• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Klima og miljø01. 06. 2015 | Katrine Meyn

Kemisk sørestaurering – fjernelse af fosfor i vandmiljøet ved tilsætning af kemikalier

Klima og miljø01. 06. 2015 By Katrine Meyn

Ved kemisk sørestaurering fjernes fosfor i søer ved tilsætning af kemikalier, der binder fosfor og dermed gør det utilgængeligt som næringsstof. Vi har undersøgt effektiviteten af fosfatfjernelsen i vandprøver indsamlet fra 16 danske søer. Studiet viser, at DOC i søen påvirker fosfatfjernelsen og dermed reducerer effektiviteten.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6/7, 2015 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Af Kasper Reitzel 2, Line Dithmer 1,2 og Ulla Gro Nielsen 1
1 Biologisk Institut, Syddansk Universitet
2 Institut for fysik, kemi og farmaci, Syddansk Universitet

Fosfor i vandmiljøet er ofte historisk betinget og udledt fra spildevand og landbrugets gødning og repræsenterer et stort miljøproblem, der har ført til, at kun ca. 40% af alle europæiske søer opfylder EU’s vandrammedirektiv [1].
Fosfor i form af fosfat er ofte det næringsstof, der begrænser algeproduktionen i søer, og et højt indhold af fosfor fører derfor til en øget algeopblomstring i søen, figur 1. Derved forringes søens lysklima, hvilket ofte resulterer i en ændring af fiskepopulationen, som kan være med til at bibeholde søen i en uklar tilstand, selv efter en reduktion af de eksterne fosfortilførsler. Strammere krav til spildvandsudledning og brug af gødning i landbruget har reduceret problemet med de eksterne fosfortilførsler, men ofte tilbageholdes den historisk tilførte fosfor i søsedimentet af bl.a. oxideret jern (Fe(III)), hvorved fosfat gøres utilgængeligt for algeproduktionen. Biologisk nedbrydning af organisk materiale i sommerperioden øger sedimentets iltforbrug, hvorved Fe(III) reduceres til Fe(II) og det tilbageholdte fosfat frigives efterfølgende til søvandet, hvorved algeproduktionen stimuleres yderligere.

Kemisk sørestaurering
Der findes flere metoder til restaurering af vandmiljøet i fosforbelastede søer. En af disse løsninger er kemisk sørestaurering, hvor søen tilsættes specifikke kemikalier, der binder fosfor i tungtopløselige kemiske forbindelser. De to mest anvendte metoder til kemisk sørestaurering er tilsætning af aluminium (Al3+) og produktet Phoslock®. Ved tilsætning af aluminium bindes fosfor til aluminiumhydroxider, en metode, der også anvendes til at mindske fosforindholdet i spildevand på rensningsanlæg. Desværre kan Al3+ ikke anvendes i søer med lav alkalinitet (bufferkapacitet), da det tilsatte Al3+ sænker søens pH og er giftigt for dyrelivet.
Et alternativ til aluminium er det kommercielle produkt, Phoslock®, der ikke har samme begrænsninger i forhold til alkalinitet som aluminium. Desværre er Phoslock® op til fem gange dyrere end aluminium, hvilket er den primære årsag til, at produktet endnu ikke er testet i fuld skala i Danmark. Det fosfatbindende element i Phoslock® er lanthan(III). Lanthan(III) kan dog ikke direkte tilsættes søen, da det er giftigt i vandmiljøet. Men dette problem er omgået i Phoslock®, hvor lanthan(III) er indbygget i lerarten bentonit ved ionbytning. Phoslock® tilsættes til søen som en opslæmning, hvor det i vandet kommer i kontakt med opløst fosfat og danner lanthanfosfat. Phoslock® synker til bunds og fortsætter med at optage det fosfat, som måtte blive udledt fra jorden, figur 2. Restaurering af søens vandmiljø ved hjælp af kemisk sørestaurering kræver et detaljeret kendskab til de faktorer, der påvirker det kemiske produkts effektivitet, så den bedste metode og korrekte dosis kan forudsiges.
Som regel evalueres effektiviteten af kemiske produkter ud fra en kvantitativ bestemmelse af den mængde fosfor, der er tilbage i vandet, efter en restaurering. Desværre får man ud fra disse målinger ingen information om, hvordan fosfor er bundet i sedimentet. Denne viden er nødvendig for at kunne fastslå, om fosfor er permanent bundet eller evt. kan frigives fra sedimentet på et senere tidspunkt. Vores overordnede forskning fokuserer derfor på at bestemme, hvordan forskellige sørestaureringsprodukter binder fosfat, og hvordan søens kemiske karakteristika som f.eks. pH, alkalinitet og organisk materiale (DOC) påvirker fosforfjernelsen ved brug af disse sørestaureringsprodukter som Phoslock® og aluminium.

