förstärkt självrening, helena branzen

1 Helena.branzen@swedgeo.se

Landstingstvätteriet Alingsås

Förstärkt självrening av grundvatten

förorenat med klorerade etener

På säker grund för hållbar utveckling

2 Helena.branzen@swedgeo.se

Organisation

Projektbeställare

Typ av uppdrag

Pilottest Alingsås

Rådgivning

Tvätteriet Alingsås

SGU

FoU

SGI SGU

3 Helena.branzen@swedgeo.se

Syfte

Rådgivning:

• Utvärdera om förstärkt självrening är en möjlig behandlingsmetod för det

förorenade området i Alingsås

• Generellt stärka acceptansen för förstärkt självrening

FoU

• Dokumentera geokemisk och mikrobiell utveckling

efter biostimulering (tillförsel av kolkälla) och bioaugmentation

(tillförsel av mikroorganismer) i ett område med låg mikrobiell

aktivitet

• Utvärdera mikrobiella provtagningstekniker för att

förbättra förutsättningarna för framgångsrika sanerings-

resultat

4 Helena.branzen@swedgeo.se

Mikrobiell nedbrytning via reduktiv deklorering

Mikroorganismer reducerar eller oxiderar molekyler

för energi och celluppbyggnad

Geokemiska ämnen som syre, nitrat, mangan/järn,

sulfat och koldioxid utnyttjas som

elektronacceptorer

Reduktion av förorening: Föroreningen är

elektronacceptor (kräver lågt redox för låg

konkurrens med övriga geokemiska

elektronacceptorer)

5 Helena.branzen@swedgeo.se

Mikrobiell nedbrytning via reduktiv deklorering

Electron Donor and Chlorinated Ethene Effects on Activity and Community Composition in Anaerobic Reductively Dechlorinating Consortia, Andrew R Sabalowsky, ProQuest, 2009, ISBN 1109042930, 9781109042931,Bidrag från Oregon State University

Klorerade etener reduceras då de elektronacceptorer

som ger mer energi, redan förbrukats.

För att reducera molekylen krävs väte och elektroner

Ex: H2 + C2Cl4 => C2HCl3 + HCL

Väte och elektroner genereras från fermenatation av

tillsatt kolkälla

6 Helena.branzen@swedgeo.se

Kolkällor

Fermentering = ofullständig oxidation av organiska föreningar i frånvaro av syre

(anaerob process)

Melass (socker) – laktat /mjölksyra – propionat – acetat

Sojaböneolja fermenteras till acetat och väte

Vegetabilisk olja har större molekyler som omsätts mer långsamt och ger en jämnare,

men per tidsenhet lägre, produktion av väte och elektroner jfrt med sockret i

melassen

C3H4O(OH)2

7 Helena.branzen@swedgeo.se

Principles and Practices of Enhanced Anaerobic Bioremediation of Chlorinated Solvents Parsons Corporation; Air Force Center for Environmental Excellence Brooks City-Base, Texas, 2004 (mod. Bouwer, 1994)

Vanligen reduktiv

deklorering i källområde

Påverkan på grundvattnet

Här har elektronacceptorerna

förbrukats under längst tid

8 Helena.branzen@swedgeo.se

Föroreningsmönster vid reduktiv deklorering

RTDF, 1997. Natural attenuation of chlorinated solvents in groundwater: Principles and practices. Version 3.0. Prepared by the Industrial Members of the Bioremediation of Chlorinated Solvents Consortium of the Remediation Technologies Development Forum (RTDF).

