NPEOn, at toksiciteten stiger, jo kortere ethoxylatkæden er. AEOn er, som det ses af data i tabel 3.3, mere toksiske end de langkædede NPEOn. Mens AEOn er letnedbrydelige stoffer, der under aerobe forhold kan nedbrydes fuldstændig til kuldioxid og vand, så nedbrydes APEOn til alkylphenol, der både er stabil, potentielt bioakkumulerbar og mere toksisk overfor alger, krebsdyr og fisk end de oprindeligt langkædede forbindelser. Tabel 3.3
* akut giftighed Ud over at NPEO1-2 og NPEOn har toksiske effekter, har in vitro og in vivo forsøg vist, at stofferne også har østrogenlignende effekter, og at effekterne er knyttet til længden af ethoxylatkæden, således at østrogeneffekten stiger med faldende kædelængde. I rapporten "Chemicals with Estrogen-like Effects" /10/ er beskrevet en lang række undersøgelsesresultater vedrørende NP, NPEO1-2 og NPEOns østrogenlignende effekter. 3.3 NedbrydningsvejeNedbrydning - renseanlæg Ahel et al. /11/ har beskrevet nedbrydningsvejen for APEOn i forbindelse med spildevandsrensning. Relateres nedbrydningsvejen til NPEOn, kommer omsætningen under aerobe og anaerobe forhold til at se ud som vist på figur 3.1.
Figur 3.1 Aerob-anaerob nedbrydning Under aerobe forhold nedbrydes de langkædede NPEOn til nonylphenolcarboxylater med 1-2 syregrupper og NPEO1-2. Efterfølgende omdannes både carboxylaterne og NPEO1-2 til NP. Under anaerobe forhold dannes der ikke carboxylater. De kortkædede NPEOn vil under aerobe forhold blive nedbrudt til NP, som ikke forventes nedbrudt yderligere. NPEO1-2 nedbrydes under anaerobe forhold til NP. Herefter stopper nedbrydningen, idet den aromatiske ringstruktur i NP forbliver intakt. Undersøgelser i aktiv slam anlæg i laboratorieskala med nedbrydning af NP og NPEO1-2 tyder på, at fjernelse af NP fra slam- og vandfasen er stærkt temperaturafhængig. Der mangler dog målinger på fuldskala anlæg, der kan dokumentere, at dette også er tilfældet på kommunale renseanlæg /17/. Nedbrydning af AEOn AEOn kan ved bionedbrydning mineralisere fuldstændig til kuldioxid og vand. Ved aerob bionedbrydning af AEOn sker der først en spaltning af molekylet i polyethylenglycol eller polyethoxylat og en langkædet alkylalkohol (se figur 3.2). Der findes indikationer af, at alkylalkoholen nedbrydes hurtigere end polyethoxylatdelen. Forgrenede alkoholethoxylater er vanskeligere at nedbryde end ligekædede /18/. Vashon and Schwab /18/ har vist, at nedbrydningen af alkylkæden i saltvand foregår eksponentielt (første ordens kinetik), mens nedbrydning af ethoxylatdelen ikke kan beskrives lige så enkelt og er længerevarende. En mulig nedbrydningsvej for alkoholethoxylater under anaerobe forhold er beskrevet og dokumenteret ved laboratorieforsøg med anoxic spildevandsslam /13/.
Figur 3.2 En formodet nedbrydningsvej under anaerobe forhold er vist i figur 3.3. Figur 3.3 4 Litteraturgennemgang - Målinger på renseanlæg
Der er ved gennemgang af litteraturen kun fundet en enkel artikel, der beskriver undersøgelser af omsætningen af NPEOn på renseanlæg, og hvori der indgår analyser af både NPEOn, NPEO1-2 og NP /11/. Der er fundet langt flere artikler, i hvilke der er beskrevet målinger og omsætning af NP og NPEO1-2 i slam og spildevand /12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19/. Nogle af de mest centrale resultater fra disse artikler i relation til den aktuelle undersøgelse "Skæbne for nonylphenolethoxylater på renseanlæg" er præsenteret i det følgende. I de nævnte artikler har undersøgelserne været centreret omkring aerob omsætning, mens der kun er beskrevet få data, som har relation til anaerob omsætning. 4.1 Aerob omsætning på renseanlægSchweiziske renseanlæg Ahel et al. /11/ analyserede spildevand og slam fra 11 schweiziske renseanlæg. Analyserne omfattede NP, NPEO1-2 og NPEOn. Koncentrationen i afløbet fra primærtankene fra de schweiziske anlæg varierede mellem 1090 og 2060 µg/l for summen af NP og nonylphenolethoxylater. Data stammer fra analyse af prøver udtaget mellem 1983 og 1985. Koncentrationen i afløbet fra primærtankene fra Herning Centralrenseanlæg præsenteret i kapitel 6 var 30-50 gange lavere (37-51 µg/l). Belastningen af schweiziske renseanlæg er næppe meget forskellige fra de danske, og data indikerer således, at der i de forløbne 15 år er sket et kraftigt fald i belastningen med NP og nonylphenol ethoxylater på renseanlæggene. Ved målinger i afløb fra henholdsvis primærtanke og sekundærtanke blev der observeret reduktionsprocenter for de langkædede nonylphenolethoxylater på mellem 78 og 97. Reduktionsprocenterne var baseret på koncentrationer målt i µmol/m3. For NPEO1-2 varierede reduktionsprocenterne mellem ÷19 og 80. Den negative reduktionsprocent er et udtryk for, at der på et enkelt af de 11 anlæg blev registreret dannelse af NPEO1-2. Reduktionsprocenter For det aerobe biologiske rensningstrin måltes tillige dannelsen af NPEC1-2. Her viste det sig, at koncentrationen af NPEC1-2, der er et mellemtrin i den aerobe nedbrydning af NPEOn var 2,1-7,6 gange større i udløbet fra sekundærtankene sammenlignet med udløbet fra primærtankene. For samtlige nonylphenolforbindelser måltes reduktionsprocenter på mellem 26 og 79% for den aerobe spildevandsbehandling. I øvrigt viste undersøgelsen, at der var god overensstemmelse mellem renseanlæggenes belastning med organisk stof i procent af designbelastningen og restkoncentrationen af NP i afløbet fra renseanlæggene, således at lav belastning med organisk stof medførte lav restkoncentration af NP. Afinitet til slam De lipofile egenskaber forøges, jo færre ethoxylatgrupper der er knyttet til NP, hvilket samtidig betyder, at NP har den stærkeste affinitet til slam. Dette forklarer, hvorfor der i det aerobe biologiske rensetrin på de 11 renseanlæg blev målt en reduktion af samtlige nonylphenolforbindelser på mellem 44 og 48%, som alene var knyttet til absorption til aktiv slam. Massebalance På baggrund af måledata fra de 11 schweiziske renseanlæg opstillede Ahel et al. /11/ en massebalance (molbasis) for nonylphenolethoxylater på renseanlæg. Massebalancen er vist i figur 4.1A, mens fordelingen mellem de forskellige typer af nonylphenolethoxylater på udvalgte trin i renseanlæggene er vist i figur 4.1B.
