|
BioGel til rensning af olieforurenet jord 2 Laboratorieforsøg
2.1 TeoriDer er to primære årsager til at mikroorganismer foretager nedbrydning af organiske forureningskomponenter, herunder fyringsolie; dels skaffer de sig energi til livsvigtige processer (enzymproduktion m.v.) og dels skaffer de sig kulstof til opbygning af ny cellebiomasse. Energi For at der kan frigives energi ved nedbrydningen kræves der en oxidation af det organiske kulstof i fyringsolien. Derfor foregår nedbrydningen under forbrug af elektronacceptor. Nedbrydning af eksempelvis fyringsolie foregår hurtigst - og medfører det største udbytte for mikroorganismerne - når der er tale om aerob nedbrydning, dvs. når ilt fungerer som elektronacceptor. Kulstof Mikroorganismernes cellemateriale består af ca. 50% kulstof, hvorfor der kræves forholdsvist meget kulstof til biovækst. I forbindelse med nedbrydningen af organiske forureningsstoffer i jord og grundvand skaffes det nødvendige kulstof fra forureningsstofferne (heterotrof vækst). Andre faktorer I det aktuelle forsøg vil mikroorganismerne have (næsten) ubegrænset adgang til fyringsolie, hvorfor der overordnet set ikke vil opstå mangel på energi- og kulstof. Ved opbygning af cellebiomasse kræves der dog, udover kulstof, også en vis mængde af andre stoffer, f.eks. næringssalte. Næringssalte De næringssalte, der benyttes i størst mængde til mikrobiel vækst er kvælstof og fosfor. Ved heterotrof vækst kan der som hovedregel regnes med et nødvendigt forhold imellem det indbyggede biomassekulstof (C), kvælstof (N) og fosfor (P); det såkaldte C:N:P-forhold, på 100:10:1 (EPA, 1995). Udover kvælstof og fosfor kræves endvidere mindre mængder sporstoffer (f.eks. metaller). Nedbrydningshastighed Hvis mikroorganismerne har god/ubegrænset adgang til ilt og næringssalte vil nedbrydningshastigheden for den konkrete kultur af mikroorganismer overordnet set være styret af kulbrintesammensætningen for den tilbageværende fyringsolie, samt af temperaturen. Fyringsolie Fyringsolie er et blandingsprodukt, der består af ca. 1/3 alifatiske (ligekædede og forgrenede), 1/3 alicykliske (mættede ringformede) og 1/3 aromatiske (umættede ringformede) kulbrinter (Miljøstyrelsen, 1998a). Indenfor hver af disse grupper findes både mindre og større molekyler. I forbindelse med mikrobiel nedbrydning er der generelt en tendens til, at små alifatiske molekyler og monoaromater nedbrydes forholdsvist hurtigt, mens større polyaromatiske molekyler nedbrydes langsommere. Dette kan medføre, at eventuelle indeklimaproblemer, der primært er forbundet til disse komponenter, kan blive reduceret/elimineret forholdsvist kort tid efter igangsættelsen af en effektiv biologisk oprensning. Efterhånden som de lettere oliekomponenter bliver nedbrudt, vil der endvidere være en tendens til, at nedbrydningen af den resterende fyringsolie foregår langsommere og langsommere, hvorved den overordnede nedbrydningsrate kan forventes at falde med tiden. Temperatur Da mikrobiologiske processer, som nedbrydning og vækst, ofte er forholdsvis temperaturafhængige, vil nedbrydningsaktiviteten for en given mikroorganisme eller blandet kultur af mikroorganismer ofte være størst ved høje temperaturer. Ved heterotrof omsætning af fyringsolie vil nedbrydningshastigheden typisk falde med en faktor 2 – 3 når temperaturen falder med 10°C [Helweg, 1988]. Ved tilsætning af eksternt opvoksede mikroorganismer kan denne tendens blive forstærket af, at mikroorganismerne vil være tilpasset til et mere eller mindre snævert temperaturinterval omkring den temperatur, hvor de er opvokset (eksempelvis stuetemperatur), mens de i felten vil foretage nedbrydningen ved temperaturer der ofte ligger i området 8-15°C. 2.2 ForsøgsopsætningVurdering af teknisk potentiale Da formålet med laboratorieforsøgene er at undersøge BioGel-teknologiens tekniske potentiale er det besluttet, at gennemføre laboratorieforsøgene under optimale forhold med hensyn til mikroorganismernes adgang til ilt og næringssalte. Dette betyder, at forsøgene ikke umiddelbart kan betragtes som realistiske i forhold til praktisk feltanvendelse af teknologien. Forsøgsdesignet er opstillet i samråd med Biorem Aps., der er