8.2 Full-scale bioremediatie door melasse-injectie
8.2.1 Onderzoek naar mogelijk nut van bio-augmentatie
De resultaten van de full-scale applicatie van melasse vielen, zoals hierboven beschreven, tegen. Om de oorzaak hiervoor te achterhalen, werd alsnog (in opdracht van OVAM), door VITO een microcosmtest uitgevoerd.
In de bodemzone direct benedenstrooms van de melasse-injectielijn, werden representatieve bodem- en grondwaterstalen genomen welke anaëroob werden verpakt en getransporteerd naar het laboratorium. Daar werden, in een anaërobe kast, de microcosms aangemaakt.
In de test werden 3 verschillende condities getest: (1) dode controle; (2) melasse en (3) melasse met dechlorerende ent (algemeen dechlorerende mengcultuur).
Figuur 22 geeft een overzicht van de resultaten van de microcosmstest.
Zoals blijkt uit deze figuren stagneert de dechlorering in de niet-beënte microcosms op cis-DCE, geheel in overeenstemming met de veldobservaties. In de beënte conditie daarentegen is de dechlorering volledig (productie van etheen en ethaan).
De microcosms werden na afloop van de test geanalyseerd op DOC/DIC en electronacceptors. Tevens werden PCR-analyses uitgevoerd om de microbiologie na te gaan.
De resultaten van de chemische analyses zijn weergegeven in Tabel 8. De resultaten van de PCR-analyses zijn gegeven in Figuur 22.
*Inhibition of methanogenesis by C-1- and C-2-polychlorinated aliphatic hydrocarbons. Yu ZT, Smith GB, 2000. Environmental Toxicology and Chemistry 19 (9): 2212-2217
controle
1 10 100 1000 10000 100000
0 2 4 6 8
incubatietijd (maanden)
concentratie (µg/L) TCE
cis-DCE VC etheen ethaan methaan
melasse
1 10 100 1000 10000 100000
0 2 4 6 8
incubatietijd (maanden)
melasse met ent
1 10 100 1000 10000 100000
0 2 4 6 8
incubatietijd (maanden)
concentratie (µg/L)
Figuur 22. Microcosmresultaten
Tabel 8. Resultaten DOC/DIC (opgeloste organische en anorganische koolstof) en electronacceptors
26/04/2006 DIC DOC NO3-N Sulfaat Mn Fe
mgC/l mgC/l mgN/l mg/l µg/l µg/l
Dode controle 14 2330 <0,23 530 668 <50
Dode controle* <5 2310 <0,23 550 974 <50
Melasse 50 87 <0,23 <1 931 53100
Melasse* 52 71 <0,23 <1 940 67300
Melasse + ent 67 15 <0,23 <1 1000 66600
Melasse + ent* 66 17 <0,23 <1 906 65000
(*) duplo bepaling
Zoals blijkt uit Tabel 8 werd alle sulfaat verbruikt in de levende microcosms, de beënte zowel als de niet-beënte. Dit is in overeenstemming met de PCR-resultaten (DSR: sulfidogenen) die positief zijn in alle microcosms. De toegevoegde melasse wordt in de niet-beënte microcosms dus verbruikt door o.a. deze sulfidogene bacteriën. Zoals eerder beschreven zijn deze bacteriën echter niet in staat om de aanwezige VOCl’s te dechloreren tot etheen.
In de levende microcosms zijn eveneens ijzerreduceerders actief, zoals blijkt uit de hoge gehalten aan oplosbaar Fe in de levende condities terwijl het gehalte onder detectielimiet blijft in de dode controle. In de beënte microcosms zijn tevens methanogene bacteriën actief (zie Figuur 23).
De PCR-resultaten tonen aan dat in de niet-beënte microcosms, bacteriën van het type Dehalococcoides ontbreken. Tevens ontbreken de dehalogenases tceA, vcrAB en bvcA. In de beënte microcosms komen wél Dehalococcoides sp. voor, alsook de dehalogenases tceA en vcrAB. TceA is een enzyme dat TCE kan omzetten in cis-DCE en VC, en tevens VC in etheen maar de laatste stap is traag (co-metabool). vcrAB echter is een enzyme dat cis-DCE en VC snel (via
halorespiratie) kan omzetten in etheen.
