Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des praxisorientierten Forschungsprojekts war es, eine ehemalige landwirtschaftliche Silageanlage zu einer modernen nach dem Perkolationsprinzip arbeitenden biologischen Bodensanierungsanlage umzur\u00fcsten und so f\u00fcr die Reinigung kontaminierter B\u00f6den nutzbar zu machen. Grundidee war die Kombination eines Feststoffreaktors (Silagebecken) mit einem Fl\u00fcssigreaktor (Sickerwasserbeh\u00e4lter). Die wissenschaftliche Aufgabe bestand in der effektiven Nutzung des Leistungspotentials der adaptierten Bodenmikroorganismen durch die Schaffung optimaler Milieubedingungen im Perkolationssystem.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDem UFZ kam die Aufgabe zu, den wissenschaftlichen Vorlauf zu schaffen. Es wurde eine Pilotanlage mit steuerbarem Luft- und Wasserkreislauf aufgebaut, welche die gleiche Grundstruktur wie die in Hirschfeld errichtete full scale-Anlage besitzt. Ausgehend von der Hypothese, dass periodische aerob-anaerob-Wechsel im Boden den Abbau von Kohlenwasserstoffen beschleunigen, wurden Abbauversu-che unter aeroben und aerob-anaerob-Wechselbedingungen in einem Modellboden durchgef\u00fchrt, der mit Dieselkraftstoff oder Phenanthren beladen war. Als sich zeigte, dass im Boden die Schadstoffabbaugeschwindigkeit prim\u00e4r von Transportph\u00e4nomenen und weniger von der mikrobiellen Leistung bestimmt wird, konzentrierten sich die weiteren Untersuchungen auf die Rolle der Bioverf\u00fcgbarkeit der Schadstoffe im Boden und auf deren Verbesserung durch den gezielten Einsatz von Tensiden. Hierzu erfolgten vergleichende Abbauversuche mit Kohlenwasserstoffen in w\u00e4ssriger Phase sowie in Systemen mit Boden. Anhand von Thermodesorptionsspektren und BET-Messungen wurden die Ursachen der mangelnden Bioverf\u00fcgbarkeit von Kohlenwasserstoffen aufgekl\u00e4rt. Drei ausgew\u00e4hlte nichtionogene Tenside wurden physikochemisch und biologisch charakterisiert und im Labor- und pilot scale-Ma\u00dfstab in verschiedenen Stadien des biologischen Abbauprozesses appliziert. Parallel zu den Grundlagenuntersuchungen wurde durch BMU eine ehemalige Silageanlage in Hirschfeld bei Freiberg zu einem biologischen Bodensanierungszentrum umgebaut. Die im UFZ gesammelten Erfahrungen wurden bei Praxisversuchen in der full scale-Anlage zur Anwendung gebracht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In w\u00e4ssriger Phase konnte ein stimulierender Effekt von zeitweiliger Sauerstofflimitation auf die mikrobielle Aktivit\u00e4t und den Substratumsatz nachgewiesen werden. In Systemen mit Boden f\u00fchrte ein periodi-scher aerob-anaerob-Wechsel verglichen mit rein aerober Prozessf\u00fchrung zu einer verst\u00e4rkten Mineralisierung der Schadstoffe, aber zu keinem beschleunigten Abbau. Auch bei an sich gut mikrobiell verwertbaren Kohlenwasserstoffen, wie Hexadekan und Phenanthren, wurden bei Abbauversuchen nach 600 h mit beladenen Modellb\u00f6den (organikfreier Sand) hohe Restschadstoffe festgestellt, die unabh\u00e4ngig von der Anfangskonzentration im Boden waren. Thermodesorptionsanalysen in Verbindung mit BET-Messungen zeigten, dass die Kohlenwasserstoffe nicht nur an der \u00e4u\u00dferen Partikeloberfl\u00e4che sorbieren sondern in die Mikroporen der Bodenpartikel eindringen. Die Mikroporosit\u00e4t des Modellbodens war letztendlich f\u00fcr die mangelnde Bioverf\u00fcgbarkeit der Schadstoffe verantwortlich. Die Zugabe nichtionogener Tenside zu Beginn des biologischen Abbauprozesses war unwirksam, weil die Kohlenwasserstoffe anf\u00e4nglich ausreichend bioverf\u00fcgbar waren und das Tensid bei beginnender Stagnation des Schadstoffab-baus bereits mikrobiell abgebaut war. Der Tensideinsatz in