udbyder af BioGel-teknologien i Danmark. Fysisk opsætning Forsøgene udføres i 30 L gastætte beholdere med mulighed for løbende udtagning af gasprøver, samt mulighed for opstilling af en overordnet massebalance for ilt, kuldioxid og nedbrudt olie. Der er benyttet ca. 5 kg. jord (TS) i hver beholder, hvorved der opnås et gasvolumen på ca. 27 Liter. Jordtype For i nogen grad at simulere en situation, der kunne være realistisk i forhold til feltanvendelse af BioGel-teknologien er det valgt, at udføre forsøgene på en sandjord, hvor problemer omkring rumlige variationer i forskellige forsøgsvariable endvidere kan holdes på et absolut minimum. Ydermere forventes problemer omkring diffusionsbegrænset adgang til ilt og næringssalte at være minimale. Der er i forsøget anvendt en finkornet sandjord, som er udtaget fra en uforurenet lokalitet i det sydøstlige Vendsyssel. Jorden er udtaget i en dybde på 2,0-2,5 m.u.t; dvs. i en dybde, hvor det naturlige antal af mikroorganismer i jorden vurderes at være forholdsvist lavt, men realistisk i forhold til jorden på en sandet lokalitet, der udsættes for en frisk fyringsolieforurening. Der er foretaget en fysisk karakterisering af jorden i bilag A. Fyringsolie For at simulere en situation, hvor BioGel-teknologien kunne tænkes anvendt i praksis, er der foretaget tilsætning af frisk fyringsolie til sandjorden. Der er valgt et koncentrationsniveau på ca. 3.000 mg/kg TS. Der er således tilsat ca. 15,3 g fyringsolie (18 mL) til hver forsøgsbeholder. Ilt Som nævnt i afsnit 2.1 vil man typisk opnå den hurtigste mikrobielle nedbrydning af fyringsolie under aerobe forhold, hvorfor forsøgene gennemføres med en iltkoncentration på mere end ca. halvdelen af atmosfærekoncentrationen; dvs. med mere end ca. 10 % ilt. Ilttilførslen foretages, som udgangspunkt, ved at tilføre atmosfærisk luft under prøvetagningen, ligesom der etableres en injektionsport i hver forsøgsbeholder, hvorigennem der er mulighed for injektion af ren ilt. Temperatur Forsøgene gennemføres ved en konstant temperatur på ca. 10 °C, for at simulere typiske danske in-situ forhold i ca. et par meters dybde i den umættede zone. Under forsøget er beholderne derfor opbevaret i et klimarum ved Sektion for Miljøteknologi på Aalborg Universitet. Næringssalte Næringssalte tilsættes i form af den næringssaltopløsning (N:P:S), som Biorem benytter ved felt-anvendelse af teknologien. Denne næringssaltopløsning består af 200 g N (kvælstof), 50 g P (fosfor) og 30 g S (svovl) pr. liter. Biorem har oplyst, at kvælstoffordelingen i næringssaltopløsningen er ca. 30 % ammonium-N, 30 % nitrat-N og 40 % amid-N, hvor amid-delen er organisk bundet kvælstof, der gøres biotilgængeligt efter mineralisering. For at undgå en kvælstofforgiftning af biomassen, er der ved forsøgets igangsætning tilsat ca. 25 % af det maksimalt estimerede kvælstofbehov (ved 100 % olienedbrydning og 50 % kulstof-indbygning i biomassen). Eventuelt yderligere behov for næringssalte er vurderet på baggrund af den løbende dataopsamling, jf. afsnit 2.3. Mikroorganismer BioGel-teknologien er en integreret biologisk løsning, der består af:
Mikroorganismerne leveres initialt som en af flere mulige frysetørrede kulturer, som efterfølgende opformeres og vedligeholdes i en væskesuspension af den danske udbyder frem til anvendelsestidspunktet. I forbindelse med feltanvendelse af teknologien, vil der allerede under opformering og vedligeholdelse af mikroorganismerne være foretaget en sammenblanding af mikroorganismer, næringssalte og gel til en såkaldt BioGel. Mikroorganismerne vil således være tilvænnet gel, næringssalte m.v. inden der foretages injektion i felten. For at kunne vurdere potentialet ved anvendelsen af BioGel-teknologien, sammenlignes nedbrydningsforløbet med det forløb der opnås når de naturligt forekommende bakterier i sandjorden stimuleres med næringssalte og/eller ilt. Endvidere sammenlignes med en behandling uden gel; dvs. med ilt, næringssalte og samme kultur af mikroorganismer, som ved BioGel behandlingen, der er opvokset uden tilstedeværelse af gel. Forsøgsmatrice Der udføres dobbeltbestemmelse for hver behandling. Den samlende forsøgsmatrice fremgår af tabel 2.1.