Figur 4.1 Skæbne for NPEOn Cirka 40% af den samlede belastning med nonylphenolforbindelser i tilløbet til renseanlæggene ledes ud med spildevandet, mens ca. 20% bindes til primærslammet. Det er ukendt, i hvilket omfang de resterende 40% nedbrydes eller adsorberes til det biologiske overskudsslam. Figur 4.1B viser, at de langkædede forbindelser dominerer i tilløbet til renseanlæggene, mens carboxylaterne, som er et mellemtrin i den aerobe nedbrydning, dominerer i udløbet (48% af nonylphenolforbindelserne). I det anaerobe udrådnede slam udgør nonylphenol 95% af den samlede koncentration af nonylphenolforbindelser (molbasis). Dansk undersøgelse Ved en dansk undersøgelse af omsætningen af miljøfremmede stoffer i renseanlæg /16/ måltes følgende koncentrationsintervaller af NP og NPEO1-2 i tilløb, afløb og slam fra 6 renseanlæg:
Målinger i slam Ved samme undersøgelse blev koncentrationen af nonylphenolforbindelser målt i slam fra 44 renseanlæg i Århus Amt. Resultaterne viste, at koncentrationen af NP og NPEO1-2 var 10 gange større i anaerobt udrådnet slam sammenlignet med koncentrationen i langtidsbeluftet slam. Ved beregning af omsætningen på renseanlæggene er man gået ud fra, at de tilførte mængder af miljøfremmede stoffer, der ikke udledes til recipienten eller bindes til slammet, vil blive nedbrudt eller fordampe. Men som det efterfølgende påpeges i samme artikel, viser et eksempel fra Viby Renseanlæg, at mængden af NP + NPEO1-2 i slammet svarer til 171% af mængden tilført med spildevandet. Dette er en konsekvens af, at NPEOn tilført renseanlægget nedbrydes til NP og NPEO1-2. 4.2 Anaerob omsætning på renseanlægAktiv slam udrådnet slam Ved analyse af NP i aerobt og anaerobt behandlet slam konstaterede Giger /14/, at koncentrationen i otte prøver udtaget fra samme rådnetank varierede mellem 0,81 og 1,49 g/kg (middelværdi 1,18 ± 0,23 g/kg). Koncentrationen i otte aerobt stabiliserede slamprøver varierede mellem 0,08 og 0,5 g/kg (middelværdi 0,28 ± 0,15 g/kg). Således lå middelkoncentrationen i det aerobt stabiliserede slam under koncentrationen i det anaerobt stabiliserede slam. Koncentrationen af NP lå i aktivt slam og i slam bestående af primær- og sekundær slam i intervallerne 0,09-0,15 og 0,04-0,14 g/kg TS. Disse data indikerer, at de stabiliserede slamprøver indeholdt NP, der stammede fra nedbrydningen af langkædede forbindelser. Anaerob udrådning Ved batchforsøg med anaerob behandling af slam over 40 dage viste det sig, at der skete en forøgelse af koncentrationen af NP på 4-8 gange i forhold til koncentrationen i råslammet anvendt til forsøgene. Ved batchforsøg med aerob behandling af slammet forøgedes koncentrationen af NP med en faktor 2. Batchforsøgene viste ligesom fuldskalaundersøgelserne at der under stabilisering sker nedbrydning af NPEOn til NP. Ved laboratorieforsøg med anaerob nedbrydning af C14-mærkede NPEO1-2 var slutproduktet NP, og der skete ingen yderligere nedbrydning /15/. I samme undersøgelse nævnes, at ligekædede alkoholethoxylater nedbrydes fuldstændigt under anaerobe forhold, mens forgrenede alkoholethoxylater ikke så let nedbrydes anaerobt. 5 Undersøgelsesprogrammet
5.1 Overordnet undersøgelsesprogramFase 1 Udtagningen og analyseringen af slam og spildevandsprøver på de to centralrenseanlæg Herning og Hillerød var inddelt i to faser, hvor første fase bestod i udtagning af prøver på en enkelt dag på hvert af de to renseanlæg (Herning: d. 30. nov. 1. dec. 1998 og Hillerød: d. 1. dec. 2. dec. 1998). Analyseresultaterne blev betragtet som en screening af koncentrationsniveauet af NP, NPEO1-2, NPEOn og AEOn i spildevand, der tilføres renseanlæggene samt screening af koncentrationsniveauerne i slam, der tilføres og udtages fra rådnetankene på renseanlæggene. Resultaterne dannede grundlag for planlægningen af undersøgelsens næste fase. Fase 2 Fase 2 bestod i udtagning af spildevands- og slamprøver over to uger på hvert af de to renseanlæg (Herning uge 15 og 16, 1999 og Hillerød uge 18 og 23, 1999). På Herning Centralrenseanlæg blev der udtaget prøver otte steder, mens der på Hillerød Centralrenseanlæg blev udtaget prøver seks steder. Både spildevands- og slamprøver blev inden analyseringen sammenblandet til ugeprøver. 5.2 Herning og Hillerød CentralrenseanlægTidligere undersøgelser Herning og Hillerød Centralrenseanlæg blev udvalgt til at indgå i undersøgelsen, fordi disse to anlæg i 1995 indgik i Miljøprojektet om "Anvendelse af affaldsprodukter til jordbrugsformål" /20/, og der derfor eksisterede målinger af koncentrationerne af NP, NPEO1-2 og DEHP i afvandet slam fra de to renseanlæg. Desuden har Herning Centralrenseanlæg også været involveret i andre undersøgelser af miljøfremmede stoffer i spildevand /19/, hvilket giver mulighed for sammenligning af koncentrationer i den aktuelle undersøgelse med resultater fra tidligere undersøgelser. Forskelle På en række punkter adskiller de to anlæg sig fra hinanden. Herning Centralrenseanlæg har en relativ stor industribelastning svarende til ca. 50% af den samlede belastning med organisk stof, mens industribelastningen på Hillerød Centralrenseanlæg udgør ca. 5%. På begge renseanlæg udrådnes både primært bundfældet slam (primærslam) og biologisk overskudsslam (bioslam). På Hillerød Centralrenseanlæg blev rådnetankene omstillet til termofil drift (ca. 55° C) i august 1998. Rådnetankene på Herning Centralrenseanlæg blev på prøvetagningstidspunkterne drevet mesofilt (ca. 35° C), men i løbet af 2000 vil rådnetankene blive omstillet til termofil drift. Flowdiagrammer Figur 5.1 og 5.2 viser flowdiagrammer for henholdsvis Herning og Hillerød Centralrenseanlæg, og i tabel 5.1 er vist data vedrørende renseanlæggenes kapacitet, belastning og drift i 1998. På Herning Centralrenseanlæg var PE-belastningen i 1998 cirka dobbelt så stor som på Hillerød Centralrenseanlæg. Slamproduktionen på Hillerød Centralrenseanlæg var i 1998 påvirket af omstillingen af rådnetankene fra mesofil til termofil drift. Omstillingen resulterede i mindre mængder afvandet slam. På Herning Centralrenseanlæg anvendtes i prøvetagningsperioden jernsalte til fosforfældningen, mens der på Hillerød Centralrenseanlæg anvendtes aluminiumsalte. De to anlæg er i øvrigt meget ens i anlægsopbygning. På begge anlæg forafvandes bioslammet, inden det tilføres en blandetank, hvorfra slammet fødes inde i rådnetankene. Figur 5.1 Figur 5.2 Kapacitet og belastning Tabel 5.1
Begge renseanlæg er udstyret med to rådnetanke (Herning: 2×2.800 m3 og Hillerød: 925+1.500 m3). Den ene rådnetank på Herning Centralrenseanlæg er udstyret med omrøring, mens den anden tank benyttes som lagertank til det udrådnede slam, inden det afvandes i sibåndspressen. På Hillerød Centralrenseanlæg sker der kun afvanding af slam på hverdage, og derfor opbevares slammet i et slamlager, indtil afvandingen gennemføres i kammerfilterpressen. Slam fra Herning Centralrenseanlæg depones efter afvanding på losseplads, mens slammet fra Hillerød Centralrenseanlæg afleveres til RGS90 til videre forarbejdning. Kontrolmålinger På begge renseanlæg kontrollerer miljømyndighederne (Ringkøbing Amt og Frederiksborg Amt), at udledningstilladelsernes vilkår er overholdt. I tabel 5.2 er middelværdier for koncentrationer af COD, BOD, Total-N, Total-P og SS i tilløb og afløb præsenteret. Udløbskravet for Total-N og Total-P er for Herning Centralrenseanlæg 8 og 1,0 mg/l og for Hillerød Centralrenseanlæg 8 og 0,5 mg/l. Kravene til N og P er på begge anlæg overholdt. Kravet til BOD er på Herning og Hillerød Centralrenseanlæg henholdsvis 10 mg/l og 8 mg/l. Afløbsværdierne for BOD lå i 1998 langt under disse kravværdier. Fjernelsesprocenterne for organisk stof, Total-N og TotalP var henholdsvis 99, 76-79 og 93-95. Spildevandsparametre Tabel 5.2
5.3 PrøvetagningsprogramPrøvetagningsstederne ved både det indledende screeningsprogram, som blev gennemført i nov./dec. 1998 (fase 1) og ved det efterfølgende detaljerede prøvetagningsprogram gennemført i foråret 1999 (fase 2), er beskrevet i tabel 5.3. Prøvetagningsstederne er tillige markeret på principdiagrammerne for de to renseanlæg i figur 5.1 og 5.2. Tabel 5.3
