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

Oprensning af klorerede opløsningsmidler ved stimuleret reduktiv deklorering

2 Stimuleret reduktiv deklorering som afværgeteknologi

2.1 Mikrobiologiske processer

Højere klorerede alifater som PCE og TCE er ikke nedbrydelige under aerobe* forhold, i modsætning til benzin og olie. Den væsentligste fjernelsesmekanisme i et grundvandsmagasin er anaerob mikrobiel nedbrydning (Bradley, 2000). Processen kaldes reduktiv deklorering og består i, at moderstoffet fx PCE omdannes til TCE, under ombytning af et kloratom med et brintatom. I næste trin omdannes TCE til en af de tre DCE isomerer (fortrinsvis cis-DCE) på samme måde, så man får nedbrydningsvejene som skitseret på figur 2.1 nederst. I processen fungerer de klorerede alifater formentlig som elektronacceptorer, så der kræves tilstedeværelse af en elektrondonor i systemet (Holliger & Schumacher, 1993; Holliger et al., 1999).

 
Figur 2.1
Oversigt over kemiske reaktioner i forbindelse med HRC og anaerob deklorering (Regenesis, 2001).

* undtagen under helt specielle forhold (co-metabolisk aerob omsætning, hvor bl.a. TCE kan nedbrydes under af anvendelse af metan, propan, toluen og phenol)

Anaerob deklorering er en relativ velundersøgt proces som er karakteriseret ved følgende:

• Brint spiller en væsentlig rolle som elektrondonor (Yang og Mccarty, (1998)).
• Det er påvist, at en specifik bakteriestamme, dehalococcoides sp., ofte findes, hvor processen finder sted (Hendrickson et al. 2002).
• Redoxpotentialet skal være lavt for at processen kan forløbe.
• Der eksisterer en konkurrence mellem terminale elektronacceptorprocesser og anaerob deklorering, da disse processer alle har behov for en donor.

De dannede nedbrydningsprodukter (diklorethener, vinylklorid, ethen og ethan) nedbrydes også ved direkte oxidation, hvor stofferne fungerer som primært substrat (elektrondonor). Disse processer er påvist at foregå under både anaerobe (jern-, mangan-, og nitratreducerende) og aerobe forhold (Bradley, 2000).

Anaerob deklorering kan foregå i naturligt anaerobe systemer, men på grund af behovet for en elektrondonor ses den mest effektive nedbrydning ofte i blandede forureninger fx i lossepladser, hvor det organiske kulstof driver processen. En anden mulighed opstår, hvor opløsningsmidler og benzin eller olie forekommer sammen. Dette forhold er baggrunden for stimuleret nedbrydning af klorerede opløsningsmidler ved hjælp af injektion af et primært substrat.

2.2 Tilsætning af kulstofkilde – e-donor

Ved stimuleret anerob nedbrydning af klorerede opløsningsmidler ønskes det at stimulere de naturlige biologiske processer, som er nødvendige for at anaerob deklorering finder sted. Det omfatter:

• Skabelse af anaerobe forhold (lavt redoxpotentiale).
• Tilstedeværelse af en elektrondonor (brint) til dekloreringsprocessen.

De anaerobe forhold kan opnås ved at tilsætte en kulstofkilde, som forbruger de oxiderede elektronacceptorer fx ilt, nitrat, manganoxihydroxider, jernoxihydroxider og sulfat. Kulstofkilden fungerer samtidigt som elektrondonor og tilfører brint til den anaerobe deklorering. De klorerede opløsningsmidler vil i denne proces fungere som elektronacceptorer.

Der er anvendt en række forskellige kulstofkilder, men der er ikke enighed om de forskellige kulstofkilders anvendelighed (Middeldorp et al., 1999). Den nyeste forskning peger på, at både brint og acetat kan drive den anaerobe deklorering, men betydningen af brint har haft størst fokus (He et al., 2002). Det betyder i praksis, at selve substratet ikke er så kritisk, blot der dannes brint ved omsætningen. Typiske kulstofkilder, der har være anvendt, omfatter fx laktat, metanol, ethanol, melasse og spiseolier (He et al. 2002).

Kulstofkilder skal udover at være effektive stimulatorer for processen også være ikke-toksiske stoffer, som kan tilføres til et grundvandsmagasin. Et af de mest gennemprøvede produkter er HRC, som er udviklet af det amerikanske firma Regenesis. HRC er en polylaktatester, som ved hydrering langsomt omdannes til mælkesyre (laktat). Laktaten bliver nedbrudt af de naturlige mikroorganismer og der dannes samtidig brint. Den dannede brint indgår derefter i den anaerobe dekloreringsproces (Figur 2.1).

Ved tilsætningen af substrat sker der en dramatisk ændring af redoxforholdene. Det letomsættelige substrat vil forbruge eletronacceptorerne i grundvandet (fastsiddende og vandopløselige) og dermed sænke redoxpotentialet. I bilag F er de relevante reaktionsligninger for laktat opstillet. Nogle elektronacceptorer vil meget hurtigt bruges op, mens andre sandsynligvis er mindre reaktive, fx. jernoxihydroxider (Heron et al., 1994).

2.3 Tilsætning af mikroorganismer

Stimulering af anaerob deklorering ved tilsætning af mikroorganismer i form af blandingsbakteriekulturer har inden for de sidste par år været anvendt med succes i pilotscala i USA (Major et al., 2002; Ellis et al., 2000). Baggrunden har typisk været, at der er set en ophobning af cis-DCE i grundvandet. Dette tilskrives, at den specifikke bakteriestamme dehalococcoides sp. ikke er tilstede i miljøet, da den anses for at være en af de eneste bakteriestammer, som kan udføre dette trin i nedbrydningen (Hendrickson et al., 2002).
Dokumentationen for mikroorganismernes betydning for processen vokser stærkt i øjeblikket, og et samlet overblik ligger udenfor rammerne af dette projekt.

2.4 Feltanvendelser, herunder injektionsmetoder

Der er publiceret et meget begrænset antal studier med oprensning af klorerede opløsningsmidler med stimuleret anaerob deklorering. Der har både været udført stimuleringer med substrat, næringssalte og mikroorganismer (bioaugmentation), samt kombinationer af disse.

Injektionen af bakteriekonsortier indeholdende stammen dehalococcoides sp. har været meget effektiv i de få publicerede felteksperimenter, da der kort tid efter injektionen er sket en fuldstændig nedbrydning af højere klorerede alifater til kuldioxid og vand (fx Morgan et al., 2001; Cox et al., 2002). De opnåede nedbrydningsrater ligger flere størrelsesordener over de rater, som er publiceret under naturlige forhold.

Anvendelse af HRC er ifølge Regenesis gennemført på et meget stort antal lokaliteter i USA (Koenigsberg and Ward, 2000), men egentligevidenskabelige publikationer er ikke tilgængelige i forbindelse med anaerob deklorering og HRC. Der er endnu ikke udført fuldskalaoprensninger i Danmark med HRC eller andre kulstofkilder.

Der er også udviklet passive systemer, hvor grundvandet passerer en barriere eller reaktiv væg, hvor kulstofkilden tilføres grundvandet. I HRC’s tilfælde udnyttes den langsomme frigivelse af laktat til at få en langvarig effekt. Injektionen foregår ofte ved hjælp af lanseboringer, hvor der sker en injektion af HRC under højt tryk. Den tyktflydende HRC presses ud i grundvandsmagasinet, og der sker en gradvis frigivelse af mælkesyre over tiden. Selve injektionen af kulstofkilden kan foregå på forskellig vis afhængig af forureningssituationen samt de geologiske og fysiske forhold på lokaliteten. Der har været anvendt cirkulationssystemer (Middeldorp et al., 1999), hvor der foregår en injektion og oppumpning, for at få en effektiv opblanding i grundvandsmagasinet. Disse har været anvendt ved nogle af de seneste oprensninger i pilotscala i USA (Cox et al., 2002).

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