Tabel 2.1: Forsøgsmatrice. (X) = BioGel indeholder kultur. Kontrol Behandling A simulerer en situation, hvor der ligger en forholdsvis terrænnær forurening med gode betingelser for tilførsel af ilt via diffusion fra jordoverfladen, men hvor der ikke foretages yderligere i forhold til at stimulere nedbrydningen. I forsøget sikres ilttilførslen bl.a. ved en jævnlig homogenisering af jorden. Behandling A fungerer ydermere som aerob ”kontrol” og giver et samlet niveau for den naturlige nedbrydning (kun stimuleret med ilt) og det abiotiske tab, herunder fordampning, der er forbundet med den benyttede forsøgsopstilling. Naturlig Behandling B simulerer en situation, hvor de naturlige mikroorganismer stimuleres med næringssalte og ilt. Sammen med behandling A vil denne behandling give information om i hvor høj grad der kan forventes næringssaltbegrænsning, hvis der udelukkende sørges for god tilførsel af ilt. Behandling B vil ydermere danne baggrund for en sammenligning med behandlingerne, hvor der stimuleres med eksterne mikroorganismer, så effekten af stimulering af de naturlige mikroorganismer kan adskilles fra den effekt, der opnås ved tilsætning af eksterne mikroorganismer og BioGel. Kultur Behandling C opstilles for, sammen med behandling B, at kunne vurdere effekten af tilsætning af en ekstern podekultur af mikroorganismer, der er specielt sammensat med henblik på nedbrydning af olie. BioGel Behandling D opstilles for at potentialet for den fulde BioGel-behandling kan vurderes; dvs. under tilstedeværelse af både ilt, næringssalte, podekultur og gel. Sammenlignet med behandling C opnås information om den ekstra effekt som opnås ved tilsætning/tilstedeværelse af gel. Forsøgsopsætning Proceduren ved den initiale forsøgsopsætning er gengivet i bilag B.1 og forsøgsopstillingen er gengivet i figur 2.1.
Figur 2.1: Forsøgsopstilling. Forsøgsvarighed Det er forudsat, at nedbrydningsforsøget gennemføres over en periode på 3 måneder fra forsøgets igangsættelse. 2.3 Analyseprogram og prøvetagningAnalyseparametre Følgende parametre analyseres i forbindelse med forsøget:
Dertil er der i et vist omfang foretaget analyse af BTEX'er, jordens kvælstofindhold (nitrat og ammonium) samt CO2 i beholdernes head-space. Alle parametre, udover kulbrinterne, måles for at opnå et detaljeret grundlag for styring og vurdering af den biologiske nedbrydning. Totalkulbrinter og BTEX er analyseret ved GC-FID hos A/S AnalyCen, Fredericia. Ilt og kuldioxid er bestemt ved GC-analyse på Aalborg Universitet. Vandindholdet er frem til dag 36 estimeret ud fra TS-indholdet fra kulbrinteanalysen, mens det efter dag 36 er bestemt efter DS204 på Aalborg Universitet. Jordens pH og kvælstofindhold er bestemt på filtreret ekstrakt efter udrystning med 1M KCl (DS287 [Borggaard et al., 1988], samt automatiseret udgave af DS223 og DS224) på Aalborg Universitet. Kimtal ved 22°C er bestemt ved pladeudspredning efter DS/INF 6222:1999 hos Steins Laboratorium