Fase 1: Screeningsprogram Ved screeningsprogrammet (fase 1) blev der i tilløbet til hvert af renseanlæggene udtaget en flowproportional døgnprøve til analyse. Slamprøverne fra tilløb og afløb fra rådnetankene var sammensat af fire stikprøver udtaget med 2-3 timers mellemrum i prøvetagningsdøgnet. De øvrige slamprøver (primærslam og bioslam) var sammensat af to stikprøver fra samme døgn. Der var ingen nedbør i prøvetagningsdøgnet, hverken ved Herning eller ved Hillerød Centralrenseanlæg. Ved analyseringen af prøverne blev der udført dobbeltbestemmelser. Fase 2: Måleprogram Anden fase omfattede prøvetagning over to uger på hvert af anlæggene. På Herning Centralrenseanlæg blev prøvetagningen gennemført i uge 15 og 16, 1999, mens prøvetagningen på Hillerød Centralrenseanlæg gennemførtes i uge 18 og 23, 1999. Modsat Herning Centralrenseanlæg er Hillerød Centralrenseanlæg ikke bemandet i weekenden, og derfor blev der på dette anlæg kun udtaget prøver på hverdage. Nedbør Ved Herning Centralrenseanlæg faldt der i de to uger henholdsvis 19 og 5 mm regn. Heraf var der to døgn med mere end 6 mm nedbør, hvilket resulterede i overløb fra primærtankene (se kapitel 6). Nedbørsmængden ved Hillerød Centralrenseanlæg var i de to prøvetagningsuger henholdsvis 16,4 og 0 mm. Spildevandsprøvetagning De flowproportionalt udtagne døgnprøver fra tilløb til renseanlæggene og fra afløbet fra primærtankene (kun Herning) blev sammenblandet til ugeprøver i forhold til døgnvandmængden målt de pågældende steder. Slamprøvetagning Af de forskellige slamtyper blev der i hvert prøvetagningsdøgn udtaget to stikprøver med 212 timers mellemrum. Alle stikprøverne fra hvert prøvetagningssted blev sammenblandet til ugeprøver. Under prøvetagningen i uge 18 på Hillerød Centralrenseanlæg var der to dage, hvor der kun blev udtaget én slamstikprøve pr. dag ved hvert af prøvetagningsstederne. Ligeledes var der på Herning Centralrenseanlæg to dage i hver af prøvetagningsugerne, hvor der kun blev udtaget én stikprøve af det slutafvandede slam, fordi sibåndspressen kun kørte kort tid de pågældende dage. 5.4 AnalysemetoderAnalyseringen af prøver fra Herning Centralrenseanlæg blev udført som dobbeltbestemmelse undtagen for analyseringen af rejektvand og afvandet slam, hvor der udførtes enkeltbestemmelse, da disse prøver blev regnet som værende relativt homogene og af mindre betydning for den overordnede undersøgelse. Slamprøverne fra en uge fra hvert udtagningssted på Hillerød Centralrenseanlæg blev homogeniseret til én prøve, hvorefter der blev udført enkeltbestemmelse på alle analyser undtagen for blandeslam og udrådnet slam, hvor der blev udført dobbeltbestemmelse. Analysemetode - Princip Slamprøver gøres basiske og ekstraheres med dichlormethan ved behandling på ultralydsbad og rysteapparat. Ekstrakterne behandles med vandfrit natriumsulfat, inddampes og analyseres for NP + NPEO1-2 ved GC-MS og for NPEOn og AEOn ved LC-MS. Der kalibreres over for aktuelle analytiske standarder. Som interne standarder benyttes hexyl- og ethyl-phenol penta-ethylenglycol (surrogatstandarder) til brug for LC-MS samt d10 anthracen for GC-MS bestemmelsen af NP + NPEO1-2. Ekstraktionsprocedure Tykslam (>10% tørstof), tyndslam (<10% tørstof) og spildevand behandles i princippet ens, idet der dog i praksis udtages en større mængde tyndslam og spildevand i arbejdet for at opnå ensartede detektionsgrænser. For at sikre en repræsentativ prøve af tyndslam, må tyndslammet homogeniseres ekstra grundigt ved udtagningen af delprøve til såvel tørstofbestemmelse som til selve analysen. Eventuelt frosne prøver optøs og homogeniseres grundigt umiddelbart inden udtagning af delprøver til analyse; tykslam ved manuel omrøring og tynd-slam ved omrystning. Der udtages en separat delprøve på ca. 50 g til tørstofbestemmelse, der udføres som dobbeltbestemmelse. Der afvejes så vidt muligt en slamprøve svarende til 10 g tørstof til LC-MS og GC-MS analysen (ca. 50 g våd tykslam, op til 300 g tyndslam, 300 g spildevand). Prøven afvejes direkte i 500 ml RedCap-flaske til ekstraktion. Tykslam tilsættes vand inden ekstraktionen for at gøre prøven mere flydende. Prøven justeres til pH 10-12 med NaOH, hvorefter blandingen tilsættes surrogatstandarder, ethylphenol-, hexylphenol-pentaethylenglycol (LC-MS) og phenanthren d10 (GC-MS). Prøven tilsættes 150 ml dichlormethan (DCM), hvorefter blandingen behandles på ultralydsbad i 5 minutter fulgt af rystning på rystebord i 2 timer ved 250 ryst/minut. Efter ekstraktionen centrifugeres ekstraktionsflasken for at fremme separation af DCM og slam/vand, hvorefter DCM-fasen dekanteres over i en 500 ml skilletragt. Fra DCM-fasen fjernes vand ved, at fasen filtreres gennem en tragt med vandfrit natriumsulfat over i en 250 ml rundbundet kolbe. Den vandfrie DCM-fase inddampes til lidt under 10 ml på Rotavapor under nitrogen, overføres til 10 ml målekolber og fyldes op til 10 ml med DCM. Ekstraktet deles i to: En del til GC-MS og en del til LC-MS analyse. Ekstraktet til LC-MS inddampes og opløses i 5 ml methanol buffer indeholdende ammoniumacetat og trichloreddikesyre og analyseres herefter uden yderligere prøveforberedning. Ekstraktet til GC-MS analyseres uden yderligere prøveforberedelse. GC-MS analyse / Detektionsgrænser / Usikkerhed GC-MS analyserne for nonylphenol (samt 1 + 2 ethoxylater) er udført efter metoden krævet i Miljøstyrelsens Slambekendtgørelse /4/ blot med den forskel, at detektionsgrænsen for metoden er nedsat fra Miljøstyrelsens krav på 1 mg/kg TS for slam til 0,5 mg/kg TS i slam og ca. 10 µg/l i spildevand. Den høje detektionsgrænse i slam skyldes høje baggrundsværdier i denne prøvetype og er ikke udtryk for instrumenternes detektionsgrænser. Præcision og nøjagtighed er bestemt ud fra den løbende interne kvalitetskontrol, der omfatter blindværdibestemmelse, dobbeltbestemmelser af spikede prøver, dobbeltbestemmelse af referenceslam samt dobbeltbestemmelse af naturlige prøver. Den totale usikkerhed (ST) i forbindelse med analysen er gennem den interne kvalitetskontrol bestemt til 35%. Ekstrakterne analyseres ved gas- chromatografi med massespektrometrisk detektion ved anvendelse af selektiv ionmonitering (GC-MS SIM). Der kalibreres over for aktuelle analytiske standarder (bortset fra NPEOn, der kalibreres overfor NP). LC-MS analyse Den chromatografiske adskillelse af de forskellige alkylethoxylatforbindelser er udført med en HP Chem 1100 HPLC med et binært pumpesystem og en autosampler, som var forbundet til en Bruker Esquire-LC ion-trap. Til den chromatografiske separation anvendtes en 250 x 2.0 mm C18 reverse phase kolonne. Som eluenter blev der anvendt en buffer A, som bestod af vand, og en buffer B som bestod af methanol, begge indeholdende ammoniumacetat (NH4OAc) og trichloroeddikesyre (TCA). De to eluenter blev benyttet til at opnå den i figur 5.3 viste separation ved hjælp af en gradient på 80% buffer B stigende til 100% efter 13 minutter. Flowhastigheden var 200 µl/min. Som det ses af figuren, foregår adskillelsen på baggrund af alkylkædelængden, mens ethoxylatkædelængden næsten ikke påvirker separationen (er dog årsag til, at toppen bliver en smule bredere), som det ses for NP (C9PhEOx). Chromatogrammer Eluatet fra HPLC adskillelsen indføres automatisk i Electrospray ionkilden, hvor ionerne produceres på baggrund af optagelse af en NH4+ ion. De derved fremkomne ioner analyseres derefter i massespektrometrets iontrap, hvor der optages ca. 10 normaliserede spektre i masseområdet 3001400 m/z i sekundet (et normaliseret spektrum er gennemsnittet af 5 optagne spektre). Da alle forbindelser i en given top - adskilt ved hjælp af HPLC - normalt vil have samme alkylkædelængde, betyder det, at de masser, som ses i massespektrummet, generelt er udtryk for forskellige ethoxylatkædelængder, således som det er illustreret i nederste billede i figur 5.3. Derved opnås en slags juletræs-struktur med en forskel på 44 masseenheder, som er karakteristisk for polyethylenglycol (polyethoxylater = EOx) baserede nonioniske overfladeaktive stoffer. 44 masseenheder svarer til en ethoxylatgruppe. I figur 5.3 nederste billede er vist sammensætningen af NPEOn i den tekniske formulering P40 fra Fluka, hvilket er den standard, som normalt bruges af VKI til bestemmelse af NPEOn. Det ses tydeligt af figur 5.3, at denne formulering har en ethoxylatkædelængde på mellem 5 og 15 med den gennemsnitlige kædelængde (medianen) liggende på mellem 8 og 8,5 ethoxylatenheder. Reproducerbarhed Detektionsgrænserne for metoden er meget afhængig af forureningsgraden i de enkelte prøver, men ligger normalt omkring 1-5 µg/l for spildevand og 0,1-0,5 mg/kg TS for slam. Således har f.eks. slamprøver udtaget efter rådnetanken oftest detektionsgrænser på 0,5 mg/kg TS på grund af mange interfererende forbindelser. Bedre detektionsgrænser kan dog undtagelsesvis opnås ved en enkel oprensning og opkoncentrering af ekstraktet (helt ned til 0,1 µg/l for vand og 0,02 mg/kg TS for slam). Reproducerbarheden for metoden ligger normalt omkring 10-20%, men kan være højere for prøver (specielt prøver efter rådnetanken), som har en meget uensartet karakter og derfor er vanskelige at udtage delprøver fra. Beregningsmetode Ved brug af en LC-MS, der opererer i full-scan mode, opnås en tre-dimen-sionel datastruktur, hvor intensiteten af opnåede data er optaget som funktion af både tid (indeholdende chromatografiske informationer) og masse (spektrometriske informationer). Forskellige typer af data med forskelligt informationsindhold kan herefter udtrækkes fra denne tre-dimensionelle data- struktur. TIC Et total ions chromatogram (TIC) af et repræsentativt ekstrakt undersøges for indhold af de forskellige alkohol- og nonylphenolethoxylater. Ud fra dette findes de masser, der skal bruges til at lave et Reconstructed Ion Chromatogram (RIC). Da alkoholethoxylater består af variable alkylkæder (f.eks. C12C18), og hver af disse har en variabel ethoxylatkædelængde (f.eks. EO6EO12), består massespektret for hver alkoholethoxylat-isomer af et sæt af masser (typisk 515 forskellige), som hver repræsenterer en forbindelse. På grund af det meget store antal data, som fremkommer på denne måde, og da softwareprogrammet kun kan operere med maksimalt 10 masser, som separeres fra TIC ad gangen, udvælges de ti mest repræsentative masser. I denne undersøgelse anvendes 10 masser svarende til 6-15 ethoxylatenheder (se massetabellen i bilag 5). Disse er valgt til at være de mest repræsentative for prøverne, idet det forventes, at der ikke findes mange ethoxylatgrupper over 15 enheder, og desuden vurderes bestemmelsen af ethoxylatgrupperne mellem 3 og 5 at kunne være behæftet med væsentlige fejl (mulig forskel i ioniseringseffektivitet). Dette gentages nu for hver alkylkæde fra C8 til C18 samt for octyl- og nonylphenolforbindelserne. De derved fremkomne RIC chromatogrammer, arealbestemmes ved hjælp af Bruker Data Analysis, hvorefter resultaterne færdigbehandles i et excel regneark. Koncentrationbestemmelsen foregår ved at tage forholdet mellem arealet af en standard og prøven ganget med koncentrationen for denne standard og divideret med en beregnet opkoncentrationsfaktor. Den fremkomne koncentration divideres med en recovery faktor, hvorved der fremkommer en korrigeret koncentration. Recovery faktoren bestemmes for hver enkelt prøve på baggrund af to tilsatte interne standarder (surrogatstandarder) tilsat ved starten af ekstraktionsproceduren. Middelmassen for NPE bestemmes som medianen af massespekteret, som så bruges til beregning af ren NP i prøven for massebalancen. 