<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het saneren van een bodem vervuild met ten minste een zwaar metaal.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het saneren van een bodem vervuild met ten minste een zwaar metaal.
Het is bekend een dergelijke bodem te saneren door in een eerste stap de zware metalen te extraheren en in een tweede stap de effluenten van de extraktie in een ionenwisselaar of door mikro-organismen te behandelen.
Deze werkwijze is door de twee stappen niet alleen omslachtig, maar ze geeft als resultaat een grond die biologisch waardeloos geworden is. Voor de extraktie zijn milieu belastende stoffen nodig en de gesaneerde grond is volledig steriel. Daarenboven zijn de resten zware metalen die nog overblijven juist deze die biologisch beschikbaar zijn en door de planten kunnen opgenomen worden.
Deze uitvinding heeft tot doel deze nadelen te verhelpen en een werkwijze voor het saneren van een bodem vervuild met ten minste een zwaar metaal te verschaffen die vrij eenvoudig is, minder milieu belastende stoffen gebruikt en een gesaneerde bodem levert die niet steriel is en dus herbruikt.
<Desc/Clms Page number 2>
Tot dit doel brengt men een suspensie van de bodem in water in kontakt brengt met zwaar metaal resistente bakteriën van
EMI2.1
de species Alcaligenes eutrophus in een concentratie van y meer dan 10 cellen per milliliter en een koolstofbron bij een pH tussen 5, 5 en 9, 5 en laat men na een tijd het mengsel bezinken, waarna men het bezinksel van de bovenlaag scheidt.
Het feit dat deze bakterien kunnen opgeladen worden met ten minste een zwaar metaal is op zichzelf bekend, maar tot nogtoe werden deze bakterien enkel gebruikt bij afvalwaterbehandeling. De uitvinding maakt dankbaar gebruik van twee eerder verrassende bijkomende eigenschappen van deze bakteriën, namelijk dat ze slechte vlokkingseigenschappen maar een eenvoudige floteerbaarheid bezitten.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding onderwerpt men de bovenlaag verder aan een fysische scheiding in verontreinigd bakterieel slib en water.
Deze fysische scheiding na de bezinking kan ofwel een flottatie ofwel een cenrifugatie zijn.
De bodem kan zelf voldoende nutriënten voor de bakterien bevatten. In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding kan men evenwel dergelijke nutriënten aan de bodemsuspensie toevoeren.
In een doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding laat men de bodemsuspensie gedurende 8 tot 48 uur met voornoemde bakteriën in kontakt voor de bezinking.
Deze duur is afhankelijk van de specifieke eigenschappen van de bodem.
<Desc/Clms Page number 3>
In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm van de uitvinding voegt men na een eerste inkubatie in een mengtank de bodemsuspensie kontinu aan de mengtank toe, en voert men de overloop van de mengtank kontinu naar een bezinktank waar men de overloop laat bezinken.
In deze uitvoeringsvorm kan, eenmaal de inkubatie voorbij is, het saneren kontinu plaatsvinden De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de vorige uitvoeringsvormen.
De uitvinding heeft aldus betrekking op een inrichting voor het saneren van een bodem vervuild met ten minste een zwaar metaal, daardoor gekenmerkt dat ze een mengtank bevat voor het mengen van een suspensie van de bodem en bakteriën die ten minste een zwaar metaal opnemen, welke mengtank van een overloop voorzien is, een bezinktank en een leiding die de overloop met de bezinktank in verbinding stelt.
Doelmatig bevat ze ook een fysische scheidingsinrichting waarmee de bovenkant van de bezinktank in verbinding staat om de overloop ervan te scheiden in bakterieel slib en water.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van een werkwijze en inrichting voor het saneren van een bodem vervuild met ten minste een zwaar metaal volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers betreffen de hieraan toegevoegde tekening die schematisch een inrichting voor het saneren van eem bodem vervuild met ten minste een zwaar metaal volgens de uitvinding weergeeft.
<Desc/Clms Page number 4>
De inrichting weergegeven in de enige figuur bevat in hoofdzaak een mengtank 1, een bezinktank 2 en een flottatietank 3.
In de mengtank 1 is een roerder 4 opgesteld die zowel voor het mengen als het beluchten van de inhoud van de tank zorgt. Deze mengtank 1 is van een overloop 5 voorzien. Deze overloop 5 staat door een leiding 6 in verbinding met de bovenkant van de lager gelegen bezinktank 2 zodat de overlopende suspensie kontinu door de zwaartekracht naar de bezinktank 2 vloeit.