A/S, Brørup. Analyseantal For hver parameter er der udtaget enkeltprøver til analyse, både til fastlæggelse af startniveauet og ved de efterfølgende analysetidspunkter. Indledningsvist er det forudsat, at der udtages prøver til analyse for ovennævnte parametre ca. hver 14. dag, svarende til 6 analyserunder efter forsøgets igangsætning. Den udtagne jordmængde vurderes i alt at svare til 15-20 % af den totale jordmængde i hver beholder fra start. Prøvetagning Under prøvetagning er der spændt en stor klar plasticpose på beholderen. I posen er der sat prøvetagningsemballage til kulbrinteanalysen (Red Cap glas), samt en beholder, hvor der kan udtages jord til de øvrige analyser. Dernæst aftages beholderlåget, indenfor posen, og jorden homogeniseres grundigt manuelt. Det forsøges herved sikret at de udtagne jordprøver angiver en middelkoncentration i jordvoluminet på prøvetagningstidspunktet. Desuden tilstræbes det, at der med mellemrum opnås iltning af jorden samt (gen)skabes en ideel kontakt mellem mikroorganismer, næringsstoffer og forureningskomponenter. Prøven til kulbrinteanalysen udtages og låget påsættes under plasticposen, for at mindske tabet af flygtige komponenter. Jorden til de øvrige analyser udtages til et afmålt mærke på emballagen for at sikre at der udtages en tilstrækkelig mængde jord. Løbende datavurdering Under forsøget er der foretaget en løbende fremsendelse af data til Miljøstyrelsen og Biorem for at vurdere behovet for en eventuel justering af stimuleringen, herunder at foretage eventuelle supplerende tilsætninger af ilt, bakterier og/eller hjælpestoffer. Tilsætning af ilt Visse af behandlingerne er tilsat ren ilt imellem prøvetagningsrunderne for at sikre et iltindhold over 10 %. Den fortrængte beholderatmosfære er opsamlet på kulrør af typen Dräger B for at kvantificere det abiotiske tab af flygtige kulbrinter, jf. figur 2.1. Supplerende tilsætning På baggrund af den løbende datavurdering er der på dag 57 foretaget supplerende tilsætning af hhv. kultur og BioGel til behandling C og D, ligesom der er foretaget tilsætning af næringssalte til behandling B, C og D. For at bevare et sammenligneligt vandindhold i alle behandlingerne er der tilsat almindeligt postevand til behandling A. Den supplerende behandling er foretaget i samråd med Biorem Aps. og er beskrevet i bilag B.2. 2.4 ResultaterI det følgende er forsøgets overordnede resultater præsenteret i form af de udførte kulbrinteanalyser. I relevant omfang er der henvist til detailresultaterne for de øvrige analyseparametre, jf. bilag C. 2.4.1 Vurdering af rådataEnkelte dobbelt-analyser For enkelte af behandlingerne er det i følgegruppen aftalt, at der til nogle analysetidspunkter skulle udtages dobbeltprøver i håb om at forbedre nøjagtighed og præcision i estimatet på kulbrintekoncentrationen. Samtlige resultater for totalindhold af kulbrinter fremgår af tabel 2.2. Resultaterne, inkl. middelværdier, er angivet med to betydende cifre.
