Effect op totale hoeveelheid biomassa en biologische activiteit gemeten in WKO projecten

De soorten bacteriën die in een WKO-systeem worden aangetroffen zijn sterk afhankelijk van de (redox)omstandigheden van het watervoerend pakket. Daarom is kennis van de chemie van het systeem belangrijk om een uitspraak te doen over de aanwezige bacteri- ën en het effect van verandering in de chemische samenstelling van het grondwater (Haak 1984).

Een zeer interessante studie is de langdurige monitoring van een WKO-project bij het Richard Stockton College in New Jersey. Het onderzoek is de loop der jaren onder ande- re uitgevoerd door Sowers, York en Stiles (Sowers et al. 2006). Dit gesloten WKO- systeem (warmtewisselaar) is in 1993 geplaatst en sinds 1994 in bedrijf. Het systeem reikt tot een diepte van 130 m-mv. Het is een gesloten systeem dus het effect dat in het grondwater waargenomen wordt is het effect van temperatuursverandering en niet van menging van verschillende waterlagen er van uitgaande dat de doorboorde slecht doorla- tende bodemlagen goed zijn afgedicht. Het WKO-systeem doorkruist drie verschillende watervoerende lagen (Upper Cohansey, Lower Cohansey en Rio Grande water bearing zone).

In het Stockton project zijn tussen 1995 en 2005 metingen verricht waarbij het effect op de bacteriële populatie is vastgelegd. De totale hoeveelheid bacteriën is bepaald op basis van microscopie en de microbiële diversiteit is bepaald op basis van kweek bij 14°C, 23°C en 37°C en op basis van de morfologie. Uit de resultaten van 1995 (York et al. 1998) blijkt dat er bij een toename in temperatuur een (geringe) toename in totale hoe- veelheid bacteriën (biomassa) plaatsvindt, de resultaten zijn vergeleken met controle monsters van peilbuizen gelegen buiten het beïnvloedde / thermisch gebied.

De toename in temperatuur vanwege de WKO-installatie (verandering in temperatuur van 12°C tot 28°C) was groter dan de toename als gevolg van de seizoenen. Dit geldt zowel voor de zomer als voor de winter. Opvallend was dat er in de diepere waterlagen (Rio Grande water bearing zone) nagenoeg geen toename in totale hoeveelheid bacteriën werd waargenomen maar er toch een verandering in de kweekbare bacteriepopulatiesa- menstelling optrad. Vooral in de diepere waterlaag (Rio Grande bearing zone) was er geen significante toename in totale hoeveelheid biomassa. Wel was er een duidelijke toename in het aantal kweekbare bacteriën (York et al. 1998). In deze laag was het totale aantal bacteriën hoger dan in de ondiepere waterlaag (Upper Cohansey). De onderzoe- kers verwachten dat de toename in aantallen een plaatselijk effect is. Dit baseren ze op soortgelijk onderzoek van Sowers (Sowers et al. 1997) waarbij is aangetoond dat het thermisch effect een lokaal effect is en dat het effect afneemt naarmate men verder van het thermisch beïnvloede veld komt. Dat er geen toename in totale biomassa en activiteit optreedt wordt mogelijk veroorzaakt doordat in het grondwater niet of nauwelijks assimi- leerbaar organisch koolstof aanwezig is waardoor de bacteriën zich niet kunnen ontwik- kelen (York et al. 1998). Dit effect is ook in andere studies vastgesteld (Van der Wei- den&Willemsen 1991).

De temperatuur van het grondwater in Stockton is ongeveer met 1°C per jaar toegeno- men. In 10 jaar tijd heeft een opwarming van 11°C plaatsgevonden (Sowers et al. 2006). De dichtheid aan/hoeveelheid biomassa in de Upper Cohansey gemeten in 2004 was lager dan de aantallen gemeten in 1996 (York et al. 1997). Opvallend is dat er in 2004 tussen de monitoringspunten onderling geen verschil in totale hoeveelheid biomassa is waargenomen (wel verschil in temperatuur), dit was in 1995 wel het geval, na opstart van het systeem, (zie bovenstaande alinea voor meer informatie). Wel is er in 2004 een ver- andering in populatiesamenstelling tussen de warme en de koude zones waargenomen (Sowers et al. 2006). Na verloop van tijd (Sowers et al. 2006) vindt er in de Stockton WKO installatie dus geen toename plaats van de dichtheid aan biomassa, op basis van metingen uit dezelfde peilbuizen in de loop der tijd, wel is er een verandering in bacteriële populatiesamenstelling.

Schaetzle en onderzoekers hebben in hun onderzoek in de koude WKO-installatie in Alabama aangetoond dat de totale hoeveelheid bacteriën afnam met een afname in tem- peratuur en dat het aantal weer toenam wanneer de temperatuur weer werd verhoogd (Winters 1992; Schaetzle et al. 1989).

Theoretisch gezien leidt een toename van elke 10°C tot een factor 2 in toename van de biologische activiteit. Maar de meetresultaten van een warmte-opslag in Bunnik toont geen verhoogde microbiële activiteit ondanks dat het grondwater tot 30°C is verwarmd (Heidemij 1987). Dit komt doordat er geen/nagenoeg geen assimileerbaar koolstof aan- wezig is, wat geldt voor de meeste Nederlandse bodems waar een WKO-systeem wordt geplaatst (Van der Weiden&Willemsen, 1991).

In een studie in een gesloten experimentele opstelling van een recirculatiesysteem (MBB project Duitsland), uitgevoerd door onder andere Adinolfi en Ruck, blijkt geen biofouling, geen groei van pathogenen noch een sterke toename in totale biomassa op te treden. Adinolfi draagt als reden een tekort aan nutriënten aan, het rondegepompte grondwater wordt namelijk niet ververst. Indien het grondwater wel ververst zou worden en het grondwater veel nutriënten bevat is het wel mogelijk dat (ongewenste) bacteriële groei optreedt, dit hebben ze echter niet in de praktijk kunnen testen (Adinolfi&Ruck 1992).

Blume heeft grond en grondwater bij 3°C en 20°C geïncubeerd, voor de betreffende WKO respectievelijk de winter en zomer temperatuur van het grondwater. Middels incor- poratie van 3H gelabeld acetaat is vastgesteld dat een lage temperatuur leidde tot een afname in activiteit. Middels PLFA is vastgesteld dat een lagere temperatuur geen effect had op de totale hoeveelheid biomassa (Blume et al. 2002).

- Stockton, New Jersey, Verenigde staten (Sowers, York, Stiles)

Gesloten systeem (warmtewisselaar). In een periode van 10 jaar een toename in temperatuur van 11°C. Meetpunten: referentie (14°C), nabij warme bron (37°C) en op enige afstand van warme bron (23°C)

- Messerschmitt-BolkowBlohm (MBB), Universiteit Stuttgart, Duitsland (Adinolfi, Ruck) Grootschalige pilot (gebied van 1.050 m3) koude/warmteopslag systeem in een af- gesloten kunstmatige aquifer (grind met korrelgrootte van 8-16 mm). Metingen zijn uitgevoerd van 1985 tot 1991. Verandering in de temperatuur gedurende het expe- riment was van 3°C tot 55°C. Verschil in temperatuur tussen de twee meetpunten was meestal 1,2°C. Analyses zijn uitgevoerd op oa. coliformen.

Gedurende 15 weken is een grootschalig kolomexperiment uitgevoerd met water uit de MBB pilot. De temperatuur is opgevoerd van 18°C tot 70°C (1e 15 weken 23°C daarna 2 weken 40°C en vervolgens 50°C en als laatste test 70°C. Het uittredend water was in alle gevallen 20°C). Analyses zijn uitgevoerd op o.a. Pseudomonas,

Flavobacter, Acinetobacter, Spirillum, Vibrio, Arthobacter, Micrococcus, Bacillus, Ac- tinomycetes.

- SPEOS-Dorigny, Laussane, Zwitserland (Miserez, Jollien)

Warmteopslag pilot in een zandige aquifer waarbij in de1e fase op 6 m-mv en 2e fase 26 m-mv het experiment is uitgevoerd. In een periode van 4 dagen is de temperatuur opgevoerd van 25°C tot 60°C. Er is Legionella (pneumophila) aan het grondwater toegevoegd. Er zijn microscopische analyses op kolonievormende eenheden en to- tale biomassa uitgevoerd. Bacteriën zijn gemeten in het grondwater en gehecht aan glasplaten gehangen in het grondwater.

- University of Alabama, Alabama, Verenigde staten (Hicks, Stewart, Schaetzle) Koudeopslag sinds 1982 met gemiddelde temperatuur van 6°C. Analyses uitgevoerd op pathogenen (Salmonella, Shigella, Vibrio, Campylobacter, Pseudomonas aerogi- nosa, Micobacterium en Legionella). Ook analyses uitgevoerd op heterotrofen, deni- trificeerders, sulfaat reducerende bacteriën en sulfaat oxiderende bacteriën.

- Beijum, Nederland (Heijdemij)

Bodemwarmtewisselaar gerealiseerd in1983. Systeem geplaatst in 1e WVP (zeer fijn tot matig fijn leemarm zand). Warmte wordt geleverd door zonnecollectoren. In Bei- jum zijn glasplaten in het grondwater gehangen, deze zijn vervolgens bemonsterd. Metingen hebben plaatsgevonden tussen 1983 en 1986. Analyses uitgevoerd op

Salmonella, Shigella, Vibrio en Leptospira. MPN (most probable number) en plate-

count analyses uitgevoerd.

- Bunnik, Nederland (Van der Weiden en Willemsen)

WKO-systeem gerealiseerd in 1984. Aquifer (1e WVP) bestaat overwegend uit grof zand. Voorafgaand aan de warmteopslag is drinkwater geïnfiltreerd (om neerslag van kalk bij verwarming tegen te gaan). Analyses zijn uitgevoerd op oa. Bacillus,

Flavobaterium, Arthobacterium, Acinetobacter, Micrococcus, Pseudomonas en Xan- tomonas.

- Drie locaties in Nederland: Utrecht-Uithof, Utrecht-Jaarbeurs en Lelystad (Gerritse, Hannes, Van Oostrom, Hoekstra, Stuurman)

Grondwater onderzocht van drie verschillende locaties waar WKO systemen zijn toegepast. Bemonstering van warmtebron, koudebron en referentiebron en uitvoeren van moleculaire analyses om specifieke groepen micro-organismen en functionele genen aan te tonen.