De bezinktank 2 bezit een trechtervormig onderste gedeelte waarop een afvoerleiding 7 aansluit voor het afvoeren van het bezinksel. De bovenlaag bestaat uit een vloeibare fraktie en een schuimfraktie. Bovenaan bezit de bezinktank een overloop 8 waarop een afvoerleiding 9 voor het afvoeren van de vloeibare fraktie aansluit. De bovendrijvende schuimfraktie kan afgevoerd via een afvoerleiding 10. Beide afvoerleidingen 9 en 10 komen samen en sluiten met een gemeenschappelijk deel aan op de bovenkant van de flottatietank 3.
Op de flottatietank 3 sluit bovenaan een afvcerleiding 11 aan voor het afvoeren van zwaar verontreinigde biomassa en slibkomponenten en onderaan een afvoerleiding 12 voor het afvoeren van het overblijvende water.
Om een hoeveelheid van een met zware metalen vervuilde bodem 13 te saneren brengt men deze in de mengtank 1 waarin men vooraf een hoeveelheid water aangebracht heeft dat 0, 8 tot 1, 5 gew % melkzuur of azijnzuur als koolstofbron bevat.
Met behulp van de roerder 4 verkrui : go men een hcmogene suspensie. De verhouding bodem/water kiest men zo dat de
<Desc/Clms Page number 5>
pulpdichtheid maximaal het percentage is waarbij mechanisch roeren nog mogelijk is en bij voorkeur rond 10% is.
Terwijl men verder roert voegt men aan de suspensie 10 vol % toe van een prekultuur van zwaar metaal resistente bakterien van de species Alcaligenes eutrophus, in het bijzonder de stam Alcaliaenes eutroohus, CH34, uit een flos 14, zodat de cellenkoncentratie in de suspensie meer dan 107 bedraagt.
Deze prekultuur werd opgegroeid in een milieu 284 gluconaat met volgende samenstelling : (per liter)
EMI5.1
<tb>
<tb> Tris-HCl <SEP> (pH <SEP> 7) <SEP> 6, <SEP> 06 <SEP> g
<tb> NaCl <SEP> (J.T.Baker) <SEP> 4,68 <SEP> g
<tb> KCl <SEP> (J. <SEP> T. <SEP> Baker) <SEP> 1, <SEP> 49 <SEP> g
<tb> NH4Cl <SEP> (J. <SEP> T. <SEP> Baker) <SEP> 1, <SEP> 07 <SEP> g
<tb> Na2SO4 <SEP> (J. <SEP> T. <SEP> Baker) <SEP> 0, <SEP> 43 <SEP> g
<tb> MgC12. <SEP> 6H2O <SEP> (U.C.B.) <SEP> 0,20 <SEP> g
<tb> CaCl2.2H2O <SEP> (J.T.Baker) <SEP> 0,03 <SEP> g
<tb> Na2HPO4.12H2O <SEP> (J.T.Baker) <SEP> 0,02 <SEP> g
<tb> Fe(NH4)-citraat <SEP> (U.C.B.) <SEP> 0,23 <SEP> g
<tb> SL <SEP> 7 <SEP> (spore-elementen) <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> ml
<tb>
waarbij SL 7 volgende samenstelling per liter bezit :
EMI5.2
<tb>
<tb> HCl <SEP> (25%) <SEP> (Merck) <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> ml
<tb> Zinc12 <SEP> (U.C.B.) <SEP> 0,070 <SEP> g
<tb> MnCl2.4H2O <SEP> (U.C.B.) <SEP> 0,100 <SEP> g
<tb> H-BO- <SEP> (M <SEP> & <SEP> B) <SEP> 0, <SEP> 062 <SEP> g
<tb> CoCl2.6H2O <SEP> (U.C.B.) <SEP> 0,190 <SEP> g
<tb> CUC12. <SEP> 2H2O <SEP> (J. <SEP> T. <SEP> Baker) <SEP> 0, <SEP> 017 <SEP> g
<tb> NiCl2.6H2O <SEP> (U.C.B.) <SEP> 0,024 <SEP> g
<tb> Na2Mo0.. <SEP> 2H20 <SEP> (U. <SEP> C. <SEP> B.) <SEP> 0, <SEP> 036 <SEP> g
<tb>
Men lengt aan tot iets minder dan 1 liter met bigedestilleerd water, brengt op pH 7 met 0, 1 N HCl en/of 0, 1 NaOH, en lengt dan verder aan tot 1 liter. Men voegt 20 g Bacto-agar (Difco lab. nr 0140-01) toe en steriliseert
<Desc/Clms Page number 6>
gedurende 20 minuten bij een temperatuur van 120 graden Celsius.
Het voornoemde milieu 284 is een minimaal milieu. Het is zcutarm zodat er weinig interferenties optreden met zware metalen.
Zwaar metaal resistente bakterien van de voornoemde soort zijn beschreven in de nog niet gepubliceerde Europese oktrooiaanvrage nr 91-400986. 5 van 12 april 1991.
