Sturing bij in situ saneringen, specifieke monitoringtechnieken, bepaling bacteriën en enzymen

Als aanvulling op de in de praktijk gangbare en veelvuldig toegepaste monitoringtechnieken zijn de afgelopen jaren specifieke technieken ontwikkeld voor complexe verontreinigingssituaties, zoals onder meer voor het inzichtelijk maken van dechloreringsprocessen bij gechloreerde verontreinigingen. Een van deze technieken is gericht op het bepalen van bacteriën en schimmels door middel van DNA analyse.

Achtergrond DNA analyses

In de bodem en het grondwater zijn micro-organismen (met name bacteriën en schimmels) verantwoordelijk voor de afbraak van verontreinigingen. Hiervoor gebruiken micro-organismen enzymen. Klassieke methoden voor de detectie van bacteriën zijn vaak gebaseerd op het kweken in het laboratorium. Van de bacteriën die in water, bodem en sediment voorkomen is echter minder dan één procent kweekbaar.

Moleculaire detectiemethoden zijn gericht op het aantonen van genetische informatie (DNA en RNA) van specifieke micro-organismen en hun enzymen. Moleculaire detectie kan daarbij aantonen welke bacteriën aanwezig zijn en in welke mate. Ook is het op deze wijze mogelijk om te bepalen welke micro-organismen actief zijn en welke afbraakmechanismen optreden.

Momenteel worden in Nederland in de saneringspraktijk voornamelijk DNA-analyses uitgevoerd naar de bacteriën die zorgen voor reductieve dechlorering van VOCl. Het betreffen bacteriën uit de groep Dehalococcoides spp., tot op heden de enige bekende bacteriën die in staat zijn PER en TRI volledig om te zetten tot de onschadelijke eindproducten etheen en/of ethaan. Indien de bacterie Dehalococcoides spp. wordt aangetoond, kan daarom in principe volledige afbraak van PER en TRI (via CIS en VC) naar etheen plaatsvinden. De aanwezigheid van het enzym VC-reductase, de laatste stap in het afbraakproces dat zorgt voor omzetting van VC naar etheen, geeft hier uitsluitsel over.

Op dit moment worden steeds meer kwantitatieve dan kwalitatieve analyses uitgevoerd, waardoor samen met de overige monitoringsgegevens steeds meer inzicht wordt verkregen in de relatie tussen het aantal Dehalococcoides spp. dat aanwezig is en de afbraaksnelheid van de VOCl verontreiniging. Een voorbeeld hiervan is verkregen in het SKB-project PT7436 en is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3, Relatie tussen aantallen Dehalococcoides spp. (DHC) en afbraaksnelheid VOCl (Lieten en van Bemmel, 2008)

Verwacht wordt dat met deze gegevens in de toekomst betere inschattingen gemaakt kunnen worden van de tijdsduur van biologische saneringen op met VOCl verontreinigde locaties.

Welke informatie levert een DNA analyse?

De aanwezigheid en/of het aantal bacteriën of enzymen geeft de volgende informatie:

• Is er potentie voor natuurlijke afbraak van de verontreiniging. Het aantonen van de specifiek benodigde bacteriën geeft aan dat de omzetting van de verontreiniging mogelijk is;
• Een toename van het aantal bacteriën of enzymen duidt op een groeiende populatie en is daardoor een indicatie voor plaatsvinden van afbraak in de periode van monitoren;
• Op basis van de resultaten van een DNA-analyse kan worden bepaald of toevoeging van bacteriën noodzakelijk is (beënting of bioaugmentatie).
• Met deze gegevens in de toekomst betere inschattingen gemaakt kunnen worden van de tijdsduur van biologische saneringen op met VOCl verontreinigde locaties.

Wanneer worden DNA analyses toegepast?

Een snelle, specifieke, gevoelige en kwantitatieve detectie van verschillende soorten micro-organismen en hun enzymen is belangrijk voor het aantonen en monitoren van natuurlijke afbraakprocessen (NA) en het sturen van gestimuleerde bodemsaneringen. De DNA analyses zijn een aanvulling op standaard monitoringstechnieken voor de volgende situaties:

• Het vaststellen van de potentie voor natuurlijke afbraak;
• Bepalen of stagnerende afbraak van de verontreiniging veroorzaakt wordt door een gebrek aan (actieve) bacteriën. Indien de leefomstandigheden voor deze bacteriën wel geschikt zijn kan in dat geval water met een geschikte bacteriepopulatie worden toegevoegd aan het grondwater;
• De aanwezigheid van afbraakproducten op een specifieke plaats kan verschillende oorzaken hebben (aanvoer van elders of afbraak in het verleden of heden). Het aantonen van een levende populatie specifieke bacteriën duidt op afbraak op het moment en op de plek van monitoring;
• Het meten van de aanwezigheid van enzymen is een directe aanwijzing dat de omzetting op dit moment plaats vindt. Deze specifieke enzymen zijn alleen aanwezig als ze ook daadwerkelijk gebruikt worden;
• Het monitoren van gestimuleerde biologische in-situ saneringen voor VOCl verontreinigingen. Toediening van een geschikte elektronendonor dient als resultaat te hebben dat de aantallen Dehalococcoides spp. toenemen. Indien naast een geschikte elektronendonor het verontreinigde grondwater ook beënt wordt met Dehalococcoides spp. kunnen deze analyses worden gebruikt om de verspreiding van deze bacteriën door het bodempakket te monitoren. Op basis van deze gegevens kan de uitvoering worden bijgestuurd of geoptimaliseerd.

Voor gestimuleerde biologische in-situ saneringen waarbij naast een elektronendonor ook Dehalococcoides spp. moet worden toegevoegd zijn twee basisconcepten beschikbaar: beënting middels een laboratoriumkweek of Dehalococcoides spp. bevattend grondwater van een locatie enerzijds of middels een bioreactor op de locatie waarbij onttrokken grondwater continue wordt voorzien van Dehalococcoides spp. en met de overige hulpstoffen weer in de bodem wordt geïnfiltreerd. Bij deze saneringen worden (kwantitateive) DNA analyses ingezet om de kwaliteit van de kweek of de werking van de bioreactor te monitoren.

Methode, voorwaarden en kosten DNA analyses

DNA wordt in het laboratorium geïsoleerd uit een grond- of grondwatermonster en vervolgens kwalitatief of kwantitatief geanalyseerd met resp. een PCR of real-time PCR techniek. Voor het verifiëren van de aanwezigheid (voldoende) actieve bacteriën en/of enzymen is een beperkt aantal monsters nodig. Momenteel kunnen bacteriën en enzymen die betrokken zijn bij dechloreringsprocessen worden bepaald. Afhankelijk van het aantal analyses zijn de kosten voor kwantitatieve DNA-analyse tussen de € 300 en € 450 per stuk. Kwalitatieve analyses kosten circa € 90 tot € 130 per monster (prijspeil 2009).

Zie [Praktijktoepassing DNA analyses op locatie in Uden] en de [Overzichtskaart mate van toepassing bepalen van bacteriën en schimmels door middel van DNA analyse].
Sturing bij in situ saneringen, specifieke monitoringtechnieken, literatuur