Hvordan virker Phoslock®?
Der findes to forskellige lanthanfosfatmineraler: Rhabdophan (LaPO4 nH2O) og monazit (LaPO4), figur 3. Rhabdophan dannes ved normalt tryk og temperatur, men kan omdannes irreversibelt til det mere kompakte og stabile mineral monazit. Identifikation af den dannede lanthanfosfat i Phoslock® efter fosfatfjernelsen er en stor udfordring, da lanthanfosfat udgør mindre end 10% af den samlede prøve.
For at undersøge, hvordan fosfat bliver bundet af Phoslock® på molekylært niveau, blev en række adsorptionsforsøg med forskellige koncentrationer af fosfat samt med og uden tilstedeværelsen af organisk materialer, udført på laboratorieskala, figur 4. Prøverne blev efterfølgende studereret med faststof 31P NMR-spektroskopi, figur 5, samt La LIII EXAFS, faststof 139La NMR-spektroskopi og røntgendiffraktion.
Faststof NMR-spektroskopi og EXAFS viste, at fosfat reagerer med lanthan(III) og danner rhabdophan i alle prøverne. Derudover blev der observeret, at 10-25% af fosfat i prøverne findes på overfladen af rhabdophan, hvor den er svagere bundet end inde i rhabdophan-strukturen, og måske kan frigives over tid eller hvis der sker ændringer i søens kemiske betingelser.
EXAFS og 139La NMR er avancerede teknikker, hvor vi har udført målinger på henholdsvis MAXlab, Sverige og Pacific Northwest National Laboratory, USA. I modsætning hertil kan faststof 31P MAS NMR-spektre optages på NMR-spektrometre med standardudstyr til faststof NMR i løbet af 2-12 timer. Studiet viser, at faststof 31P NMR-spektroskopi giver et detaljeret indblik i antallet af forskellige fosforspecier i prøven og deres relative koncentration.

Hvordan påvirker organisk materiale fosfatfjernelsen?
Det er tidligere vist, at DOC opløst i vandet kan påvirke effektiviteten af Phoslock® [2,3]. DOC stammer fra f.eks. nedbrydning af planter og døde dyr og findes naturligt i alle søer, om end i varierende koncentration. Laboratorieforsøg med søvand fra Hostrup Sø, beriget med forskellige koncentrationer af DOC, har vist, at højere DOC-koncentrationer (> 5 mg L-1) nedsætter effektiviteten af Phoslock® betragteligt, figur 6, hvilket yderligere understøttes af andre undersøgelser [2]. Et komparativt studie med 16 danske søer [4] viste samme tendens, men dog også at andre af søens parametre, især en høj alkalinitet, måske kan modvirke den negative påvirkning fra DOC.
Desuden viser adsorptionsstudierne også, at den negative effekt, som DOC har på Phoslock®’s evne til at binde fosfat, bliver ophævet med tiden, hvilket indikerer, at effekten er kinetisk betinget. Man får dog ingen information om, hvordan og hvor fosfat er bundet ved udelukkende at anvende adsorptionsstudier.
De molekylære studier af resultaterne fra adsorptionsstudierne bekræfter, at uanset DOC koncentration og alkalinitet fældes fosfat som rhabdophan, der formentlig omdannes til monazit over tid. Desuden bliver den kinetiske effekt på lanthanfosfatbindingen understøttet ud fra EXAFS-analysen, der viser, at en stor del af lanthan ikke har reageret med fosfat, især ved høje DOC-koncentrationer.

Konklusion
Vores undersøgelser viser, at størsteparten af fosfor formentlig er permanent bundet til Phoslock i sedimentet og dermed ikke længere er tilgængeligt for planter og dyr. Avancerede måleteknikker, som faststof NMR-spektroskopi og EXAFS, har i kombination med adsorptionsstudier givet et detaljeret indblik i, hvordan fosfor fjernes ved det modificerede ler-produkt Phoslock® og langtidsvirkningen af produktet.
Der er dog stadig nogle problemer forbundet med brugen af både aluminiumsprodukter og Phoslock®. Derfor er det vigtigt, at der fortsat udvikles metoder til kemisk sørestaurering og i den forbindelse vil de anvendte analyseteknikker være yderst relevante for at kunne bestemme, hvordan og hvor fosfor bliver bundet, også i nye produkter.

