Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die in mineralischen Altlasten wie Bergwerkshalden nat\u00fcrlich und unkontrolliert ablaufende bakterielle Haufenlaugung f\u00fchrt zur Bildung Schwermetall belasteter Sauerw\u00e4sser (acid mine drainage). Die in den Altlasten ablaufenden mikrobiellen Laugungsprozesse sollen untersucht werden, um einerseits ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen zu entwickeln, andererseits Wege zur Verhinderung oder Unterdr\u00fcckung der Prozesse aufzuzeigen. Das Know-how soll dazu dienen, Umweltbelastungen, wie sie z.B. durch den s\u00e4chsisch-th\u00fcringischen Uranerzbergbau verursacht worden sind, zu verringern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der Zeit von April bis Oktober 1993 wurden auf dem Gel\u00e4nde der Wismut GmbH bei Ronneburg in Th\u00fcringen f\u00fcnf Beprobungen auf der Absetzer(A.)-halde und auf der f\u00fcr ca. 15 Jahre biologisch gelaugten Gessen(G.)-halde mittels Rammkernsondierungen bis zu 5 m Tiefe durchgef\u00fchrt, um die Zusammensetzung der lithoautotrophen und chemoorganotrophen Bakterienflora zu bestimmen. Die Proben wurden auf den Gehalt von aerob und anaerob lebenden Mikroorganismen untersucht sowie die mikrobielle Stoffwechselaktivit\u00e4t (Laugung) unter aeroben und anaeroben Bedingungen mittels Mikrokalorimetrie ermittelt. Weiterhin wurden 16 Perkolationsexperimente zur Hemmung der biologischen Laugung durchgef\u00fchrt. Dabei wurde der Einflu\u00df der Zus\u00e4tze SDS (Laurylsulfat), Calciumfluorid und Alkalien (Beton, Kalk) auf die biologische Laugung untersucht. Hierzu wurde die W\u00e4rmeleistung als Ma\u00df f\u00fcr die mikrobielle Aktivit\u00e4t sowie die Zellzahl, das Metallausbringen, der pH-Wert und das Redoxpotential bestimmt. Die Beimpfung erfolgte mit einer Mischkultur aus Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans und T. thiooxidans. Tastversuche zur Haldenabdichtung mittels mineralischer, sich selbst bildender Sperrschichten sowie zur Auswirkung von Flutungsbedingungen im Erzk\u00f6rper auf die biologische Laugung wurden ebenfalls in Perkolatoren durchgef\u00fchrt. Zur \u00dcbertragung von Laborergebnissen in einen (klein)technischen Ma\u00dfstab wurde ein Laugungsexperiment mit Uranerz aus dem Tagebau Ronneburg in einer 300 l – Perkolationsanlage mit einem Temperaturgradienten von 25\u00b0C bis 57\u00b0C durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die mikrobiologische Bestandsaufnahme ergab, da\u00df aerob lebende lithotrophe Bakterien in den Ronneburger Halden dominierten. Zus\u00e4tzlich konnten auch chemoorganotrophe Mikroorganismen sowie anae-rob lebende Bakterien nachgewiesen werden. Die Zellzahlen sowie die H\u00e4ufigkeit des Vorkommens nahm bei allen Gruppen mit der Tiefe ab. Mikrobielle Aktivit\u00e4t war \u00fcberwiegend in den oberen 1,5 – 2 m der Halden nachzuweisen. Gegen\u00fcber Vergleichsstandorten war die mikrobielle Aktivit\u00e4t am Standort Ronneburg um etwa 90 % reduziert. Die durch die Pyritoxidation entstehende W\u00e4rme f\u00fchrte in manchen Haldenbereichen zur Erhitzung mit Temperaturen von teilweise \u00fcber 100 \u00b0C. An diesen Stellen konnte ein thermoacidophiles Archaeonbakterium nachgewiesen werden. Zum ersten Mal konnte in Naturproben von Laugungsstandorten Tetra- und Pentathionat nachgewiesen werden, vorwiegend in schwach alkalischen Proben. Elementarer Schwefel konnte in den meisten Proben nachgewiesen werden. Die Exhalation von Radon wird wahrscheinlich durch die mikrobielle Laugungsaktivit\u00e4t verst\u00e4rkt. Haldenbereiche