5.5 Vurdering af analytisk kemiske dataPå baggrund af de opnåede analyseresultater for NPEOn og AEOn, er det muligt at få et overblik over de nedbrydninger, som foregår ved renseanlæggets enkelte delprocesser. Data er præsenteret i bilag 4. Vurdering af chromatogrammer og massespektre Både Herning og Hillerød Centralrenseanlæg har et nogenlunde konstant tilløb af nonioniske tensider på 400-500 µg/l for Herning og 50-140 µg/l for Hillerød. Heraf udgør NPEOn ca. 5-8% af totalkoncentrationen af nonioniske tensider i indløbet på begge renseanlæg, mens den samlede fundne koncentration af nonylphenolforbindelser (NP, NPEO1-2 og NPEOn) udgør 8-13% af den totale koncentration af nonioniske tensider i indløbet for Herning og 19-29% for Hillerød. Det antages, at der ikke forekommer andre nonioniske tensider i væsentlige mængder i tilløbene til renseanlæggene. På Herning Centralrenseanlæg består mellem 29 og 45% af de indkomne nonylphenolforbindelser af NP samt NPEO1-2, mens disse for Hillerød Centralrenseanlægs vedkommende udgør 77-80%. Hvis man antager, at alle nonylphenolforbindelser stammer fra NPEOn, betyder det, at der generelt sker en meget større nedbrydning af NPEOn i kloaknettet før tilløbet til Hillerød Centralrenseanlæg, end der gør til Herning Centralrenseanlæg. Dette kan rimeligvis ekstrapoleres til også at gælde for AEOn. Skæbne for NPEOn I figur 5.4, 5.5 og 5.6 er der vist chromatogrammer (TIC) og massespektre for NPEOn i henholdsvis prøver fra tilløbet, primærslam og blandeslam (alle uge 15). Alle chromatogrammer og massespektre viser tydeligt, at det drejer sig om NPEOn ved sammenligning med standarden vist i figur 5.3. Der ses ingen nævneværdig nedbrydning af ethoxylatkædelængden mellem tilløbet og primærslammet, mens billedet er lidt mere utydeligt for blandeslammet, hvor der tydeligvis findes flere nedbrydningsprodukter og en svag tendens til kortere kædelængde. De mulige nedbrydningsprodukter og interferencer fundet i massespektret fra blandeslammet i figur 5.6 har ingen betydning for den kvantitative bestemmelse, da kun masser med direkte tilknytning til nonylphenoler benyttes til beregningerne (se bilag 4). Efter blandetanken nedbrydes NPEOn til NP samt NPEO1-2 og sandsynligvis NPEC, som ikke på nuværende tidspunkt kan analyseres i Danmark. Dette er klart en begrænsende faktor for vurderingen af nedbrydningen af NPEOn i renseanlæg og dermed også for vurderingen af en total massebalance over alle delprocesser i renseanlægget. For at kunne lave en endelig vurdering kræves dog ikke kun bestemmelse af NPEC i spildevand og slam, men også bestemmelse af de langkædede nonylphenol-polyethylen-glycol-carboxylater (NPEOn med en carboxylatgruppe i enden). Skæbne for AEOn I tilløbet til begge renseanlæg fandtes AEOn med en alkylkædelængde på mellem C10 og C15 med C13 som værende langt den dominerende forbindelse ved Herning Centralrenseanlæg, mens fordelingen er lidt mere diffus ved Hillerød Centralrenseanlæg med hovedvægten på C10, C13 og C15 forbindelser. C12- og C13-forbindelser Mængden af AEOn i tilløbet til begge renseanlæg er klart dominerende i forhold til den totale mængde nonioniske tensider. Men i modsætning til NPEOn nedbrydes AEOn fuldstændigt til kuldioxid og vand relativt hurtigt /26, 27, 28, 29, 30, 31/, idet der dog kan blive dannet mellemprodukter, som ikke er stabile. Det er der to indikationer af i denne undersøgelse. Den første er, at der genfindes meget lidt af den indkomne mængde af AEOn efter rådnetanken og i det afvandede slam, ligesom de fundne koncentrationer og mængder af AEOn i bioslammet er væsentligt mindre end i primærslammet. Den anden indikation for en hurtig nedbrydning er, at der tilsyneladende som mellemprodukter dannes C10EOn og C12EOn i både bioslammet og det udrådnede slam i Herning Centralrenseanlæg. Således er de fundne koncentrationer af specielt C10EOn i bioslammet og det udrådnede slam ca. 5-10 gange højere end koncentrationen fundet i primærslammet og kan kun stamme fra en mikrobiel nedbrydning, også selv om man tager hensyn til forskelle i absolutte slammængder og adsorptionsegenskaber. Dette gør sig givetvis også gældende for C12EOn, selv om det ikke er så tydeligt som for C10EOn. Alternativet til mikrobiel nedbrydning til C12EOn er, at de mikrobielle kulturer i Herning Centralrenseanlæg ikke er i stand til at nedbryde netop disse forbindelser, samt at disse heller ikke nedbrydes aerobt. Dette virker ikke sandsynligt, når man ser, at C13EOn nedbrydes næsten fuldstændigt under de aerobe forhold i luftningstanken (bioslam) og slet ikke findes i det udrådnede og det afvandede slam fra Herning Centralrenseanlæg. Der kan dog muligvis blive dannet carboxylater. Forgrenede uforgrenede C13-forbindelser I figurerne 5.7 og 5.8 ses tydeligt, at der findes flere isomere forbindelser af C13EOn, hvor de forskellige toppe er et udtryk for forskelle i forgreningen af alkylkæden, således at de mest forgrenede kommer først i chromatogrammet (længst til venstre) og de uforgrenede (n-alkaner) sidst. Det overraskende resultat af de to chromatogrammer udvalgt blandt flere eksempler er, at der tilsyneladende sker en forholdsvis forøgelse af koncentrationen af den uforgrenede C13 isomer mellem tilløbet og primærslammet. Dette sker på trods af, at de forgrenede isomerer har en svagt højere adsorptionsevne end de uforgrenede og derfor burde akkumuleres mere i primærslammet samt, at uforgrenede nonioniske tensider anses for at være lettere nedbrydelige end de forgrenede. Den forholdsvis klare koncentrationsforøgelse af den uforgrenede C13 isomer kan derfor tyde på, at den dannes som led i nedbrydningen af AEOn med højere alkylkædelængde. I figurerne 5.9, 5.10 og 5.11 er vist den samme udvikling fra Hillerød Centralrenseanlæg med en stærk forholdsvis forøgelse af den uforgrenede isomer i primærslammet, blot er her fundet C13EOn også i det udrådnede slam. C16-forbindelser En anden kuriøsitet i forbindelse med analysen af de forskellige AEOn-forbindelser i de forskellige slamtyper er fundet af C16EOn, mens forbindelsen ikke i et eneste tilfælde kunne påvises i hverken tilløb eller afløb fra primærtanken. Selv om de fundne koncentrationer ikke er væsentlige, er verifikationen sikker nok og kunne derfor tyde på en midlertidig mikrobiel produktion og er et klart indicium på manglende viden om nedbrydningsforholdene for disse forbindelser i renseanlæg. Hvis de to renseanlæg sammenlignes med hensyn til nedbrydning af AEOn, er der tydeligvis en tendens til, at nedbrydningen i rådnetanken i Hillerød er mindre effektiv end i Herning, da der stadig findes væsentlige koncentrationer af C12-, C14-, C15- og C16-forbindelser i modsætning til relativt små koncentrationer af C10- og C12-forbindelser fundet i Herning. I begge renseanlæg fortsætter nedbrydningen af AEOn dog relativt hurtigt, således at der kun genfindes mindre mængder i det afvandede slam. Figur 5.3 Figur 5.4 Figur 5.5 Figur 5.6 Figur 5.7 Figur 5.8 Figur 5.9 Figur 5.10 Figur 5.11 5.6 Reproducerbarhed og nøjagtighedMed hensyn til reproducerbarheden (præcision) og nøjagtighed af de fundne analytiske resultater er det klart, at der indbygget i disse analyser findes en større usikkerhed end for de traditionelle organisk kemiske resultater fra sediment-, jord- og grundvandsprøver. Mens bestemmelser for traditionelle organisk kemiske analyseparametre normalt i jord- og vandprøver har en stor nøjagtighed (+ 10-15% fra den "rigtige" værdi) og absolut reproducerbarhed (5-10%) er disse undersøgelser af de nonioniske tensider behæftet med en større unøjagtighed (+ 30-40% fra den "rigtige" værdi) og en mindre præcision (20-30%). Dette skyldes i høj grad, at prøverne var uhomogene med et meget stort indhold af organisk carbon og mulige interferencer samt problemerne med at udtage en repræsentativ prøve til analyse, som hovedsagelig påvirker præcisionen. Desuden medvirker den komplicerede analysemetode til en mindre reproducerbarhed. Disse problemer er dog klart mest udtalte for prøverne efter rådnetanken, hvor det har været nødvendigt at gen-analysere prøver for at verificere de analytiske resultater. I de tilfælde, hvor der er fundet større afvigelser i resultaterne fra rådnetanksprøverne, har denne usikkerhed kunnet henføres til bestemmelsen af tørstofprocenten. Dette viser tydeligt, at afvigelserne væsentligst stammer fra selve prøveudtagelsen. Derimod har gentagelse af analyser for prøver fra tilløb, primærslam og afvandet slam vist en reproducerbarhed under 20%, hvilket må betegnes som værende meget tilfredsstillende for disse typer af prøver og analyseparametre. 