Tak
Projektet har modtaget økonomisk støtte fra Villumfonden i form af et Villum Young Investigator Fellowship (UGN, LD) og Villum Kann Rasmussens Center for sørestaurering (CLEAR) (LD, KR). Højfelts NMR-studier er udført på Center for Environmental Molecular Science, Pacific Northwest National Laboratory, USA og EXAFS-måling på MAXLab, Lund Universitet, Sverige.

Litteratur
1. Spears, B.M., Dudley, B., Reitzel, K. and Rydin, E. (2013) Geo-Engineering in Lakes-A Call for Consensus. Environmental Science & Technology 47(9), 3953-3954.
2. Lürling, M., Waajen, G. and van Oosterhout, F. (2014) Humic substances interfere with phosphate removal by lanthanum modified clay in controlling eutrophication. Water Research 54(0), 78-88.
3. Dithmer L., Lipton, A.S., Reitzel, K., Warner, T.E., Lundberg, D. and Nielsen, U.G. (2015) Charaterization of phosphate sequestration by lanthanum modified bentonite clay: A solid-state NMR, EXAFS and PXRD study. Environmental Science & Technology, 49, 4559-4566.
4. Dithmer, L.; Nielsen U.G.; Lundberg D.; and Reitzel, K, Influence of dissolved organic carbon on the efficiency of P sequestration by a lanthanum modified clay 2015 (Submitted).

 

Skrevet i: Klima og miljø

Seneste nyt fra redaktionen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

Analytisk kemiArtikler fra Dansk KemiTop19. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi14. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

AktueltMedicinalkemi21. 04. 2025

I dag er det frem med nålen, hvis man er i behandling med diverse former for fedme-medicin. Det hæmmer imidlertid udbredelsen på specielt asiatiske og afrikanske markeder, hvor der er en udtalt nålefobi. Derfor arbejder det danskstiftede biotekselskab Pila Pharma med at få udvikle deres

Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

AktueltBioteknologiFødevarekemi07. 04. 2025

NitroVolt, en dansk biotech-virksomhed, vil vende produktionen af ammoniak på hovedet. I stedet for den velkendte løsning, der bygger på den energitunge Haber-Bosch-proces, vil produktionen nu foregå i en container, der fx kan stå direkte ude hos en landmand. Ammoniak til kunstgødning er en slags

En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi01. 04. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2024 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Læs originalartiklen her Nomenklaturudvalget får indimellem henvendelser om dansk kemisk nomenklatur fra de oversættere i EU, hvis opgave det er at oversætte EU-lovgivning på

Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

AktueltEnergi31. 03. 2025

Efter en byggeperiode på omkring to år, er BASF nye 54 megawatt elektrolyseanlæg blevet indviet. Udover at være Tyskland største, med en kapacitet til at producere op til 8.000 ton grøn brint årligt, skriver det også historie på et andet område. Brinten skal primært anvendes som råmateriale i

Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

AktueltBranchenyt31. 03. 2025

Danske virksomheder er fortsat nogle af de mest aktive i Europa til at innovere. Det viser nye tal fra Den Europæiske Patentmyndighed, EPO, som udsteder patenter, der kan dække i op til 45 lande. Vestas, Novozymes og Danmarks Tekniske Universitet har leveret de største bidrag til, at Danmark kan

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Sådan transporterer du lithiumbatterier sikkert

  • Kem-En-Tec Nordic

    Opnå rent DNA/RNA på få minutter og på bæredygtig vis!

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

  • DENIOS ApS

    Her er den oversete vej til et sundere arbejdsmiljø

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions lancerer den nye HiCube Neo RGA

  • Busch Vakuumteknik A/S

    centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

  • DENIOS ApS

    Ved du, hvornår det er tid til at vedligeholde, udskifte eller flytte dit opsamlingskar?

  • DENIOS ApS

    3 sikkerhedsfunktioner, du skal kigge efter på dit opsamlingskar

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage i videnskabens og fremtidens tegn

  • Holm & Halby

    Holm & Halby deltager i Europe Biobank Week 2025

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

  • Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

    26.03.2025

  • Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

    25.03.2025

  • Styrkelse af nyfundet gen kan gøre kartoflen resistent over for svampeangreb

    24.03.2025

  • Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i det danske arbejdsmiljø

    21.03.2025

  • Dansk forbud mod PFAS er lige på trapperne – indsigelsesfrist mod 2024-aftale er overskredet

    20.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik