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

Forsøg med biofiltre til rensning af poreluft forurenet med chlorerede opløsningsmidler

3. Resultater

Dette afsnit er en indgående beskrivelse af resultaterne fra sidste halvdel af forsøget (dag 57 – 117), hvor prøvetagningsproceduren for gasprøver var færdigudviklet og gasanalyserne optimerede. Samtlige målinger af ind- og udløbskoncentrationer samt beregnede omsætningsgrader fra hele forsøgsperioden er vist i bilag A, mens de anvendte analysemetoder er beskrevet i bilag B.

Resultater fra første halvdel af forsøget (dag 0-56) er ikke anvendt og afrapporteret yderligere, fordi prøvetagningsteknikken i denne periode viste sig at være fejlbehæftet, især som følge af temperaturvariation i prøvetagningsudstyr. Laboratorieforsøgene viser derfor ikke, hvor lang lagfase der kan forventes ved opstart af biofiltre for tilvænning og selektion af mikroorganismer til omsætning af CAC.

3.1 Måling af Ind- og Udløbskoncentrationer fra Reaktorerne

Fra dag 57 til dag 102 blev der i den aerobe reaktorlinie målt TCE koncentrationer i indløbet fra 77-212 mg /m³, mens indløbskoncentrationerne af PCE blev målt til mellem 68 og 155 mg /m³. De tilsvarende koncentrationer blev i den anaerobe linie målt til mellem 65 og 164 mg /m³ for TCE og mellem 41 og 109 mg /m³ for PCE (se bilag A).

Der var en tendens til, at indløbskoncentrationerne af både TCE og PCE var højere i den aerobe reaktorlinie end i den anaerobe, hvilket hovedsageligt skyldtes udstyrets begrænsning mht. nøjagtig regulering af tryk, flow og massetransport i PCE/TCE-reservoirerne.

For begge reaktorlinier var indløbskoncentrationerne af TCE højere end de tilsvarende koncentrationer af PCE, hvilket sandsynligvis skyldtes en lavere masseoverførselskoefficient for PCE end TCE. Ikke uventet blev de beregnede maximale indløbskoncentrationer på 398 mg /m³ PCE og på 315 mg/m³ TCE ikke opnået med et gasflow på 5 ml/min gennem PCE/TCE-reservoirerne.

En sikker påvisning af biologisk aktivitet i den aerobe reaktor-linie var en gennemsnitlig omsætning på 72% af propan og 50 % af butan i kompostmatricen , mens den var 46 % for propan og 27 % for butan i sphagnummatricen, hvor den tilsvarende gennemsnitlige omsætning af propan og butan i reference-reaktorerne var tæt på 0% i både kompost- og sphagnummatricen (se figur 7).

Figur 7.
Omsætning af propan og butan i aerobe biofiltre.

Fra dag 57 til forsøgets afslutning blev der målt omsætning af TCE og PCE i de aerobe kompost- og sphagnummatricer samt i den anaerobe kompost-matrice, men ikke i den anaerobe sphagnum matrice (se figur 8). I referencereaktorerne blev der konstateret meget lidt eller slet ingen omsætning af CAC, hvilket er bevis for biologisk omsætning i de ikke autoklaverede matricer.

Højeste gennemsnitlige omsætningsgrad af TCE er påvist i den aerobe kompost- og sphagnummatrice på hhv. 26 og 13%. Højeste gennemsnitlige omsætningsgrad af PCE var 9 % i begge aerobe matricer.

Figur 8.
Omsætning af TCE og PCE i biofiltrene. Gennemsnit over 45 dage fra dag 57.

I den sidste del af forsøget fra dag 86 –102 var de højeste omsætningsgrader af TCE og PCE hhv. 39% og 17% (se figur 9) i den aerobe, kompost-matrice (reaktor A) , samtidigt med at indholdet af propan/butan-gas blev sat ned fra 1% (v/v) til 0,25% (v/v).

Figur 9.
Omsætningsgrader i den aerobe, kompostmatrice (Reaktor A) den sidste del af forsøgsperioden (dag 57-102).

Pilene angiver dage, hvor tilsætning af propan/butan-gas blev sat ned.

Der blev også konstateret omsætning af CAC i den aerobe sphagnum matrice (se figur 10).

Figur 10.
Omsætningsgrader i den aerobe, sphagnummatrice (Reaktor B) sidste del af forsøgsperioden (dag 57-102).

Omsætningsgraden af såvel propan og butan som af CAC steg med afstanden fra indløbet både ved høj indløbskoncentration, 1% (v/v) (se figur 11) og lavere indløbskoncentration, 0,25% (v/v) (se figur 11) af propan/butan-gas i den aerobe kompostmatrice (reaktor A).

