Afprøvning af elektrokemisk reaktor til rensning af grundvand indeholdende klorerede opløsningsmidler
7 Testning af andre stoffer i laboratorieskala
- 7.1 Forsøgsprincip og forsøgsbetingelser
- 7.2 Elektrokemisk nedbrydning af BAM
- 7.3 Elektrokemisk nedbrydning af MTBE
- 7.4 Elektrokemisk effekt overfor bakterier
7.1 Forsøgsprincip og forsøgsbetingelser
Der blev gennemført et forsøg i laboratorieskala til nærmere undersøgelse af, om den elektrokemiske proces i sig selv har en effekt overfor bakterier, samt til undersøgelse af den elektrokemiske reaktors effekt på pesticid nedbrydningsproduktet BAM (2,6-dichlorbenzamid) og benzinstoffet MTBE (Methyl-Tertiær-Butyl-Ether). Som procesvand blev anvendt postevand, der var tilsat de nævnte stoffer i miljømæssigt relevante koncentrationer svarende til 7 mg MTBE/l, 1 mg BAM/l og 4·105 bakterier/ml. Som kontrol blev der endvidere tilsat 5 mg TCE/l. Ud fra den opnåede nedbrydningskurve for TCE vil det være muligt at sammenligne med tidligere kørsler og dermed vurdere, om reaktoren har kørt optimalt under forsøget.
Inden forsøget blev alt udstyr, hvor det var muligt, autoklaveret af hensyn til de mikrobiologiske undersøgelser. Udstyr, der ikke kunne autoklaveres, blev vasket omhyggeligt i sprit.
Procesvandet (spiket postevand) ekvilibrerede i laboratoriereaktoren i en time inden forsøget blev påbegyndt. Der blev udtaget en startprøve til bestemmelse af initialkoncentrationen, hvorefter strømmen blev tilsluttet.
Strømstyrken blev valgt så høj, at der skete gasdannelse, men med en minimal dannelse af frit klor, hvilket blev bestemt dels ved måling af klortal og dels ved registrering af eventuel klorlugt. Dannelse af frit klor var specielt uønsket i dette forsøg, da der ved reduktion i bakterieantallet ikke vil kunne skelnes mellem den desinficerende effekt relateret til tilstedeværelsen af klor og den desinficerende effekt relateret til elektrokemiske reaktioner. Dette er problematisk, da ideen med forsøget bl.a. specifikt var at undersøge, om selve de elektrokemiske reaktioner har en desinficerende effekt. På baggrund af resultaterne fra det indledende forsøg til undersøgelse af klordannelsen (se kap. 5.1.4) blev strømstyrken valgt, så der netop begynder at være gasdannelse (2,0-2,5 A svarende til 2,5-3,1 mA/cm²). Der blev anvendt en pulslængde på 7 min.
Der blev løbende udtaget vandprøver gennem forsøgsperioden på ca. 48 timer. De udtagne vandprøver blev analyseret for TCE, DCE, VC og MTBE på en bærbar GC. Analyserne af BAM blev foretaget på GEUS, mens de mikrobiologiske undersøgelser (bakterier) blev gennemført på DHI’s mikrobiologiske laboratorium. I det følgende er de opnåede resultater gennemgået.
7.2 Elektrokemisk nedbrydning af BAM
De opnåede resultater for nedbrydningen af BAM er vist på Figur 7.1. Resultaterne af forsøget kan endvidere findes i bilag C. Nedbrydningskurven er vist som den relative koncentration (C/C0) som funktion af reaktionstiden, hvor C/C0 er den målte koncentration af BAM i forhold til startkoncentrationen på 710 µg/l. På Figur 7.1 er endvidere vist den opnåede nedbrydningskonstant under antagelse af en 1. ordens reaktion. Som det fremgår af figuren, findes nedbrydningskonstanten, k for BAM til 0,306 min-1. Ved normalisering af denne nedbrydningskonstant i forhold til elektrodeareal og vandvolumen fås, at den normaliserede nedbrydningskonstant,
KA,V for BAM er 20 liter·(min·m²)-1.
Figur 7.1 Nedbrydningskurve for BAM. Nedbrydningskurven er vist som relativ koncentration af BAM (C/C0)som funktion af reaktionstiden. Startkoncentrationen (C0) af BAM var 0,7 mg/l.
