XTitelX 2. Laboratorieundersøgelse
2.1 Screening af anaerob bionedbrydelighed
Laboratorieundersøgelserne omfattede følgende punkter:
De kemiske analyser foretaget i denne undersøgelse er udført af Teknologisk Institut, Kemiteknik, og de anvendte metoder er beskrevet i bilag 5.
2.1 Screening af anaerob bionedbrydelighedDen indledende screening havde til formål at undersøge udvalgte modelstoffers anaerobe nedbrydelighed. Den anvendte standardtest var ISO 11734 (Evaluation of the "ultimate" anaerobic biodegradability of organic compounds in digested sludge. Method by measurement of the biogas production). Det vurderes om standardtesten, eventuelt med modifikationer, kan anvendes til evaluering af fremmedstoffers nedbrydelighed i rådnetanke og biogasfællesanlæg.
2.1.1 FremgangsmådePrincipPrincippet i standardtesten er, at måle nedbrydningen af fremmedstoffer ved trykudvikling. Nedbrydningen kvantifceres ud fra trykudvikling i flasker med inokulum tilsat fremmedstof fratrukket trykudvikling i flasker med inokulum uden fremmedstof.
Den anaerobe bionedbrydning blev testet for 15 fremmedstoffer, se tabel 2-1.
Udrådnet vasket slam med et meget lavt indhold af uorganisk kulstof blev fortyndet til et totalt tørstofindhold på 1-3 g/l og inkuberet ved 35°C i forseglede beholdere med fremmedstoffer i en koncentration på ca. 100 mg C/l (3.333-10.000 mgC/kg TS) i op til 60 dage. For visse af stofferne blev der observeret en toksisk effekt, og forsøget blev derfor gentaget ved en koncentrationen på 20 mg C/l (666,6-2000 mgC/kg TS). I forsøgsopsætningen blev der medtaget blindprøver (inokulum uden fremmedstof), et referencestof (forventet bionedbrydning over 60%), samt hæmningskontroller, hvor samme koncentration af både test- og referencestof blev tilsat (til påvisning af en eventuel hæmmende effekt fra fremmedstofferne). Øgningen i headspacetrykket i testflaskerne grundet produktionen af CO2 og CH4 blev målt ugentligt. En betragtelig mængde CO2/karbonat vil opløses i væskefasen; denne mængde blev bestemt ved forsøgets afslutning ved forsuring af mediet.
Den procentvise bionedbrydning af fremmedstofferne blev beregnet udfra den totale mængde kulstof dannet under testen relativt til hhv. den analyserede og den beregnede mængde kulstof tilsat som fremmedstof. Som supplement blev den primære nedbrydning bestemt ved specifikke kemiske analyser ved start og afslutning af testen.
Formlerne for beregning af den totale mængde kulstof i headspace og i væsken er angivet i standardbeskrivelsen. Ligeledes er formlerne for beregning af den procentvise bionedbrydning målt i headspace (Dh) og den totale bionedbrydning (Dt) angivet (ISO 11734).
Fremmedstofferne blev tilsat som beskrevet i bilag 7. Inokulum (100 ml) blev overført under anaerobe betingelser og flaskerne påsat butylgummiprop og aluminiumskapsel. Flaskerne blev inkuberet i 69 dage i mørke ved 33,5°C på rystebord i varmeskab. Den forlængede testperiode på 69 dage i forhold til standardtestens anbefalede 60 dage skyldes, at der var en forsinket gasproduktion i referenceflaskerne.
Inokulum
For alle fremmedstoffer blev der fremstillet 6 ens serumflasker. En blev anvendt til pH bestemmelse (pH for alle testforbindelser var 6,9) og analyse af startkoncentration, 2 blev tilsat natriumbenzoat (100 mg C/l). De to flasker der blev tilsat natriumbenzoat fungerede som hæmningskontroller, dvs. kontoller på om det tilsatte fremmedstof hæmmede omsætningen af det let-omsættelige natriumbenzoat. De tre sidste flasker blev inkubet.
Koncentrationen af fremmedstofferne blev bestemt ved start og slut af testperioden. Da fremmedstofferne forventes at adsorbere til slampartiklerne, blev hele flaskens indhold anvendt ved analysen, og der blev ekstraheret direkte i flaskerne. Trykstigningen (mbar) på grund af produktion af CO2 og CH4 blev bestemt ugentligt, og der blev suppleret med gaskromatografiske målinger af koncentrationen af CO2 og CH4. Opløst kuldioxid i væsken blev bestemt som trykstigning efter uddrivning fra væskefasen med koncentreret svovlsyre (Miljøstyrelsen 1996b). Indholdet af kulstof i headspace blev bestemt som et gennemsnit fra tre testflasker, kulstof i væsekfasen blev bestemt som et gennemsnit af to testflasker, mens de kemiske analyser var enkeltbestemmelser.
2.1.2 ResultaterResultaterne fra standardtesten ses i tabel 2-1. Ved afslutning af forsøgene var pH i alle flasker 6,9.
Nedbrydningen blev vurderet ud fra den udviklede gasmængde fra fremmedstoffernes mineralisering, dvs. den fuldstændige nedbrydning til CO2 og CH4. Der blev som et supplement foretaget kemiske analyser for stofferne før og efter inkubering.
Der var en god overensstemmelse mellem triplikaterne på den akkumulerede trykstigning. Standardafvigelsen (triplikater) for de fremmedstoffer, der blev nedbrudt var i gennemsnit 12%.
For de fremmedstoffer, hvor den mikrobielle aktivitet blev hæmmet var værdierne for den akkumulerede trykstigning negativ (trykstigningen i blindprøverne var større end i prøverne tilsat fremmedstof).
Over 90% af den udviklede gas var metan. Metanindholdet i headspace var 5-20 gange højere end kuldioxidindholdet, men til gengæld fandtes en relativt stor fraktion som opløst CO2 i væskefasen. Totalt set var gassammensætningen som forventet.
Supplerende nedbrydningstests ved anvendelse af standardtesten, men med lavere fremmedstofkoncentrationer (20 mg/l) blev udført efterfølgende for de stoffer, der var hæmmende på metanproduktionen. Trykudviklingen for referencestoffet natriumbenzoat tilsat i samme koncentration var dog i dette tilfælde utilstrækkelig i forhold til gasudviklingen fra inokulum, og resultaterne er derfor ikke medtaget.
Tabel 2-1 Resultater fra screeningstesten af anaerobnedbrydning af fremmedstoffer. Nedbrydningen blev bestemt som mikrobielt dannet kulstof i forhold til den tilsatte mængde kulstof. Fremmedstoffernes hæmning af den mikrobielle aktivitet blev påvist ved en lavere trykudvikling i flasker med fremmedstof+referencestof end i flasker med kun referencestof. Resultater fra kemiske analyser ved start og slut af forsøget er vist som en %-vis reduktion.
i.a.: ikke analyseret
2.1.3 DiskussionFremmedstofferne blev tilsat i koncentrationer svarende til 100 mg C/l, hvilket var tilstrækkeligt til at skelne mellem gasudvikling fra omsætning af fremmedstoffet og inokulum (blindprøven). Blindprøven havde et organisk indhold svarende til 1,2 g tørstof/ liter. Der blev udført forsøg med lavere koncentrationer af de tilsatte fremmedstoffer, men dette reducerede testens følsomhed.
Refrencestoffet natriumbenzoat blev 100% nedbrudt ved en koncentration på 100 mg C/l, hvilket indikerer, at inokulum har været aktivt, og at testen derfor er gyldig. Der var dog en relativ lang indledende fase på 35 dage uden signifikant gasudvikling, hvilket kan skyldes, at inokulum ikke var akklimatiseret.
Tensider
Ud fra litteraturen kan det forventes, at hverken LAS eller 4-nonylphenol nedbrydes under metanogene betingelser, men på grund af de observerede toksiske effekter kan dette ikke underbygges af den aktuelle undersøgelse.
Der blev konstateret gasudvikling ved test af de nonioniske tensider nonylphenolmono- og nonylphenoldiethoxylat (NPE 1EO og NPE 2EO) svarende til 35,1 og 29,5% af den teoretisk mulige. Standardafvigelsen på triplikaterne var 7% for NPE 1EO og 13% for NPE 2EO. Nedbrydningen skete uden forudgående adaptationsfase i løbet af de første 28 dage af testen. Der blev udfra de kemiske analyser målt reduktioner af NPE 1EO og NPE 2EO på hhv. 5 og 25%. Årsagen til den lavere reduktion af NPE 1EO målt kemisk i forhold til trykdata kan være, at der var sket en delvis nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper under dannelse af NPE 1EO.
Flere undersøgelser har påvist primær anaerob nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere (>2) ethoxylatgrupper. F.eks. fandt Tanaka og Ichikawa (1993) 38%, og Salanitro og Diaz (1995) 40-50% nedbrydning af NPE 9EO (i forhold til teoretisk gasdannelse) under metanogene forhold. Disse observationer underbygges af rapporter om nedbrydning under metanogene forhold af NPE forbindelser med højere ethoxyleringsgrad. Anaerob nedbrydning af NPE 1EO og NPE 2EO kan medføre 4-nonylphenol som stabilt nedbrydningsprodukt (Swischer 1987).
Hæmningskontrollen for stofferne NPE 1EO og NPE 2EO havde et meget ens forløb, og der var ingen hæmning. For NPE 9EO er der beskrevet hæmmende effekter ved koncentrationer på 80-100 mg/l (tabel 1-2). De aktuelt testede koncentrationer for NPE 1EO og NPE 2EO var hhv. 104 og 84 mg/l, og kunne således potentielt være hæmmende; der er dog forskelle mellem både inokuli og toksiciteten af NPE med forskelligt antal ethoxylatgrupper.
PAH-forbindelser
Acenaphthen, naphthalen, methylnaphthalen og pyren hæmmede den metanogene gasudvikling (hæmningskontrol) i de testede koncentrationer. Battersby og Wilson (1989) har ligeledes fundet, at naphthalen har en hæmmende effekt på metandannelsen (53 mg/l). Der blev ikke observeret hæmning for flouranthen, phenanthren og benzo(a)pyren.
De kemiske analyser viste koncentrationsfald for stofferne acenaphthen (10%), 2-methylnaphthalen (25%) og pyren (19%). Det er muligt, at forskellen mellem trykdata og de kemiske analyser skyldes, at stofferne undergår en delvis nedbrydning, der medfører, at de ikke genfindes ved analysen. En anden mulighed er, at flygtige stoffer fordamper under de anvendte analysebetingelser. For naphthalen viste de kemiske analyser en forøget koncentration efter udrådningen, hvilket sandsynligvis skyldes analyseusikkerhed.
De ovennævnte testresultater fra standardtesten er i overensstemmelse med, at der kun i ganske få undersøgelser er set nedbrydning af PAHer under metanogene forhold (Genthner et al. 1997; Grbic-Galic 1989; Genthner 1997).
Phthalater
De kemiske analyser viste 30% fjernelse for di-n-butylphthalat (DBP), 17% fjernelse for di-(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP) og ingen fjernelse for di-n-octylphthalat (DOP). De kemiske analyser viste således en lavere fjernelse af phthalater end nedbrydning baseret på gasdannelse. Den mulige forklaring er, at phthalater er vanskelige at analysere, og der er tidligere fundet store variationer på bestemmelser af disse stoffer. Phthalater adsorberer kraftigt til bl.a. organiske materiale og kan med tiden inkorporeres i den organiske fase, således at ekstraktion vanskeliggøres.
Der var ingen hæmning af den metanogene omsætning ved de testede koncentrationsniveauer (DBP = 103 mg/l; DEHP = 113 mg/l; DOP = 106 mg/l). I litteraturen er der tilsvarende ikke fundet toksiske effekter af DEHP ved koncentrationer på ca. 100 mg/l (OConnor et al. 1989).
2,4-dichlorphenol
Ved kemisk analyse var der et fald på 45% af den tilsatte mængde i løbet af testperioden, som til dels kan skyldes en ringe genfinding af stoffet på grund af indbygning i organisk materiale. Alternativt kan der være sket en reduktiv dechlorering af 2,4-dichlorphenol således, at det oprindelige stof ikke kunne genfindes. På grund af den kraftige hæmning af metandannelsen, der blev observeret i standardtesten vurderes nedbrydning at være usandsynlig.
Standardtestens værdi
Der var for flere af stofferne en ringe sammenlignelighed mellem standardtestens trykdata og de kemiske analyser fra start og slut af forsøget. De kemiske analyser blev fortaget som enkeltbestemmelser, og forklaringen kan derfor være analyseusikkerhed. Stoffernes adsorberende egenskaber og/eller flygtighed kan være en anden forklaring, og årsagen til den ringe overensstemmelse bør undersøges nærmere.
Det skal nævnes, at forskellen mellem mængden af primært nedbrudt stof og mineraliseret stof er forskellige omdannelsesprodukter. Derfor vil den primære nedbrydning teoretisk være større end eller lig med mineraliseringen, dvs. at de kemiske analyser kan vise en større nedbrydning end trykdatamålinger, hvis nedbrydningen er delvis.
Det må konstateres, at standardtesten ikke umiddelbart kan erstatte de omkostningskrævende kemiske analyser. I praksis er det ikke pålideligt nok at vurdere et fremmedstofs anaerobe bionedbrydelighed udfra denne test alene. Standardtesten kan derimod bruges i kombination med kemiske analyser, hvorved et bedre datamateriale om stoffernes bionedbrydelighed opnås.
Fordele/ulemper
En ulempe ved testen er, at det er nødvendigt at arbejde med relativt høje stofkoncentrationer for at detektere stofomsætning. Dette har vist sig problematisk i denne undersøgelse, hvor der blev observet toksiske effekter af mange af stofferne i de pågældende koncentrationer. En anden ulempe ved metoden er, at den giver et indirekte mål for stoffjernelsen; dette indebærer en vis risiko for fejlkonklusioner.
Modifikationer af testen
2.2 Specifikke parametres indflydelse på bionedbrydningDer er en række forhold, der potentielt har indflydelse på et givent modelstofs potentiale for anaerob nedbrydning i rådnetanke/biogasanlæg, men som der ikke tages højde for i standardtesten. Disse faktorer søges belyst i batchtest. Screeningsforsøgene var primært baseret på gasanalyser som indirekte mål for bionedbrydning af de miljøfremmede stoffer. Derimod er batchtestene udført med kemiske analyser som den primære målemetode, hvilket først og fremmest giver den fordel, at omsætning af stofferne kan konstateres ved langt lavere koncentrationer. Forsøgene udføres med aktuelle kombinationer af miljøfremmede stoffer i slam og kildesorteret organisk dagrenovation (KOD). Følgende inokuli er anvendt: udrådnet slam fra Lundtofte, Herning og Boserup renseanlæg, udrådnet mesofilt og termofilt gylle, samt udrådnet organisk dagrenovation.
De undersøgte faktorer er procestemperatur, substrater, samudrådning med andre substrater, inokulum, elektronacceptorer samt aerob efterbehandling af udrådnet materiale.
2.2.1 TemperaturProcestemperatur og temperaturstabilitet er af stor betydning for de biologiske processer og dermed også for omsætningen af miljøfremmede stoffer i anaerobe procesanlæg. Effekten af mesofil (37°C) kontra termofil (55°C) udrådning af gylle i relation til nedbrydning af miljøfremmede stoffer er søgt belyst.
Biogasfællesanlæg opererer i det mesofile (33-37°C) eller det termofile (50-56°) temperaturområde. Generelt er omsætningshastigheden af det organiske materiale højest for termofile anlæg, hvilket kan formodes at have en positiv effekt på nedbrydningen af miljøfremmede stoffer. Anaerobe rådnetanke opereres derimod ofte ved en mere varieret temperatur, afhængigt af renseanlægets slamproduktion samt udetemperaturen.
Fremgangsmåde
Adapteret inokulum af hhv. mesofilt udrådnet gylle (tørstofindhold 39 g/l) og termofilt udrådnet gylle (tørstofindhold 19 g/l) blev blandet med et såkaldt BA medie (indeholder næringssalte, sporstoffer og vitaminer) til et tørstofindhold på 10 g/l. Dette resulterede i et mesofilt inokulum med et indhold af organisk tørstof på 4,1 g/l og pH på 7,7 og et termofilt inokulum med et indhold af organisk tørstof på 6,2 g/l og en pH på 7,8.
På baggrund af screeningstesten, der viste, at nedenstående stoffer var vanskeligt nedbrydelige under anaerobe forhold, blev disse valgt som fremmedstoffer (substrater), da de tillige ofte forekommer i spildevandsslam. Det blev valgt at spike med følgende procesrealistiske koncentrationer i henhold til data fra Miljøstyrelsen (1996):
Bortset fra LAS forbindelsen i den høje koncentration var testkoncentrationerne altså væsentlig lavere end i standardtesten.
For hvert fremmedstof og blind blev der fremstillet 6 replikater med 30 ml inokulum. Fremmedstofferne blev tilsat fra stamopløsning (100 ml) som beskrevet i bilag 7. For hvert inokulum og testtemperatur blev der fremstillet tre ens flasker, hvoraf en blev anvendt til bestemmelse af startkoncentrationen og de andre to inkuberet i mørke ved hhv. 35 og 55°C.
Gasproduktionen og metankoncentrationen blev kvantificeret gennem forsøget, og koncentrationen af de aktuelle fremmedstoffer blev målt med kemisk analyse på GC-MS og HPLC ved start og afslutning af forsøget.
Resultater
Med mesofilt udrådnet gylle som inokulum og udrådning af fremmedstoffer ved 35°C blev der observeret en væsentlig reduktion af stofferne 2-methylnaphthalen, DEHP og 1,2,4-trichlorbenzen, en vis nedbrydning af nonylphenoldiethoxylat og ingen nedbrydning af flouranthen, LAS og nonylphenol. Sammenlignes med standardtesten var der en øget nedbrydning af 2-methylnaphtalen.
Med termofil udrådnet gylle som inokulum og udrådning af fremmedstofferne ved 55°C var der en større reduktion af flouranthen, nonylphenol og nonylphenoldiethoxylat end ved den mesofile udrådning. Derimod var der ingen nedbrydning af DEHP under den termofile udrådning. Det skal pointeres, at de beregnede procentvise nedbrydninger af fremmedstofferne er baseret på enkeltanalyser.
Alle fremmedstofferne ved den mesofile udrådning i de anvendte koncentrationer virkede hæmmende på den samlede mikrobielle gasproduktion (den akkumulerede trykstigning forårsaget af CO2 og CH4 var 14-96% af blind), se tabel 2-2. Ved den tilsvarende termofile udrådning ved 55°C var den hæmmende effekt generelt lavere, og de anvendte koncentrationer af DEHP og 1,2,4-trichlorbenzen virkede kun lidt hæmmende. Dette stemmer overens med resultaterne af den metanogene aktivitet, den akkumulerede metanproduktion, dog var den procentvise hæmning af den metanogene aktivitet lidt lavere. Den høje koncentration af LAS (10.000 mg/kg TS) virkede totalt hæmmende på metanproduktionen, mens metanproduktionen ved den lavere koncentration LAS (1.000 mg/kg TS) både mesofilt og termofilt var hæmmet ca. 79%.
Tabel 2-2 Stoffernes hæmning af gasdannelse og metanproduktion ved mesofil og termofil udrådning. Tabellen er en opsummering af bilag 2 (akkumuleret trykstigning) samt bilag 3 (akkumuleret metanproduktion).
De mindst hæmmende stoffer var 1,2,4-trichlorbenzen og nonylphenoldiethoxylat. For 1,2,4-trichlorbenzen skyldes dette dog sandsynligvis den lave startkoncentration som følge af afdampning.
Diskussion
LAS blev ikke nedbrudt under hverken meso- og termofil udrådning, hvilket er i overensstemmelse med de undersøgelser, der er omtalt i litteraturundersøgelsen. DEHP blev kun nedbrudt under den mesofile udrådning. Det vil derfor være relevant at fokusere specielt på disse to stoffer ved overvågning af det udrådnede materiales indhold af miljøfremmede stoffer.
Alle stofferne havde en hæmmende effekt på gas- og metandannelsen. LAS havde en betydelig toksisk effekt på den mikrobielle aktivitet, idet gasdannelse og metanproduktion blev hæmmet. Ved en LAS koncentration på 10.000 mg/kg TS var der total hæmning af den mikrobielle gas-og metandannelse. Resultaterne viser således, at det er vigtigt ikke at overbelaste biosgasfællesanlæg med miljøfremmede stoffer, idet gasproduktionen derved kan hæmmes. Det skal bemærkes, at de maksimale fremmedstofkoncentrationer, der kan forventes i biogasfællesanlæg, der tilsætter 10% spildevandsslam er lavere end de her testede koncentrationer, og at risikoen for at der opstår hæmmende effekter på gasdannelsen sandsynligvis er lille. Hvis fremmedstofkoncentrationerne er på niveau med afskæringsværdierne vil der således forventes maksimale koncentrationer på 260 mg/kg TS for LAS; 0,6 mg/kg TS for PAH; 5 mg/kg TS for NPE og 10 mg/kg TS for DEHP.
2.2.2 ElektronacceptorerUnder anaerobe forhold nedbrydes organiske stoffer gennem en successiv udnyttelse af anaerobe elektronacceptorer i overensstemmelse med deres faldende redox potentiale: NO3- > Mn4+ > Fe3+ > SO42- > CO2 (Thauer et al., 1977; Froelich et al., 1979; Achtnich et al., 1995). De anaerobe respirationsprocesser udføres generelt af forskellige grupper af specialiserede bakterier. Spektret af organiske forbindelser, der kan nedbrydes gennem anaerobe processer, er meget stort. Alene de kendte arter af sulfat-reducerende bakterier kan nedbryde mere end 100 specifikke stoffer, herunder mange aromatiske forbindelser (Hansen, 1993; Elsgaard, 1995).
I det følgende belyses effekten af anaerobe elektronacceptorer på omsætningen af miljøfremmede stoffer i primært spildevandsslam. Undersøgelserne omfattede en screening af nedbrydning og potentiel giftighed af seks miljøfremmede stoffer (acenaphthen, phenanthren, 4-nonylphenol, natrium dodecylbenzensulfonat (LAS), di(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP), og 1,2,4-trichlorbenzen (TCB). Disse fremmedstoffer blev inkuberet under jern-, sulfat- og nitrat-reducerende forhold. Kriteriet for udvælgelsen af de seks fremmedstoffer var, at de forekommer i spildevandsslam (Tørslev et al., 1996), og at deres nedbrydning med en eller flere af de anaerobe elektronacceptorer (Fe3+, SO42- og NO3-) ikke tidligere var dokumenteret.
Fremgangsmåde
Primært spildevandsslam fra Lundtofte renseanlæg blev vasket 2 gange ved centrifugering og genopløst i et iltfrit, basalt mineral medium (BS medium, pH = 7). Indholdet af tørstof i den resulterende slamopløsning blev justeret til 43 gram per liter. Slamopløsningen blev ækvillibreret anaerobt ved 30°C i 5 dage og blev herefter anvendt som inokulum.
Tre forskellige testmedier med hhv. Fe3+, SO42- og NO3- blev fremstillet (se bilag 8). Hvert af de tre medier blev tilsat 100 ml af det fremstillede inokulum. Dette gav et resulterende tørstofindhold på 1 gram per liter.
Testbetingelser
Delprøver fra de inkuberede serumflasker blev analyseret for elektronacceptorer (se bilag 6).
Statistik
Resultater
Den maksimale Fe2+ koncentration i testprøverne (31,8 mM) forekom i en af gentagelserne med tilsat DEHP. Data for denne behandling var dog bemærkelsesværdige, idet denne ene gentagelse udviste en jern-reduktionsrate (1,78 mM Fe2+ uge-1), der var dobbelt så høj som fundet for de to øvrige gentagelser (0,85 og 0,83 mM Fe2+ uge-1). Totalt set var der således ingen signifikant stimulering af jern-reduktions raterne som respons på tilsætningerne af hverken miljøfremmede stoffer eller laktat/acetat (tabel 2-5).
Sulfat-reduktion: Tidsserier over forløbet af sulfat-reduktionen i kontrol- og testprøver er vist på figur 2-3. Forekomsten af sulfat-reduktion i kontrolprøverne blev vist ved akkumulering af frit svovlbrinte, der startede efter ca. 2 ugers inkubation. I den efterfølgende periode steg svovlbrinte koncentrationen tilnærmelsesvis lineært (0,96 < r2 < 0,99) til et maksimalt niveau på 9-11 mM
Den maksimale svovlbrinte koncentration i testprøverne (11,2 mM) forekom i en af gentagelserne med tilsat laktat/acetat (figur 2-3). Dette til trods kunne der ikke påvises nogen signifikant stimulering af sulfat-reduktionsraten som respons på tilsætningerne af hverken miljøfremmede stoffer eller laktat/acetat (tabel 2-5).
Nitrat-reduktion: Den tidsmæssige udvikling i nitratindholdet i kontrol og testprøver med tilsat NaNO3 er vist på figur 2-4. I kontrolprøverne startede NO3- forbruget straks og i løbet af to uger var nitrat koncentrationen faldet fra ca. 30 mM til 9-11 mM. Herefter faldt NO3- koncentration relativt langsomt gennem resten af inkubationsforløbet til niveauer på 5-8 mM NO3- efter 15 uger. Den initiale nitrat reduktionsrate blev beregnet ved lineær regression af data fra de første to ugers inkubation (0,92 < r2 < 0,99). Disse resultater viste en nitrat-reduktionsrate på 9,25 ± 0,56 mM NO3- uge-1. Resultater fra tilsvarende data analyse fra alle de nitrat-tilsatte prøver (tabel 2-5) viste, at TCB var det eneste af de tilsatte fremmedstoffer, der hæmmede nitrat-reduktionen. Dog var der tendenser til hæmning i nogle af gentagelserne med acenaphthen, 4-nonylphenol og phenanthren (figur 2-4). Dette resulterede i relativt store variationskoefficienter (CV, 34 to 46%) for nitrat-reduktionsraterne for prøver med disse miljøfremmede stoffer.
Det maksimale NO3- forbrug blev konstateret i prøverne inkuberet med laktat/acetat (figur 2-4). I disse prøver var der for to replikaters vedkommende en total omsætning af den tilsatte nitrat (30 mM) i løbet af 2 ugers inkubation. Samlet set var nitrat-reduktionsraten i prøverne med laktat/acetat signifikant stimuleret i forhold til raterne i kontrolprøverne (tabel 2-5).
Nitrit (NO2-) akkumulerede i alle prøver, hvor nitrat-reduktionen forløb (figur 2-5). Generelt var der for de enkelte replikater en god overensstemmelse mellem tidsforløbet af nitrat-omsætningen og akkumuleringen af nitrit.
pH: Målinger af pH ved inkubationsperiodens afslutning er vist i tabel 2-3. For inkubationerne med Fe(OH)3 var der en ensartet og meget beskeden pH udvikling i alle prøver med undtagelse af TCB-prøverne, hvor et fald på ca. 0,7 pH enheder blev observeret. Stofomsætningen under sulfat-reducerende forhold gav generelt kun små ændringer i pH; den største ændring (et fald på ca. 0,7 pH enheder) blev fundet for inkubationerne med acenaphthen. Under nitrat-reducerende forhold forekom de største og mest varierende pH ændringer. I prøverne med acetat/laktat var der en generel pH stigning på 1,2-2,1 enheder (gennemsnit, 1,6 enheder), mens kontrolprøverne havde en stigning, der varierede fra 0,3 til 1,8 pH enheder (gennemsnit, 0,9 pH enheder).
Tabel 2-3 pH i prøver efter inkubation med anaerobe elektron acceptorer i 100 dage.
aDichlormetan blev afdampet fra prøven inden inkubering.
Omsætning af miljøfremmede stoffer: De miljøfremmede stoffers skæbne er vist i tabel 2-4. De fleste stoffer var persistente (i.e., beregnet nedbrydning <10%) under jern-, sulfat og nitrat-reducerende forhold. En begyndende nedbrydning af acenaphthen og 4-nonylphenol blev indikeret, men på grund af variationer i analyseresultaterne var disse tendenser ikke signifikante.
Tabel 2-4 Indhold af fremmedstoffer (mg kg-1 våd vægt) i prøver inkuberet under anaerobe forhold i 100 dage. Den procentvise nedbrydning af fremmedstoffer (Nb %) er angivet. En nedbrydning på mindre end 10% blev opfattet som ingen nedbrydning (in).
Tabel 2-5. Reduktionsrater for anaerobe processer i kontrol behandlinger og i behandlinger med miljøfremmede stoffer. Rater signifikant forskellige fra den naturlige kontrol er angivet med stjerne (*). Alle angivelser repræsenterer gennemsnit ± standardafvigelse for tre gentagelser.
aDichlormetan blev afdampet fra prøven inden inkubering.
Diskussion
Omregnet til potentiel oxidation af organisk stof (CH2O), jf. ligning 1-5, svarede de beregnede reduktionsrater for de tre elektronacceptorer i kontrolprøverne til: nitrat, 4,6 - (11,6) - 18,5 mM CH2O uge-1 (9,25 mM NO3- uge-1); sulfat, 1,68 mM CH2O uge-1 (0,84 mM SO42- uge-1) og jern, 0,2 mM CH2O uge-1 (0,92 mM Fe3+ uge-1).
Dette viser, at nitrat-reduktionen var den af de tre reduktionsprocesser, der havde det største potentiale for omsætning af organisk stof i primært spildevandsslam. I modsætning til reduktionen af Fe3+ til Fe2+ og SO42- til H2S, kan mikrobiel reduktion af NO3- resultere i forskellige slut- eller mellemprodukter, så som NO2-, N2O, N2 og NH4+ (se ligning 1-3). I de aktuelle forsøg blev det direkte påvist, at en del af nitrat-reduktionen kun forløb til nitrit, der akkumulerede som et mellemprodukt i forsøgsperioden. Dermed blev kun en del af nitratens elektronacceptor kapacitet udnyttet. I kontrolforsøgene var det 10-40% af den reducerede nitrat, der akkumulerede som nitrit (ligning 1), hvilket betyder at 60-90% af nitraten blev videre omdannet jf. ligning 2-3.
Forskelle i reaktionsveje for nitrat i de enkelte inkubationer var medvirkende til at nitrat prøverne havde en varierende pH udvikling.
Toksicitet og nedbrydning af miljøfremmede stoffer. Indholdet af specifikke miljøfremmede stoffer i primær slam (2%TS) fra Lundtofte er tidligere målt til følgende koncentrationer (i µg kg-1): acenaphthen, 2,4; phenanthren, 262; DEHP, 120145; nonylphenol, 8015; LAS, 2116486 og 1,2,4-trichlorbenzen, 3,5 (tabel 2-6). I de her beskrevne forsøg blev fremmedstofferne tilsat i koncentrationer på ca. 100 mg C liter-1 hvilket svarede til følgende nominelle koncentrationer i mg kg-1 våd vægt: acenaphthen, 107; phenanthren, 107; DEHP, 141; nonylphenol, 121; LAS, 145 og 1,2,4-trichlorbenzen, 264. For alle fremmedstoffer, med undtagelse af LAS, var der således tale om en markant forhøjet koncentration af miljøfremmede stoffer i de spikede prøver. Proceduren for tilsætning af fremmedstoffer via DCM (der efterfølgende blev afdampet) bevirkede dog, at start koncentrationerne for de mest flygtige forbindelser, acenaphthen og TCB, var reduceret til hhv. halvdelen og en fjerdedel af de nominelle koncentrationer (tabel 2-4).
I forsøgene med PAHer (acenaphthen og phenanthren) blev det fundet, at der ikke var signifikante hæmninger af de anaerobe respirationsprocesser med undtagelse af sulfatreduktionen, der blev inhiberet (76%) ved tilsætning af acenaphthen. Litteratursøgningen i denne rapport gav ikke oplysninger om toksicitet af acenaphthen og phenanthren overfor anaerobe processer. Dog er der i batchforsøg med andre PAHer (Battersby og Wilson, 1989) dokumenteret en begyndende hæmning af metandannelsen ved 53 mg L-1 naphthalen (bicyclisk PAH) og en kraftig hæmning ved 62 mg L-1 anthraquinon (tricyclisk PAH).
I de her beskrevne forsøg med primært spildevandsslam blev signifikant bionedbrydning af PAH ikke observeret i løbet af ca. 100 dages inkubation under hverken jern-, sulfat eller nitrat-reducerende forhold. For jern og sulfat er disse resultater er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser af mikrobiel nedbrydning af PAH'er (acenaphthen og naphthalen) under forskellige redox betingelser i jord/vand systemer (Mihelcic og Luthy, 1988a,b; McFarland and Sims, 1991). Leduc et al. (1992) fandt ligeledes, at der ikke var signifikant nedbrydning af acenaphthen under sulfat reducerende forhold (Mihelcic and Luthy, 1988a,b; Leduc et al., 1992). Dette kunne ikke eftervises signifikant i de her udførte undersøgelser med primært spildevandsslam.
For phenanthren var der en begyndende nedbrydning under jern-reducerende forhold, en komplet nedbrydning under sulfat-reducerende forhold, men ingen nedbrydning under nitrat-reducerende forhold (tabel 2-4). Dette var uventet i forhold til tidligere undersøgelser af anaerob PAH nedbrydning og i forhold til teoretiske beregninger af energiudbyttet ved PAH omsætning med de forskellige elektronacceptorer (McFarland og Sims, 1991). Da de kemiske analyser af fremmedstoffer i denne undersøgelse var enkeltbestemmesler, bør resultaterne fra phenanthren nedbrydningen verificeres før stoffets bionedbrydelighed under sulfat-reducernende forhold kan endeligt konkluderes.
4-Nonylphenol hæmmede både jern-reduktionen og sulfat-reduktionen til ca. 43% af niveauet i den naturlige kontrol. For nitrat-reduktion blev der fundet en gennemsnitlig hæmning til 83% af niveauet i den uhæmmede kontrol. Dette resultat skyldtes dog en betydelig hæmning i et replikat, mens der ingen hæmning var i de to øvrige replikater (figur 2-4). Tidligere er det dokumenteret at 4-nonylphenol (60 mg liter-1) var hæmmende for gasproduktionen i medier inokuleret med primært spildevandsslam (Battersby og Wilson, 1984).
Nedbrydning af 4-nonylphenol forekom ikke under jern- og sulfat-reducerende forhold. Under nitrat-reducerende forhold, derimod, var der tilsyneladende en begyndende nedbrydning på 18%. En endelig konklusion kan dog ikke underbygges da de kemiske analyser af startkoncentrationerne for 4-nonylphenol var for usikre.
LAS hæmmede jern-reduktionen og sulfat-reduktionen til hhv. 38% og 0% af niveauet i den uhæmmede kontrol. Bemærkelsesværdigt blev nitrat-reduktionen ikke hæmmet af LAS. Disse resultater viste, at LAS havde en mere toksisk effekt overfor de sulfat reducerende mikroorganismer end overfor de jern- og nitrat-reducerende. Den præcise virkningsmekanisme for LAS i disse forsøg er ikke kendt, men for detergenter er det generelt dokumenteret, at interaktioner med bakteriernes cellemembraner er afgørende (Schwunger og Bartnik, 1980).
I tidligere forsøg er det påvist, at LAS (50 mg C liter-1), tilsat som natrium dodecylbenzensulfonat, var hæmmende for gasproduktionen (metandannelse) i prøver med primært spildevandsslam (Battersby og Wilson, 1989). Ligeledes er det vist, at LAS var hæmmende for den potentielle jernreduktion i forskellige jordtyper (Welp, 1987; Elsgaard et al., 1999a,b).
Nedbrydning af LAS under anaerobe forhold blev ikke observeret i de gennemførte undersøgelser. Dette er i overensstemmelse med den generelle observation, at LAS er persistent under anerobe forhold (de Wolf og Feijtel, 1998).
DEHP udviste ingen toksicitet overfor de tre anaerobe respirations processer (tabel 2-5). Tidligere er det ligeledes rapporteret, at DEHP ikke er hæmmende for metandannelsen i slam-inokulerede medier ved DEHP koncentrationer på 20, 50 og 100 mg C liter-1 (Battersby og Wilson, 1989; OConnor et al., 1989; Ejlertsson et al., 1996). Dette er også i overenstemmelse med resultaterne fra screeningstesten i denne rapport.
Nedbrydning af DEHP blev ikke indikeret under hverken jern-, sulfat- eller nitrat-reducerende forhold. Dette er i overensstemmelse med tidligere studier, der har vist, at bionedbrydning af DEHP er langsommelig selv under aerobe forhold (Fairbanks et al., 1985) og kun foregår i begrænset omfang under metanogene forhold (e.g. Ejletsson et al., 1996).
1,2,4-Trichlorbenzen blev ikke nedbrudt under de testede anaerobe forhold. Derimod var stoffet stærkt inhiberende for både jern-, sulfat- og nitrat-reduktion. I tidligere undersøgelser er det vist, at anaerobe forhold havde en negativ effekt på nedbrydning af 1,2,4-TCB i jord (Marinucci og Bartha, 1979). Under metanogene forhold kan trichlorbenzener nedbrydes gennem reduktiv dechlorering (Ramanand et al., 1993). Toksicitet af trichlorbenzen overfor anaerobe respirationsprocesser blev ikke dokumenteret gennem litteratursøgningen i denne rapport.
Konklusion
For en del af de testede kombinationer af fremmedstoffer og elektronacceptorer blev der observeret en toksisk effekt af de tilsatte fremmedstoffer. Da forsøgene blev udført med relativt høje koncentrationer af fremmedstoffer er det muligt, at disse hæmninger ikke vil forekomme under naturlige betingelser. Hvorvidt de toksiske fremmedstoffer evt. kan nedbrydes ved lavere (ikke toksiske) koncentrationer kan ikke konkluderes.
Sammenfattende blev det vist, at nitrat-reducerende forhold var de mest robuste med hensyn til tolerance overfor toksiske effekter af miljøfremmede stoffer. Sulfatreduktion var den af de tre anaerobe processer, der var mest hæmmet ved tilstedeværelse af miljøfremmede stoffer. Tendenser til nedbrydning af miljøfremmede stoffer under de testede anaerobe forhold forekom kun undtagelsesvis, hvilket er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser. Det må derfor konkluderes, at der ved tilsætning af alternative elektronacceptorer (jern, sulfat eller nitrat) ikke opnås en betydelig stimuleret bionedbrydning af de testede fremmedstoffer, sammenlignet med den nedbrydning, der foregår under metanogene forhold.
2.2.3 Substrat, inokulum og samudrådningEffekten af forskelligt inokulum og substrat i forhold til nedbrydning af miljøfremmede stoffer blev undersøgt. Endvidere blev det belyst om tilstedeværelse af komplekse substrater, som gylle og organisk dagrenovation har en positiv effekt på nedbrydningen af miljøfremmede stoffer. Effekten af samudrådning på nedbrydningen af miljøfremmede stoffer blev undersøgt i kombinationer af slam/organisk dagrenovation og gylle/slam.
Fremgangsmåde
Rådnetanksindhold fra Lundtofte var på forsøgstidspunktet det mest belastede mht. LAS, DEHP, 2,4-dichlorphenol og PAH'er (tabel 2-6), og den mikrobielle sammensætning heri må derfor forventes at være mest adapteret til miljøfremmede stoffer. Slam fra Boserup var mindst belastet med miljøfremmede stoffer. Slammet fra Herning var specielt belastet med nonylphenoler, især nonylphenoldiethoxylat. Enkelte målinger har vist, at koncentrationen i primær slam er mindre end i rådnetanken, hvilket må tilskrives tidsmæssige variationer.
