4.2 Bioremediations-Technologien

Bioremediations-Technologien lassen sich in fünf Techniken eingeteilen: in situ, ex situ, Bioreaktor, natürliche Dämpfung und Phytoremediation. Diese Techniken machen in erster Linie eines von zwei Dingen: sie entfernen die Verunreinigungen aus dem Substrat (Dekontamination oder Bereinigungstechniken) oder reduzieren das Risiko von Verunreinigungen durch Verringerung der Exposition (Stabilisierungstechniken).

4.2.1. In situ Bioremediation Techniken

Bioremediations-Technologien lassen sich in fünf Techniken eingeteilen: in situ, ex situ, Bioreaktor, natürliche Dämpfung und Phytoremediation. Diese Techniken machen in erster Linie eines von zwei Dingen: sie entfernen die Verunreinigungen aus dem Substrat (Dekontamination oder Bereinigungstechniken) oder reduzieren das Risiko von Verunreinigungen durch Verringerung der Exposition (Stabilisierungstechniken).

4.2.1. In situ Bioremediation Techniken

Bioremediations-Technologien, die "in situ" ohne Entfernung der kontaminierten Matrix aus Luft, Wasser und Boden verwendet werden. Die Vor- und Nachteile dieser Verfahren sind in Tabelle 4.1 angegeben. Häufig verwendete in situ-Behandlungen sind:

Bioventing

Bioventing beinhaltet die Zufuhr von Luft und Nährstoffen durch Brunnen für verseuchten Boden, um die lokalen Bakterien zu stimulieren. Wenn die Verunreinigung tief ist unter der Oberfläche, kann diese Technik für die Umweltreinigung verwendet werden. Bioventing versorgt geringe Luftdurchflussraten und stellt nur die Menge an Sauerstoff für den biologischen Abbau zur Verfügung, der notwendig ist für die Biodegradation, während die Verflüchtigung und Freisetzung von Schadstoffen in die Atmosphäre minimiert wird.

Biologische Abbaubarkeit

Der biologische Abbau beinhaltet, kontaminierten Böden mit Sauerstoff und Nährstoffe durch zirkulierende wässrige Lösungen zu versorgen, um zu stimulieren, dass ortsbedingt auftretende multiple Organismen durch organische Schadstoffe abgebaut werden. Im allgemeinen kann diese Technik bei verschmutztem Boden und Grundwasser verwendet werden.\

Biosparging

Diese Methode ist eine der in-situ-Sanierungstechnologien, die lokale Mikroorganismen verwenden, um organische Bestandteile in dem gesättigten Standort biologisch abzubauen. Um die biologische Aktivität der natürlich vorkommenden Mikroorganismen zu erhöhen, werden Luft und Nährstoffe in die gesättigte Zone injiziert. Biosparging wird verwendet, um Grundwasser und Boden zu reinigen, die mit Erdölbestandteilen verunreinigt sind. Die Leichtigkeit und niedrigen Kosten für die Installation der mit kleinem Durchmesser ausgestatteten Luftinjektionspunkte ermöglicht eine beträchtliche Flexibilität bei der Gestaltung und Konstruktion des Systems.

Bioaugmentation

Dieses Verfahren beinhaltet die Zugabe von Mikroorganismen, die natürlich oder exogenen in den Altlasten auftreten. Dieses Verfahren ist besonders nützlich für kontaminierte Böden mit anorganischen Verbindungen.

Biostimulation

Biostimulation ist eine Art natürliche Sanierung, die den Schadstoffabbau durch die Optimierung der Bedingungen wie Belüftung, die Zugabe von Nährstoffen, pH-Wert und Temperaturkontrolle verbessern kann. Dieses Verfahren kann als geeignetes Sanierungsverfahren zur Entfernung von Erdöl-Schadstoffen im Boden betrachtet werden und erfordert die Bewertung sowohl der intrinsischen Abbauleistungen der autochthonen Mikroflora wie der Umweltparameter, die in die Kinetik des in-situ-Verfahren einbezogen sind.

Tabelle 1. Vor- und Nachteile der in situ-Techniken

4.2.2. Ex Situ Bioremediation Techniken

Ex situ -Technologien sind Sanierungsoptionen, bei denen die betroffene Böden (Ausgrabung) und Wasser (Pumpen) von ihrem ursprünglichen Ort entfernt und gereinigt werden - vor Ort oder off-site. Die wichtigsten Ex-situ-Bioremediation-Behandlungsverfahren umfassen landfarming, biopiles und Kompostierung. Die Vor- und Nachteile dieser Verfahren sind in Tabelle 2 angegeben.

