Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Entwicklung eines Verfahrens zur \u00dcberwachung der in Bergbaualtlasten ablaufenden nat\u00fcrlichen oder durch Sanierungsma\u00dfnahmen modifizierten mikrobiellen Laugung von Metallsulfiden, die zu einer Kontamination von B\u00f6den und Gew\u00e4ssern mit Schwermetallionen und Schwefels\u00e4ure f\u00fchrt. Die bakteriellen Umsetzungen sollen mithilfe eines kalorimetrischen Kurzzeit-Aktivit\u00e4tstests quantifiziert werden, der soweit standardisiert wird, dass er routinem\u00e4\u00dfig zur Vorbereitung, Kontrolle und Bewertung von Sanie-rungsma\u00dfnahmen eingesetzt werden kann.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten werden an der Universit\u00e4t Hamburg und an der TU Clausthal durchgef\u00fchrt. Zum einen werden grunds\u00e4tzliche Fragestellungen des kalorimetrischen Kurzzeit-Aktivit\u00e4tstests durch Laugungsversuche unter definierten Laborbedingungen untersucht. Diese Arbeiten umfassen u. a. Experimente zur Bestimmung der Reaktionsenergie und Temperaturabh\u00e4ngigkeit der biologischen Laugung. Parallel wird der Aktivit\u00e4tstest f\u00fcr verschiedene Anwendungszwecke wie R\u00fcckstandshalden der Erzgewinnung (Kupferh\u00fctte der Mansfeld AG bei Helbra, Sachsen-Anhalt) und des Kohlenbergbaus (Steinkohlenbergehalden Gr\u00fchlingstra\u00dfe und Reden der Saarbergwerke AG, Saarland; Braunkohlenkippen der Braunschwei-gischen Kohlen-Bergwerke AG, Niedersachsen) standardisiert, um eine generelle Einsetzbarkeit zu erreichen. Dazu werden diese verschiedenen Laugungsbiotope auf mikrobielle Besiedlung sowie auf Zwischenverbindungen des Metallsulfidabbaus untersucht und die mikrobielle Stoffwechselaktivit\u00e4t in Abh\u00e4ngigkeit von den Umgebungsbedingungen bestimmt. Zum anderen wird ein Eluator (4.5 m3 Fas-sungsverm\u00f6gen) eingesetzt, mit dem s\u00e4mtliche, in einem Haufwerk ablaufenden chemischen und mikrobiellen Umsetzungsprozesse simuliert und gleichzeitig deren Auswirkungen in k\u00fcrzester Zeit erfasst werden k\u00f6nnen, um die mikrobiologischen Aktivit\u00e4ten in Bergbaualtlasten im Technikumsma\u00dfstab zu untersuchen und Sanierungskonzepte zu \u00fcberpr\u00fcfen und fortzuentwickeln. Damit besteht die M\u00f6glichkeit, L\u00f6se- und Laugereaktionen mit der angestrebten Routine-Messmethode zu evaluieren.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In grundlegenden Experimenten zur Etablierung des kalorimetrischen Aktivit\u00e4tstestes wurde die Pyritoxidation durch Rein- und Mischkulturen von Laugungsbakterien untersucht. Die bakteriellen Laugungsraten und Zellzahlen konnten hier durch kalorimetrische Messungen innerhalb von 1 bis 2 h bestimmt werden. Mit -1500 kJ\/mol liegt die experimentell ermittelte Reaktionsenergie im Bereich des theoretischen Werts. Die Ergebnisse waren auf Perkolatorversuche mit pyrit-haltigem, nat\u00fcrlichen Erz \u00fcbertragbar. Des Weiteren wurde die Aktivierungsenergie (50.8 kJ\/mol) und damit die Temperaturabh\u00e4ngigkeit der biologischen Laugung von pyrit-haltigem Erz bestimmt. Damit ist f\u00fcr Bergbaufolgelasten, an denen die Laugung von Pyrit gegen\u00fcber der Oxidation anderer Metallsulfide dominiert, der Aktivit\u00e4tstest soweit standardisiert, dass eine kalorimetrische Quantifizierung der Laugungsraten von Proben von Standorten mit Temperaturen von etwa 10 bis 40 \u00b0C m\u00f6glich ist. Weiter wurden Untersuchungen zur biologischen Laugung von Erzen und Verh\u00fcttungsr\u00fcckst\u00e4nden, die \u00fcberwiegend Kupfer-, Zink- und Bleisulfide enthalten, durchgef\u00fchrt. Der Aktivit\u00e4tstest wurde