Som det fremgår af Figur 7.1, er den elektrokemiske nedbrydning af BAM en 1. ordens proces, hvilket ses af den meget høje korrelationskoefficient på 0,9994. Forsøget viser endvidere, at anvendelse af elektrokemi er en meget effektiv metode til nedbrydning og dermed fjernelse af BAM. Efter en reaktionstid på 24 timer er mere end 99,9% af BAM blevet nedbrudt.
7.3 Elektrokemisk nedbrydning af MTBE
I Figur 7.2 er de opnåede nedbrydningsresultater for MTBE vist (se også bilag C). Som for de øvrige undersøgte stoffer er koncentrationen vist som den relative koncentration (C/C0) som funktion af reaktionstiden, hvor C/C0 er den målte koncentration af MTBE i forhold til startkoncentrationen på 3,9 mg/l. Endvidere er den relative koncentration af TCE vist.
De fundne resultater indikerer, at elektrokemi ikke umiddelbart er en velegnet metode til nedbrydning af MTBE. Efter 48 timers reaktionstid er der kun fjernet 38% af det tilsatte MTBE. Disse resultater stemmer rimelig overens med, hvad Lehmann et al, (2002) fandt for MTBE. Det er dog vigtigt at pointere, at der kun er udført disse to screeningsforsøg med MTBE. Det vil derfor være interessant at undersøge mulighederne for elektrokemisk nedbrydning af MTBE nærmere.
Af de opnåede resultater for TCE ses det, at reaktoren har fungeret tilfredsstillende i det gennemførte forsøg, idet der opnås en nedbrydningshastighed fra TCE svarende til hvad der er fundet ved de øvrige forsøg (se Figur 5.10). For at sikre, at der er tale om en fuldstændig nedbrydning og ikke nedbrydning til et uønsket nedbrydningsprodukt som vinylklorid, blev indholdet af vinylklorid også bestemt (se bilag C). Det var kun muligt at detektere vinylklorid i enkelte af de udtagne prøver, og her kun i meget lave koncentrationer, hvilket tydeligt indikerer, at der er tale om en fuldstændig nedbrydning af TCE.
Figur 7.2 Relativ koncentration af MTBE og TCE (C/C0) som funktion af reaktionstiden. Startkoncentrationen (C0) af MTBE var 3,9 mg/l.
7.4 Elektrokemisk effekt overfor bakterier
Som tidligere nævnt blev den elektrokemiske proces’ desinficerende effekt undersøgt ved at tilsætte en bakteriesuspension til procesvandet og måle udviklingen i antallet af bakterier i løbet af forsøgsperioden. Parallelt med dette forsøg var der en kontrolprøve, der stod under samme betingelser (lys, temperatur m.m.). Resultaterne kan ses i bilag C og er endvidere sammenfattet i
Tabel 7.1.
Tabel 7.1 Bakterieindhold i vandet før og efter den elektrokemiske proces. Til sammenligning er bakterieindholdet i kontrolprøven vist.
| E.coli | Kimtal | |||
| Reaktor | Kontrol | Reaktor | Kontrol | |
| Bakterieindhold før elektrokemisk behandling (bakt./ml) | 1,7·105 | 1,7·105 | 1,3·105 | 1,3·105 |
| Bakterieindhold efter elektrokemisk behandling (bakt./ml) | 1 | 2,2·105 | 8 | 5,7·104 |
Af Tabel 7.1 fremgår det, at den elektrokemiske proces har en desinficerende effekt i sig selv, idet der reelt ikke var nogle bakterier tilbage i vandet efter forsøget i den elektrokemiske reaktor. For at demonstrere at fjernelsen af bakterier skyldtes den elektrokemiske proces og ikke dannelsen af frit klor, blev klorindholdet i vandet løbende målt gennem hele forsøgsperioden. Disse målinger viste, at der ikke blev dannet målelige mængder af klor, og det kan derfor antages, at den desinficerende effekt ikke skyldes tilstedeværelsen af frit klor, men udelukkende skyldes den elektrokemiske proces.
Version 1.0 Juli 2007, © Miljøstyrelsen.