Tabel 2.2: Forsøgsresultater for totalindhold af kulbrinter [mg/kg TS]. Usikkert startniveau Som det fremgår af tabel 2.2 er der for behandling A1 og B1 konstateret et væsentligt højere startniveau end forventet på baggrund af den faktiske tilsætning (ca. 3.100 mg/kg TS). Umiddelbart vurderes dette at kunne tilskrives, at disse behandlinger blev fremstillet først, jf. bilag B, hvorved de muligvis ikke er blevet lige så godt homogeniseret som de efterfølgende behandlinger. Der er således tilsyneladende udtaget prøver til startkarakterisering fra dele af jorden med et relativt højt kulbrinteindhold. Det bemærkes, at behandlingerne A1, B1, C1 og D1 er fremstillet af den samme person, mens A2, B2, C2 og D2 er fremstillet af en anden person, jf. bilag B. Mulig systematisk fejl på dag 14 Ydermere bemærkes en generel tendens til, at kulbrinteniveauerne efter 14 dage ikke alene ligger højere end startniveauerne, men også ligger over det koncentrationsniveau, der forventes på baggrund af den faktiske tilsætning af fyringsolie. Dette vurderes mest sandsynligt, at skyldes en systematisk fejl på laboratoriet, om end det ikke har været muligt at bekræfte dette ved henvendelse til analyselaboratoriet. Generelt tilstrækkelig præcision fra dag 36 Samlet set er ovenstående forhold naturligvis uheldige i forhold til en vurdering af den potentielle effekt der opnås ved behandling med BioGel; specielt da de største usikkerheder tilsyneladende ligger på udgangsniveauet (dag 0 og dag 14) og kontrolbehandlingerne (A og B). Ses der bort fra behandling B er der dog opnået en tilfredsstillende præcision i dobbeltbehandlingerne fra dag 36, hvilket vurderes at være et udtryk for, at de gentagne homogeniseringer af forsøgsjorden ved prøvetagning har medført en tilstrækkelig ensartethed i oliefordelingen. Behandling B1 Som anført ovenfor er der god overensstemmelse imellem replikaterne for samtlige behandlinger fra dag 36, når der ses bort fra behandling B. Det bemærkes i den forbindelse, at analyseresultatet for behandling B1 på dag 36 ikke vurderes at være repræsentativt for middelindholdet i forsøgsjorden på dette tidspunkt. Denne vurdering er primært baseret på det faktum, at indholdet, såfremt det repræsenterer middelindholdet, svarer til, at der ved forsøgsopsætningen er tilsat ca. 3 mL fyringsolie for meget, ud af en tiltænkt tilsætning på 18 mL. Tilsætningen er sket med finpipette, hvorfor en unøjagtighed i tilsætningen på 3 mL ikke er realistisk. Da det ikke er muligt, at foretage en realistisk korrektion af resultaterne for behandling B1 behandles resultaterne for de to B-replikater separat i det følgende. Sammenlignings-grundlag Som udgangspunkt for de følgende sammenligninger er det på baggrund af ovenstående vurderinger valgt, at benytte en kulbrintekoncentration beregnet ud fra den faktiske tilsætning af fyringsolie på dag 0 som startniveau (3.100 mg/kg TS), ligesom der er set bort fra analyseresultaterne fra dag 14. Denne korrektion vurderes, at give det bedste grundlag for en overordnet vurdering af de forskellige stimuleringsstrategier, om end de korrigerede resultater naturligvis ikke kan benyttes til at sige noget om eventuelle korttidseffekter ved stimulering af den naturlige nedbrydning. Dette vurderes dog ikke at have nogen betydning for en perspektivering af resultaterne i forhold oprensningsforløb. 2.4.2 Overordnet vurdering af den biologiske nedbrydningDe korrigerede resultater, hvor startniveauet er antaget lig den faktiske tilsætning og der er set bort fra analyserne fra dag 14, fremgår af figur 2.2.
