DE3601979A1 - Verfahren zur biotechnologischen sanierung von umweltschaeden im boden - Google Patents

Description

In der Mikrobiologie, der Wissenschaftsdisziplin, die sich mit dem Verhalten der Mikroorganismen (einzellige Lebewesen wie Bakterien, Hefen, Schimmelpilze, Algen u. a.) befaßt, ist schon lange bekannt, daß die verschiedensten frei in der Natur vorkom­ menden Mikroorganismen in der Lage sind chemische Verbindungen wie z. B. Kohlenwasserstoffe als Nährstoffe zu verwerten. Die Mikroorganismen nehmen dabei Kohlenwasserstoffe sowie weitere Nährstoffe und Spurenelemente auf und vermehren sich dadurch. Erste, eingehende Untersuchungen dieser mikrobiellen Fähig­ keiten wurden in Berlin im Institut für Gärungsgewerbe schon seit 1947 durchgeführt (Prof. Just). Ab Mitte der 60er Jahren wurden weltweit umfangreiche Forschungsprogramme zur Er­ zeugung von "Eiweiß aus Erdöl" finanziert. Dieses Eiweiß (scp: Single Cell Protein) ist nichts anderes als die durch Vermehrung entstandene Masse der Mikroorganismen.

Die diesbezüglichen Forschungen, die schon bis zur Errichtung von Produktionsanlagen im industriellen Maßstab gediehen waren, mußten schlagartig beendet werden, als Anfang der 70er Jahre die "Ölkrise" zu einer drastischen Verteurung der als Rohstoffe ge­ nutzten Erdöldistillate führte, so daß eine ökonomische Produktion von Single Cell Protein in absehbarer Zeit nicht mehr möglich erschien.

Diese wissenschaftlichen Erkenntnisse lassen sich aber nun auf die Sanierung von Umweltschäden anwenden. Mikroorganismen sind aufgrund ihres genetischen Potentiales so­ wie ihrer hohen Vermehrungsrate (Verdoppelungszeit von Bakterien unter Idealbedingungen: ca. 20 Minuten), in der Lage, sich an die verschiedensten Chemikalien zu adaptieren, diese als Nährstoffe zu nutzen und dadurch aus der Umwelt zu entfernen. Dazu zählen sehr viele der bisher als Umweltschadstoffe identifizierten Ver­ bindungen, angefangen von Kohlenwasserstoff-Gemischen wie Benzin, Diesel, Heizöl über Phenole und Teeröle bis hin zu resi­ stenten Verbindungen wie PCB (polychlorierte Biphenyle) und Dioxinen.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik bedeutet mikrobiolo­ gische Sanierung eine Schadstoffentfernung allein durch Stimu­ lierung der Aktivität der von Natur aus im Boden vorhandenen Organismen ohne zusätzliche Zugabe konzentrierter, adaptierter Kulturen mit dem dadurch bedingten entschieden höheren Zeit­ bedarf. Bekannt ist z. B. die Beseitigung eines Mineralöl­ schadens durch Infiltration von Nitratlösung, wobei eine Aus­ breitung des Nitrats in das umgebene Grundwasser durch eine Reihe von Abfangbrunnen verhindert wird. Nachteilig ist bei diesem Verfahren einerseits, daß enorme Mengen von Grund­ wasser abgepumpt und in Kreislauf geführt werden müssen, andererseits die lange Dauer für die Sanierung von zwei Jahren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Weg auf­ zuzeigen um schnell in situ die Entfernung bestimmter Schadstof­ fe aus dem Boden zu ermöglichen. Hierfür sind folgende Schritte vorgesehen:

1. Selektion einer Kultur hochaktiver an den jeweiligen Schadstoff adaptierter Mikroorganismen

2. Gezielte Infiltration einer konzentrierten Mikroorganismen- Suspension in den Schadensherd unter Berücksichtigung der geologischen Verhältnisse im Untergrund

3) Steuerung der Aktivität der Mikroorganismen durch gezielte Beeinflussung der physikalisch-chemischen Parameter sowie der notwendigen Nährstoffversorgung im Boden.