Landfarming

Diese Technik Anwendungen sind die einfachste und effektivste Methode für mit Erdöl kontaminierten Boden. Das Hauptziel ist natürlich biodegradative Organismen zu stimulieren und ihren aeroben Abbau von Schadstoffen zu erleichtern. Landfarming erhielt viel Aufmerksamkeit als eine alternative Entsorgungstechnik, weil ses das Potenzial hat, die Überwachung und die Wartungskosten zu reduzieren sowie clean-up Verbindlichkeiten. Jedoch ist sie in der Praxis auf die Behandlung von oberflächlichen 10-35 cm des Bodens begrenzt.

Kompostierung

Kompostierungsverfahren ist das Verfahren zum Abbau von organischen Abfällen durch Mikroorganismen unter thermorphiler Bedingung (40-65°C). Diese Methode wurde auf den Boden ausgebracht und biosolidiert verunreinigte Böden mit Mineralöl-Kohlenwasserstoffen, Lösungsmitteln, Chlor, Pestiziden, Herbiziden, PAHs und Nitro-aromatischem Sprengstoff.

Biopiles

Biopile ist eine biologische Sanierungstechnologie, bei der Landfarming und Kompostierung als Hybridsystem verwendet werden. Diese Technik, die eine verfeinerte Version des Landfarmings ist, das dazu tendiert, physische Verluste der Verunreinigungen in der Regel durch Auslaugen und Verflüchtigung zu steuern, wird zur Behandlung von Oberflächenkontaminationen mit Mineralöl-Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Biopiles wurden als mögliche, kostengünstige und weniger zerstörerische Sanierungsverfahren für Erdöl kontaminierte Böden betrachtet.

Tabelle 2. Vor- und Nachteile der Ex-situ-Techniken

4.2.3. Bioreaktoren

Es ist ein großer Gärraum für wachsende Organismen (Bakterien oder Hefe), die in der biotechnologischen Herstellung von Substanzen wie Pharmazeutika verwendet werden. Es ist auch für die Umwandlung von schädlichen Abfällen in weniger schädliche Substanzen zweckmäßig. Diese Technik wird verwendet, um kontaminierten Boden und Wasser mit Kraftstoff-Kohlenwasserstoffen und organischen Substanzen zu sanieren. Der Bioreaktor hat zwei Phasen (trocken und Gülle). Die Schlammphasen-Bioremediation ist ein relativ schneller Prozess im Vergleich zu der Trockenphase. In einem Aufschlämmungsphasen-Bioreaktor wird kontaminierter Boden mit Wasser und anderen Additiven in einer großen Kammer kombiniert. Im Gegensatz zu dem Schlammphasen-Rreaktor umfasst der Trockenphasen-Bioreaktor nicht extra Wasser. Die Vor- und Nachteile dieser Technik sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3. Vor- und Nachteile der Bioreaktortechnik

4.2.4. Natürliche Dämpfung

Die natürliche Dämpfung ist ein Verfahren, um Masse, Toxizität, Mobilität, Volumen oder Konzentration von Verunreinigungen (organisch und anorganisch) in Boden, Grundwasser und Oberflächenwasser zu reduzieren. Diese Verfahren werden als physikalische, chemische und biologische eingeteilt. Physikalische Phänomene sind Advektion, Dispersion, Verdünnung, Diffusion, Verflüchtigung und Sorption / Desorption. Chemische Verfahren sind Ionenaustausch, Komplexbildung und abiotische Transformation. Biologische Prozesse sind aerober und anaerober biologischer Abbau, Pflanzen- und Tieraufnahme. Natürliche Dämpfung ist eine kosteneffektive Sanierungstechnik. Die Vor- und Nachteile dieser Technik sind in Tabelle 4 angegeben.

Um eine natürliche Dämpfung als Reinigungsprozess zu verwenden, müssen die Standorte ein oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllen:

• Es muss sich in einem Bereich mit wenig Risiko für die menschliche Gesundheit oder die Umwelt befinden.

• Der kontaminierte Boden oder Grundwasser muss sich in einem ausreichenden Abstand zu potentiellen Rezeptoren befinden.

• Es muss nachgewiesen werden, dass die natürliche Dämpfung tatsächlich an der Stelle auftritt.

• Hohe Permeabilität beschleunigt die Schadstoff-Ausbreitung, geringe Permeabilität verlangsamt den Abbau. Idealerweise arbeitet natürliche Dämpfung am besten in Böden, deren Permeabilität irgendwo zwischen hoch und niedrig rangiert.