Figur 2.2: Korrigerede resultater for totalindhold af kulbrinter. Ikke biologisk aktivitet i kontrolbehandlinger På baggrund af de udførte ilt- og kuldioxidmålinger er det i bilag C.2 vurderet, at der ikke er tale om nævneværdig biologisk aktivitet i kontrol-behandlingerne (A1 og A2). Den observerede reduktion i kulbrinteindholdet for behandling A1 og A2 vurderes således at være abiotisk; herunder via tab af flygtige kulbrinter ved den anvendte forsøgsopsætning. Biologisk aktivitet i de biologiske behandlinger I modsætning hertil er der via ilt- og kuldioxidmålingerne, jf. bilag C.2, konstateret en betydelig biologisk aktivitet i alle de øvrige behandlinger, og det er vurderet, at der er tale om en lagfase for behandling B på ca. 14 dage, hvorimod der for behandling C og D ses en signifikant biologisk aktivitet allerede indenfor de første 14 dage. Chromatogrammerne for de biologiske behandlinger (B, C og D) bærer endvidere tydeligt præg af biologisk aktivitet, jf. bilag C.1. Den reduktion af kulbrinteindholdet der ses i disse beholdere ifht. kontrolbehandlingerne, vurderes derfor at skyldes biologisk nedbrydning. På baggrund af resultaterne for de øvrige kontrolparametre er der tilsyneladende ingen indikationer på, at der på noget tidspunkt har været tale om mangelsituationer eller inhiberende betingelser for de biologisk aktive behandlinger. Ved en visuel sammenligning af kulbrinteforløbet for behandling B1 og kontrolbehandlingerne (A), vurderes der dog ikke entydigt at kunne dokumenteres en signifikant biologisk nedbrydning for behandling B1, selvom der i bilag C vurderes at være biologisk nedbrydningsaktivitet i denne på samme niveau som for behandling B2, jf. BTEX-resultater, chromatogrammer, ilt-, kuldioxid- og kvælstof-resultaterne. I behandling B2 er der, i modsætning til behandling B1, konstateret en entydig biologisk nedbrydningsaktivitet, både i form af div. indikatorparametre og kulbrinteresultaterne. Da resultaterne for behandling B1 således er tvetydige, men overvejende peger i retning af en biologisk omsætning svarende til den der observeres i behandling B2, er det i det følgende valgt at lade resultaterne for behandling B2 repræsentere behandling B. Der vurderes at være tale om en entydig effekt for behandling C og D. 2.4.3 Kvantitativ vurdering af den biologiske nedbrydningKorrektion for abiotisk tab i kontrol Da der ikke er konstateret tegn på biologisk aktivitet i behandling A, antages det i det følgende, at den konstaterede kulbrintereduktion i kontrolbehandlingen udelukkende er abiotisk. Der foretages dernæst en fitning af et første ordens abiotisk fjernelsesforløb til resultaterne for A-behandlingen (vist i figur 2.2), og alle måleresultater korrigeres for det abiotiske tab beregnet via det fittede udtryk. 1.-ordens rater Dernæst er der foretaget en fitning af 1.-ordens nedbrydningsforløb til de korrigerede resultater. Et 1.-ordens nedbrydningsforløb beskrives ved ligning 2.1. Ct = C(0)·exp(-K1·t) (2.1) Hvor C(t) [mg/kg TS] er kulbrintekoncentrationen til tiden t [d], C(0) [mg/kg TS] er startkoncentrationen af kulbrinter og K1 [d-1] er 1.-ordens nedbrydningsraten. De korrigerede resultater fremgår af figur 2.3 sammen med de fittede 1.-ordens nedbrydningsforløb og -rater.
Figur 2.3: Estimater på 1.-ordens nedbrydningsrater ved 10 °C. De estimerede 1.-ordens biologiske nedbrydningsrater fra figur 2.3 er opsummeret i tabel 2.3, sammen med biologiske halveringstider (T1/2) svarende til den fittede 1.-ordensrate.
Tabel 2.3: Estimat på biologiske 1.-ordens nedbrydningsrater, K1, og halveringstider, T1/2, ved 10 °C. * = vurderet bedst repræsenteret ved behandling B2. Til sammenligning med de biologiske nedbrydningsrater estimeret i tabel 2.3 er der i Miljøstyrelsens JAGG-model [Miljøstyrelsen, 1998b,c] angivet en 1.-ordens nedbrydningsrate for benzen (i grundvandsmagasiner) på 0,01 – 0,2 d-1; altså en faktor 3 – 60 højere end dem der er estimeret for fyringsolie, jf. tabel 2.3. Ingen ekstra effekt af tilsætning af kultur På baggrund af resultaterne i tabel 2.3 kan der overordnet set ikke konstateres en positiv effekt af at stimulere den biologiske nedrydning ved tilsætning af olienedbrydende mikroorganismer (C) frem for udelukkende at stimulere de naturligt forekommende mikroorganismer (B2) med ilt og næringssalte. Dette overordnede resultat ses selv om der indenfor de første 14 dage er observeret en biologisk respiration for behandling C, der adskiller sig signifikant fra behandling B, jf. bilag C.2. Det tidlige respons skyldes således formentlig respiration af lette alkaner i olieblandingen, hvilket understøttes af resultatet fra en mikrobiologisk aktivitetstest, der er udført på podekulturen (C). Denne test indikerer at den tilsatte kultur har et forholdsvist lavt vækstrespons i forhold til fyringsolie og højerekogende delkomponenter heri, jf. bilag C.7. 