erfolgreich auf verschiedene Standorte mit Bergbaufolgelasten angewendet. Auf dem Gel\u00e4nde der Kupferh\u00fctte bei Helbra wurde die Oxidationsaktivit\u00e4t von bei der Verh\u00fcttung angefallenen, zink- und bleisulfidhaltigen Flugst\u00e4uben (Theisenschlamm) untersucht. W\u00e4hrend die Aktivit\u00e4t von Proben mit hohen Theisenschlammanteil gut zu bestimmen ist, kann die Laugungsrate von mit Theisenschlamm infiltrierten Schlackehalden aufgrund der gro\u00dfen Heterogenit\u00e4t und geringen Aktivit\u00e4t der Proben nur mit hohem Aufwand ermittelt werden. F\u00fcr Bergehalden der Steinkohlengewinnung und Abraumkippen des Braunkohlentagebaus konnte der Aktivit\u00e4tstest ebenfalls zur Lokalisierung von Bereichen mit hoher Laugungsaktivit\u00e4t eingesetzt werden. Hier konnte auch zwischen Material mit \u00fcberwiegend abiotisch ablaufenden exothermen Prozessen und Abschnitten mit biologisch dominierter Laugung unterschieden werden. Im 4.5 m3-Eluator wurden Versuche zur Simulierung der Schwermetall-Emission einer mit Theisenschlamm kontaminierten Schlackehalde und einer Braunkohlenabraumkippe sowie ein Technikumsversuch mit Steinkohlenbergematerial durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
T. Rohwerder, A. Schippers, W. Sand (1997) In: Proceedings of the XX. International Mineral Processing Congress, Aachen, Vol. 4: Solid-liquid, Hydro- and Biohydrometallurgy, H. Hoberg und H. v. Blottnitz (eds.), GDMB, Clausthal-Zellerfeld, p. 475-483
\nT. Rohwerder, W. Sand, A. Schippers (1997) In: Proceedings of the 9th International Conference on Coal Science, Essen , Vol. 3, A. Ziegler et al. (eds.), DGMK, Essen, p. 1659-1662
\nT. Rohwerder, A. Kahl, S. Wentzien, W. Sand (1997) 10th ISBC Congress: Biothermodynamics: From human beings to molecules, Monte Verit\u00e0, Switzerland
\nT. Rohwerder, A. Schippers, W. Sand (1997) 12. Ulm-Freiberger Kalorimetrietage, Freiberg
\nT. Rohwerder, A. Kahl, S. Wentzien, W. Sand (1997) Fr\u00fchjahrstagung der VAAM, Hamburg
\nT. Rohwerder, A. Kahl, S. Wentzien, W. Sand (1998) Euroconf.: Bacterial-Metal\/Radionuclide Interaction, Rossendorf
\nW. Sand, A. Kahl, T. Rohwerder, S. Wentzien, E. Gock, M. Rei\u00df (1999) Konferenz Rekultivierung und Umweltschutz in Bergbau-Industriegebieten, Bd. 2, Legnica, p. 323-327
\nT. Rohwerder, A. Schippers, W. Sand (1998) Thermochim. Acta 309, p. 79-85A.\tSchippers, T. Rohwerder, W. Sand (1999) Appl. Microbiol. Biotechnol. 52, p. 104-110
\nW. Sand, H. v. R\u00e8ge, T. Rohwerder, A. Schippers, S. Wentzien (1999) In: Innovative Techniken der Bodensanierung, S. Heiden (ed.), Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, p. 190-212
\nT. Rohwerder, A. Kahl, S. Wentzien, W. Sand (1999) In: Proceedings of the IBS\u00b499, San Lorenzo de El Escorial, Part A, R. Amils, A. Ballester (eds.), Elsevier, Amsterdam, p. 551-558
\nM. Rei\u00df, E. Gock (2000) Schriftenreihe des Mansfeld-Museums (Neue Folge), Nr. 5, p. 25-38
\nM. Rei\u00df, E. Gock (2000) Schriftenreihe des Mansfeld-Museums (Neue Folge), Nr. 5, p. 89-104<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der kalorimetrische Aktivit\u00e4tstest stellt ein schnelles Messverfahren dar, mit dem bakterielle Laugungsraten in Bergbaufolgelasten sehr genau und ohne weitere Aufbereitung einer Probe bestimmt werden k\u00f6nnen. Durch die Standardisierung kann der Test zur \u00dcberwachung biologischer Laugungsprozesse und damit bei Sanierungsprojekten an fast allen Problemstandorten mit sulfidischen R\u00fcckst\u00e4nden eingesetzt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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