der Stagnationsphase f\u00fchrte zu einer kurzzeitigen Beschleunigung des Abbaus. Enthielt der Boden nur noch wenig Kohlenwasserstoffe, wurde ebenfalls keine Verbesserung durch Tensidgaben erzielt. In den Praxisversuchen in der Bodensanierungsanlage Hirschfeld zeigte sich, dass der Temperaturoptimierung w\u00e4hrend des Schadstoffabbaus eine domi-nierende Rolle zukommt. Demgegen\u00fcber brachte der Einsatz von Tensiden in der sp\u00e4ten Abbauphase nicht den erwarteten Erfolg. Die Erw\u00e4rmung des Bodens mit beheiztem Prozesswasser f\u00fchrte nur zu geringen Effekten, weil an der Bodenoberfl\u00e4che gro\u00dfe W\u00e4rmeverluste auftraten. Durch eine Kombination von Ma\u00dfnahmen zur W\u00e4rmezuf\u00fchrung (extern \u00fcber das Prozesswasser bzw. Selbsterw\u00e4rmung durch Kompostbeimischung) und zur Senkung von W\u00e4rmeverlusten (Abdeckung des Bodens mit Holzschnitzeln oder speziellen Folien) konnte die Abbaugeschwindigkeit von Kohlenwasserstoffen bis um den Faktor 3 erh\u00f6ht werden. Die Bodentemperatur wurde mittels des Bel\u00fcftungsregimes \u00fcber den Sauerstoffge-halt der Abluft gesteuert. Nach einer l\u00e4ngeren Testphase hat die Praxisanlage im Sommer 1997 den Routinebetrieb aufgenommen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tC. L\u00f6ser, A. Zehnsdorf, S. Jenz, H. Seidel, U. Stottmeister (1996): Der Einfluss periodischer aerob-anaerob-Wechsel auf den mikrobiellen Kohlenwasserstoffabbau im Boden. In: Neue Techniken der Bodenreinigung. Hamburger Berichte Bd. 10 (R. Stegmann, Hrsg.), Bonn 1996, S.385-396
\n\u00b7\tC. L\u00f6ser, H. Seidel, P. Hoffmann, U. Stottmeister (1996): Der Einfluss wechselnder Milieubedingun-gen auf den biologischen Kohlenwasserstoffabbau im Boden – periodischer areob-anaerob-Wechsel und gesteuerter Tensideinsatz. In: Schriftenreihe Biologische Abwasserbehandlung Bd.7, TU Berlin 1996, S. 159-180
\n\u00b7\tC. L\u00f6ser, H. Seidel, P. Hoffmann, A. Zehnsdorf, R. Fischer (1997): Microbial remediation of hydrocarbon contaminated soils in percolator systems of pilot and large scale. In: Proceedings of Eco-Informa 97, (K.Alef et al., Hrsg.), Bayreuth 1997, S. 314-319
\n\u00b7\tC. L\u00f6ser, H. Seidel, A. Zehnsdorf, U. Stottmeister (1998): Microbial degradation of hydrocarbons in soil during aerobic-anaerobic changes and under purely aerobic conditions. Appl. Microbiol. Biotechnol. (im Druck)
\n\u00b7\tA. Zehnsdorf, P. Hoffmann, R. Fischer (1998): Untersuchungen zur Steigerung der Effektivit\u00e4t einer mikrobiologischen Bodensanierungsanlage. Altlastenspektrum Bd. 7 (im Druck)
\n\u00b7\tC. L\u00f6ser, A. Zehnsdorf, P. Hoffmann, H. Seidel (1998): Leistungssteigerung bei der biologischen Bodenreinigung in Perkolationssystemen. UFZ-Bericht Nr. …\/1998 (im Druck)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Anwendung des Perkolationsprinzips bei der biologischen Bodenreinigung erm\u00f6glicht in einfacher Weise \u00fcber die Steuerung des Prozesswasserkreislaufs und des Bel\u00fcftungsregimes eine Steigerung des Leistungspotentials der Mikroorganismen. Die Geschwindigkeit des Schadstoffabbaus im Boden wird je-doch prim\u00e4r von der Bioverf\u00fcgbarkeit der Schadstoffe bestimmt. Der gezielte Einsatz von Tensiden zur Verbesserung der Bioverf\u00fcgbarkeit in der sp\u00e4ten Abbauphase brachte nicht den erwarteten Erfolg. Unter Praxisbedingungen kommt der Temperaturoptimierung w\u00e4hrend des mikrobiellen Schadstoffabbaus eine dominierende Rolle zu. Hier bieten Perkolationssysteme kosteng\u00fcnstige M\u00f6glichkeiten zur Verk\u00fcrzung des Sanierungsprozesses und zur Senkung der Restschadstoffgehalte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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