25 - 30 % reduktion af oprensningstid med BioGel Tages der udgangspunkt i resultaterne i tabel 2.3 kan den biologiske oprensningstid tilsyneladende reduceres med ca. 25 - 30 % ved at stimulere med BioGel (D) frem for udelukkende at stimulere de naturligt forekommende mikroorganismer (B2) med ilt og næringssalte. Omtrent de samme resultater opnås, hvis der udelukkende ses på de opnåede reduktioner i kulbrintekoncentrationerne igennem forsøget. Resultaterne af disse betragtninger fremgår af bilag C.1.4 I forbindelse med den forholdsvist store effekt, der opnås ved stimulering af de naturligt forekommende olienedbrydende mikroorganismer er det værd at bemærke, at forsøgsjorden er udtaget fra en uforurenet lokalitet i en dybde, hvor den mikrobielle aktivitet vurderes at være forholdsvis lav, jf. afsnit 2.2. Det kan på den baggrund ikke udelukkes, at der kan opnås større (eller mindre) gavnlig effekt af at stimulere de naturlige mikroorganismer fra andre lokaliteter. Usikkerheder Det er ligeledes væsentligt, at anføre, at de ovenfor estimerede biologiske nedbrydningsrater er behæftet med betydelige usikkerheder, jf. punkternes spredning omkring de fittede 1.-ordens nedbrydningsforløb. Der kan således stilles spørgsmålstegn ved om nedbrydningsraterne for de biologisk aktive behandlinger rent statistisk adskiller sig signifikant fra hinanden. 2.4.4 Perspektiver for in-situ oprensningI det følgende er der forsøgt redegjort for nogle af de perspektiver resultaterne har for en feltanvendelse af stimuleret biologisk nedbrydning som strategi i forhold til in-situ oprensning af fyringsolieforurening, herunder for anvendelse af BioGel-teknologien. Simple forsøgsbetingelser Indledningsvist er det væsentligt at påpege, at det kontrollerede forsøg er gennemført under en række forsimplede forhold i forhold til en eventuel oprensning i felten, ligesom det i forsøgene er tilstræbt, at fremskynde nedbrydningen mest muligt. Der er i den henseende tale om et bevist valg, idet formålet med forsøget udelukkende var at afklare metodens tekniske potentiale; dvs. hvor godt virker metoden under betingelser nær det optimale. For at holde temperaturens betydning ude af billedet er det dog valgt, at gennemføre forsøget ved en realistisk (konstant) temperatur på 10°C. Forskelle på forsøgs- og in-situ forhold Forsøgene adskiller sig fra en typisk dansk in-situ situation på nogle væsentlige punkter:
Ovenstående betingelser medfører alle som udgangspunkt, at oprensningens forløb i forsøgene vil foregå hurtigere end tilfældet vil være i felten. Det betyder naturligvis, at de estimerede 1.-ordens biologiske nedbrydningsrater er højere end det man som udgangspunkt kan forvente i en given feltsituation. Det er ligeledes væsentligt at notere sig, at nedbrydningsraterne er bestemt ved et kulbrinteniveau på ned til ca. 800 – 1.000 mg/kg TS, jf. figur 2.4, mens succeskriteriet for en given oprensning som udgangspunkt må forventes at ligge omkring Miljøstyrelsens jordkvalitetskriterium for totalindhold af kulbrinter, dvs. 100 mg/kg TS, eller i visse tilfælde lavere. Umiddelbart må det forventes, at kulbrintesammensætningen ved forholdsvist lave koncentrationsniveauer vil være væsentligt anderledes end ved højere koncentrationsniveauer, ved oprensningens start, idet de letnedbrydelige kulbrinter vil være forsvundet og restforureningen primært vil bestå af forholdsvist sværtnedbrydelige kulbrinter, jf. i afsnit 2.1. Alt andet lige må der således forventes lavere nedbrydningsrater mod slutningen af oprensningen. Minimale oprensningstider På baggrund af ovenstående betragtninger kan de biologiske nedbrydningsrater fra afsnit 2.4.3 dermed benyttes til at give et estimat på den absolut minimale forventede oprensningstid, for så vidt denne er baseret