Figur 11.
Akkumuleret omsætning i reaktor A (aerob kompost-matrice) ved propan/butan-gas indløbskoncentration på 1% (v/v) (flow på 20 ml/min) målt dag 74

Ved reduktion af propan/butan-indholdet til 0,25% (v/v) (se figur 12) ses et lignende forløb af omsætningsgraden af propan, butan og CAC.

Figur 12.
Akkumuleret omsætning i reaktor A (aerob kompost-matrice) ved propan/butan-gas indløbskoncentration på 0,25% (flow på 5 ml/min) målt ved afslutning dag 102.

Ved høj propan/butan indløbskoncentration (1%) var omsætningsgraden af CAC lavere end ved den 4 gange lavere indløbskoncentration af propan/butan (0,25%).

Ved både høj og lav indløbskoncentration var omsætningsgraden af butan næsten den samme hhv. 52% og 54%, mens omsætningen af propan faldt fra 79% til 69% ved reduktion af indløbskoncentrationen.

I den anaerobe reaktor-linie blev der konstateret omsætningsgrader af TCE og PCE på mellem 7 % og 20 % i kompostmatricen efter 78 dage (se figur 13), mens der i sphagnummatricen er målt op til 15% omsætning af CAC efter 78 dage (se figur 14), men ved forsøgets afslutning dag 117 har der imidlertid ikke kunnet påvises omsætning.

Figur 13.
Omsætningsgrader i den anaerobe, kompostmatrice(reaktor C) i den sidste del af forsøgsperioden (dag 57-102).

Figur 14
Omsætningsgrader i den anaerobe, sphagnummatrice (reaktor D) i den sidste del af forsøgsperioden(dag 57-102).

3.2 Temperaturmålinger

På forsøgsdag 70, hvor propan/butan flowet var 20 ml/min, blev der målt temperaturprofiler i de 8 reaktorer (se figur 15). Rum-temperaturen blev målt som et gennemsnit over hele forsøgsdagen til 24,6°C.

Figur 15.
Temperaturprofil i reaktor A-D samt referencereaktor A og D i forhold til afstanden fra indløb. Dag 70. Signatur for reaktorer, se tabel 1.

Som det ses af figur 15 og bilag A blev der i den aerobe kompost matrice målt temperaturer, som var op til 5 ^oC højere end rum-temperaturen, mens temperaturen i de øvrige reaktorer ikke var væsentligt forskellige fra rum-temperaturen. De højeste omsætningsgrader af CAC og de højeste temperaturer blev ligeledes målt i den aerobe kompost og spagnummatrice, hvilket sammenhængende indikerede høj biologisk aktivitet.

3.3 Vandindhold

Ved forsøgets start var vandindholdet 50 % (w/w) i både kompost- og sphagnummatricerne. Mod forsøgets afslutning, dag 112 blev vandindholdet bestemt i 4 g matriceprøver udtaget fra reaktorernes prøvetagningsstudse og analysen viste, at kompost-matricerne havde et gennemsnitligt vandindhold på mellem 32 % og 37 % (w/w), mens sphagnum matricerne havde et gennemsnitligt indhold på mellem 56 % og 64 % (w/w). Der var indikation på, at vandholdet i toppen af reaktorerne var lavere end i bunden, hvilket kan forklares ved, at en del af topprøven var en randprøve placeret længst væk fra gasindløbet (se bilag A).

Dag 117 blev matricerne taget ud af reaktorerne og vandindholdet blev bestemt i 20-50 g matriceprøver taget fra matricernes top, midt og bund.

Figur 16.
Vandindhold i biofiltrene ved forsøgsafslutningen (dag 117)

Forskellen i vandindholdet mellem kompost og sphagnum var den samme som konstateret tidligere i matriceprøver fra prøvetagningstudse. Kompost reaktorerne havde det laveste gennemsnitlige vandindhold på mellem 31 % og 42 % (w/w) , mens sphagnum reaktorernes vandindhold lå mellem 58 % og 65 % (w/w)(se figur 16). Der var ingen signifikante forskelle i vandindholdet som følge af positionen: top midt og bund af reaktorerne (se figur 17).

Figur 17.
Vandindholdet i forskellige reaktor-positioner ved forsøgets afslutning.

3.4 pH-målinger

Kompost-matricerne havde et højere pH end spagnum-matricerne, og der blev målt højere pH i de anaerobe reaktorer end i de korresponderende aerobe reaktorer med samme matricemateriale. Det var forventet, at sphagnum-matricerne havde et lavere pH end kompost-matricerne. Der var ikke forskel på pH i de ikke autoklaverede- og de autoklaverede reference-reaktorer(se figur 18).

Fuldstændig mineralisering af CAC ville kunne medføre et fald i pH, såfremt en matrices bufferkapacitet blev overskredet. Dette var imidlertid ikke tilfældet, da pH i samtlige matricer blev målt til mellem 6 og 8.