9 Helena.branzen@swedgeo.se

Geokemiska mönster vid reduktiv deklorering

Wiedemeier et al., 1999, modified from Bouwer and McCarty, 1984 (kopierad från In Situ Remediation of Chlorinated Solvent Plumes, Ed. by H.F Stroo and C. H. Ward, SERDP/ESTCP Remediation Technology Monograph Series, Förlag Springer)

Fe(II)

10 Helena.branzen@swedgeo.se

Påverkan på grundvattnet

√ Syrefri miljö och sänkt redox

√ pH-sänkning (bl.a. p.g.a. fermentation och deklorering)

√ Förändrad hydraulisk konduktivitet (ökad biomassa)

√ Ökad specifik elektrisk konduktivitet (evt tillsatser, syror)

√ Ökad halt DOC

√ Metan, VC, H2S, flyktiga fettsyror

√ Omvandling av As(IV) till As(III) som i mindre utsträckning sorberar till partiklar

√ Upplösning/reduktion av Fe/Mn-oxider till följd av sänkt pH och redox, frigörelse

av sorberad arsenik, utfällning på avstånd

11 Helena.branzen@swedgeo.se

Pilottestet - Förutsättningar

Hydraulisk konduktivitet (m/s)

MW2 2,6×10-5

MW3-I 1,1×10-5

MW4 6,8×10-7

Porvattenshastighet (m/månad)

MW2 2,8 – 5,6

MW3-1 1,1 – 2,2

MW4 0,07 – 0,14

12 Helena.branzen@swedgeo.se

Upplägg

13 Helena.branzen@swedgeo.se

MW5 MW3-I / 3-II MW1 Bio 3 IW 3a IW 3b / 3c

M b.g.l.

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

GW table

Clay / silt

Sand

Bedrock

Upplägg

Kolkälla

14 Helena.branzen@swedgeo.se

Grundvatten

Ögonblicksbild

Analyserar aktiva, inaktiva och döda mikroorganismer

DNA (16 S rDNA delen i kromosomerna)

Konserveras

Lätt att ta prover

BioTraps

Passiva, 30 – 90 dagar ”genomsnittsbild”

Aktiva, kolonniserande mikroorganismer (från början)

2-4 mm kulor bestående av 75% aktivt kol

DNA, PLFA

Konserveras ej

Reserver bör sättas ut

Mesocosmer

Skördas allt eftersom, passiva, ”genomsnitt”

Jord från platsen liknar närmiljön, evt etablerade kulturer. Aktiva,

inaktiva och döda mikroorganismer

DNA

Konserveras

Dyr initial fältinsats, rätt antal mesocosmer måste förberedas

15 Helena.branzen@swedgeo.se

Biotrap

Mesocosmer

Grundvatten

16 Helena.branzen@swedgeo.se

17 Helena.branzen@swedgeo.se

Mikrobiella grupperingar

Vi analyserar i princip de grupper som ansvarar för de olika elektronacceptorernas

omsättning, grovt sett

Geobacter (iron reducing bacteria) Fe(III) -> Fe(II)

Sulphate reduction genes, Desulfuromonas (SO42- -> H2S)

Methyl coenzyme M reductase (CO2 -> CH4)

Dehalobacter (PCE, TCE)

Dehalococcoides (DCE, VC)

Trichloroethene reductive dehalogenase (TCE)

Vinylchloride reductase (VC)

Frank Loeffer (frank.loeffler@ce.gatech.edu, Copyright American Society for Microbiology)

18 Helena.branzen@swedgeo.se

Vad har vi sett i halvtid?

√ Vi har hittills inte lyckats ”väcka” Dehalococcoides. Området har förhållandevis låg

mikrobiell aktivitet (vilket givet förutsättningarna var något överraskande)

√ Det mikrobiella innehållet i mesocosmerna är större jämfört med både BioTrap och

grundvattenprov (kan röra sig om en faktor 1 000 – 10 000 i antal mikroorganismer)

√ Ännu ingen grupp av mikroorganismer funnen i jord som inte påträffats i

vatten eller BioTrap men det har kanske med val av analyser att göra ;)*

√ Dekloreringsgraderna har ökat i testområdet, förmodligen beroende på ökad tillväxt

och aktivitet hos Dehalobacter

√ PCE och TCE borta i en av brunnarna, men utan Dehalococcoides betyder det att VC

kommer att ackumuleras i området

√ Transport av mikrobiella prover är dyrt och för BioTraps även besvärande då de är

färskvara

19 Helena.branzen@swedgeo.se

Tack för mig!