Masterclass anerobe

Alette Langenhoff
Anaërobe afbraak van benzeen;
Het ultieme bewijs
1
Bewijsvoering afbraak
US EPA: Three lines of evidence
1. Het meten van de verdwijning van de uitgangsstof
(de verontreiniging);
2. Het meten van tussen en/of eindproducten
(ontstaan bij afbraak);
3. Het aantonen van (actieve) microbiële populaties.
2
Bewijsvoering afbraak; SKB project
• Combinatie van meerdere technieken
• Conventionele methodes om afbraak aan te tonen
• Meting van verontreinigingen in de tijd
• Recent ontwikkelde, alternatieve methodes
•
•
•
•
Geconditioneerde afbraaktesten;
Specifieke intermediair metingen;
Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses;
Moleculaire technieken
3
Resultaten
• Per locatie
• NAM locatie; Vries 4
• NAM locatie; Roswinkel
• DGW&T locatie; Johannes Postkazerne
• Per uitgevoerde activiteit / bruikbaarheid
•
•
•
•
Geconditioneerde afbraaktesten
Specifieke intermediair metingen;
Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses;
Moleculaire analyses
4
Vries 4
• NAM locatie
5
Afbraaktesten Vries 4
• 4 peilbuizen
IW9504
GF9902
GF9903
GF9505
+
+
+
benzeen (µg/l)
•
•
•
•
IW9504
2000
benzeen
benzeen abiotisch
1500
1000
500
0
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
tijd (weken)
concentratie (mg/kg ds)
2,0
GF9903
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
0
5
10
15
20
25
30
tijd (weken)
benzeen
benzeen abiotisch
6
Specifieke intermediair metingen Vries 4
• Benzylsuccinaat en benzoaat niet aangetroffen
• Lage concentratie fenolen
• Alkylfenolen op NAM locaties niet bruikbaar
7
Isotopen analyse
Voor omzetting
• Biologische afbraak; lichte
isotoop sneller
• Vervluchtiging;
lichte isotoop sneller, maar
klein effect
Na omzetting
• Verdunning, adsorptie &
transport; geen effect
8
Isotopen analyses Vries 4
• Niet uitgevoerd
vanwege verloop concentratiemetingen; geen goede monsters
029502 in gestimuleerde gebied
GR8415, GF9803 niet in gestimuleerde gebied
Koolstofisotopen
Waterstofisotopen
Benzeen (µg/l)
datum
jul-01
tijd (wkn)
0
029502
#N/A
IW9504
#N/A
GR8415
990
GF9505
#N/A
GF9803
#N/A
GF9902
#N/A
GF9903
#N/A
nov-04
152
140
6
400
0
740
<2
<2
feb-05
164
270
<2
533
<2
215
<2
<2
sep-05
190
160
0
1100
<2
2000
<2
<2
9
Moleculaire analyses Vries 4
• monsters voor en na sulfaatdosering
• DGGE analyses (SRB’s en eu-bacterieel)
• identificatie dominante ‘bandjes’
• literatuurstudie geïdentificeerde organismen
10
Moleculaire analyses Vries 4, PCR
• nested PCR Sulfaatreducerende bacteriën (SRB);
groepen A, B en C
• groepen A, B aanwezig, C in (veel) mindere mate
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 M
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 M
SRB
SRBA A
3 7 9 10 11 M
SRB C
SRB B
SRBB
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 M
Controles
SRBC
Controles
11
Samenvatting Vries 4
• Geconditioneerde afbraaktesten
+
• Specifieke intermediair metingen
ND
• Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses
?
• Moleculaire analyses
+/-
12
Roswinkel
• NAM Locatie
13
Afbraaktesten Roswinkel
benzeen (µg/l)
20.000
15.000
R1
R2
10.000
R3
R4
5.000
0
0
10
20
30
40
50
tijd (d)
14
Specifieke intermediair metingen Roswinkel
• Benzylsuccinaat aangetroffen in enkele peilbuizen
• Benzoaat analyses niet betrouwbaar
• Lage concentratie fenolen
• Alkylfenolen op NAM locaties niet bruikbaar
15
Isotopen analyses Roswinkel (o/oo)
311006-1
011009-1
GF1001
GF2101
benzeen
-8,4
-28,0
-10,7
-14,8
tolueen
-17,2
-20,2
-17,7
ethylbenzeen
-30,9
-22,9
-22,2
m-xyleen
-24,3
-23,5
-21,5
p-xyleen
-23,9
-25,3
-23,4
-24,5
-22,2
o-xyleen
-21,4
-26,5
16
Samenvatting Roswinkel
• Geconditioneerde afbraaktesten
-
• Specifieke intermediair metingen
+/-
• Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses
-
• Moleculaire analyses
?
17
Johannes Postkazerne
• DGWT Locatie
18
Afbraaktesten Johannes Postkazerne
• Oorspronkelijke condities en na flushen (hoge concentratie
BTEX eruit en benzeen toegevoegd)
concentratie benzeen (mg/kg ds)
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
5
10
15
20
tijd (weken)
benzeen
benzeen abiotisch
19
Intermediairen Johannes Postkazerne
• Benzylsuccinaat en benzoaat aangetroffen
• Lage concentratie (alkyl)fenolen
20
Isotopen analyses Johannes Postkazerne (o/oo)
M3
618-1
604-2
606-2
607-2
benzeen
-26,3
-26,3
-26,5
-26,1
-25,8
tolueen
-25,5
-20,2
-20,8
-
-
ethylbenzeen
-26,4
-26,3
-26,4
-26,9
-27,1
m-xyleen
-26,5
-
-26,6
-
-
p-xyleen
-27,2
-27,2
-27,2
-
-
o-xyleen
-26,4
-26,0
-26,5
-
-
21
Samenvatting Johannes Postkazerne
• Geconditioneerde afbraaktesten
-
• Specifieke intermediair metingen
+/-
• Verbindingsspecifieke stabiele isotopen analyses
-
• Moleculaire analyses
?