Figur 18.
pH i biofiltrene ved forsøgets afslutningen (dag 117).

3.5 Måling af chloridioner

Mineralisering af CAC vil danne chloridioner. Reference-reaktorerne med kompost-matricer havde et gennemsnitligt chloridindhold på 0,4 – 0,6 mg/ g tør matrice, mens det for sphagnum-matricerne var 0,7 mg/ g tør matrice.

Der var en stigning i chloridindholdet i de ikke autoklaverede reaktorer. Størst i sphagnum-matricerne , hvor indholdet af chloridioner var dobbelt så stort som i de korresponderende reference-reaktorer (se figur 19). Indenfor den enkelte matrice-type var der ingen forskel på chloridindholdet som følge af iltforholdene.

Figur 19
Chloridioner i reaktorerne ved forsøgets afslutning (dag 117) mg chlorid/g tør matrice.

I den aerobe, biologisk aktive kompostmatrice var chloridindholdet på 0,8 mg /g matricetørstof, hvilket var 0,4 mg /g matricetørstof højere end i den korresponderende referencereaktor. Med en matricevægt på 8 kg og et vandindhold på 42 % svarede dette til en total forøgelse af chlorid-indholdet på:

8000 g x 0,58 x 0,4 g chlorid/g matricetørstof = 1,9 g

Den chloridmængde det er muligt at frigøre ved en total mineralisering af den omsatte TCE og PCE på 45 døgn i perioden dag 57-102 beregnes således:

Den totale gastilledning ved det konstante gasflow på 0,5 l/min var ialt

45 døgn x 1440 min/døgn x 0,5 l/min = 32,4 m³ gas.

En gennemsnitskoncentration af TCE og PCE på hhv 147 mg/m³ og 113 mg/m³ svarede dette til en samlet tilledning af TCE på

34,2 m³ x 147 mg /m³ = 4,8 g TCE

og af PCE på

34,2 m³ x 113 mg = 3,7 g PCE

Indholdet af chlorid i den tilledte TCE og PCE er hhv. 3,9 g og 3,1 g (idet et mol TCE indeholder 3 mol chlor eller 0,81 mg chlorid/mg TCE og et mol PCE indeholder 4 mol chlor eller 0,86 mg chlorid/mg PCE).

Den gennemsnitlige omsætningsgrad af TCE var 26%, som ved en total mineralisering resulterer i frigørelse af 0,26 x 3,9 = 1,0 g chlorid, mens omsætningsgraden af PCE var 9 %, hvilket ved en total mineralisering kan resultere i frigørelse af 0,09 x 3,1 = 0,3 g chlorid.

Den forventede forøgelse af chlorid i reaktor A som følge af en total mineralisering af den omsatte TCE og PCE ville derfor maximalt være 1,3 g, hvilket skal sammenholdes med den målte forøgelse på 1,9 g.

Dette indikerer, at der er sket en total mineralisering af den omsatte TCE og PCE, hvilket er i god overensstemmelse med, at der ikke kunne konstateres VC i reaktorens udløb.

Såfremt forøgelsen af chloridindholdet udelukkende skyldes total mineralisering af TCE og PCE, tyder den målte forøgelse, at mineraliseringen er påbegyndt tidligere end dag 57 svarende til 1,9 – 1,3 = 0,6 g chlorid.

Ved en gennemsnitlig mineraliseringshastighed på 29 mg /døgn (= 1286 mg / 45 døgn) er der således mulighed for, at mineraliseringen er startet dag 37, hvilket er 20 døgn (= 570 mg / 29 mg/døgn) tidligere end dag 57. En tilsvarende beregning for reaktor B og C viser ligeledes, at mineraliseringen kan være startet tidligere, hhv. dag 19 og 17.

Den beregnede forøgelse af chloridindholdet som følge af total mineralisering af den tilsatte TCE og PCE i perioden dag 57-102 er angivet i figur 20 for alle reaktorer.

Figur 20.
Målt og beregnet(forventet) forøgelse af chloridindhold i biofiltrene.

Beregnet (forventet) forøgelse ved total mineralisering af den tilsatte TCE og PCE i perioden dag 57-102.

3.6 Differenstrykmåling

Dag 112 blev der målt differenstryk over samtlige reaktorer. Et højt differenstryk indikerer modstand i matricen evt. som følge af højt vandindhold og sammenpakning af matricen pga. biologisk aktivitet. I alle reaktorer var differenstrykket under 1 % af atmosfæretrykket, hvilket betyder, at der ikke var betydelig flowmodstand i matricerne. I reaktorer med samme iltforhold blev der konstateret størst trykændring over reaktorer med sphagnummatricer (se tabel 3), hvilket sandsynligvis hænger sammen med det højere vandindhold i disse matricer.

Tabel 3.
Differenstrykmålinger over reaktorerne i forsøgets sidste fase.