mit den h\u00f6chsten Strahlungswerten wiesen auch die h\u00f6chsten Zellzahlen von Thiobacillus ferrooxidans auf. In Perkolationsversuchen konnte die biologische Laugung von Armerzen durch Mischkulturen von Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans und Thiobacillus thiooxidans mit verschiedenen Zus\u00e4tzen gehemmt werden. W\u00e4hrend mit SDS nur eine zeitlich begrenzte Hemmwirkung erzielt wurde, konnte mit Calciumfluorid, Calciumcarbonat und Beton eine dauerhafte Hemmung erreicht werden. Tastversuche in Perkolatoren zeigten, da\u00df eine Haldenabdichtung mittels mineralischer, sich selbst bildender Sperrschichten prinzipiell m\u00f6glich ist. Tastversuche zur Auswirkung von Flutungsbedingungen im Erzk\u00f6rper auf die biologische Laugung zeigten, dass keine Hemmung eintritt, wenn der Sauerstoffbedarf durch die Laugungsl\u00f6sung gedeckt wird. In Simulationsversuchen konnte die Haufenlaugung von zwei unter-schiedlichen Erztypen in einer Versuchsanlage unter Einstellung eines Temperaturgradienten von 25 \u00b0C bis 57 \u00b0C nachgestellt werden. Die \u00dcbertragung von Laborergebnissen in einen (klein)technischen Ma\u00dfstab war somit erfolgreich.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen:
\n1)\tW. Sand, T. Gehrke, R. Hallmann, A. Schippers (1995). Sulfur chemistry, biofilm, and the (in)direct attack mechanism – a critical evaluation of bacterial leaching. Appl. Microbiol. Biotechnol. 42,961-966.
\n2)\tA. Schippers, R. Hallmann, S. Wentzien, W. Sand (1995). Microbial diversity in uranium mine waste heaps. Appl. Environ. Microbiol. 61, 2930-2935.
\n3)\tA. Schippers, H. v. R\u00e8ge, W. Sand (1996). Impact of microbial diversity and sulfur chemistry on safe-guarding sulfidic mine waste. Minerals Engineering 9, 1069-1079.
\nFachvortr\u00e4ge (Auswahl):
\n1)\tIm Rahmen der Konferenz Minerals Bioprocessing II. Microbial diversity in uranium mine waste heaps strongly influences the rehabilitation concept. Salt Lake City, Utah, USA, 1994.
\n2)\tIm Rahmen der VAAM-Fr\u00fchjahrstagung. Diversity of microorganisms in two uranium mine waste piles. Hannover, 1994.
\n3)\tAuf der 95. ASM-Jahrestagung. Bacterial leaching and the sulfur cycle : evidence for the indirect mechanism only. Washington, USA, 1995.
\n4)\tIm Rahmen der DECHEMA-Jahrestagungen \u00b495. Mikrobielle Umsetzungen erh\u00f6hen das Gef\u00e4hrdungspotential von Altlasten des Uranbergbaus. Wiesbaden, 1995.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Untersuchungen zur mikrobiologischen Bestandsaufnahme von zwei Armerzhalden des ehemaligen Uranbergbaus der Wismut GmbH haben gezeigt, dass s\u00e4mtliche Gruppen von Mikroorganismen nachweisbar sind, die oxidative und\/oder reduktive Umsetzungen an Metallionen und\/oder -verbindungen durchf\u00fchren k\u00f6nnen. Das bedeutet, dass trotz der Fleckenhaftigkeit des Auftretens vieler Gruppen bei einer Umlagerung des Haldenmaterials s\u00e4mtliche Mikroorganismen im Material verteilt w\u00fcrden. Die Laugungsprozesse konnten wirkungsvoll mit CaF2, Kalk und Beton gehemmt werden. Bei den beiden letztgenannten war sogar eine Immobilisierung der Schwermetalle feststellbar. Die vorliegenden Befunde scheinen darauf hinzudeuten, dass eine positive Korrelation zwischen Radonexhalation der Halden und den Aktivit\u00e4ten und Zellzahlen von Thiobacillus ferrooxidans bestehen k\u00f6nnte. Zur Erh\u00e4rtung der Annahme sind jedoch noch weitere Untersuchungen erforderlich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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