DSR (sulfidogenen):
Dehalococcoides sp.
tceA
bvcA
vcrAB
Figuur 23. Resultaten van de moleculair-biologische analyses (PCR). Lanen 15 t/m 22 betreft de geanalyseerde microcosms. Lanen 20, 21 en 22 zijn de beënte
microcosms, de overige zijn niet-beënt.
Op basis van deze resultaten adviseerde VITO om over te gaan tot full-scale beënting en de voortzetting van melasse-injectie (met een continu doseringssysteem).
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Adamson, D.T., and Parkin, G.F., 1999. Water Research, 33, 1482-1494.
Adamson, D.T., McDade, J.M., and Hughes, J.B., 2003. Environmental Science &
Technology, 37, 2525-2533.
Adrian, L., Szewzyk, U., Wecke, J., and Gorisch, H. Nature 408, 580-583.
Ahlert, R.C., and Enzminger, J.D., 1992. Journal of Environmental Science and Health part A- Environmental Science and Engineering & Toxic and Hazardous Substance Control, A27, 1675-1699.
Aulenta, F., Bianchi, A., Majone, M., Petrangeli Papini, M., Potalivo, M., and Tandoi V., 2005. Environment International, 31, 185-190.
Aziz, C.E., Georgiou, G., and Speitel, G.E., 1999. Biotechnology and Bioengineering, 65, 100-107.
Beeman, R.E., and Bleckmann, C.A., 2002. Journal of Contaminant Hydrology, 57, 147-159.
De Best, J.H., Hage, A., Doddema, H.J., Janssen, D.B., and Harder, W. ,1999.
Applied Microbiology and Biotechnology, 51, 277-283.
Bjerg, P.L., Rugge, K., Cortsen, J., Nielsen, P.H., and Christensen, T.H., 1999.
Ground Water, 37, 113-121.
Bradley, P.M., 2000. Hydrogeology Journal, 8, 104-111.
Bunge, M., Adrian, L., Kraus, A., Opel, M., Lorenz, W.G., Andreesen, J.R., Gorisch, H., Lechner, U., 2003. Nature 421, 357-360.
Cervini-Silva, J., Kostka, J.E., Larson, R.A., Stucki, J.W. and Wu, J., 2003.
Environmental Toxicology and Chemistry, 22, 1046-1050.
Chen, C., Ballapragada, B.S., Puhakka, J.A., Strand, S.E., and Ferguson, J.F., 1999. Biodegradation, 10, 297-305.
Clement, T.P., Truex, M.J., and Lee, P., 2002. Journal of Contaminant Hydrology, 59, 133-162.
Debruin, W.P., Kotterman, M.J.J., Posthumus, M.A., Schraa, G., and Zehnder, A.J.B., 1992. Applied and Environmental Microbiology, 58, 1996-2000.
De Wildeman S., Nollet, H., Van Langenhove, H., Diekert, G., and Verstraete, W., 2002. Water Science and Technology, 45, 43-48.
Duhamel, M., Wehr, S.D., Yu, L., Rizvi, H., Seepersad, D., Dworatzek, S., Cox, E.E., and Edwards, E.A., 2002. Water Research, 36, 4193-4202.
Edstrom, J.A., Semmens, M.J., Hozalski, R.M., Clapp, L.W., and Novak, P.J., 2005. Environmental Engineering Science, 22, 281-293.
Egli C., Scholtz, R., Cook, A.M., and Leisinger, T., 1987. Fems Microbiology Letters, 43, 257-261.
9 Referenties
El Fantroussi, S., Naveau, H., and Agathos, S.N., 1998. Biotechnol. Prog., 14, 167-188.
Ellis, D.E., Lutz, E.J., Odom, J.M., Buchanan, R.J. Jr., Bartlett, C.L., Lee, M.D., Harkness, M.R., and DeWeerd, K.A., 2000. Environ. Sci. Technol., 34, 2254-2260.
Fennell, D.E., Carroll, A.B., Gossett, J.M., and Zinder, S.H., 2001. Environmental Science & Technology, 35, 1830-1839.
Fennell, D.E., Gossett, J.M., and Zinder, S.H., 1997. Environmental Science &
Technology, 31, 918-926.
Fennell, D.E., Nijenhuis, I., Wilson, S.F., Zinder, S.H., and Haggblom, M.M., 2004.
Environmental Science & Technology, 38, 2075-2081.
Galli, R., and Mccarty, P.L., 1989. Applied and Environmental Microbiology, 55, 837-844.
Gander, J.W., Parkin, G.F. and Scherer, M.M., 2002. Environmental Science and Technology, 36, 4540-4546.
Griebler, C., Adrian, L., Meckenstock, R.U., and Richnow, H.H. 2004. Fems Microbiology Ecology, 48, 313-321.
Häggblom, M.M., and Bossert, I.D. (eds.), 2003. Dehalogenation. Microbial processes and environmental applications. Kluwer Academic Publishers, 501 pp.
He, J.Z., Ritalahti, K.M., Aiello, R., and Loffler, F.E., 2003. Applied and Environmental Microniology, 69, 996-1003.
Hendrickson, E.R., Payne, J.A., Young, R.M, Starr, M.G., Perry, M.P., Fahnestock, S., Ellis, D.E. Ebersole, R.C., 2002. Applied Environ. Microbiol., 68, 485-495.
Hoelen, T.P., and Reinhard, M., 2004. Biodegradation, 15, 395-403.
Hunkeler, D., Aravena, R., and Butler, B.J., 1999. Environ. Sci. Technol., 33: 2733-2738.
Hunkeler, D., Aravena, R., Berry-Spark, K., and Cox, E.. 2005. Environ. Sci.
Technol., 39, 5975 -5981.
Jayachandran, G., Gorisch, H., and Adrian, L., 2004. Archives of Microbiology 182, 498-504.
Jayachandran, G., Gorisch, H., and Adrian, L., 2003. Archives of Microbiology 180, 411-416.
Kao, C.M., and Lei, S.E., 2000. Water Research, 34, 835-845.
Klecka, G.M., Carpenter, C.L., and Gonsior, S.J., 1998. Journal of Contaminant Hydrology, 34, 139-154.
Krajmalnik-Brown, R., Hölscher, T., Thomson, I.N., Saunders, F.M., Ritalahti, K.M., and Löffler, F.E., 2004. Applied and Environmental Microbiology, 70, 6347-6351.
Krone, U.E., Thauer, R.K., Hogenkamp, H.P., and Steinbach, K., 1991.
Biochemistry, 30, 2713-2719.
Leahy, J.G., and Shreve, G.S., 2000. Water Research, 34, 2390-2396.
Lee, C.H., Lewis, T.A., Paszczynski, A., and Crawford, R.L., 1999. Biochem.
Biophys. Res. Commun., 261, 562-566.
Lee, M.D., Quinton, G.E., Beeman, R.E., Biehle, A.A., Liddle, R.L., Ellis, D.E., and Buchanan, R.J., 1997. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 18, 106-115.
Leisinger, T., Bader, R., Hermann, R., Schmid-Appert, M., and Vuilleumier, S., 1994. Biodegradation, 5, 237-248.
Lendvay, J.M., Loffler, F.E., Dollhopf, M., Aiello, M.R., Daniels, G., Fathepure, B.Z., Gebhard, M., Heine, R., Helton, R., Shi, J., Krajmalnik-Brown, R., Major, C.L., Barcelona, M.J., Petrovskis, E., Hickey, R., Tiedje, J.M., and Adriaens, P., 2003. Environmental Science & Technology, 37, 1422-1431.
Löffler, F.E., Sun, Q., Li, J.R., and Tiedje, J.M., 2000. Applied and Environmental Microbiology, 66, 1369-1374.
Lookman, R., T. De Ceuster, D. Van Houtven, J. Gemoets, J. Patyn, R. Smolders, L. Diels, 2004. (http://www.ovam.be/jahia/do/cache/bypass/pid/176)
Lookman, R., Borremans, B., De Ceuster, T., Gemoets, J., and Diels, L., 2005.
