Bioremediering af pesticidforurenet drikkevand i sandfiltre på vandværker

Transkript

1 Bioremediering af pesticidforurenet drikkevand i sandfiltre på vandværker Jens Aamand 1 Lea Ellegaard-Jensen 3 Christoffer B. Harder 2 Flemming Ekelund 2 Christian N. Albers 1 1 Geological Survey of Denmark and Greenland 2 University of Copenhagen 3 Aarhus University

2 Formål At udvikle teknologier til rensning af pesticidforurenet drikkevand baseret på tilsætning af specifikke nedbryderbakterier til vandværkers sandfiltre. At karakterisere de mikrobielle samfund i sandfiltrene Sandfiltrernes funktion: Fjernelse af NH 4 + ved nitrifikation Fjernelse af CH 4 af metaneoxiderende bakterier Nedbrydning af organisk stof Fe 2+ oxidation Mn 3+ oxidation

3 Grundvand som drikkevand Sources of drinking water, IWA % 25% 50% 75% 100% Denmark Lithuania Slovakia Belgium Germany Waterworks Oxidation Sand filter Water tank Consumers France Finland Netherlands Italy Water abstraction well Sweden Austria Hungary Portugal Groundwater Switzerland Cyprus Luxemburg Spain Norwey Groundwater Spring water Surface water Other sources

4 De oftest fundne pesticider P esticider/ Nedbrydningsprodukter Fund % Fund > 0, 1 µ g /l % 2, 6 - D ichlorbenzamid (BAM) 18, 8 7,9 D iethylisopropyl - atrazin 11,4 2,9 D eisopropyl - atrazin 8, 2 1,6 4 - N itrophenol 8,3 0,7 D eethyl -atrazin 6,7 1,4 A trazin 5,2 1,6

5 BAM det største problem Dichlobenil 2,6-dichlorobenzonitril CN BAM 2,6-dichlorobenzamid O N H 2 Cl Cl Cl Cl Grundvand

6 Mineralized to 14 CO2 (in % of added 14 C-BAM ) Aminobacter en BAM nedbrydende bakterie Aminobacter sp. strain MSH1 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% A 7.9 nm nm 5,270.3 nm 52,631.6 nm 263,126.2 nm 0% Time (d) Sørensen et al., (2007 ) Appl. Environ. Microbiol. 73:

7 Prøvetagning fra 11 sandfiltre Sandy deposits with sandy aquifers Till deposits with sandy aquifers Till deposits with chalk aquifers

8 Mikrobiel diversitet i sandfiltre Gallionella var dominerende i sandfiltre, der modtog grundvand med et højt jernindhold Methylococcaceae blev fundet i sandfiltre, der modtog grundvand med metan Hyphomicrobium spp. var tilstede I alle sandfiltre, hvor de sandsynligvis star for mangan-oxidationen Ammonium-oxiderende Nitrosomonas og Crenarchaeota blev fundet I alle filter, men dog I relativt lavt antal Nitrospira, som sandsynligvis spiller en rolle i oxidationen af nitrit til nitrat, blev også fundet Albers et al., (2015 ) Environ. Sci. Technol. 49:

9 Eukaryotisk diversitet i sandfiltrene Protozoer dominerede de eukaryote samfund hvor ciliater, stramenopiler, cercozoa og amoebae udgjorde 62% af alle sekvenser På Astrup vandværk I Jylland udgjorde svampe > 50% af sekvenserne Cercozoa dominerede på Sjælland De mest dominerende metazoa var : Nematoder Gastrotricher Små krebsdyr. % Bugge Harder et al. (in prep. ) Monhysteridae Chaetonotus sp. Debaryomyces sp. Lacrymaria sp. Rhogostoma sp. Clatrulina sp. Nematoda Gastrotricha Fungi/yeast Ciliates Cercozoa Naegleria sp. Amoebae Cercozoa

10 Lab-skala vandværk Depth (cm) 1/7-11, Before backflushing 7/7-11, After backflushing 3/8-11 Depth (cm) Before backflushing After backflushing 3/8-11

11 Pilot-skala vandværk

12 BAM nedbrydning Albers et al., (2015 ) Water research

13 Udvaskning af celler Albers et al., (2015 ) Water research

14 Tab af bakterier som følge af protozoer Albers et al., (2015 ) Water research

15 Kan teknologien forbedres? Tab af bakterier fra sandfiltrerne kan måske forhindres ved immobilisering af bakterierne på særlige materialer, såkaldte carriers Pesticidfjernelsen kan udføres i et separat sandfilter, således at returskyldning undgås. Nedbrydningsprocessen er hæmmet af de ekstremt lave pesticidkoncentrationer Det er muligt processen kan stimuleres ved tilsætning af små mængder organisk kulstof, der kan fungere som alternative kulstofkilde for Aminobacter MSH1

16 MEM2BIO Innovative combination of membrane technology and biological filtration for water purification

17 VAND + PESTICID SAND FILTER - membrane SAND FILTER + membrane Pesticid Andet kulstof Mineraler Pesticid-nedbrydere Døde pesticide-nedbrydere NEDBRYDNING RENT VAND Ellegaard-Jensen (Aktuel Naturvidenskab 2018)

18 Søjleforsøg 100 % BAM Fjernelse Næste trin: Pilot-skala forsøg hvor membranteknologien kobles til et biologisk sandfilter

19 Konklusion Geokemien af råvandet er bestemmende for diversiteten af de bakterielle samfund i sandfiltre på vandværker Det er muligt at opnå fuldstændig nedbrydning af BAM ved tilsætning af Aminobacter MSH1til et pilotskala sandfilter, men nedbrydningspotentialet kunne maximalt opretholdes en måned. Ved at kombinere membranfiltrering med sandfiltre tilsat Aminobacter MSH1kan BAM-nedbrydningspotentialet opretholdes i længere tid