Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Entwicklung eines modularen Systems zur Kombinationsbehandlung kontaminierten Bodenmaterials mit chemischer Oxidation durch Ozon und mikrobiologischer Behandlung. Durch Voroxidation verschiedener Schadstoffe (z.B. PAK) sollte eine Verbesserung von Wasserl\u00f6slichkeit und Bioverf\u00fcgbarkeit und damit ein beschleunigter bzw. totaler Schadstoffabbau angestrebt werden. Begleitende \u00f6kotoxikologische Untersuchungen sollten Erkenntnisse \u00fcber hemmende oder toxische Wirkungen der Ozonierungsprodukte auf Mikroorganismen ergeben. Ziel der Untersuchungen waren auch der Aufbau analytischer Methoden zur Bestimmung von
\nOzonierungsprodukten sowie grundlegende \u00d6kotoxizit\u00e4tsuntersuchungen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden Untersuchungen an verschiedenen k\u00fcnstlich kontaminierten Modellb\u00f6den und einem real kontaminierten Boden im Laborma\u00dfstab durchgef\u00fchrt. Die Vorozonierung erfolgte sowohl in einem Laborreaktor (500 ml) als auch in einer 20 l-Technikumsanlage. Der folgende mikrobiologische Abbau in Suspensionskultur wurde im 2 l-Ma\u00dfstab in einem Biostat B Fermentationssystem durchgef\u00fchrt. Zur Dokumentation des mikrobiologischen Schadstoffabbaus wurden der pH-Wert, CSB und DOC von Bodenextrakten, der Verbrauch anorganischer N\u00e4hrstoffe sowie der ermittelte Schadstoffgehalt ber\u00fccksichtigt. Mikrobiologische Aktivit\u00e4ten wurden mittels Ausplattieren (KBE) und Messung der Dehydrogenaseaktivit\u00e4t bestimmt. Die Analytik der Hauptschadstoffkomponenten (PAK) und deren Ozonierungsprodukte durch Derivatisierung und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) wurde etabliert. Mit Hilfe der 2D-Fluoreszenzspektroskopie konnten Erkenntnisse \u00fcber die Bioverf\u00fcgbarkeit gewonnen werden. Identifi-zierte Ozonierungsprodukte des Phenanthrens dienten als Substrate f\u00fcr Rein- und Mischkulturen, um deren mikrobiologische Abbaubarkeit zu untersuchen. Der Abbau wurde mittels Kapillarelektrophorese do-kumentiert. Aussagen \u00fcber eine m\u00f6gliche Toxizit\u00e4t von Ozonierungsprodukten der Schadstoffe wurden durch logarithmische Wachstumstests in Sch\u00fcttelkolben, Lumineszenztests von Vibriofischeri, Kontakttests mit Baciullus subtilis und Wurzell\u00e4ngentests mit Lepidium sativum ermittelt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Sowohl am untersuchten Modell- als auch realen Schadstoffsystem konnten keine eindeutigen Verbesserungen des Schadstoffabbaus in Suspensionskultur festgestellt werden. Die Ursachen hierf\u00fcr liegen m\u00f6glicherweise in toxischen oder inhibierenden Eigenschaften der aus der Ozonierung hervorgegangenen Oxidationsprodukte, was anhand der bisherigen Toxizit\u00e4tsuntersuchungen gezeigt werden konnte. Zu unterscheiden ist jedoch bei Verwendung einer Reinkultur zwischen den Untersuchungen an Quarzsand unter Ausschlu\u00df von Huminstoffen und den Untersuchungen an Bodenmaterial. M\u00f6glicherweise werden die Oxidationsprodukte von Huminstoffen gebunden. An Boden lassen sich jedenfalls gleiche oder geringf\u00fcgig bessere Abbauergebnisse erzielen, wenn der kontaminierte Boden vor dem biologischen Abbau mit Ozon vorbehandelt wurde. Damit vergleichbar sind auch die Abbauergebnisse an real mit PAK kontaminierten Boden mittels einer Mischkultur. Interessanterweise konnte mit Hilfe der 2D-Fluoreszenzspektroskopie eine Erh\u00f6hung der Phenanthrenfluoreszenz in offline-Proben der Medien\u00fcberst\u00e4nde nachgewiesen werden, wenn der eingesetzte Boden vorher kurzzeitig mit Ozon behandelt wurde. M\u00f6glicherweise gehen dadurch verst\u00e4rkt an Huminstoffe gebundene Phenanthrenmolek\u00fcle zu-sammen mit den Huminstoffen in L\u00f6sung und erh\u00f6hen damit die Bioverf\u00fcgbarkeit. Die Etablierung einer Routineanalytik zur Begleitung des Abbaus mittels Ozonierung konnte nicht realisiert werden. Wie durch Untersuchungen an Modellsubstanzen