22
Conclusies afbraak benzeen op de locaties
Vries 4
Roswinkel
JPK
+
-
-
Intermediair metingen
+/-
+/-
+/-
Isotopen
ND
-
-
Moleculair
+/-
?
?
Afbraaktesten
23
Bruikbaarheid afbraaktesten
• Vries 4 positieve resultaten, komt overeen met andere resultaten
• Roswinkel negatieve resultaten, in lijn met andere resultaten
• JPK negatieve resultaten, in lijn met andere resultaten
Goede methode om afbraakpotentieel vast te stellen!
24
Bruikbaarheid intermediairen
• Alkylfenolen niet bruikbaar op NAM locaties
• Lage concentraties intermediairen en reactiever dan benzeen
• Gevoeligheid analyse
• Specificiteit benzeen / BTEX afbraak ??
Indirecte methode om biologische activiteit vast te stellen, en
mogelijke koppeling met benzeen / BTEX afbraak
Ook aangetroffen op niet-actieve locaties
25
Bruikbaarheid isotopen analyses
•
Vries 4 geen trend in concentraties, geen goede monsters voor isotopen analyses
•
Roswinkel negatieve resultaten voor benzeen, in lijn met andere resultaten
Positieve resultaten voor ethylbenzeen en m-xyleen
•
JPK negatieve resultaten voor benzeen, in lijn met andere resultaten
Positief voor tolueen
Methode om afbraak vast te stellen, voor interpretatie een duidelijke stroombaan
nodig of monsters in de tijd! Kwantificering mogelijk.
Absolute fractionering in C laag (max 6 o/oo), in H veel hoger (150 o/oo).
Heeft meer potentie, zeker nu detectielimiet steeds lager wordt!
26
Bruikbaarheid moleculaire analyses
Nog in beginfase
• Geen duidelijk verschil in DGGE profielen
• Verschillende bacteriën geïdentificeerd
27
Bruikbaarheid analyses
Afbraaktesten
+
Goede methode om afbraakpotentieel vast te
stellen!
Intermediair
metingen
+/-
Ook aangetroffen op niet-actieve locaties
Isotopen analyses
+/-
Methode om afbraak vast te stellen, voor
interpretatie een duidelijke stroombaan nodig of
monsters in de tijd! Kwantificering mogelijk.
Moleculaire
analyses
+/-
Indirecte methode om biologische activiteit
vast te stellen, die mogelijk gekoppeld is aan
benzeen / BTEX afbraak
28
Strategie verontreinigde locaties (NA)
Veldkarakterisatie
Stabiele isotopen analyses
Positief
Negatief
NA haalbaar
Volgende stap
Anaërobe afbraaktesten
29
TNO Project Slochteren
Veldexperiment, Pushpull met nitraat
Push
Pull
31
Pushpull experimenten
• Benzeen
• Benzeen, nitraat
• Benzeen, chloraat
32
Bewijsvoering benzeen afbraak
• Massa balans
• Vergelijking van verschillende runs
• Modellering
• Isotopen analyses
33
Pushpull; Benzene and nitraat
Benzeen concentraties
benzene (µg/l)
5000
4000
3000
model
2000
meetwaardes
1000
0
0
10
20
30
time (d)
40
50
PP1
34
Pushpull; Benzeen en nitraat
Benzeen concentraties
• Gemeten benzeen concentraties lager dan
gemodelleerde waardes
• Isotopen analyses !!
35
Pushpull; Benzeen en nitraat
Stabiele isotopen analyses, C
delta C (promille)
-26
-27
PP1
-28
M3
-29
M5
-30
0
20
40
60
time (d)
36
Pushpull; Benzeen en nitraat
Stabiele isotopen analyses, H
delta D (promille)
-35
-37
PP1
-39
M2
-41
M7
-43
-45
0
20
40
60
time (d)
37
Pushpull; Benzeen en nitraat
Benzeen concentraties
• Geen massa balans mogelijk
• Gemeten benzeen concentraties lager dan de
gemodelleerde waardes duidt op biodegradatie
• Isotopen analysis
• Kleine verschuiving in C-fractionering
• Significante verschuiving in H-fractionering
• Afbraak van benzeen!!
38
Benzeen en chloraat
• In situ productie van zuurstof:
Chloraat (ClO3)
Chloriet (ClO2)
Chloriet
Chloride + Zuurstof
Benzeen + Zuurstof
CO2 + H2O
• Chloraat goed oplosbaar in water
39
Run 5; Benzeen en chloraat
Benzeen concentraties in PP1
benzeen (µg/l)
5000
4000
NO3
3000
chloraat
2000
model
1000
0
0
10
20
30
40
tijd (dage n)
50
60
40
Conclusies
• Nitraat bruikbaar voor
– Gestimuleerde Natuurlijke Afbraak
• Chloraat als alternatieve O2-bron
– Toevoeging aan het grondwater
– Op grote diepte, waar toevoeging O2 moeilijk is
– Slecht doorlatende lagen
41