Tabelle 4. Vor- und Nachteile der natürlichen Schadstoffminderungstechnik

4.2.5. Phytoremediation

Phytoremediation ist eine biologische Sanierungstechnik, die verschiedene Arten von Pflanzen und assoziierten Mikroorganismen benutzt, um Schadstoffe in Boden, Schlamm, Sedimenten, Abwasser, Grundwasser und Luft zu entfernen, zu übertragen, stabilisieren und zu zerstören. Pflanzen sind in der Lage, toxische anorganische oder organische Substanzen anzuzeigen, auszuschließen, anzusammeln und zu hyperakkumulieren oder zu metabolisieren. Dadurch tragen sie wesentlich zum Schicksal von Chemikalien bei, und sie können verwendet werden, um unerwünschte Verbindungen aus der Biosphäre zu entfernen. Phytoremediation bietet einen umweltfreundlichen, kostengünstigen und klimaneutralen Ansatz für die Sanierung von giftigen Schadstoffen aus der Umwelt. Die Vor- und Nachteile dieser Technik sind in Tabelle 5 angegeben.

Phytoremediation-Mechanismen umfassen Phyto-Extraktion, Phyto-Stabilisierung, Phyto-Verflüchtigung, Phyto-Abbau, Phyto-Akkumulation, Rhizofiltration, Rhizosphären biologischen Abbau und hydraulische Steuerung. Diese Mechanismen sind in Abbildung 1 gezeigt.

Phyto-Extraktion

Phyto-Extraktion verwendet Pflanzen oder Algen, um Verunreinigungen aus Böden, Sedimenten oder Wasser zu entfernen. Bei diesem Mechanismus entfernen Pflanzen Schwermetalle oder Radionukliden aus dem Boden durch ihr Wurzelsystem und sammeln sie in der Wurzel oder transportieren sie in Schößlinge oder Blätter. Die Pflanze kann weiterhin Verunreinigungen entfernen, bis sie geerntet wird. Nach der Ernte müssen, wenn der kontaminierte Boden nicht das signifikante Säuberungsniveau erreicht, Wachstum / Erntezyklus in der Regel durch mehrere Kulturen wiederholt werden, um eine signifikante Bereinigung zu erreichen.

Der Hauptvorteil der Phyto-Extraktion ist, dass sie umweltfreundlich ist. Sie verursacht keine Schäden an der Bodenqualität. Ein weiterer Vorteil der Phyto-Extraktion ist, dass sie weniger teuer ist als andere Reinigungsprozesse. Da dieser Prozess durch die Pflanze gesteuert wird, dauert es mehr Zeit als jedes herkömmliche Verfahren, den Boden zu reinigen.

Phyto-Stabilisierung

Bei diesem Mechanismus immobilisieren die Pflanzen die kontaminierten chemischen Verbindungen aus Boden und Wasser. Verunreinigungen werden durch Wurzeln aufgenommen und dann in der Rhizosphäre gefällt. Dies verhindert, dass die Verunreinigung immer in Lebensmittelkette gelangt.

Phyto-Verflüchtigung

Bei diesem Mechanismus wird Wasser, das organische Verunreinigungen enthält, von Pflanzen aufgenommen und die Verunreinigungen in die Luft freigesetzt durch ihre Blätter. Die Verunreinigung kann in der Weise modifiziert werden, wie das Wasser entlang des Gefäßsystems der Pflanze aus den Wurzeln in die Blätter gelangt, wobei die Verunreinigungen verdampfen oder sich rund um die Pflanze in die Luft verflüchtigen.

Phyto-Abbau

Bei diesem Mechanismus werdenVerunreinigungen (organisch) metabolisiert und innerhalb des Pflanzengewebes zerstört. Diese kleineren Schadstoffmoleküle können dann als Metaboliten von der Pflanze verwendet werden, wie sie wächst, wodurch sie in die Pflanzengewebe inkorporiert werden.

Phyto-Akkumulation

Bei diesem Mechanismus werden Kontaminanten zusammen mit anderen Nährstoffen und Wasser von den Pflanzenwurzeln aufgenommen. Diese Schadstoffmasse wird nicht zerstört, sondern reichert sich in den Pflanzetrieben und Blättern an.

Rhizofiltration

Dieser Mechanismus verwendet sowohl terrestrische wie Wasserpflanzen, um Metall aus kontaminiertem Wasser (Oberflächen- oder Grundwasser) zu absorbieren, konzentrieren und auszuleiten.

Rhizosphären biologischer Abbau (Rhizodegration)

Bei diesem Mechanismus leiten Pflanzen gemeinsame Substanzen durch ihre Wurzeln und Nährstoffe zu Mikroorganismen im Boden. So verbessern die Mikroorganismen den biologischen Abbau. Zum Beispiel exudieren Pflanzenwurzeln Kohlenhydratquellen (Zucker, Alkohole und organische Säuren) für die Bodenmikroflora. Diese Verbindungen verbessern mikrobielles Wachstum und Aktivität, und auch sie wirken als chemotaktische Signale für Mikroben.

Hydraulische Steuer

In diesem Mechanismus wird verunreinigtes Grundwasser durch Bäume saniert.

Abbildung 1. Phytoremediation Mechanismen

 Tabelle 5. Vor- und Nachteile der Phytoremediationstechnik