6 ResultaterAnalyseresultater fra bestemmelse af NP, NPEO1-2, NPEOn, OPEOn, AEOn og DEHP i spildevands- og slamprøver er vist i bilag 1 (Herning) og bilag 2 (Hillerød). I ingen af de indsamlede prøver blev der målt OPEOn over detektionsgrænsen på 0,1 µg/l. I bilagene er der tillige anført tørstofbestemmelser samt spildevands- og slammængder registreret af personalet på de to renseanlæg i prøvetagningsperioderne. 6.1 Fase 1: Screeningsundersøgelse på spildevand og slamKoncentrationer i spildevand og slam Resultaterne fra screeningsundersøgelsen på de to renseanlæg i november/december 1998 er præsenteret i tabel 6.1. Koncentrationen af NP + NPEO1-2 samt NPEOn i både spildevand og slam viste sig at være betydeligt lavere i prøverne fra Hillerød Centralrenseanlæg sammenlignet med koncentrationen i prøver fra Herning Centralrenseanlæg. Eksempelvis var koncentrationen af NP + NPEO1-2 ca. 20 gange lavere i det udrådnede slam fra Hillerød Centralrenseanlæg sammenlignet med Herning Centralrenseanlæg. Forskellen forventes at være begrundet i den høje industribelastning på Herning Centralrenseanlæg. For AEOn observeredes, at koncentrationen var ca. 5 gange højere på Herning Centralrenseanlæg. Derimod var koncentrationsniveauet i både slam- og spildevandsprøver meget ens på de 2 renseanlæg. Tabel 6.1 Screeningsundersøgelsen viste, at det var muligt at bestemme NP + NPEO1-2, NPEOn og AEO i koncentrationer betydeligt over detektionsgrænsen, og dermed var der grundlag for at tilrettelægge et måleprogram, der inkluderede opstilling af stofbalancer, som kunne beskrive stoffernes skæbne for udvalgte procestrin i renseanlæggene. Resultat af screeningsundersøgelse For Herning Centralrenseanlæg viste resultaterne tillige, at belastningen af NP + NPEO1-n i tilløbet var ca. 450 g/d, og at det udrådnede slam indeholdt en mængde svarende til ca. 430 g/d. Mængden af NPEOn i det udrådnede slam var neglisabel. Resultaterne indikerede, at kun en mindre del af NP og NPEO1-n tilført renseanlægget nedbrydes fuldstændigt, mens ca. 95% genfindes som NP + NPEO1-2 i slammet. 6.2 Fase 2: Koncentrationsbestemmelser på spildevand og slamI tabellerne 6.2 til 6.5 er vist koncentrationer for henholdsvis NP, NPEO1-2, NPEOn, AEOn og DEHP i otte forskellige prøvetyper. NP + NPEO1-2 Tabel 6.2
Tabel 6.3
Tabel 6.4
Tabel 6.5
Koncentrationer NP, NPEO1-2, NPEOn Koncentrationsniveauet for NP + NPEO1-2 var i foråret 1999 stort set det samme i tilløbet til de to renseanlæg, mens der var en tydelig forskel i koncentrationerne af NPEOn. I tilløbet til Herning Centralrenseanlæg blev der målt ca. 6 gange højere koncentrationer af de langkædede forbindelser, hvilket efterfølgende afspejledes i 4-6 gange højere koncentrationer af NPEOn i primærslammet, bioslammet og det udrådnede slam sammenlignet med koncentrationer målt på Hillerød Centralrenseanlæg. Samtidig lå koncentrationen af NP + NPEO1-2 i det udrådnede og det afvandede slam fra Herning Centralrenseanlæg 3-5 gange over koncentrationen i slammet fra Hillerød Centralrenseanlæg. NPEOn, der føres videre fra den primære bundfældning til luftningstanken, forventes nedbrudt her eller omdannet til carboxylater. Koncentrationen af NPEOn var således 8-10 gange højere i primærslammet sammenlignet med koncentrationen i bioslammet på hvert af de to renseanlæg. Under den aerobe nedbrydning af NPEOn kan der dannes nonylphenolcarboxylater som mellemprodukter, der efterfølgende omdannes til NP +NPEO1-2. Bestemmelse af koncentrationen af NP + NPEO1-2 i udløbet fra renseanlæggene lå uden for dette projekts rammer. Analyser af rejektvand fra slamafvandingen på Herning Centralrenseanlæg viste, at koncentrationen af NP + NPEO1-2 udgjorde 91% af tilløbskoncentrationen, mens koncentrationen af NPEOn i rejektvandet udgjorde ca. 9% af tilløbskoncentrationen. Koncentrationer AEOn For AEOn var der ca. en faktor fem til forskel mellem koncentrationerne i tilløbet til de to renseanlæg, hvor koncentrationen lå højest på Hillerød Centralrenseanlæg. Der var imidlertid stor forskel på de to koncentrationsmålinger i tilløbet på Hillerød Centralrenseanlæg (31,5 og 106 µg/l), hvilket afspejler, at belastningen fra oplandet varierer fra uge til uge, men måske også fra dag til dag. Variationerne i belastningen kan både skyldes variationer i forbruget og i omsætningen i kloaksystemet. DEHP Koncentrationen af DEHP i tilløbet til de to renseanlæg var meget ens, hvilket også afspejles i samme koncentrationsniveau for DEHP i det afvandede slam (42 og 57 mg/kg TS). 6.3 Fase 2: StofbalancerDelbalancer På baggrund af analyseresultaterne fra prøverne udtaget i punkterne vist på figur 5.1 og 5.2 har der kunnet opstilles fire stofbalancer for Herning Centralrenseanlæg gældende for: den primære bundfældning, blandetanken, rådnetankene og slamafvandingen. På Hillerød Centralrenseanlæg kunne der opstilles stofbalancer for blandetanken og rådnetankene. Alle grunddata vedrørende slamvolumener, tørstofprocenter, stofkoncentrationer og stofmængder findes i bilag 1 (Herning) og bilag 2 (Hillerød). Stofbalancerne er i det følgende beskrevet individuelt og til sidst sammenfattet i stofbalancer for renseanlæg med en opbygning svarende til Herning og Hillerød Centralrenseanlæg med primær bundfældning, aktivt slamanlæg med kvælstoffjernelse, kemisk fældning, udrådning af primærslam og bioslam samt afvanding af det udrådnede slam. 6.3.1 Herning Centralrenseanlæg - Primær bundfældningBelastning - primærtanke På Herning Centralrenseanlæg var der de tre første dage i uge 15, 1999 overløb fra primærtankene. Overløbsvandmængden blev registreret, men der blev ikke analyseret prøver fra overløbet, derfor er der for overløbet regnet med en stofkoncentration svarende til afløbet fra primærtankene. Overløbet i uge 15 øger usikkerheden på balancerne opstillet i tabel 6.6, hvori stofmængder for primærslam, afløb primærtanke og overløb er angivet i g/d og mmol/d. Tabel 6.6 Adsorption til slam På trods af de usikkerheder, der er i balancerne for primærtankene, er der indikationer af, at NP + NPEO1-2, der har en højere log Pow end NPEOn, i højere grad følger med slammet fra den primære bundfældning. Tilsvarende viste det sig, at AEOn bindes til slammet i samme omfang (20-30%) som NPEOn, således at 70-80% af AEOn tilført renseanlægget ledes videre til den aerobe biologiske rensning. Da summen af stofmængderne ud af primærtankene er større end mængderne i tilløb dette gælder for alle stofferne er der intet, der tyder på, at hverken NPEOn eller AEOn nedbrydes i primær-tankene. DEHPs affinitet til primærslammet svarer til affiniteten for NP + NPEO1-2, hvilket betyder, at 30-40% af mængden af DEHP i tilløbet kan genfindes i primærslammet. 6.3.2 Herning Centralrenseanlæg - BlandetankBlandetanken tilføres til stadighed primærslam og overskudsslam fra den biologiske rensning, og fra blandetanken ledes slammet videre til rådnetanken. Blandetankens volumen er 60 m3, hvilket resulterer i en opholdstid på under et halvt døgn, idet tanken kun fyldes ¾. NP, NPEO1-2, NPEOn Mængden af NP + NPEO1-2 i blandeslammet lå i de to måleuger både over og under mængderne bestemt i primær- og bioslam. Forskellene på op til 45% er begrundet i usikkerheder på prøvetagningen, bestemmelse af slamvolumener og analyseresultater især TS-bestemmelsen. Generelt betragtet var overensstemmelsen i balancerne for blandetanken acceptable. Primærslammet var tydeligvis mere belastet end bioslammet med både NP + NPEO1-2 (ca. 2,5 gange) og NPEOn (8-24 gange). I luftningstanken må det forventes, at NPEOn er blevet nedbrudt til NP + NPEO1-2 samt NPEC samtidig med, at NPEO1-2 er blevet omdannet til NP og NPEC. Det kan ud fra data fra denne undersøgelse ikke afgøres, om NP er blevet nedbrudt i luftningstanken. Slamalder Når slamalderen er ca. 20 døgn, som tilfældet er på Herning Centralrenseanlæg, betyder det, at mængden af NP + NPEO1-2 i bioslammet afspejler de mængder af NP + NPEO1-2 og NPEOn, der er tilført renseanlægget over en længere periode end prøvetagningsperioden. Data fra uge 16 viser, at mængden af NP + NPEO1-2 og NPEOn i blandeslam udgjorde ca. 40% af den tilførte mængde til anlægget. Tabel 6.7 AEOn Mængden af AEOn i blandeslammet vurderes at udgøre mellem 15 og 35% af den tilførte mængde. Den resterende mængde på mellem 65 og 85% er enten udledt via afløbet eller nedbrudt i luftningstanken hvilket vurderes at være langt den største del, idet mængden af AEOn i bioslammet kun udgør ca. 2% af den tilførte mængde, og AEOn på grund af lipofile egenskaber adsorberes til slamfasen. DEHP Andelen af DEHP i bioslammet målt i forhold til tilløbsmængden i de to uger afspejler, at der var en stærkt varierende belastning af DEHP på Herning Centralrenseanlæg. Bioslammet var mindre belastet end primærslammet, hvilket indikerer, at der sker nedbrydning af DEHP i luftningstanken. 6.3.3 Herning Centralrenseanlæg - RådnetankeFigur 6.1 viser strømme ind og ud af rådnetankene på Herning Centralrenseanlæg med angivelse af data for tørstof (TS), tørstofglødetab (TSG) og Total-P i uge 15, 1999.
