Pilottest av mikrobiell nedbrytning 2012 – 2014
•
Teori
•
Försöksuppställning
•
Erfarenheter
På säker grund för hållbar utveckling
Samverkansprojekt mellan SGI, SGU,
Alingsås kommun och Alingsås Tvätteri
Teori
Bakteriell densitet i den fasta matrisen kan vara en faktor 103 – 104
högre jämfört med frilevande mikrober
Provtagning fokuserar på grundvattenprov eller passiva sk.
bakteriefällor nedsänkta i grundvatten
Frånvaro eller låga koncentrationer av enskilda organismer i
grundvatten behöver inte innebära
att organismen inte finns i jorden
Celldelning på ett konstgjort material (sk Bio-Sep bead
med aktivt kol) från Microbial Insights, Inc. Fotografi från
informationsmaterial/ppt, Sublette et al. 2010
Teori - Reduktiv deklorering
PCE
TCE
1,2-DCE
VC
Eten
Teori
Mikroorganismer reducerar (eller oxiderar) molekyler för energi och
celluppbyggnad
Syre, nitrat, mangan/järn, sulfat och koldioxid är vanliga
elektronacceptorer (dvs de tar emot e- )
Om föroreningen ska vara elektronacceptor krävs lågt redox för låg
konkurrens med övriga elektronacceptorer
Kolkälla
HCl + nedbrytningsprodukter
2H+ 2eNO3
O2 Fe
SO4
2-
CO2
Förorening
?
Bakteriell tillväxt
Teori
Vilka väljer föroreningen
som sin energikälla?
Dehalococcoides - Dhc
Dhc strain FL2 och BAV1
Dhc strain BAV1
Bilder från boken Bioaugmentation for groundwater remediation, Editors Hans F Stroo, Andrea Leeson, C. Herb Ward, SERDP, ESTCP, Springer, 2013
Ref. till artikel återgiven i boken: He J, Ritalhati KM, Yang K-L, Koenigsberg SS, Löffler FE. 2003b. Detoxification of vinylchloride to ethene coupled to growth of
an anaerobic bacterium. Nat 424:62-65
Dehalococcoides - Dhc
Dhc oerhört små, 0,5 µm i diameter och 0,1 µm tjocka
Liten storlek gör att de kan vara många…
106 – 108 celler per mL
Kan endast använda väte som elektrondonator, är beroende av
att andra mikrober fermenterar organiska molekyler
Får hjälp av fermenterare, acetogener och metanogener till att
upprätthålla reducerande miljö, producera väte och ättiksyra
(kolkälla), syntetisera vitaminer (exv. B12) och andra
näringsämnen
..men inte bara Dhc
För att bestämma nedbrytningspotentialen, ta även hänsyn till
organismer som bryter ned
högklorerade etener
Figuren är modifierad, delvis från AFCEE (2007) och delvis från Hammer (2011)
Försöksuppställning
Grundvatten
Passiva provtagare (BioTrap©)
Jord (mesocosmer)
Försöksuppställning
Grundvatten
Passiv provtagare
(BioTrap©)
Mesocosmer
(jord)
Ögonblicksbild
Passiva, 30 – 90 dagar
”genomsnittsbild”
Skördas allt eftersom, passiva,
”genomsnitt”
Analyserar aktiva, inaktiva och
döda mikroorganismer
Aktiva, kolonniserande
mikroorganismer (från början)
Jord från platsen liknar närmiljön,
evt etablerade kulturer. Aktiva,
inaktiva och döda mikroorganismer
2-4 mm kulor bestående av
75% aktivt kol
DNA
DNA
DNA, PLFA
Konserveras
Konserveras
Konserveras ej
Lätt att ta prover
Reserver bör sättas ut
Dyr initial fältinsats, rätt antal
mesocosmer måste förberedas
Biostimulering
Newman Zone©
(sojaböneolja, laktat)
och melass
Bioaugmentation
Bakterier och kolkälla
tillfördes MW3 och MW4 men
inte MW2
KB-1©
Natriumlaktat 0,3 kg per punkt
Erfarenheter – praktiska saker
1) Välj om möjligt analyslaboratorier i ”närområdet”
Mycket stora problem med transport, fördröjningar och trasiga flaskor. Alla
provtagare går inte att konservera
2) Underskatta inte metanbildning – en säkerhetsfråga
Vi fick en kraftig utveckling av metan som gjorde att vi installerade mätpunkter för
porgas. Metanbildningen störde även fältmätningarna vilka inte gav samstämmiga
resultat med labanalyser av geokemi
3) Komplettera fältmätningar med labkemi
4) Kolkällans utveckling kan följas med elektrisk konduktivitet.
Svaga fettsyror omvandlas till joner i vattnet (protolyseras) och står i jämvikt med
sina salter (men se upp för tillsatser av EHC – nollvärt järn)
Metan
Metan bildas på två sätt; från ättiksyra respektive CO2
CH3COOH + metanogena bakterier → CH4 + CO2
CO2 + 4H2 + metanogena bakterier → 2H2O + CH4
Syre och redox
Komplettera fältmätningar med labkemi
Synliga metallsulfider och metangas
korrelerar inte med syre och högt redox
Hink
Vatten i hinken med
små metallflagor i
Fettsyror och elektrisk konduktivitet
Finns undersökning från 2012
som stöder sambanden
(Aceves-Lara, et al., 2012)
Aceves-Lara C.-A , Latrille E., Conte T., Steyer J.-P., 210 Omnline estimation of VFA, alkalinity an bicarbonate concentrations by electrical conductivity
measurement during anaerobic fermentation. Water Sci Technol. Vol. 65, No 7, pp. 1281-1289
Erfarenheter – provtagare
5) Förekomst och utbredning av mikroorganismer varierar i tid och rum
Vi hade måttliga till låga nivåer Dhc i grundvattnet och enzymet tceA
6) Antalet celler inte entydigt med aktiviteten
7) Närvaro av bakterier som deklorerar högklorerade etener,
understödjande/konkurrerande mikrober (mikrober som
fermenterar, producerar metan) samt predatorer bör utvärderas
Våra första
resultat…
var inte
imponerande
Samma för jord,
grundvatten och Biotrap©
Erfarenheter – provtagare
8) Högre bakteriell densitet i mesocosmerna jämfört med både
BioTraps© och grundvatten (faktor 102 – 103)
9) Bakterier som deklorerar högklorerade etener detekterades inte
alltid av BioTrap© och grundvattenprov, medan de hittades i
mesocosmerna
10) Både grundvatten och BioTrap© visade snabb respons efter
bioaugmentationen medan mesocosmerna visade fördröjd effekt
Vi kunde dessutom se en nedbrytning i jorden
Desulfuromonas och Dehalobacter missades i gw och BioTrap i några
tillfällen
Å andra sidan har mesocosmerna en högre detektionsgräns och visade vid
låga halter inte alltid det som gw och BioTrap© visade
Grundvatten och passiv provtagare i fas med
nedbrytningen. Respons i jord fördröjd.
Säkra installationerna…
Vad är det i botten…
Tack för mig!
[email protected]