Eine gezielte Selektion von Mikroorganismen mit erwünschten Abbauleistungen sowie deren weitere Adaption an die Schadstoffe unter "Selektionsdruck", d.h. in Anwesenheit der Stoffe, die abgebaut werden sollen, gehört zum Stand des Wissens in der Mikrobiologie. Die verwendeten Mikroorganismen entstammen der natürlichen Umwelt, sie sind also als völlig ungefährlich zu betrachten. Nach verrichteter Arbeit sterben sie ab; der gleiche Vorgang findet im Kreislauf der Natur z. B. im Wald­ boden ständig statt (Mineralisation).

Der Einsatz von Mischkulturen erlaubt die simultane Entfernung verschiedener Schadstoffgruppen.

Die Erkundung und Bewertung der geologischen Situation im Untergrund im Hinblick auf die Infiltration von Mikroorganis­ men ist eine unabdingbare Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung des Verfahrens. Störungen sind z. B. dann zu er­ warten, wenn der Boden von Wasserundurchdringlichen Schichten durchzogen ist. Da sich Mikroorganismen nicht frei bewegen können ist ihr Transport im Boden an das Fließen bzw. die Be­ wegung des Wassers gebunden.

Die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen ist davon abhängig, daß die physikalisch-chemischen Parameter soweit wie möglich op­ timiert werden und den Bedürfnissen der Mikroorganismen ent­ sprechen. Dazu sind zu zählen: Ausreichende Feuchtigkeit im Boden, geeigneter pH-Wert sowie die Temperatur. Letztere ist aber im Boden im größeren Maßstab nicht zu beeinflussen, so daß dieser Faktor schon bei der Selektion der Mikroorganismen berücksichtigt werden muß.

Weiterhin ist eine Versorgung mit zusätzlichen Nährstoffen notwendig; neben einer "Kohlenstoffquelle" (Hauptnährstoff, in diesem Fall der Schadstoff) werden genau abgestimmte Ver­ hältnisse von Sauerstoff und Stickstoff.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß der zu sanierende Boden mit einer Suspension selektierter und adaptierter Mikroorganismen durch in den Boden angebrachten Bohrungen oberhalb der Schadenszone beimpft wird (Abb. 1, a) und durch in den Boden angebrachten Bohrungen unterhalb der Schadenszone (Abb. 1, b) mit einem O₂-enthaltenden Gasge­ misch intermittierend oder kontinuierlich begast wird. Die Mikroorganismensuspension enthält Stickstoffverbindungen und Spurenelemente in einer Konzentration kleiner als 10 g/l.

In zahlreichen Pilotversuchen wurde gefunden, daß der Abbau der Schadstoffe in überraschender Weise beschleunigt werden kann durch Erhöhung der Wasseraufnahme des Sedimentes. In Weiterbildung der Erfindung wird deshalb die Mikroorganismen­ suspension mit biologisch abbaubaren Polymeren, wie z. B. mit Xanthan oder Pullulan in einer Konzentration kleiner als 1 g/l versetzt. Kleine Mengen dieser Polymere erhöhen signifikant die Viskosität der Flüssigkeit, welche letztlich eine Erhöhung der Wasseraufnahme im Sediment bewirkt.

Claims (3)

1. Verfahren zur biotechnologischen Sanierung von Umwelt­ schäden im Boden, dadurch gekennzeichnet, daß der zu sanierende Boden mit einer Suspension selektierter und adaptierter Mikroorganismen durch in den Boden ange­ brachten Bohrungen oberhalb der Schadenszone beimpft wird (Abb 1, a) und durch in den Boden angebrachten Bohrungen unterhalb der Schadenszone (Abb. 1, b) mit einem O₂-enthal­ tenden Gasgemisch intermittierend oder kontinuierlich begast wird.

2. Verfahren zur biotechnologischen Sanierung von Umwelt­ schäden im Boden nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikroorganismensuspension biologisch abbaubare Polymere, wie als nicht limitierendes Beispiel Xanthan oder Pullulan, in einer Konzentration gleich oder kleiner 1 g/l enthält.

3. Verfahren zur biotechnologischen Sanierung von Umwelt­ schäden im Boden nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mikroorganismensuspension Stick­ stoffverbindungen und Spurenelemente in einer Konzentration kleiner als 10 g/l enthält.