| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Rensning af MTBE forurenet grundvand i bioreaktor med MTBE som primært substrat

Bilag J Faktorforsøg med DK-kultur

For at få kortlagt hvilke faktorer, der har indflydelse på kulturens evne til at nedbryde MTBE, blev der udført et faktorforsøg i kolonner med DK-kulturen. Princippet i et faktorforsøg er, at der opstilles identiske systemer, hvor forskellige kombinationer af de undersøgte faktorer afprøves i de enkelte systemer på en systematisk forudbestemt måde.

Kolonne-systemer blev valgt frem for batchsystemer for at opnå de mest naturlige flow-forhold for kulturen, som netop stammer fra et sandfilter fra et vandværk.

J1 Metode

Betydningen af 5 faktorers indflydelse på nedbrydning af MTBE med DK-kulturen blev undersøgt ved opstilling af et faktorforsøg udført i 16 parallelle kolonne-forsøg (jf. bilag F). De 5 undersøgte faktorer var:

J1.1 Opstilling
Faktorforsøget blev udført i kolonnesystemer i 250 ml gasvaskeflasker med kontinuert flow af vand til bunden af flasken, og afløb fra toppen af flasken. Alle flaskerne indeholdt 500 g vådt filtersand med DK-kultur, og blev forberedt under sterile forhold. Der blev opstillet et reservoir til hver kolonne, hvori de forskellige faktorer blev reguleret (se bilag F). Reservoir-flaskerne bestod af 10 L pyrexflasker lukket til med gummipropper. Kolonner og reservoirer var forbundet med hårde nylonslanger med en udvendig/indvendig diameter på 5/3,2 mm. (Nielsen & Petersen, 2001). Der sker ikke sorption af MTBE til disse slanger (Nielsen & Petersen, 2001). Vandet blev pumpet igennem kolonnerne vha. en 8-10 kanals Ole Dich slangepumpe med TYGONÒ-slange (2,4/4 mm i diameter).

En kontrolkolonne blev opstillet og kørt på samme måde som de resterende kolonneforsøg. Der blev tilsat natriumazid til en koncentration på 2 g/L til reservoiret for at eliminere biologisk aktivitet i kolonnen.

Opholdstiden i kolonnerne var igennem hele forsøget 3 timer. Figur J1 viser de opstillede kolonneforsøg. 

Figur J1.
Billede af de opstillede kolonneforsøg

J1.2 pH
pH 7,5 er den naturlige pH i Lyngby postevandet (DK-vand). pH blev justeret med NaOH til pH 8,0 i de kolonner hvor effekten af pH blev undersøgt. Efter en kort periode viste det sig at pH udlignede sig i samtlige systemer til pH 8. Det var altså ikke muligt med det anvendte forsøgsdesign at bibeholde de justerede pH-værdier. pH udgik derfor som en faktor.

J1.3 Ilt
Iltkoncentrationen i kolonnerne med højt iltindhold blev reguleret vha. overmætning af vandet fra start til omkring 25 mg O₂/L. Derudover blev de pågældende reservoirflasker forbundet til en SKC Tedlar-pose med ren oxygen for at sikre et konstant højt iltindhold.

J1.4 Ammonium
Ammonium blev tilsat i form af NH₄Cl til halvdelen af systemerne.

J1.5 BTEX
Effekten af tilstedeværelsen af BTEX blev undersøgt udfra en opløsning, hvor sammensætningen bestod af lige dele benzen, toluen, ethylbenzen og o-xylen til en samlet koncentration på 1 mg/L.

J1.6 Næringssalte
Udover ammonium, som indgik som en faktor i forsøget, blev der tilsat P i form af Na₂HPO₄ til en koncentration på ca. 0,5 mg P/L til samtlige kolonner.

Der henvises til bilag F for en beskrivelse af kombinationen af de fem faktorer i de 16 kolonner.

J1.7 Analysemetoder
MTBE og BTEX blev analyseret som beskrevet i denne rapports afsnit 2.1.1.6.

Iltkoncentrationen blev bestemt ved brug af Alsterbergs modifikation af Winkler metoden, Dansk Standard nr. 277. Ammonium blev analyseret efter metoden Standard Methods 17^th edition 1989.

J1.8 Sporstofforsøg
Der blev udført et sporstofforsøg i en kolonne med sand, svarende til forsøgsdesignet, for at kontrollere flowforholdene i kolonnen (se bilag H). Sporstofforsøget viste, at flowet gennem kolonnen kan betegnes som ensartet og svarende til forventet, da pulsens gennembrud kommer efter en opholdstid på ca. 1 time, hvad der var forventet udfra det benyttede flow (3 mL/min) og mængden af væske i systemet.

J2 Resultater og diskussion

J2.1 Test af forsøgsdesign
For at kopiere forholdene for MTBE-nedbryderne i sandfilteret, hvor de oprinder fra, blev der opstillet to kolonner på vandværket. Kolonnerne (tilsvarende kolonnerne i faktorforsøget) kørte med en opholdstid på henholdsvis 1 og 3 timer, og indløbsvandet blev hentet direkte fra indløbet til sandfilteret. Resultaterne fra disse kolonneforsøg er præsenteret i bilag G. Kolonnen med en opholdstid på 3 timer, tilsvarende opholdstiden for faktorforsøget, havde en fjernelsesgrad på 90%, som blev opretholdt i tre uger. Kolonnen med en opholdstid på 1 time opnåede derimod kun en fjernelsesgrad på maksimum 10%. Forsøget viste, at det er muligt at udføre laboratoriekolonneforsøg med kulturen fra Svendborg.

J2.2 Faktorforsøg
Faktorforsøgene blev stoppet efter at have kørt i 2½ måned. I løbet af denne periode var det ikke været muligt at registrere nogen nedbrydning af MTBE (se bilag G). I starten af forsøget blev den manglende nedbrydning tillagt adaption til nye omgivelser for mikroorganismerne, mens den manglende nedbrydning på længere sigt må tillægges andre faktorer, som forsøges klarlagt og diskuteret i det følgende.

BTEX udgik som en faktor i kolonneforsøget, da det viste sig at samtlige BTEX-komponenter blev fjernet i reservoirerne. Dette kan enten skyldes biologisk nedbrydning af BTEX eller abiotiske processer.

Indholdet af ilt i kolonnerne kan have stor betydning for nedbrydningen af MTBE. Iltkoncentrationen er blevet kontrolleret igennem hele forsøgsperioden, og der har i kolonnerne med den lave iltkoncentration hele tiden været mellem 7-10 mg O₂/L, mens der i kolonnerne med den høje iltkoncentration hele tiden har været 25-30 mg O₂/L. Der har altså været aerobe forhold igennem hele forsøget. Der er registreret et fald i iltkoncentrationen gennem kolonnerne. I kolonnerne med det høje iltindhold er der et større fald (op til 11 mg O₂/L) end i kolonnerne med det lave iltindhold (fald på op til 4 mg O₂/L). Faldet i iltkoncentrationen kan skyldes de forskellige biologiske processer samt diffusion af ilt ud af systemet gennem slanger m.m. Faldet i iltkoncentrationen gennem kolonnerne med et højt iltindhold kan primært tillægges diffusion gennem slanger, da iltindholdet i disse er højere end i luften omkring systemerne.

Der er ligeledes set et fald i iltindholdet i kontrolkolonnen (op til 5 mg O₂ /L), hvilket er uventet. Da alt biologisk aktivitet er stoppet i kontrollen må dette ilt tillægges abiotiske processer. Iltsvindet i kolonnerne ved de lave iltkoncentrationer svarer overens med iltsvindet i kontrolkolonnen, hvilket indikerer at abiotiske processer må være den primære grund til de observerede iltsvind.

De biologiske processer kan omfatte nitrifikation af ammonium og nedbrydning af BTEX og MTBE. I de kolonner, hvor ammonium er tilsat, er der ligeledes registreret et fald i ammoniumindholdet gennem kolonnerne. Da der ikke er registreret et fald i MTBE koncentrationerne, kan nedbrydning af MTBE ikke have resulteret i et fald i iltkoncentrationerne.

Overordnet set har det ikke været muligt at nedbryde MTBE under de pågældende betingelser og forsøgsdesign. Dette kan skyldes, at en anden vandtype er blevet anvendt (det var ikke muligt at benytte vand fra det vandværk, hvor kulturen stammer fra), og det er muligt at kulturen ikke kan klare langtidspåvirkninger med vand af en anden sammensætning og højere MTBE-koncentration, end kulturen normalt har været udsat for. Der kan derfor være opstået næringsstofbegrænsning eller mangel på nødvendige metaller eller andet, som findes i vandet fra kulturens oprindelsessted. 

En anden grund til manglende nedbrydning kan være, at biomassen går tabt ved kontinuert flow, idet udskylningshastigheden er højere end hastigheden for biomasseproduktionen. Tidligere forsøg i batchsystemer med DK-kulturen har vist, at kulturen er i stand til at nedbryde MTBE i koncentrationer op til 1 mg MTBE/L. Forskellen mellem kolonneforsøgene og de tidligere udførte batch-forsøg er, bortset fra forskellige vandtyper, at al biomasse bliver holdt tilbage i batch-forsøgene. Det tyder altså på at udskylning af biomasse kan være en grund til den udeblivende nedbrydning i kolonne-systemerne.

Resultaterne fra kolonnerne, som blev opstillet på vandværket med samme opholdstid som kolonnerne i faktorforsøget (bilag E og F), viser, at de benyttede flowforhold i kolonnerne ikke kan være grunden til den manglende MTBE-nedbrydning i faktorforsøgene. Det er derimod mere sandsynligt at sammensætningen af næringsmediet (substratet) er altafgørende for MTBE-nedbrydningen.

J3 Konklusion

Udfra de udførte faktor-forsøg er det ikke muligt at konkludere, hvilke af de undersøgte faktorer, der har betydning for nedbrydningen af MTBE, da der i den undersøgte periode, ikke er sket nedbrydning af MTBE i kolonnerne.

Det tyder på, at manglende essentielle næringskomponenter kan være grunden til, at der ikke blev observeret nedbrydning i kolonnerne. 

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |