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

Fytoremediering af forurening med olie- og  tjæreprodukter

5. Alkaner

5.1 Fysiske og kemiske egenskaber

C₈ til C₂₈ alkaner er hovedbestanddelen i dieselbrændstof. Benzin indeholder nogle af de kortkædede alkaner, C₄–C₁₂, mens råolie er en blanding af kulbrinte fra C₂ og opefter (Merck 1996). Fysiske og kemiske egenskaber af to alkaner ses i tabel 7. De er begge flygtige.

Tabel 7:
Egenskaber for to alkaner (Mackay et al. 1993).

5.2 Typiske koncentrationer i jord

I de fleste forureningsundersøgelser skelnes der ikke mellem kort- og langkædede kulbrinter, alkaner og alkener. I stedet angives typisk koncentrationer af total kulbrinte, der medtager C₃–C₃₅ forbindelser. Der findes dog særskilte grænseværdier for olieprodukter med indhold af C₁₀–C₂₅ forbindelser (de langkædede kulbrinte).

I en større erfaringsopsamlings-undersøgelse på 8 brancher (AVJ 1997) blev der fundet gennemsnitlige koncentrationer af total kulbrinte i jorden på over 300 mg/kg TS i de 6 branchegrupper: autoværksteder, jern- og metalstøberier, metalforarbejdende virksomheder, produkthandlere og autoophug, træimprægnering samt varmeværker. I det værste tilfælde (gennemsnittet for varmeværker) svarer koncentrationen af totalkulbrinter til knapt 60 gange værdien for jord, der kan betegnes som kraftigt forurenet og rensningskrævende. Også diffus forurening bidrager til, at der findes kulbrinte i jorden. I to undersøgelser af landeveje på i Vejle (Hedeselskabet 2000), blev der fundet rabatjord forurenet med kulbrinte i koncentrationer svarende til et sted mellem lettere og kraftigt forurenet jord.

5.3 Biotilgængelighed og optag i planter

Alle alkaner omsættes let af mikroorganismer i jorden. Den begrænsende faktor er i de fleste tilfælde tilstedeværelse af en elektronacceptor (ilt, nitrat, sulfat). Adsorption til jordpartikler kan nedsætte biotilgængeligheden, især af de langkædede alkaner (Ellis 1994).

Der findes ingen eksperimentelle data vedrørende optag af alkaner i højere planter. Simuleringer med en planteoptags model (Trapp et al. 1994) peger på, at langkædede alkaner vil blive hurtigt optaget i de tynde rødder. Desuden forudsiger modellen, at translokering til stængler og blade vil være begrænset pga. den meget lave vandopløselighed og høje adsorption til rødder og rodpartikler. Kortkædede alkaner er mere mobile, men har et meget højt damptryk. Selv hvis de optages i træer og translokeres, vil de enten hurtigt blive metaboliseret eller afdampet til den omgivende atmosfære. Kortkædede alkaner opfører sig som monoaromatiske forbindelser, de langkædede alkaner opfører sig mere som PAH-forbindelser.

5.4 Mikrobiel metabolisme i rhizosfæren

Langkædede alkaner kan udnyttes af et stort antal bakterier. Nedbrydningen starter med oxidation af det endestillede kulstofatom. Når partialtrykket af ilt er lavt, akkumulerer intermediære forbindelser (fedtsyrer) (Schlegel 1986).

Molekylært ilt er påkrævet, for at en nedbrydning kan finde sted (Schlegel 1986). For nyligt er det blevet vist, at alkaner også kan nedbrydes under iltfrie forhold men med tilstedeværelse af nitrat og sulfat. Under bestemte forhold kan selv methanogen nedbrydning finde sted (Wiedemeier et al. 1999). Disse fund er dog i modstrid med den meget ringe nedbrydning af alkaner under anaerobe forhold, som er blevet set i flere feltstudier (Rippen, 1999). Det må konkluderes, at de fleste forbindelser i benzin og dieselbrændstof er lette at nedbryde biologisk, når der er ilt tilstede. Anaerob nedbrydning kan forekomme, men den er særdeles langsom.

5.5 Metabolisme i planter

Der findes ingen data om metabolisme af langkædede alkaner i planter. Man kunne dog have en formodning om, at planternes oxidaser, som katalyserer nedbrydning af fedtsyrer, også kan katalysere den initielle nedbrydning af alkaner (Komossa et al. 1995). Produkterne fra alkanoxidation, fedtsyrer, er meget almindelige i planteriget, f.eks. som palmeolie, olivenolie, solsikkeolie, rapsolie osv., og planterne kan bruge dem som energikilde.

5.6 Toksicitet for planter

Kun meget få toksicitetsdata af alkaner overfor planter er tilgængelige. Data for optag fra opløsning og fra jord er meget forskellige. I en test med vækst af salat viste ingen af de undersøgte benzin- eller dieselbrændstof komponenter målelig toksicitet (over 1000 mg/kg jord) for optag fra jord.