på biologiske processer. For en homogen fyringsolieforurening med en startkoncentration på f.eks. 5.000 mg/kg TS, der skal nedbringes til et niveau omkring Miljøstyrelsens jordkvalitetskriterium på 100 mg/kg TS, kan der således estimeres en minimal nedbrydningstid på 870 dage (ca. 2,4 år) såfremt jorden behandles med BioGel, jf. behandling D. Ved tilsvarende betragtninger kan der estimeres en minimal nedbrydningstid på 1.185 dage (ca. 3,25 år) såfremt jordens naturlige mikroorganismer stimuleres med ilt og næringssalte, jf. behandling B2. Hvis oprensningskriteriet antages at være på 500 mg/kg TS i stedet for 100 mg/kg TS, kan der estimeres minimale nedbrydningstider på hhv. 1,4 og 1,9 år ved behandling med BioGel og ved stimulering af de naturligt forekommende mikroorganismer. Hvis det antages, at temperaturen er 15°C i stedet for 10°C, så kan der skønnes halveringstider på hhv. ca. 120 og 90 dage for behandling B og D (Q10 = 3, jf. afsnit 2.1). I så fald vil de minimale nedbrydningstider kunne estimeres til 1,9 og 1,4 år (5.000 -> 100 mg/kg TS). Oprensning varer år Eftersom ovenstående estimater på nedbrydningstider må betragtes som minimale estimater, vurderes det ikke realistisk at forvente nedbrydningstider på mindre end ”år”, og oprensningstider af varigheden ”måneder” må derfor som udgangspunkt betragtes som urealistiske, med mindre der er tale om væsentlige fysiske fjernelsesmekanismer eller væsentligt mindre stringente succeskriterier for oprensningen. 2.5 Sammenfatning og vurderingEntydig effekt af biologisk stimulering På baggrund af de gennemførte forsøg ses, at der kan opnås en signifikant forøget olienedbrydning udelukkende ved stimulering af de naturlige mikroorganismer med ilt og næringssalte. Desuden er der påvist signifikant forøgede nedbrydningsaktiviteter i behandlingen tilsat olienedbrydende mikroorganismer, ilt og næringssalte, og i behandlingen tilsat ilt og BioGel, der består af olienedbrydende mikroorganismer, næringssalte og gel. Forsøgsresultaterne indikerer, at den største effekt opnås med BioGel-behandlingen, mens de to øvrige aktive biologiske behandlinger ikke adskiller sig signifikant fra hinanden. Der er således tilsyneladende ikke opnået en signifikant ekstra effekt ved tilsætning af kultur frem for udelukkende at stimulere de naturligt forekommende mikroorganismer. Oprensning muligvis kortere med BioGel For at kvantificere forskellen på BioGel-behandlingen og de øvrige biologiske behandlinger er der estimeret 1.-ordens nedbrydningsrater for de forskellige behandlinger. Resultaterne tyder på, at der, i den aktuelle situation (jord, forureningsniveau m.v.), kan opnås en reduktion af oprensningstiden på 25 – 30 % ved at stimulere med BioGel frem for at stimulere de naturligt forekommende mikroorganismer eller ved at tilsætte en olienedbrydende kultur. Rateestimaterne er dog behæftet med betydelige usikkerheder, hvorfor de observerede tendenser muligvis ikke er signifikante. Formentlig stor forskel på naturligt potentiale fra lokalitet til lokalitet Det er endvidere værd at bemærke, at forsøgsjorden, efter alt at dømme, som udgangspunkt har en meget lav naturlig mikrobiel aktivitet. På den baggrund kan det ikke udelukkes, at der kan opnås større gavnlig effekt af at stimulere naturlige mikroorganismer på/fra andre lokaliteter. Overordnet set bør dette forhold vurderes før en eventuel stimulering overvejes på en given lokalitet. Hvis det naturlige nedbrydningspotentiale på lokaliteten er tilstrækkeligt ved stimulering med ilt og næringssalte alene er der således ingen grund til at foretage stimulering med eksterne olienedbrydende kulturer, med et øget ressourceforbrug til følge. Oprensning varer minimum 1,5 - 3 år På baggrund af de estimerede nedbrydningsrater, vurderes det, at biologiske oprensninger af fyringsolie vil tage en årrække, med mindre oprensningen i væsentlig grad suppleres med en fysisk forureningsfjernelse; minimum i størrelsesordenen 1,5 til 3 år, afhængigt af det aktuelle oprensningskriterium.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