Tabel 2-6. Indhold af udvalgte miljøfremmede stoffer i primær og udrådnet slam (µg/kg TS) fra Lundtofte, Boserup og Herning.
Udrådning af primær slam som substrat foregik i 117 ml serumflasker fyldt med 60 ml inokulum + substrat
I samudrådningsforsøgene blev Lundtofte primærslam, der forventes at være adapteret til nedbrydning af fremmedstoffet, samudrådnet med ikke adapteret slam fra Boserup (udrådnet) som inokulum ved 32°C. Den organiske belastning svarede til en hydraulisk opholdstid på 12 dage (VS indhold i primær slam var 8,3% af indholdet af organisk tørstof i udrådnet inokulum).
Udrådning af spikede fremmedstoffer blev udført på tilsvarende måde i 57,5 ml serumflasker fyldt med 30 ml inokulum + substrat. Der blev ikke tilsat LAS og nonylphenol, da det var til stede i stor mængde.
Flaskerne blev påsat butylgummiprop og aluminiumskapsel og inkuberet i 35 dage i mørke på rystebord i varmeskab.
Følgende stoffer blev tilsat (se bilag 7) i viste koncentrationer:
pH blev målt og justeret til 7,5-8. TS og VS blev bestemt.
Resultater
Tabel 2-7. Den procentvise nedbrydning af spikede koncentrationer af de viste fremmedstoffer ved udrådning med hhv. Lundtofte, Boserup og Herning slam samt termofilt udrådnet kildesorteret organisk dagrenovation (KOD).
i.a.: ikke analyseret
Inokulum:
Desuden blev Lundtofte udrådnet slam inkuberet med hhv. primær Lundtofte slam og organisk dagrenovation. Resultaterne for disse ikke-spikede tests er vist på figur 2-6. Det er valgt at afbilde reduktionen for de stoffer, der ved forsøgsstart var tilstede i højeste koncentrationer. Reduktionen af 2-methylnaphthalen samt DEHP er væsentlig større med organisk dagrenovation som substrat end med primær slam som substrat. For 2-methylnaphthalen kan det muligvis skyldes, at startkoncentrationen i den organiske dagrenovation var mindre end i det primære slam (42 og 115 µg/kg prøve). Startkoncentrationerne for DEHP var det samme i det organiske dagrenovation og det primære slam (844 og 834 µg/kg prøve), og forklaringen på den større reduktion i den organiske dagrenovation kan derfor skyldes, at der er sket en adaptation af mikroorganismerne eller, at DEHP i den organiske dagrenovation er mere biotilgængeligt end i det primære slam. Reduktionen af DEHP er dog lav både med organisk dagrenovation og primær slam som substrat (12,6 og 6,5%).
Koncentrationen af NPE 1EO blev mere reduceret, når substratet var primær slam selvom startkoncentrationerne i hhv. organisk dagrenovation og primær slam var sammenlignelige (631 og 765 µg/kg prøve). Nonylphenol blev kun reduceret ca. 10% i de to substrater, og NPE 2EO blev ikke reduceret. Den højere koncentration af NPE 2EO efter udrådningen kan skyldes, at der er sket en delvis nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper.
Inokulum:
Boserup udrådnet slam blev også inkuberet med Lundtofte primær slam, og den procentvise reduktion af udvalgte stoffer er vist på figur 2-7. 2-methylnaphthalen koncentrationen blev reduceret med > 70%, men der var ingen betydelig reduktion af DEHP, nonylphenol, NPE1EO og NPE 2EO. Koncentrationen af NPE 2EO var ca. 40% højere efter udrådningen hvilket kan skyldes, at der blev dannet NPE 2EO ved, at nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper blev nedbrudt. Dette kan dog ikke bekræftes, da analysemetoden ikke kan identificere nonylphenolethoxylater med > 2 ethoxylatgrupper.
Inokulum:
Inokulum:
Inokulum:
Primær slam fra Lundtofte blev udrådnet med organisk dagrenovation som inokulum. Reduktionen af udvalgte stoffer er vist på figur 2-10.
Ved samudrådning af mesofilt gylle og Boserup primærslam var der tilsyneladende en stimulerende effekt på nedbrydningen af nonylphenol og NPE 1EO. Dette blev dog ikke konstateret med Lundtofte primær slam som inokulum. Heller ikke samudråning af organisk dagrenovation og Lundtofte primær slam viste en stimulerende effekt på nedbrydningen af de miljøfremmede stoffer.
Sammenfatning
Den generelle konklusion er, at stofferne er svært nedbrydelige under anaerobe forhold uanset hvilken kombination af substrat og inokulum, der anvendes.
2.2.4 Adaptation af inokulumDet blev testet om inokulum udrådnet ved forskellige koncentrationer af miljøfremmede stoffer havde forskelligt nedbrydningskapacitet.
Fremgangsmåde
Som substrat blev der anvendt en blanding af DEHP og nonylphenol tilsat så den resulterende koncentration var 50 mg/kg. Substratet blev tilsat fra en stamopløsning i metanol på 0,5 g silicagel i 57 ml serumflasker. Metanolen blev afdampet i 1 time, og der blev derefter tilsat 30 ml inokulum (TS 1,2-2,7).
Flaskerne blev lukket med butylgummiprop og aluminiumskapsel og inkuberet ved 32°C i termostateret varmeskab. Der blev udtaget prøver til kemi efter 0 og 15 dage.
Resultater
Konklusion
2.3 Aerob efterbehandlingDet blev undersøgt om aerob efterbehandling af anaerobt udrådnet materiale har en positiv effekt på nedbrydningen af miljøfremmede stoffer.
2.3.1 FremgangsmådeDer blev udført anaerob udrådning i batchforsøg af følgende kombinationer af fremmedstoffer: phenanthren + DOP, pyren + 1,2,4-trichlorbenzen og benzo(a)pyren.
Endvidere blev der udført anaerob udrådning i forsøg af hhv. primær Lundtofte slam, primær Herning slam og organisk dagrenovation.
Udrådningen foregik i 57,5 ml serumflasker tilsat 30 ml udrådnet slam fra Boserup som inokulum samt substrat bestående af 0,05 mg/kg af ovennævnte fremmedstoffer eller 2,5 ml primær slam/organisk dagrenovation.
Der blev analyseret kemi for hver substratkombination. Efter 32 dages udrådning ved 32°C, udført på samme måde som beskrevet i 2.2.2, blev der atter målt kemi på hver substratkombination. De resterende 8 flasker for hver substratkombination blev blandet sammen, og fra disse batch blev der udtaget materiale til aerob efterbehandling.
Aerob efterbehandling
2.3.2 ResultaterDen aerobe efterbehandling af det udrådnede substrat medførte for flere af de miljøfremmede stoffer en forøget reduktion i stofkoncentrationen. Nedenfor beskrives resultaterne med anaerob/aerob behandling af de forskellige substrater.
Inokulum:
Ved udrådning af phenanthren og DOP, var der en fjernelse af stofferne på 28 og 24%. Den aerobe efterbehandling medførte en reduktion af phenanthren på 93% af startkoncentrationen ved den aerobe behandling. Der blev konstateret en reduktion af DOP på 44% efter 1 dags aerob efterbehandling, men denne kunne ikke eftervises ved analysen efter 3 dages aerob behandling hvor reduktionen af DOP var ubetydelig (6%).
Pyren og trichlorbenzen blev ikke reduceret under den anaerobe udrådning, men efter 3 dages aerob behandling var der en fjernelse af trichlorbenzen på 50%. Der blev observeret en lavere reduktion af pyren på 17% efter 3 dage. Benzo(a)pyren blev ikke reduceret under den anaerobe udrådning, og efter 3 dages aerob behandling var en reduktion på 20%.
Resultaterne for Herning bioslam inkuberet med med primærslam samt organisk dagrenovation som substrat er vist på figur 2-12 og 2-13.
Som figur 2-12 og 2-13 viser, blev phenanthren reduceret med ca. 20% under den anaerobe udrådning, og dernæst fuldstændig fjernet under den aerobe efterbehandling. Pyren blev ikke fjernet anaerobt med Lundtofte primærslam som substrat, men med Herning primærslam som substrat blev der fjernet 36%. Den aerobe efterbehandling medførte stofreduktioner på hhv. 43 og 38% med de to substrater.
Nonylphenol blev ikke reduceret signifikant ved den anaerobe udrådning. Den aerobe efterbehandling medførte en reduktion af nonylphenol på ca. 80% efter 3 dage. NPE 1EO blev kun reduceret med 9% ved den anaerobe udrådning af Herning primærslam, men den aerobe efterbehandling medførte 96% fjernelse med både Herning og Lundtofte primærslam som substrater. NPE 2EO blev derimod fjernet i betydelig mængde under den anaerobe udrådning (73 og 63%), og den aerobe efterbehandling kun medførte reduktioner på ca. 20%.
LAS blev ikke fjernet under den anaerobe udrådning, men blev fjernet med 94% under den aerobe efterbehandling.
Med organisk dagrenovation som substrat blev phenanthren, pyren, nonylphenol, NPE 1EO og LAS i betydelig grad fjernet under den aerobe efterbehandling (figur 2-14). Der var en væsentlig reduktion (66%) af NPE 2EO under den anaerobe udrådning, mens den aerobe efterbehandling medførte en stoffjernelse efter 3 dage på ca. 20%. Der var ikke fjernelse af DEHP under den aerobe efterbehandling.
Inokulum:
Phenanthren blev reduceret 28% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse. DOP blev fjernet 24% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en yderligere stoffjernelse til ialt 56%. Pyren, 1,2,4-trichlorbenzen og benzo(a)pyren blev ikke signifikant reduceret under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte ikke væsentlige reduktioner (figur 2-15).
Lundtofte bioslam blev inkuberet med primærslam (Lundtofte og Herning) som substrater. Resultaterne er vist på figur 2-16 og 2-17.
Som figur 2-16 og 2-17 viser, var der både med Lundtofte og Herning primærslam som substrater en reduktion på ca. 20% af phenanthren under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte fuldstændig fjernelse af stoffet. Pyren blev fjernet med 36% under den anaerobe udrådning af Herning primærslam, mens den anaerobe udrådning af Lundtofte slam ikke medførte reduktion af pyren. Den aerobe efterbehandling medførte hhv. 20 og 33% fjernelse i Lundtofte og Herning primærslam.
Nonylphenol blev ikke væsentligt reduceret under den anaerobe udrådning, men den aerobe efterbehandlig medførte reduktioner på hhv. 41 og 54% i Lundtofte og Herning slam. NPE 1EO blev reduceret 9% under anaerobe forhold med Herning primærslam som substrat, mens der ikke blev konstateret nedbrydning med Lundtofte primærslam (-6% reduktion). Den aerobe efterbehandling medførte 97% reduktion efter 3 dage i Lundtofte slammet, mens der var en reduktion på 9% i Herning slammet. NPE 2EO blev reduceret 68 og 73% i Lundtofte og Herning slammet under anaerobe forhold. Den aerobe efterbehandling medførte større NPE 2EO koncentrationer i begge slamtyper.
LAS blev ikke nedbrudt under den anaerobe udrådning, men blev reduceret med 87 og 91% i Lundtofte og Herning primæslam.
Reduktionen af fremmedstofferne ved organisk dagrenovation som substrat er vist på figur 2-18. Det ses, at phenanthren kun blev reduceret 8% under anaerobe forhold, mens den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse. Pyren blev ikke fjernet anaerobt, men blev fjernet ca. 27% aerobt. Nonylphenol blev ikke i betydelig grad fjernet anaerobt, men var efter 3 dages aerob behandling reduceret med 80%. I den organiske dagrenovation blev NPE 1EO ikke reduceret under anaerobe forhold, og der blev målt væsentligt større koncentrationer efter anaerob udrådning samt efter 1 dags aerob behandling. Efter 3 dages aerob behandling blev der til gengæld observeret en reduktion af NPE 1EO på 90%. NPE 2EO blev reduceret med 66% under den anaerobe udrådning, efter 3 dages aerob behandling blev stoffet reduceret 90%.
I den organiske dagrenovation blev LAS ikke fjernet under den anaerobe udrådning, idet der blev målt 40% mere LAS efter udrådningen. Den aerobe efterbehandling medførte en LAS reduktion på 92%. Aerob efterbehandling medførte ikke fjernelse af DEHP.
Inokulum:
Phenanthren blev reduceret med 28% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse af stoffet. Der blev observeret en fjernelse af DOP på 20% efter 3 dage, men det bemærkes, at der var en svagt forøget koncentration efter 1 dags aerob behandling. Pyren og 1,2,4-trichlorbenzen blev ikke signifikant reduceret under anaerobe eller aerobe forhold. Benzo(a)pyren blev ikke fjernet under anaerobe forhold, og blev kun fjernet med ca. 9% under den aerobe efterbehandling.
Resultaterne for Boserup bioslam inkuberet med primærslam (Lundtofte og Herning) er vist på figur 2-20 og 2-21.
Ved anaerob udrådning af primær slam var der en reduktion af phenanthren på ca. 20%, og den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse. Pyren blev ikke reduceret under anaerobe forhold med Lundtofte primærslam som substrat, men der var en fjernelse på 36% med Herning primærslam som substrat. Under den aerobe efterbehandling blev pyren fjernet med hhv. 50 og 44% i Lundtofte og Herning primærslam.
Nonylphenol blev ikke væsentligt reduceret under den anaerobe udrådning af primærslammet, men den aerobe efterbehandling medførte reduktioner på 57-63% efter 3 dage. NPE 1EO blev ikke reduceret under anaerob udrådning af Lundtofte primærslam, men der var en lille reduktion (9%) under udrådning af Herning slam. Under den aerobe efterbehandling blev NPE 1EO fjernet med hhv. 91 og 92%. I modsætning hertil blev NPE 2EO væsentligt fjernet under den anaerobe udrådning (68 og 73%). Den aerobe efterbehandling viste en reduktion på 16% i Lundtofte slammet, mens der ingen reduktion var i Herning slammet. Der var en stærkt forøget NPE 2EO koncentration i Herning slammet efter 1 dags aerob efterbehandling.
LAS koncentrationen blev målt til en ca. 20% højere værdi efter den anaerobe udrådning. Den aerobe efterbehandling medførte efter 3 dage reduktion på hhv. 85 og 76% i Lundtofte og Herning primærslam.
Resultaterne med organisk dagrenovation som substrat er vist på figur 2-22. Phenanthren blev reduceret med 8% under den anaerobe udrådning og blev fuldstændig fjernet under den aerobe efterbehandling. Pyren blev ikke reduceret anaerobt, men den aerobe behandling medførte en reduktion på 50% efter 3 dage. Nonylphenol og NPE 1EO blev ikke fjernet under den anaerobe udrådning, og der blev observeret en markant øget koncentration af NPE 1EO. Den aerobe efterbehandling af organisk dagrenovation medførte reduktioner af nonylphenol og NPE 1EO på hhv. 71 og 92%.
NPE 2EO blev reduceret med 66% under den anaerobe udrådning, og den aerobe efterbehandling medførte en reduktion på 87% efter 3 dage.
2.3.3 DiskussionPhenanthrenUnder den anaerobe udrådning blev phenanthren kun i mindre omfang fjernet (5-30%), men den aerobe efterbehandling medførte en fuldstændig fjernelse i alle kombinationerne af substat og inokukum. Der var ikke forskel på om stoffet var spiket i prøven, eller om det kom fra det eksisterende indhold i primærslam eller organisk dagrenovation. Dette tyder på, at phenantren er lige biotilgængeligt som spiket og iboende stof.
Den ringe fjernelse under de anaerobe forhold kan skyldes, at PAHer generelt er lettere at nedbryde under aerobe forhold da der bruges ilt til at bryde ringstrukturen. Resultaterne viser, at det er muligt at fjerne phenanthren ved en aerob efterbehandling af udrådnet materiale.
Pyren
Under aerobe forhold må der ifølge litteraturen forventes en større nedbrydelighed af pyren end under anaerobe forhold. Der blev også i denne undersøgelse observeret større reduktioner i pyrenkoncentrationen ved de aerobe efterbehandlinger. De aerobe efterbehandlinger af Lundtofte primærslam, Herning primærslam og organisk dagrenovation medførte reduktioner på 27-50%, og de aerobe efterbehandlinger af spiket pyren medførte lidt lavere reduktioner (5-18%). Dette tyder på, at pyren er langsommere at nedbryde, når det er tilsat som spiket stof, end når det er tilsat som det "naturlige" indhold i de testede substrater. Dette er umiddelbart det modsatte af det forventede, idet biotilgængeligheden må formodes at være større for det spikede stof. Forklaringen er sandsynligvis, at pyren blev spiket i blanding med 1,2,4-trichlorbenzen, og at der hermed er opstået en toksisk effekt på mikroorganismerne.
Nonylphenol
Resultaterne i denne undersøgelse tyder på, at kombinationen af en anaerob forbehandling og en aerob efterbehandling er favorabelt for mikrobiel omsætning af nonylphenol, og at kombinationen anaerob/aerob medfører en bedre nonylphenol nedbrydning end hhv. den anaerobe og den aerobe behandling alene.
NPE 1EO/NPE 2EO
NPE 1EO blev ikke væsentligt reduceret under anaerobe forhold. Ved udrådning af organisk dagrenovation var der sågar en øget NPE 1EO koncentration efter udrådningen. Startkoncentrationerne af NPE 1EO og NPE 2EO ved udrådning af den organiske dagrenovation var hhv. 2,6 og 0,3 mg/kg, så den observerede stigning i NPE 1EO koncenetrationen på 40% kan ikke alene skyldes, at den oprindelige NPE 2EO koncentration blev nedbrudt til NPE 1EO. Forklaringen kan være, at NPE med mere end 2 ethoxylatgrupper blev nedbrudt til NPE 2EO og NPE 1EO, og at nedbrydningen af NPE 1EO var langsommere end nedbrydningen af NPE 2EO, idet denne blev reduceret i koncentration ved udrådning af den organiske dagrenovation.
Den aerobe efterbehandling medførte stort set fuldstændig reduktion af NPE 1EO efter 3 dage. Den markante reduktion af NPE 1EO ved aerob efterbehandling i tre dage tyder på, at for dette stof er kombinationsbehandlingen anaerob/aerob fremmende for en mikrobiel omsætning.
Eneste undtagelse var ved aerob efterbehandling af Herning primærslam med Lundtofte bioslam som inokulum, hvor reduktionen kun var ca. 10%. Det kan dog ikke udelukkes, at der er foregået en større nedbrydning af NPE 1EO, samtidig med en dannelse af stoffet ved omsætning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper.
I modsætning til NPE 1EO var der væsentlige reduktioner af NPE 2EO under den anaerobe udrådning. Forklaringen på denne forskel er muligvis, at NPE 2EO generelt må anses som værende lettere nedbrydelig end NPE 1EO, idet nonylphenolethoxylater med faldende ethoxyleringsgrad i højere grad adsorberer til det organiske materiale, hvorved biotilgængeligheden reduceres.
Den aerobe efterbehandling medførte ikke væsentlige reduktioner i koncentrationen af NPE 2EO. Startkoncentationerne af NPE 1EO og NPE 2EO ved den aerobe behandling var lidt lavere for NPE 2EO (71-113 µg/kg) end for NPE 1EO (101-404 µg/kg), men denne forskel er dog sandsynligvis ikke forklaringen på, at den aerobe efterbehandling var mere effektiv til at reducere NPE 1EO end NPE 2EO. En mulig forklaring kan være, at der er en pulje af nonylphenolethoxylater, der nedbrydes til NPE 2EO, og at den videre nedbrydning til NPE 1EO er langsom.