festgestellt wurde, erweist sich die Extraktion und Isolierung aus huminstoffreichen Bodenmaterial als \u00e4u\u00dferst unzureichend. Durch Extraktion von ozoniertem Quarzsand und anschlie\u00dfender Derivatisierung konnten jedoch 8 Substanzen sicher identifiziert und 2 weitere ver-mutet werden. Anhand d\u00fcnnschichtchromatographischer Untersuchungen konnten sogar bis zu 16 verschiedene Substanzen beobachtet werden. Von den identifizierten Oxidationsprodukten wiesen in Ab-bauversuchen mit Rein- und Mischkulturen nur die h\u00f6her oxidierten monoaromatischen Substanzen eine gute Abbaubarkeit auf. Die biphenylischen Substanzen wurden dagegen nur langsam oder gar nicht abgebaut. Die \u00d6kotoxizit\u00e4tstests wiesen z.T. deutliche Wachstumshemmungen bei logarithmischen Wachstumstest in Sch\u00fcttelkolben als auch bei Lumineszenztests von V. fischeri, Kontakttests mit B. subtilis und Wurzell\u00e4ngentests mit Lepidium sativum auf.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Posterpr\u00e4sentationen:
\nM\u00fcller, T.; Stehr, J.; Scheper, T. (1998): Das Ozonmobil: Eine neue L\u00f6sung zur On-Site-Bodensanierung\t1. Weiterbildungs- und Kontaktb\u00f6rse Bioteach am 17.03.1998 im Leibnizhaus Hannover
\nM\u00fcller, T.; Stehr, J.; Scheper, T. (1998): Untersuchungen zum Abbau polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe in B\u00f6den durch Ozon\t16. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 26.-28.05.1998, Wiesbaden, Deutschland
\nStehr, J.; M\u00fcller, T.; Scheper, T. (1999): Behandlung kontaminierter B\u00f6den durch Ozonierung in Kombination mit mikrobiologischen Methoden \t17. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 27.-29.04.1999, Wiesbaden, Deutschland
\nStehr,\tJ.; Kamnerdpetch, C.; M\u00fcller, T.; Scheper, T. (1999): Chemical preoxidation by ozone for enhancing bioremediation of PAH-contaminated soils\tBIOTECHNICA 1999, 05.-07.10.1999, Hannover, Deutschland
\nStehr,\tJ.; Svensson K.; M\u00fcller, T.; Scheper, T. (2000): Biodegradability and ecotoxicological aspects after preoxidation by ozone of PAH-contaminated soils\tBiotechnology 2000, 04.-08.09.2000, Berlin, Deutschland
\nVortr\u00e4ge:
\nWorkshop Bioavailability and Biostimulation Strategies, Universit\u00e4t Hamburg-Harburg, 27.-29.04.1999
\nVer\u00f6ffentlichungen:
\nM\u00fcller, T.; Stehr, J.; Gosslar, P.; Scheper, T. (2001): Abbau von Schadstoffen mittels Ozon in einem Pflugscharmischer, Chemie Ingenieur Technik, eingereicht
\nStehr,\tJ.; M\u00fcller, T.; Scheper, T. (2001): Basic examinations on chemical preoxidation by ozone for enhancing bioremediation of contaminated soils, Applied Microbiology and Biotechnology, in Vorbereitung<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Ein Feststoffreaktorverfahren zur Behandlung von PAK in B\u00f6den durch Ozon beinhaltet verfahrenstechnische Probleme und hohe Kosten. Zudem stellt die Aggregatbildung fester Bodenpartikel besonders bei feuchtem Boden ein bisher ungel\u00f6stes Problem dar, welches die Austauschfl\u00e4che Gas\/Feststoff verkleinert. Eine weitere Schwierigkeit bereiten Altlastb\u00f6den, bei denen PAK in Form von mit Bodenk\u00f6rnern fest verklebten Teerpartikeln vorliegen. Eine vollst\u00e4ndige Oxidation der Schadstoffe ist in diesem Fall gar nicht m\u00f6glich. Eine Kombination eines mikrobiologischen Mietenverfahrens mit einer Feststoffbehandlung durch Ozon ist daher sowohl weder wirtschaftlich noch verfahrenstechnisch sehr effektiv. Dabei ist es auch ohne Bedeutung, ob erst eine Voroxidation mit Ozon mit anschlie\u00dfendem mikrobiologischen Mietenabbau oder der umgekehrte Verfahrensablauf verfolgt wird. Die aufgezeigten Schwierigkeiten der Toxizit\u00e4t und der verschlechterten Abbaubarkeit der Ozonierungsprodukte bei unvollst\u00e4ndigem Oxidationsgrad stellen eine Kombination mit mikrobiologischen Methoden ohnehin in Frage.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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