Figur 6.1 Stofbalancerne, der er vist i figur 6.1 og beskrevet nedenfor, er baseret på det samlede rådnetanksystem, som består af to tanke på hver 1.400 m3, hvoraf den ene er omrørt. Omsætning i rådnetanken Den årlige gasproduktion for rådnetankene var i 1998 ca. 700.000 Nm3 svarende til ca. 1.900 Nm3/d. Belastningen var i uge 15 ca. 1,7 kg TSG/(m3× d) svarende til at rådnetankene var middel til højt belastet. Opholdstiden var ca. 15 døgn. Anlæggets egne driftsmålinger viser en opholdstid på ca. 20 døgn. Ved mesofil udrådning (35° C) og under de givne betingelser kan der regnes med en gasproduktion på ca. 700 l/kg TSG. Omsætningen af TSG var ca. 2.850 kg/d svarende til en gasproduktion på ca. 2.000 Nm3/d. Der var således god overensstemmelse mellem den omsatte mængde TSG og middelgasproduktionen pr. døgn. Total-P Fosfor er et konservativt stof i forhold til omsætningen i rådnetanke, og derfor bør mængden af Total-P i tilløb og afløb fra rådnetanke være den samme under stabil drift. Forskellen mellem belastning målt i tilløb og afløb var ca. 5%, hvilket antyder, at der er balance mellem ind- og udgående strømme. Data for uge 15 viser således, hvordan omsætningen i middel kan forventes at være. Reduktionen i tørstofmængder i rådnetankene var i de to uger henholdsvis 49 og 52%, mens reduktionen i glødetabet var 60% i uge 15 (der blev ikke målt glødetab i uge 16). Relateret til rådnetankvolumenet svarede omsætningen i TSG til ca. 1 kg/(m3× d). Omsætning af NPEOn Data i tabel 6.8 viser en klar stigning i mængden af NP + NPEO1-2 fra tilløb til afløb af rådnetankene. Den udledte mængde af NP + NPEO1-2 var 2,3-2,6 gange større end den tilførte mængde. Reelt lå koncentrationen af NPEOn under detektionsgrænsen på 0,1 µg/l i det udrådnede slam. Ved beregningen af mængden af NPEOn i det udrådnede slam er anvendt den halve værdi af detektionsgrænsen. Ubalance for rådnetanken Umiddelbart kan forøgelsen af mængden af NP + NPEO1-2 i det udrådnede slam i forhold til mængden i blandeslammet ikke forklares ud fra, at NPEOn er blevet nedbrudt til NP + NPEO1-2 i rådnetanke. Følgende forhold kan kun delvist forklare, at mængden af NP + NPEO1-n ud af rådnetanken er større end ind i rådnetanken.
Tabel 6.8
AEOn-omsætning Udregnet på vægtbasis sker der i rådnetankene en reduktion af AEOn på mere end 90%. I blandeslammet dominerede C12- og C16-forbindelser af AEOn, mens AEOn i det udrådnede slam væsentligst bestod af C10- og C12-forbindelser. DEHP-omsætning Mængden af DEHP i det udrådnede slam svarede til 24 og 58% af de tilførte mængder i uge 15 og 16. Også her kan forskellene i mængderne af DEHP i det udrådnede slam skyldes variationer i tilløbsbelastning, og at slammet i rådnetankene ikke direkte kan relateres til belastningen i måleperioden på grund af den lange slamalder (20 døgn) i luftningstanken og opholdstiden (15 døgn) i rådnetanken. Ved den anaerobe udrådning registreredes der i de to uger en reduktion af DEHP på henholdsvis 56 og 46% regnet i forhold til de tilførte mængder til rådnetankene. 6.3.4 Herning Centralrenseanlæg - SlutafvandingDriftsforhold Inden det udrådnede slam afvandes i sibåndspresse, passerer det en samletank på 80 m3, som sædvanligvis kun indeholder 20-30 m3 slam. Det vil sige, at det udrådnede slam afvandes samme dag, som det udtages fra den sidste rådnetank, der fungerer som lagertank. Sammenholdes tørstofmængden ud af rådnetankene med tørstofmængden i det afvandede slam, var der for uge 15 god overensstemmelse. Der blev registreret ca. 8% mere TS før afvandingen, mens der i uge 16 var 32% mere TS efter afvandingen. Forskellene skyldes hovedsagelig usikkerhed på flowmålinger før afvandingen og usikkerhed på TS-bestemmelserne. Udgangspunktet for at opnå balance mellem mængden af NP + NPEO1-2, NPEOn, AEOn og DEHP før og efter slamafvandingen (se tabel 6.9) var således gode for uge 15, men ikke for uge 16. For NP + NPEO1-2 i uge 15 blev der registreret en afvigelse mellem mængderne før og efter afvandingen på mindre end 2%, mens afvigelsen for uge 16 var ca. 12%. Generelt viser data, at mængden af NP + NPEO1-2 ikke ændrer sig ved afvandingen, idet stofferne er stærkt bundet til slampartiklerne. Ingen NPEOn ud af rådnetankene Mængden af NPEOn i det afvandede slam var <1 mmol/d, hvilket er endnu et udtryk for, at de langkædede NPEO er blevet nedbrudt til kortkædede forbindelser under den anaerobe udrådning. Tabel 6.9
Mængden af AEOn reduceres øjensynligt med 40-70%. Forklaringen kan være, at der i rejektvand og afvandet slam findes mellemprodukter i form af carboxylater og/eller aldehyder, som ikke kan detekteres. Data for mængden af DEHP før og efter slamafvanding viser, at der ikke sker nogen ændringer. 6.3.5 Hillerød Centralrenseanlæg BlandetankDriftsforhold - blandetank Volumenet af blandetanken på Hillerød Centralrenseanlæg er 50 m3 hvilket medfører en opholdstid på ca. et halvt døgn, inden slammet tilføres rådnetanken. Af data præsenteret i figur 6.2 og tabel 6.10 ses, at det ligesom for Herning Centralrenseanlæg gælder, at NP + NPEO1-2 i primærslammet bidrager mest til belastningen i blandeslammet. Tabel 6.10 indeholder i øvrigt data for stofbelastningen i primær-, bio- og blandeslam fra Hillerød Centralrenseanlæg. Primærslammet var som forventet mere belastet end bioslammet. Stofmængderne i primær- + bioslam burde alt andet lige være ens, men specielt for NP + NPEO1-2 i uge 23 var der en forskel på ca. 50%, som kun kan forklares ud fra usikkerhed på bestemmelsen af slammængder, stofkoncentrationer og variationer i belastningen i tilløbet. Sammenligning På Hillerød Centralrenseanlæg var der sammenlignet med Herning Centralrenseanlæg tilsyneladende en større andel af NP + NPEO1-2, der gik videre til luftningstanken 70-85% af tilløbsmængden mod 40-70% på Herning Central Renseanlæg. Samtidig var der en større omsætning og/eller passage af NP + NPEO1-2 gennem luftningstanken på Hillerød Centralrenseanlæg, hvor slamalderen i luftningstanken var ca. 25 døgn, mens den på Herning Centralrenseanlæg var ca. 20 døgn. En længere slamalder kan være medvirkende til en bedre omsætning af NPEOn til NP + NPEO1-2. Alt i alt kan det ved sammenligning mellem forholdene på de to anlæg konstateres, at mængden af NP + NPEO1-2 i blandeslammet målt i forhold til mængden i tilløbet var mindre på Hillerød Centralrenseanlæg (ca. 35%) sammenlignet med Herning Centralrenseanlæg, hvor andelen i blandetanken udgjorde 40-90% af tilløbsbelastningen.