Water, Air & Soil Pollution, 166, 197-216.
Major, D.W., McMaster, M.L., Cox, E.E., Edwards, E.A., Dworatzek, S.M., Hendrickson, E.R., Starr, M.G., Payne, J.A., and Buonamici, L.W., 2002.
Environmental Science & Technology, 36, 5106-5116.
Maymo-Gatell, X., Anguish, T., and Zinder, S.H., 1999. Applied and Environmental Microbiology, 65, 3108-3113.
Maymo-Gatell, X., Nijenhuis, I., and Zinder, S.H., 2001. Environmental Science &
Technology, 35, 516-521.
McCue, T., Hoxworth, S., and Randall, A.A., 2003. Water Science and Technology, 47, 79-84.
Müller, J.A., Rosner, B.M., von Abendroth, G., Meshulam-Simon, G., McCarty, P.L., Spormann, A.M., 2004. Applied and Environmental Microbiology, 70, 4880-4888.
Nyer, E.K., Payne, F., and Suthersan, S., 2003. Ground Water Monitoring and Remediation, 23, 36-45.
Neumann, A., Wohlfarth, G., and Diekert, G., 1996. J. Biol. Chem., 271, 16515-16519.
Regeard, C., Maillard, J., and Holliger, C., 2004. Journal of Microbiological Methods, 56, 107-118.
Seshadri, R., Adrian, L., Fouts, D.E., Eisen, J.A., Phillippy, A.M., Methe, B.A.,
R.J., Daugherty, S.C., Brinkac, L.M., Sullivan, S.A., Madupu, R., Nelson, K.T., Kang, K.H., Impraim, M., Tran, K., Robinson, J.M., Forberger, H.A., Fraser, C.M., Zinder, S.H., and Heidelberg, J.F., 2005. Science 307, 105-108.
Shouakar-Stash, O., Frape, S.K., and Drimmie, R.J., 2003. Journal of Contaminant Hydrology, 60, 211-228.
Slater, G.F., Lollar, B.S., Sleep, B.E., and Edwards, E.A., 2001. Environmental Science & Technology, 35, 901-907.
Sun, B.L., Griffin, B.M., Ayala-del-Rio, H.L., Hashsham, S.A., and Tiedje, J.M., 2002. Science, 298, 1023-1025.
Song, D.L., Conrad, M.E., Sorenson, K.S., and Alvarez-Cohen, L., 2002.
Environmental Science & Technology, 36, 2262-2268.
Sturchio, N.C., Clausen, J.L., Heraty, L.J., Huang, L., Holt, B.D., and Abrajano, T.A., 1998. Environmental Science & Technology, 32, 3037-3042.
Terzenbach, D.P., and Blaut, M., 1994. Fems Microbiology Letters, 123, 213-218.
U.S. EPA 1998. Report 600-R-98-128 by Wiedmeier, T.H., Swanson, M.A., Moutoux, D.E., Gordon, E.K., Wilson, J.T., Wilson, B.H., Kampbell, D.H., Hass, P.E., Miller, R.N., Hansen, J. E., Chapelle, F.H.
U.S. EPA, 2000. Engineered Approaches to In Situ Bioremediation of Clorinated Solvents: Fundamentals and Field Applications, 542-R-00-008.
Volkering, F. & Pijls, C., 2004, Proceedings of the Battelle Conference on Remediation of Chlorinated and Recalcitrant Compounds
Wild, A., Hermann, R., and Leisinger, T., 1997. Biodegradation, 7, 507-511.
Wing, M.R., 1997. Chemosphere, 34, 771-781.
Yang, Y., Pesaro, M., Sigler, W. and Zeyer, J. 2005. Water Research, 39, 3954-3966.
Yang, Y.R., and McCarty, P.L., 1998. Environmental Science & Technology, 32, 3591-3597.
Yang, Y.R., and McCarty, P.L., 2000. Environmental Science & Technology, 34, 2979-2984.
Yu, Z.T., and Smith, G.B., 2000. Environmental Toxicology and Chemistry, 19, 2212-2217.