De metaboliske produkter af alkannedbrydning, fedtsyrer, har en mindre toksicitet og en større vandopløselighed og biotilgængelighed end alkanerne selv. I sur jord er det sandsynligt, at der vil ske en akkumulering i rødderne via ion-fælde-mekanismen (neutrale molekyler diffunderer ind i cellen, hvor de dissocierer pga. ændret pH; herved kan de ikke diffundere ud igen) (Briggs et al. 1987). Oktadecansyre (stearinsyre, C₁₈H₃₆O₂) har en EC₅₀ værdi for vækst af grønalger mellem 10 og 50 mg/l (Rippen 1996).

I et projekt udført af Trapp et al., (under forberedelse), blev toksiciteten af frisk og forvitret benzin og dieselolie for hybrid piletræer, Salix viminalis x schwerinii, og pyramide-poppel, Populus nigra, undersøgt ved at måle transpiration fra træerne. Jord blev opsamlet fra den forladte benzintank. Koncentrationer af summen af kulbrinte (C₅ til C₁₀ (benzin) og C₁₂ til C₂₈ (dieselolie)) i jorden blev målt. Koncentrationerne i jorden varierede fra 145–921 mg benzin/kg tørvægt og 143–18231 mg dieselolie/kg tørvægt. Der var en signifikant sammenhæng mellem koncentrationer i jord og den nedsatte transpiration hos piletræerne, vurderet udfra dieselbrændstof (r²=0,81, n=19) samt vurderet udfra summen af kulbrinte (r²=0,84, n=19). Værdien af EC₅₀ (50% hæmning af transpiration) for summen af kulbrinte blev bestemt til at være 3910 mg/kg. Sammenhængen mellem kulbrintekoncentrationen og hæmningen fulgte en log-normalfordelt sigmoid kurve, se figur 6. Værdien af EC₁₀ (10% reduceret transpiration) var mindre sikker, med et gennemsnit på 810 mg/kg.

Figur 6:
Piletræers toksiske respons på indhold af dieselbrændstof i jord fra Axelved med kurve tilpasning; I er inhibition af transpiration (Trapp et al., under forberedelse).

Resultaterne blev bekræftet gennem forsøg med jord forurenet med kunstigt blandet dieselolie og benzin og to pilearter, båndpil, S. viminalis og hvid pil, S. alba, samt pyramidepoppel, Populus nigra. Frisk dieselolie i jorden i koncentrationer på omkring 1000 mg/kg havde ingen effekt på hvid pil. Poppelen var mere følsom. 10000 mg/kg påvirkede alle arters transpiration mærkbart, dog var hvid pil den mindst følsomme. Dieselolie i fri fase dræbte alle træer i løbet af nogle dage. Frisk benzin gav letale effekter allerede i koncentrationer på 1000 mg/kg for alle træerne, og det var mere toksisk end forvitret benzin (delvist publiceret i Larsen og Trapp, 2000).

5.7 Nyeste fytoremedieringsprojekter

Radwan et al. (1995) har beskrevet, at Kuwaitiske ørkenplanter (de fleste af dem var planter af kurvblomstfamilien) kan overleve oliekoncentrationer i sandet på op imod 10% (!). Disse planters rødder var altid fri for olie, på trods af forureningen. Grunden til dette var sandsynligvis, at bakterier (primært Arthrobacter) og svampe levede i nærheden af rødderne, og disse var i stand til at omsætte olien hurtigt. Det blev derfor foreslået at dyrke disse planter på olieforurenet jord i Kuwait. Vadegræs, Spartina sp., blev benyttet til at evaluere den samlede effekt af rhizonedbrydning og fytoekstraktion som en måde at rense en lokalitet med gammelt oliespild (Lin & Mendelssohn 1998). Planterne døde ved oliekoncentrationer på 8 l/m^2. Ved lavere koncentrationer blev væksten stimuleret. Elimineringen af olie fra jorden var signifikant forstærket med tilførsel af gødning og udplantning af vadegræs. I en undersøgelse af Banks et al. (1997a) blev der fokuseret på reduktionen af kulbrinte på kysten af den Persiske Golf. Forskellige planter blev benyttet, heriblandt skærmaks, Sorghum, og andre græsser. Nedbrydningen af råolie gennem 21 måneder var øget fra 17% nedbrydning i utilplantet jord til 34% i jord tilplantet med Sorghum, 43% i jord tilplantet med bælgplanter og 46% i jord tilplantet med græs. Mekanismerne for elimineringen af olieforureningen blev ikke opklaret. På et raffinaderi i Californien var den initielle oliekoncentration på mellem 2211 og 13588 mg/kg jord (Kulakov et al. 1998). Reduktionen i jordens olieindhold gennem 29 måneder blev ikke signifikant påvirket af beplantning. I jord beplantet med græsser, der naturligt vokser på stedet, blev 37% af olien elimineret. Med svingel, Festuca, var elimineringen på mellem 31 og 62%; med en vegetationsblanding til at hindre jorderosion var elimineringen på 55% og i utilplantet jord på 44%. Bionedbrydning af flybrændstof (JP-8), med indhold af C₆ til C₁₈-kulbrinte, blev undersøgt med tilplantning med lucerne, Medicago sativa, af Karthikeyan et al. (1999). Konklusionen fra dette forsøg er, at flybrændstof med planters tilstedeværelse kan oprenses effektivt, hvis kulbrinterne befinder sig i de øverste jordlag (0-20 cm).