Figur 6.2 Tabel 6.10 Fordelingen af NPEOn mellem primærslam og bioslam var meget ens på de to anlæg. Primærslammet var belastet med 15-40% af tilløbsmængden, mens der til bioslammet var knyttet 1-3% af tilløbsmængden. I princippet kan NPEOn i luftningstanken blot være blevet omdannet til nonylphenolcarboxylater med varierende kædelængder. AEOn-belastning i primærslam For AEOn ser det ud, som om de i højere grad binder sig til primærslammet på Hillerød Centralrenseanlæg (45-85%), end det er tilfældet på Herning Centralrenseanlæg (20-30%). Disse forskelle kan være begrundet i forskelle i de tilførte stoffers alkylkædelængder og forgreninger, hvilket igen fører til forskelle i adsorptionsegenskaberne over for slam. Oprindeligt kan der således være kvalitative forskelle mellem AEOn i de produkter, der anvendes af forbrugerne i oplandene til de to renseanlæg. Desuden kan forskelle i omsætning af AEOn i kloaksystemet også have betydning for konfigurationen af de stoffer, der tilføres renseanlægget. DEHP For DEHP gælder, at 30-70% af tilløbsmængden bindes til primærslammet, og at der i luftningstanken sker nedbrydning/fordampning, således at bio-slammet er mindre belastet. Dog antyder andelen af DEHP i blandeslammet (65-75%), at nedbrydningen af DEHP er begrænset, og/eller at der er store variationer i belastningen i tilløbet. 6.3.6 Hillerød Centralrenseanlæg RådnetankeFigur 6.3 viser strømme ind og ud af rådnetankene på Hillerød Centralrenseanlæg med angivelse af data for tørstof (TS) og tørstofglødetab (TSG) for uge 18, 1999.
Figur 6.3 Drift af rådnetank Den årlige gasproduktion for rådnetankene var i 1998 ca. 520.000 Nm3 svarende til ca. 1.425 Nm3/d, men da rådnetankene i august 1998 blev omstillet fra mesofil til termofil drift, kan gasproduktionen ikke relateres til den nuværende omsætning af TSG. Gasproduktionen må forventes at blive større i 1999. Reduktionen i TSG var på Herning Centralrenseanlæg ca. 60%, mens den på Hillerød Centralrenseanlæg var ca. 80%, hvilket er i overensstemmelse med erfaringer med mesofil kontra termofil drift af rådnetanke. Omsætning af NPEOn Data i tabel 6.11 viser, at mængden af NP + NPEO1-2 forøges i rådnetanken. Forøgelsen svarer til 30-35%, mens NPEOn tilsyneladende fuldstændig omdannes til NP + NPEO1-2. Som tidligere nævnt anfører Ahel et al. /11/, at NPEOn under aerobe forhold omdannes til carboxylater. I princippet vil der kunne tilføres NPECn til rådnetanken, som derefter vil kunne blive nedbrudt til NP i rådnetankene. Dette vil kunne forklare, hvorfor mængden (mmol/d) af NP ud af rådnetankene er større end den samlede mængde NP og NPEO1-n ind i rådnetankene. Se i øvrigt afsnit 6.3.3, hvor der er anført flere forklaringer i relation til, at mængderne af NP + NPEO1-n er større ud af rådnetankene end ind i rådnetankene. Tabel 6.11
Figur 6.4 viser, at der sker en forøgelse af NP+NPEO1-2 i rådnetankene, mens NPEOn forsvinder. Men der er ikke overensstemmelse mellem den omsatte mængde NPEOn og forøgelsen af NP + NPEO1-2.
Figur 6.4 Omsætning af AEOn AEOn tilført rådnetankene blev i de to uger reduceret med henholdsvis 67 og 72% (tabel 6.10). Mængden, der blev tilført rådnetankene i uge 23, svarede til 113% af mængden målt i tilløbet til renseanlægget. Tallene antyder således store variationer i belastningen i tilløbet. DEHP Data for mængderne af DEHP ind og ud af rådnetanken (tabel 6.11) på Hillerød Centralrenseanlæg antyder, at der ikke sker nogen nedbrydning i rådnetankene. På Herning Centralrenseanlæg blev der konstateret en reduktion på 50%. Forklaringen på denne forskel kan være forskelle i temperatur og pH-forhold, og dermed favoriseres forskellige bakteriestammer, der resulterer i en bedre nedbrydning på Herning Centralrenseanlæg. 6.3.7 Samlet vurdering af skæbne for NPEO, AEO og DEHP på renseanlægPå baggrund af de enkelte stofbalancer for primærtanke, blandetanke, rådnetanke og slamafvandingen er det i dette afsnit skitseret, hvordan omsætning og stoftransport for NPEOn, AEO og DEHP foregår på hvert af de to renseanlæg. Data, der ligger til grund for figurerne 6.5-6.7, er samlet i bilag 3. Fordeling NP, NPEO1, NPEO2 og NPEOn Figur 6.5 viser, at mængden af NP stiger fra tilløbet og til det af afvandede slam. Stigningen er størst i rådnetankene, hvor der således sker omsætning af NPEOn og muligvis NPEC til NP.
Figur 6.5 Ingen nedbrydning af NP Sammenholdes summen af NP, NPEO1, NPEO2, og NPEOn i tilløbet i uge 16 på Herning Centralrenseanlæg med mængden i det afvandede slam, ses, at mængderne er lige store (4.700 mmol/d). Dette indikerer således, at nedbrydningen af NPEOn stopper ved NP, og at der ikke sker yderligere nedbrydning af NP på Herning Centralrenseanlæg. I uge 15 var summen af mængderne af NP, NPEO1-2 og NPEOn i tilløbet til renseanlægget mindre end mængden (3.400 mmol/d) målt i det afvandede slam (4.860 mmol/d). Dette kan som tidligere nævnt være udtryk for store variationer i belastningen med NP og NPEOn kombineret med lang slamalder i luftningstanken og lang opholdstid i rådnetankene. Samtidig underbygger denne negative forskel mellem belastningen i tilløbet og i det afvandede slam, at omsætningen af NP på renseanlægget er begrænset. Overskud af NP Forskellen mellem summen af mængderne af NP, NPEO1-2 og NPEOn ind (blandeslam) og ud (udrådnet slam) af rådnetankene, hvor mængder ud er større end mængderne ind, kan skyldes tilstedeværelse af NPEC i bioslammet, og at NPEC omdannes i rådnetankene til NP. Det skal dog også bemærkes, at usikre målinger af slamvolumenerne kan forstærke indtrykket af ubalance vedrørende NP og NPEO1-n.
Figur 6.6 Mængder i tilløbet Til forskel for tilløbet på Herning Centralrenseanlæg var der i tilløbet til Hillerød Centralrenseanlæg en større andel (62%) af NPEO1 (se figur 6.7). Årsagen hertil kan være en større afstand til kilden, således at der inden tilførslen til renseanlægget er sket nedbrydning i kloaksystemet. I øvrigt var belastningsniveauet for summen af NP, NPEO1-2 og NPEOn ca. tre gange mindre på Hillerød Centralrenseanlæg sammenlignet med Herning Centralrenseanlæg, men tages det samtidig i betragtning, at belastningen på Herning Centralrenseanlæg målt i PE er ca. 2-2,5 gange større, er belastningen med NP, NPEO1-2 og NPEOn stort set ens på de to renseanlæg. Rådnetank For rådnetankene på Hillerød Centralrenseanlæg gælder det ligesom for rådnetankene på Herning Centralrenseanlæg, at summen af NP, NPEO1-2 og NPEOn ud af rådnetankene var større end ind i tankene samtidig med, at der skete en forskydning, således at NPEO2 og NPEOn bliver omsat til NP og NPEO1. Fordeling i tilløb og slam I det afvandede slam fra Hillerød Centralrenseanlæg udgør NP og NPEO1 henholdsvis 44 og 50% af den samlede mængde NP og NPEO1-n, mens fordelingen mellem NP og NPEO1 for afvandet slam på Herning Centralrenseanlæg er 92 og 7% (se figur 6.7A og B). Figur 6.7A Figur 6.7B Stofbalancer NP, NPEO1-2 og NPEOn
Figur 6.8
Figur 6.9 Af renseanlægsdiagrammerne vist i figurerne 6.8 og 6.9 ses, at der er stor forskel på skæbnen for NP og NPEO1-2 på de to renseanlæg, mens der på begge anlæg kun kan genfindes ganske små mængder af NPEOn i slammet (<0,1 og 5%) sammenlignet med mængderne registreret i tilløbene. Stofbalance AEOn Som det fremgår af figur 6.10, sker der en kraftig omsætning af AEOn i luftningstanken på begge anlæg, men tilsyneladende bindes en større andel af den indkomne mængde af AEOn på Hillerød Centralrenseanlæg til primærslam sammenlignet med Herning Centralrenseanlæg. AEOn nedbrydes i rådnetankene på begge anlæg, men den højere belastning på Hillerød Centralrenseanlæg førte til, at en større andel af de tilførte AEOn kan genfindes i slammet på Hillerød Centralrenseanlæg. Forskellene mellem omsætning af AEOn på de to renseanlæg kan være begrundet i forskelle i forgreninger for alkylkæden og længden for de oprindelige ethoxylat- og alkylkæder samt forskelle i sammensætningen af mikroorganismer i både luftnings- og rådnetanke.
