Termisk assisterede oprensninger
11 Effekt på økosystemer
11.1 Økologiske forstyrrelser ved forhøjede temperaturer
11.2 Effekt på aerob naturlig nedbrydning
11.3 Forstyrrelse af anaerobe økosystemer
11.4 Feltstudier
11.5 Sammenfatning
Overfladenære økosystemer under muld- og fyldlagene (>1 m.u.t.) er typisk næringsfattige miljøer med et lavt antal mikroorganismer. Disse består af bakterier (anaerobe og aerobe), gær, svampe og protozoer (typisk aerobe). I små dybder lever orme, insekter og mindre dyr såsom gnavere.
11.1 Økologiske forstyrrelser ved forhøjede temperaturer
Potentielt kan opvarmning af undergrunden påvirke disse økosystemer, idet:
 | Mikroorganismer enten dør, overgår til hvilestadier (e.g. bakterielle sporer) eller opformeres (f.eks. termofile bakterier). |
| Opvarmning og forhøjede tryk kan føre til revnedannelser i jordlag, og derved til dannelse af makroporer, hvor udveksling af f.eks. ilt kan accelereres. |
| Næringsstofbalancen i jorden kan ændres via afdampning af opløste gasser (f. eks. |
| Opvarmning kan føre til acceleration af eksisterende processer, idet enzymatiske processer generelt foregår 2-3 gange hurtigere for hver 10 °C opvarmning, dog først efter adaptation. |
| Hvis opvarmningen fører til fjernelse af fri fase forurening, som oftest virker toksisk på organismerne, kan dette medvirke til at øge mikrobiel vækst og omsætning. |
Opnåede temperaturer
Under en effektiv opvarmning opnås temperaturer på 100 °C og højere i større dybder under grundvandsspejlet. I 10 m's dybde under grundvandsspejlet kan f.eks. opnås et samlet tryk på 2 atm og en temperatur på 120 °C, hvilket svarer til forholdene ved autoklavering. Herved dræbes potentielt alt undtagen meget tolerante sporedannere eller termofile bakterier, gær eller svampe.
11.2 Effekt på aerob naturlig nedbrydning
Påvirkning af naturlig nedbrydning
I en forureningsmæssig sammenhæng er et spørgsmål særlig relevant: Ødelægger
opvarmningen potentialet for naturlig selvrensning ved at sterilisere jorden? Der findes
tre typer bevis for, at dette ikke sker:
| Under Dynamic Underground Stripping projektet, hvor 30.000 liter benzin blev fjernet fra lerede og sandede lag over og under grundvandsspejlet, blev det påvist at BTEX-nedbrydende bakterier overlevede opvarmningen til 100 °C (Newmark et al., 1994; Krauter et al. 1995). Det totale celletal (målt ved Acridin Orange Direct Count metoden), og antallet af heterotrofe koloniformere (på agar-plader) faldt en faktor 5-30 ved opvarmningen, og alle gramnegative bakterier forsvandt, da de har mindre temperaturtolerante fedtsyrer i membranerne. Analyse af de bakterielle fedtsyrer viste en sortering, hvor bakterier med mættede fedtsyrer dominerede totalt efter opvarmningen. Mættede fedtsyrer er termisk mere stabile end umættede fedtsyrer (Krauter et al. 1995). Ved afslutning af opvarmningen fandtes mikroorganismer af samme type som fundet i gejsere (termofile), domineret af grampositive, sporedannende kokker og svampetyper (Psedomonas, Aspargillus, Rhodococcus, Streptococcus, Rhodutorula, Micrococcus). Disse blev isoleret og viste potentiale for nedbrydning af benzen og toluen ved 60 °C. |
| Ud over at nogle mikroorganismer overlever opvarmningen, kan et steriliseret område relativt hurtigt genvinde sin oprindelige flora. Når temperaturen falder, og grundvand og luft strømmer gennem de påvirkede lag, transporteres mikroorganismer udefra ind i området. En stor del af f.eks. grundvandsbakterierne er suspenderet i porevandet og kan bevæge sig med dette (Holm et al. 1992), og hurtig rekolonisering af sterilt sand nedsat i grundvandssystemer er påvist. Transport og vandring af mikroorganismer i den umættede zone er mindre beskrevet, men nedsivende vand og trykforskelle kan føre til rekolonisering i disse områder. Den generelle opfattelse er, at rekolonisering foregår i løbet af få uger eller måneder (Newmark & Aines, 1997b). |
| Overlevelse af mikroorganismer under autoklavering blev demonstreret på US EPA (Hendrix, 1997). Efter en 100 gange reduktion i celleantallet under autoklaveringen blev det vist at aktiviteten og celletallet steg under langsom afkøling. |
Der er altså begrundet håb om, at den aerobt baserede naturlige selvrensningsevne kun midlertidigt undertrykkes under termisk oprensning. På langt sigt kan opvarmningen have en stor gavnlig effekt på denne, idet fjernelsen af frie faser, som virker toksisk på mikroorganismer, kan føre til bedre forhold for opvækst af mikroorganismer, som nedbryder evt. efterladte opløste stoffer (Krauter et al. 1995).
11.3 Forstyrrelse af anaerobe økosystemer
Redoxforholdene påvirkes
Sterilisering
Endnu er forholdene for anaerobe mikroorganismer og disses potentiale, for f.eks. reduktiv deklorering af klorerede opløsningsmidler, ikke studeret under opvarmning. Potentielt kan redoxforholdene ændres ved indblæsning af iltholdig luft eller damp, hvilket blev demonstreret under Dynamic Underground Stripping. Hvis et anaerobt område, hvor reduktiv deklorering foregår (f.eks. i perkolatet fra en losseplads), bliver opvarmet og iltet af damp, kan de anaerobe organismer udkonkurreres. Genetablering af disse kan være langvarig, idet den tilførte ilt skal forbruges, før de anaerobe organismer vender tilbage. Hvis sterilisering af jorden forekommer, vil det være ekstra problematisk i finkornede aflejringer, idet transporten af bakterier - gennem f.eks. ler - er meget langsom sammenlignet med sandede aflejringer (Krauter et al., 1994).
11.4 Feltstudier
Savannah River Site
Mikrobiologien på Savannah River Site blev studeret før og efter opvarmning af et 3 m
tykt lerlag - ved hjælp af en radiofrekvens antenne i en vandret brønd (Eddy-Dilek et
al. 1994). Lerlaget var forurenet med TCE og PCE, formodentlig med fri fase. Lerlaget blev
opvarmet til mellem 30 og 80 °C. Der blev observeret en stigning af det totale celletal i
lerlaget (AODC) på i gennemsnit fra
11.5 Sammenfatning
Bakterierne udtyndes
Hurtig retablering
Opvarmningen fører på kort sigt til et fald i antallet af arter og diversiteten af
bakterier. Enkelte termofile bakterier vil dog kunne øges i antal både relativt og
absolut. Vurderet ud fra tidligere sager sker der tilsyneladende en relativ hurtig
retablering af den naturlige fauna i takt med at temperaturen falder. Her er volumenet af
det opvarmede område af stor betydning, idet store områder nedkøles endog meget
langsomt (grundvandet på Dynamic Underground Stripping grunden (opvarmet ca.