LAS
DEHP
Sammenfatning
Den praktiske implikation af dette er, at det med hensyn til fjernelse af miljøfremmede stoffer kan være fordelagtigt at kombinations-behandle affald først anaerobt dernæst aerobt. Det udrådnede materiale kan efterbehandles aerobt ved enten en aktiv beluftning eller ved at samkompostere med f.eks have/parkaffald.
2.4 Aerob stabilisering af udrådnet slamAerob efterbehandling blev udført under mere feltrealistiske forhold med det formål at at undersøge hvorvidt en aerob behandling af udrådnet slam resulterer i en hurtigere og mere fuldstændig omsætning af de miljøfremmede stoffer i markjord.
Nedbrydning af miljøfremmede stoffer under anaerobe og aerobe forhold foregår ofte via forskellige reaktionsveje, der kan komplimentere hinanden. Visse svært nedbrydelige organiske forbindelser kan under anaerobe forhold, og ikke under aerobe forhold, omdannes til nedbrydningsprodukter, der siden kan omsættes aerobt. En kombination af anaerobe og aerobe betingelser kan derfor medvirke til en mere fuldstændig nedbrydning af ellers svært nedbrydelige forbindelser.
2.4.1 FremgangsmådeDer blev anvendt slam fra Herning, Boserup og Lundtofte renseanlæg og tre jordtyper fra henholdsvis Flakkebjerg, Foulum og Fladernebæk. Kemiske og fysiske karakteristika for de tre jorde er vist i tabel 2-8.
Tabel 2-8. Fysiske og kemiske karakteristika for de anvendte jorde.
Inkubationen af jord med iblandet slam blev foretaget i kasser, der kunne rumme ca. 10 kg jord. Det var ønskeligt at iblande slam svarende til et tørstofindhold på ca. 10 tons tørstof /ha, men på grund det forholdsvis lave tørstofindhold og de forskellige tørstofindhold i de tre slamtyper, blev der iblandet slam svarende til de mængder, der er vist i tabel 2-9.
Tabel 2-9 Mængden af slam blandet i jorden (ca. tons tørstof pr. ha).
Kasserne med jord og slam blev inkuberet ved 10°C, og prøver blev udtaget med intervaller á ca. 3 uger over en periode på 4 måneder. Delprøver (6-10 stk) blev udtaget med et lille jordbor, og derefter "poolet" til en prøve på ca. 50 g. Ved hver prøveudtagning blev der udtaget to prøver á 50 g, som blev opbevaret i udglødede glas i dybfryser indtil analyse for miljøfremmede stoffer.
For at følge den mikrobielle omsætning og om muligt at relatere denne til nedbrydning af det iblandede slam, blev der opstillet et parallel-forsøg. Jord (500 g) og slam blandet i det samme forhold, som beskrevet ovenfor, blev inkuberet i glas, der kunne lukkes med et tætsluttende låg forsynet med et septum. Med ca. en uges mellemrum blev raten af den mikrobielle respiration (CO2-produktion), CH4- og N2O-produktion, samt denitrifikationen bestemt gaskromatografisk (se bilag 10). CO2-, CH4- og N2O-produktion blev målt på de samme glas i 3 gentagelser, og denitrifikation på separate glas ligeledes med 3 gentagelser.
2.4.2 ResultaterMiljøfremmede stofferIndledningsvis skal der gøres opmærksom på, at koncentrationsniveauerne fra inkubationsforsøgene var betydeligt lavere end niveauerne målt direkte i slammet, hvilket hænger sammen med, at enheden µg kg-1 tørstof i inkubationsforsøgene omfatter både slam- og jordtørstof. Med et tørstofindhold i jorden på ca. 80% og i slammet på 1-4%, kan indholdet af de miljøfremmede stoffer i jord-slam blandingen forventes at være fra 250 til 1000 gange lavere alene som følge af fortyndingen. Det er valgt at vise resultaterne fra de stoffer, der forekom i størst koncentration (tabel 2-10). Angivelser af en faldende eller stigende tendens i koncentration af de miljøfremmede stoffer, som vist med "" eller "+" i tabel 2-10 er anført for de fremmedstoffer, hvor den procentuelle ændring var > 30% (initiel stofkoncentration < 50 µg/kg TS) eller > 20% (initiel stofkoncentration > 50 µg/kg TS).
Sammenlignes indholdet af miljøfremmede stoffer i primær slam og udrådnet slam, bemærkes det, at for flere stoffers vedkommende er koncentrationen højere i det udrådnede slam end i primærslam. Dette gælder specielt for nonylphenol-forbindelserne, der er fundet i 10-100 gange større koncentration i udrådnet slam end i primærslam.
I tabel 2-11 er en oversigt over tendenserne i det samlede datamateriale i tabel 2-10 vist. Det fremgår heraf, at hvis man betragter alle analyser under ét udviser henholdsvis 20, 56 og 24% af de miljøfremmede stoffer i primærslam en faldende, uforandret og stigende koncentration i løbet af inkubationsperioden. For udrådnet slam udgør antallet af miljøfremmede stoffer med en faldende, uforandret og stigende koncentration henholdsvis 44, 53 og 4%.
Indholdet af LAS var meget lavt både ved start og ved slutningen af inkubations-perioden (tabel 2-10). Analyser af primærslam viste, at indholdet af LAS var henholdsvis 2117, 885 og 1889 mg/kg TS i slam fra Lundtofte, Herning og Boserup. Efter fortynding i jord, som angivet ovenfor, svarer disse LAS-koncentrationer til 8, 3 og 2 mg/kg TS, hvilket er i god overensstemmelse med koncentrationerne vist i tabel 2-10.
Tabel 2-10. Indhold af miljøfremmede stoffer (µg kg-1 tørstof) ved start og ved slut af inkubations-perioden efter iblanding af henholdsvis primærslam (P) og udrådnet slam (U), samt angivelse af en stigende (+), faldende (-) eller uændret tendens fra start til slut. For stoffer < 50 µg/kg TS er der markeret +/- hvis den %-vise ændring var > 30%, og for stoffer > 50 µg/kg TS er der markeret +/- hvis den %-vise ændring var > 20%. LAS koncentrationen er angivet i mg kg-1 tørstof. Detektionsgrænsen for LAS er 50 mg kg-1 tørstof. i.m. = ikke målt.
Tabel 2-11. Antallet af miljøfremmede stoffer med tendens til faldende, uforandret eller stigende koncentration i løbet af inkubationsperioden ved inkubation af henholdsvis primærslam og udrådnet slam.
Mikrobiel aktivitet
Den mikrobielle respiration udtrykt som CO2-udvikling (figur 2-23) var tilnærmelsesvis lineær igennem inkubationsperioden på 84 dage. En sammenligning af respirationsrater (tabel 2-12) viser, at den mikrobielle aktivitet fra jord iblandet primærslam varierede mellem 4,5 og 18,1 mg CO2-C/kg jord/dag. Iblanding af Boserup primærslam medførte kun en lille stigning i den mikrobielle respiration i forhold til kontrolbehandlingen. Der syntes at være en tendens til stigende aktivitet med stigende lerindhold. Endvidere var respirationsraterne generelt lavere efter iblanding af udrådnet slam end efter iblanding af primærslam.
Tabel 2-12. Respirationsrater (mg CO2-C kg-1 jord dag-1) i de undersøgte kombinationer af slam og jordtyper.
Dannelsen af metan (figur 2-24) fulgte et lignende mønster, som respirations-raterne. Dog var metan-dannelsen ikke lineær, man havde en nølefase på 10 - 15 dage efterfulgt af en lineær stigning, hvorefter metanproduktionen var minimal i løbet af de sidste 20 - 30 dage af inkubationsperioden. Ligesom det var tilfældet for den mikrobielle respiration, så blev der ikke dannet metan efter iblanding af primærslam fra Boserup (figur 2-24 (A)). Metandannelsen var minimal efter iblanding af udrådnet slam (figur 2-24 (B, D)).
M.h.t. N2O-dannelsen (figur 2-25) og denitrifikationen (figur 2-26) var det tilsyneladende det omvendte, der gjorde sig gældende, idet jord iblandet primærslam fra Boserup havde de største rater. Efter iblanding af primærslam fra Lundtofte kunne der ikke registreres forhøjet denitrifikationsaktivitet i forhold til kontrolprøverne. Endvidere kunne der ikke påvises signifikante forskelle mellem jordtyper.
Under iltede forhold lever hovedparten af jordens mikroorganismer af at nedbryde organisk stof til CO2, som derfor er et bredt mål for den mikrobielle aktivitet i jorden. Tilførsel af slam, som i reglen indeholder store mængder organisk stof, forventes derfor at øge CO2-produktionen. Omvendt er størrelsen af CO2-produktionen en afspejling af mængden og tilgængeligheden af det tilførte organisk stof. Dette blev bl. a. observeret efter tilførsel af Boserup primærslam med et lavt tørstofindhold, hvor der samtidig blev målt en meget lav mikrobiel respiration. Ved en anaerob behandling af slam sker der en mikrobiel nedbrydning af organisk stof under dannelse af metan, og man kan således forvente en lavere mikrobiel respiration efter iblanding af udrådnet slam. Dette dels som følge af et lavere tørstofindhold i det udrådnede slam, og dels som følge af at det organiske stof, der er tilbage efter en anaerob udrådning, sandsynligvis er sværere nedbrydeligt. Ved nedbrydning af organiske stof i jorden forbruges ilt, og hvis tilførslen af ilt samtidig er begrænset, opstår der anaerobe områder i jorden, hvor en metandannelse kan finde sted.
En stor gruppe af jordens mikroorganismer de denitrificerende og nitrat-reducerende bakterier - er fakultativt aerobe, og kan under iltfrie forhold ånde vha. nitrat i stedet for ilt. Bakterierne kræver, udover nitrat og iltfrie forhold, en letomsættelig kulstofkilde. Denitrifikationsprocessen er således en biologisk proces, hvorved nitrat reduceres til de gasformige kvælstofforbindelser lattergas (N2O) og frit kvælstof (N2). Resultaterne fra inkubationsforsøgene viste, at efter iblanding af primærslam fra Boserup, blev der målt en betydelig højere denitrifikationsaktivitet end efter iblanding af slam fra Herning og Lundtofte, hvilket antyder at Boserup-slam var mere kvælstofholdigt end Herning- og Lundtofte-slam.
Sammenfatning
2.5 CSTR-reaktorforsøgCSTR-reaktorer (Continous Stirred Tank Reactors) blev anvendt til at simulere forholdene i et fuldskala biogasanlæg.
Den organiske belastning af testsystemet har stor betydning for forløbet af de anaerobe processer. Den organiske belastning udtrykkes i g VS/l×dag; VS bestemmes som vægtab efter afbrænding ved 575°C i 2 timer, og er et udtryk for det organiske indhold. Belastningen af CSTR-reaktorerne var på realistiske belastningsniveauer, svarende til hydrauliske opholdstider på 12 til 30 dage. Den hydrauliske opholdstid blev beregnet udfra flowet gennem reaktoren og reaktorens volumen. For enkelte udvalgte stoffer blev belastningsafhængigheden undersøgt.
2.5.1 FremgangsmådeDer blev hjemtaget primærslam fra Lundtofte, Boserup og Herning renseanlæg, og slam fra hvert anlæg blev efter grundig opblanding opbevaret i glødede glasbeholdere (2 l) ved 4°C. CSTR-reaktorerne havde et effektivt volumen på 2 l. Føden blev tilført via en PC-styret slangepumpe, og der var omrøring på fødebeholderen. Reaktorerne var termostaterede og kørte ved en temperatur på 32°C med primærslam fra henholdsvis Lundtofte, Boserup og Herning renseanlæg. Udløbet fra reaktorerne blev opsamlet i en glasbeholder.
Gasdannelsen fra reaktorerne blev opsamlet i gastætte poser, og der blev ugentligt målt metandannelse fra reaktorerne på GC. Gasudbyttet fra reaktorerne blev beregnet som ml metan/g VS (bilag 4).
Reaktorerne blev gennem et forløb på ca. 4 måneder belastet i stigende grad med organisk stof (g VS/l×dag) ved at fødevolumen gradvist blev øget, se bilag 4.
Der blev udtaget prøver til kemi fra føden (primærslam) og udløbet med intervaller der repræsenterede ændringer i den organiske belastning.
2.5.2 ResultaterKoncentrationer af udvalgte fremmedstoffer i ind og udløb fra reaktorerne, der havde kørt med primærslam fra Lundtofte, Boserup og Herning er vist på figur 2-27-2-41.
Lundtofte primærslam
Boserup primærslam
Herning primærslam
2.5.3 Diskussion2-methylnaphthalenSom figur 2-27, 2-32 og 2-37 viser, skete der en nedbrydning af 2-methylnaphthalen i reaktorerne med hhv. Lundtofte, Boserup, og Herning slam. For Lundtofte og Boserup var der en tendes til at den procentvise nedbrydning blev mindre med stigende organisk belastning (bilag 4), hvilket kan skyldes, at opholdstiden i reaktoren blev kortere (fra ca. 30 dage til ca 10 dage). En anden forklaring på den lavere procenvise nedbrydning kan være, at i forsøgsperioden steg fødens indhold af 2-methylnaphthalen i Lundtofte og Boserrup slam. Omvendt foholdt det sig med Herning slam, hvor fødens indhold af 2-methylnaphthalen faldt gennem forsøgsperioden. Der var ingen sammenhæng mellem udløbets indhold af 2-methylnaphthalen og den organiske belastning for denne reaktor, hvilket muligvis kan skyldes at de lavere indgangskoncentrationer har kompenseret for den kortere opholdstid i reaktoren.
DEHP
I Herning reaktoren tyder data på, at der var en DEHP nedbrydning i starten af forsøgsperioden, hvor den organiske belastning var lavest (figur 2-38)
NPE 1EO/NPE 2EO
Nonylphenol
2.6 SammenfatningDenne undersøgelse har vist, at de fleste af de testede miljøfremmede stoffer er problematiske at få nedbrudt under anaerobe forhold. Den overordnede konklusion er, at bioforgasning af affaldsfraktioner indeholdende miljøfremmede stoffer ikke alene kan anbefales som en metode til effektivt at nedbringe indholdet af disse. Der er dog mulighed for, at koncentrationen af visse miljøfremmede stoffer kan reduceres under den anaerobe udrådning i biogasreaktorer, og hvis den anaerobe behandling kobineres med en aerob efterbehandling øges sandsynligheden for at få et bredt spektrum af de miljøfremmede stoffer nedbrudt. Nedenstående opsummeres resultaterne opnået i denne undersøgelse, og relateres til betydning for driften af biogasanlæg.
2.6.1 Standardtest ISO 11734Standardtesten ISO 11734 blev anvendt som en screeningsmetode til bestemmelse af de miljøfremmede stoffers anaerobe bionedbrydelighed. Formålet var at vurdere om standardtesten kan erstatte de meget omkostningskrævende kemiske analyser. Fordelene ved testen er, at den er hurtig, billig og informativ. Udover at en nedbrydning kan konstateres opnås der information om eventuelle toksiske effekter fra det testede fremmedstof. Endvidere er det kun stof, der mineraliseres fuldstændigt til CO2 og CH4, som måles som en nedbrydning. Herved undgås det, at få ændringer i molekylet måles som nedbrydning.
En ulempe ved testen er, at det er nødvendigt at arbejde med relativt høje stofkoncentrationer for at detektere fremmedstofomsætning, hvilket kan medføre toksiske effekter. I denne undersøgelse blev der observet toksiske effekter af mange af stofferne i de pågældende koncentrationer (100 mg C/l).
Det konkluderes, at testen i højere grad er anvendelig som et supplement til de kemiske analyser end som en erstatning. Ved at anvende begge typer test (trykdata og kemiske analyser) af bionedbrydeligheden opnås der information om mængden af primært nedbrudt stof og mineraliseret stof, som kan være forskellige hvis nedbrydningen ikke er fuldstændig.
2.6.2 ProcesparametreSpecifikke procesparametres indflydelse på anaerobe bionedbrydelighed blev undersøgt.
Temperatur
Den termofile udrådning medførte større reduktioner af flouranthen, nonylphenol og nonylphenoldiethoxylat end ved den mesofile udrådning. Derimod var der ingen nedbrydning af DEHP under den termofile udrådning. Det skal pointeres, at de beregnede procentvise nedbrydninger af fremmedstofferne er baseret på enkeltanalyser, så konklusionen er, at der blev antydet en bedre nedbrydning af de miljøfremmede stoffer under termofile forhold undtagen for DEHP.
Elektronacceptorer
Temperatur
Redoxforhold
Aerob efterbehandling
Substrat/inokulum
Der belv anvendt inokulum fra Herning, Boserup og Lundtofte renseanlæg, gylle samt kildesorteret organisk dagrenovation. Som substrater blev der dels tilsat fremmedstoffer fra stamopløsninger (2-methylnaphthalen, phenanthren, DEHP, 1,2,4-trichlorbenzen, NPE 1EO og NPE 2EO) og fremmedstoffer fra det aktuelle indhold i primærslam og kildesorteret organisk dagrenovation.
2-methylnaphthalen og 1,2,4-trichlorbenzen spiket i prøverne blev nedbrudt både med slam og kildesorteret organisk dagrenovation som inokulum. Spiket phenanthren blev ikke nedbrudt med slam som inokulum, men med organisk dagrenovation var der en fjernelse på ca. 45%. Der var ikke væsentlig fjernelse af DEHP når det var spiket i slam eller organisk dagrenovation. Spiket NPE 2EO blev fuldstændig nedbrudt med slam som inokulum men kun ca. 25% blev fjernet med organisk dagrenovation som inokulum.
Det aktuelle indhold af fremmedstoffer i slam eller organisk dagrenovation blev med hensyn til 2-methylnaphthalen væsentligt reduceret. Der blev derimod ikke observeret væsentlig nedbrydning af DEHP, nonylphenol, NPE 1EO og NPE 2EO. Dog var der en nedbrydning af nonylphenol, NPE 1EO og NPE 2EO ved anvendelse af mesofil gylle som inokulum. For NPE 1EO og NPE 2EO blev der i flere tilfælde observeret højere koncentrationer efter udrådning, hvilket kan skyldes, at stofferne er blevet dannet som følge af nedbrydning af nonylphenolethoxylater med flere ethoxylatgrupper.
CSTR-reaktorer
Det blev konstateret, at der skete en nedbrydning af 2-methylnaphthalen i reaktorerne. Der var en tendes til, at den procentvise nedbrydning blev mindre med stigende organisk belastning, hvilket kan skyldes, at opholdstiden i reaktoren blev kortere (fra ca. 30 dage til ca 10 dage). DEHP, NPE 1EO, NPE 2EO og nonylphenol blev ikke reduceret i reaktorerne.
Det skal nævnes, at der i flere forsøg blev konstateret en hæmning af metandannelsen fra de miljøfremmede stoffer. I screeningsforsøget hæmmede stofferne naphthalen, 2-methylnaphthalen, LAS og 2,4-dichlorphenol ved koncentrationer på ca. 100 mg/l. Ved udrådning under hhv. mesofile og termofile forhold med mere procesrealistiske koncentrationer blev der yderligere konstateret en hæmning af metandannelsen af stofferne 2-methylnaphthalen (5 mg/kg TS), flouranthen (3 mg/kg TS), 4-nonylphenol (5 mg/kg TS), NPE 2EO (50 mg/kg TS), LAS (1000/10.000 mg/kg TS), DEHP (40 mg/kg TS) og 1,2,4,-trichlorbenzen (5 mg/kg TS).
De nævnte koncentrationer er dog meget højere end det umiddelbart vil forventes ved tilsætning af slam til et biogasanlæg, men resultaterne viser, at der er en potentiel risiko for at hæmme metandannelsen ved drift af biogasanlæg, hvis fremmedstofkoncetrationerne i slammet er ekstremt høje. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|