Figur 6.10 Generelt vurderes 30-50% af den indkomne mængde af DEHP at blive adsorberet til primærslammet. Tallene er usikre på grund af store variationer i primærslammængden og regnvejr i prøvetagningsperioderne, som forringer den primære bundfældning. De store variationer går igen ved bedømmelse af mængden, der via blandetanken tilføres rådnetankene. Stofbalance DEHP På Herning Centralrenseanlæg (se figur 6.11) blev 60-70% af den tilførte mængde DEHP ledt videre til luftningstanken. Ved den indledende screeningsundersøgelse måltes en koncentration af DEHP i afløbet fra renseanlægget på 1,0 µg/l. Ud fra denne koncentration er mængden i udløbet beregnet til ca. 4%. Sammenholdes denne mængde med mængden i bioslammet, sker der en reduktion på ca. 45% i luftningstanken, således at bioslammet er belastet med ca. 20-30% af tilløbsmængden. DEHP omsættes i rådnetankene, således at det udrådnede slam indeholder 25-60% af den tilførte mængde, hvilket også er tilfældet for det afvandede slam.
Figur 6.11 Der er væsentlige forskelle mellem omsætningen af DEHP på Herning og Hillerød Centralrenseanlæg. Bioslammet er mere belastet på Herning Centralrenseanlæg (25-35%) end på Hillerød Centralrenseanlæg (10-15%). Årsagen til forskellen kan være den ca. 5 døgns længere slamalder på Hillerød Centralrenseanlæg. Til gengæld viser data for rådnetankene på Hillerød Centralrenseanlæg en ringe omsætning af DEHP, mens der på Herning Centralrenseanlæg skete en reduktion på ca. 50%. Slutresultatet for Herning Centralrenseanlæg var, at slammet indeholdt 25-60% af den tilførte mængde DEHP i det afvandede slam. 7 KonklusionerOverordnede resultater Undersøgelsens overordnede resultat har været en kvalitativ og kvantitativ beskrivelse af skæbnen i renseanlæg for de nonioniske tensider: nonylphenol (NP), nonylphenol med 1 og 2 ethoxylatgrupper (NPEO1-2), langkædede nonylphenolethoxylater (NPEOn) og langkædede alkoholethoxylater (AEOn). Derudover blev der gennemført en tilsvarende beskrivelse for DEHP. I undersøgelsen blev analyseret prøver fra Herning og Hillerød Centralrenseanlæg. De langkædede NPEO omsættes aerobt og anaerobt til kortkædede forbindelser og NP. Omsætningen så ud til at være mest vidtgående under aerobe forhold, men det lå uden for dette projekts rammer at bestemme slutprodukter i forbindelse med den aerobe omsætning. Under anaerobe forhold begrænsedes omsætningen til en afkortning af ethoxylatkæden til hovedsageligt NPEO1 og NP. AEOn blev nedbrudt under såvel aerobe som anaerobe forhold. Omsætningen var dog større i luftningstanken end i rådnetanken. Det afvandede slam indeholdt ca. 5% af den indkomne mængde AEOn. Ca. 50% af den tilførte mængde af DEHP blev genfundet i det afvandede slam. De analyserede prøver fra Herning og Hillerød Centralrenseanlæg bestod af spildevand fra renseanlæggenes tilløb, primærslam, bioslam (overskudsslam fra luftningstankene), blandeslam, udrådnet slam og afvandet slam. Karakteriseringen på Herning Centralrenseanlæg omfattede tillige analysering af spildevand fra afløbet fra primærtankene samt rejektvand fra slamafvandingen. Data for Herning og Hillerød Centralrenseanlæg De to renseanlæg er repræsentative for anlæg knyttet til provinsbyer med 30.000-70.000 indbyggere. Begge anlæg har forfældning af fosfor, men fældning sker med jernsalte på Herning Centralrenseanlæg og aluminiumsalte på Hillerød Centralrenseanlæg. Både primærslam og bioslam udrådnes på begge anlæg. På følgende punkter, som har betydning i relation til vurdering af belastning og skæbne for de ovennævnte stoffer, adskiller de to renseanlæg sig fra hinanden:
Skæbne for NPEOn På baggrund af koncentrationsbestemmelser, målinger af spildevands- og slamflow samt tørstofbestemmelser i slam kan følgende konkluderes i relation til skæbne for NP + NPEO1-2 og NPEOn på Herning og Hillerød Centralrenseanlæg.
Skæbne for AEOn Ud fra målingerne af AEOn i spildevand og slam kan følgende fastslås vedrørende stoffets skæbne på de to renseanlæg:
Skæbne for DEHP Analyse af spildevands- og slamprøver fra de to renseanlæg viste, at
Usikkerheder Omkring fremkomsten af de data, der har ligget til grund for vurderingen af stoffernes skæbne på renseanlæggene, har der været en række forhold, som især har haft betydning for vurderingerne. Specielt følgende forhold bør nævnes:
Uafklarede forhold I forbindelse med undersøgelsen er der identificeret en række forhold, som kræver afklaring for at opnå dybere forståelse af skæbne for nonioniske tensider i renseanlæg:
8 Referencer
Bilag 1
|
Parameter |
Spildevand-ind |
|
Afløb primærtank |
Rejektvand |
|||
µg/l |
µg/l |
µg/l |
|||||
dec. 98 |
uge 15, 99 |
uge 16, 99 |
uge 15, 99 |
uge 16, 99 |
uge 15, 99 |
uge 16, 99 |
|
DEHP NP+ NPEO1-2 OPEOn NPEOn AEO |
32 0,64 <20 40 580 |
16 10 <1 25,1 410 |
15 29 <1 35,4 435 |
13 5,3 <1 32,1 520 |
11 20 <1 31,1 361 |
6,3 9,1 <1 2,42 2,75 |
3,9 17 <1 2,82 1,67 |
% TS |
|
|
|
|
|
|
|
m3/d |
21523 |
35817 |
25248 |
34796 |
25124 |
500 |
500 |
kg TS/d |
|
|
|
|
|
|
|
Herning Centralrenseanlæg
Stofmængder i spildevand
Parameter |
Spildevand-ind |
|
Afløb primærtank |
Rejektvand |
|||
g/d |
g/d |
g/d |
|||||
dec. 98 |
uge 15, 99 |
uge 16, 99 |
uge 15, 99 |
uge 16, 99 |
uge 15, 99 |
uge 16, 99 |
|
DEHP NP+ NPEO1-2 OPEOn NPEOn AEO |
689 14
861 12483 |
573 358
899 14685 |
379 732
894 10983 |
466 183
1117 18094 |
276 502
781 9070 |
3 5
1 1 |
2 9
1 1 |
Herning Centralrenseanlæg
Stofkoncentrationer i slam
Herning Centralrenseanlæg
Stofmængder i slam
Herning Centralrenseanlæg
Balance for primærtanke
Herning Centralrenseanlæg
Balance for primærtanke
Herning Centralrenseanlæg
Balance for blandetank
Herning Centralrenseanlæg
Balance for rådnetanke
Herning Centralrenseanlæg
Balance for sibåndspresse
Hillerød Centralrenseanlæg
Spildevand, slam og tørstof
Hillerød centralrenseanlæg omstillet fra mesofil til termofil driftsform i aug. 1998
Hillerød Centralrenseanlæg
Spildevand og slam
Hillerød Centralrenseanlæg
Stofkoncentrationer
Hillerød Centralrenseanlæg
Stofmængder
Hillerød Centralrenseanlæg
Balance for blandetank
Hillerød Centralrenseanlæg
Balance for rådnetank
Herning Centralrenseanlæg uge 15
Herning Centralrenseanlæg uge 16
Hillerød Centralrenseanlæg uge 18
Hillerød Centralrenseanlæg uge 23
Tabel 1:
Resultater fra analyse af langkædede alkoholethoxylater og nonylphenolethoxylater
ved LC-MS på prøver fra Herning Renseanlæg uge 15 (IS er Hexylphenol).
Tabel 2:
Resultater fra analyse af langkædede alkoholethoxylater og nonylphenolethoxylater
ved LC-MS på prøver fra Herning Renseanlæg uge 16 (IS er Hexylphenol).
Tabel 3:
Resultater fra analyse af langkædede alkoholethoxylater og nonylphenolethoxylater
ved LC-MS på prøver fra Hillerød Centralrenseanlæg uge 18 (IS er Hexylphenol).
Tabel 4:
Resultater fra analyse af langkædede alkoholethoxylater og nonylphenolethoxylater
ved LC-MS på prøver fra Hillerød Centralrenseanlæg uge 23 (IS er Hexylphenol).