Dergelijke bakterien werden ook grondig onderzocht in het bijzonder wat betreft hun weerstand tegen zware metalen.
Dit werd ondermeer beschreven door Mergeay M. et al. in "Alcaligenes eutrophus CH34 is a facultative chemolithotroph with plasmid-bound resistance to heavy metals". 1985 J. Bacteriol. 162. 328-334". Vastgesteld werd dat Alcaligenes eutrophus CH34 twee grote plasmiden draagt die de weerstand bepalen tegen Cd, Co,
EMI6.1
Zn, , , , Pb (pMOL30, 240 kb) en CO, , , , ", 165 kb). Volgens Nies D. et of plasmid genes encoding resistance to cadmium, zinc and cobalt in Alcaligenes eutrophus"Bacteriol, 169,4865-4868) is een DNA fragment (in pMOL30) verantwoordelijk voor de weerstand tegen cadmium, zink en kobalt. Een andere gen-groep zou koderen voor de weerstand tegen koper en lood.
Beide plasmiden bevatten een kwik transposon (Diels L. et al., 1985,"Mercury transposons from plasmids govering multiple resistance to heavy metals in Alcaligenes eutrophus CH34", Arch. Int. Physiol. Bioehim. 93, B27-B28 ; Diels et al., 1989, "Large plasmids govering multiple resistances to heavy metals : a genetic approach"Toxic. Environm.
Chem. 23, 79-89).
<Desc/Clms Page number 7>
Verdere publikaties van Diels L. et al., zijn"Isolation and characterization of resistant bacteria to heavy metals from mining areas of Zaire", 1988, Arch. Int. Physiol.
Biochim. 96, B13 ;"Detection of heterotropic bacteria with plasmid-bound resistances to heavy metals from belgian
EMI7.1
industrial sites", 1988, Arch. Int. Physiol. Biochim. B14 ;"DNA probe-mediated detection of resistant bacteria from soils highly polluted by heavy metals", 1991 Appl.
Environm. Microbiol. 56, 1485-1491).
Dat in sommige fysiologische omstandigheden Alcaligenes eutrophus zware metalen kan opslaan en neerslaan blijkt ook uit "Accumulation and precipitation of Cd and Zn ions by Alcaligenes eutrophus strains", Biohydrometallurgy (1989) 369-377 by Diels L. ;"Isolation and identification of bacteria living in environments severely contamined with heavy metals", 7th International Conference on Heavy Metals in the Environment, 12-15 September 1989, Geneva, by Diels L. et al..
Een kultuur van Alcaliaenes eutrophus, CH34 werd gedeponeerd op 20 september 1986 bij AMERICAN TYPE CULTURE COLLECTION (ATCC) 12301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20852, USA, ten name van Dr. Max Mergeay en CEN/SCK (Vito).
Aan dit depot werd het nummer 43123 toegekend. Op 4 februari 1991 werd een verzoek ingediend om dit depot om te vormen in een depot volgens het Verdrag van Boedapest.
Deze bakteriën vertonen de eigenschap dat ze kunnen opgeladen worden met zware metalen via akkumulatie en kristallisatie op het celoppervlak. Ze vertonen een slecht flokkulerend vermogen waardoor ze sterk in suspensie blijven en niet mee sedimenteren met de bodem. Ze veroorzaken een mooie scheiding tusen bodem en suspensie.
Blijkbaar maken de bakteriën een soort polyelektrolieten of
<Desc/Clms Page number 8>
hebben ze zelf polyelektrolietische eigenschappen die maken dat het bodemmateriaal perfekt gaat sedimenteren.
Gedurende de gans inkubatietijd, die 8 tot 48 uur bedraagt, meng men. Meestal is door het roeren alleen reeds de beluchting, nodig voor de aerobe groei van de bakteriën, voldoende, maar indien nodig, kan men lucht in de mengtank blazen.
Men zorgt ervoor dat bij het inbrengen van de prekultuur de pH groter is dan 5, 5. Door de werking van de bakterien zal de pH stijgen, zonder boven de 9, 5 te gaan.
De vervuilde grond bevat in de meeste gevallen voldoende nutriënten voor de bakteriën. Indien nodig of gewenst kan een nutriënten stroom, die in het bijzonder stikstof en fosfor bevat, aan de mengtank 1 toegevoegd worden. De hoeveelheid nutriënten is afhankelijk van het type bodem en de aard van de verontreiniging.
Zodra de inkubatie plaatsgevonden heeft schakelt men over op een kontinu regime en voegt men kontinu een debiet van de hiervoor beschreven bodemsuspensie toe, waarbij men evenwel de suspensie buiten de mengtank 1 tot stand brengt.
Men voegt ook kontinu een hoeveelheid melkzuur of azijnzuur toe en desgevallend nutriënt, een en ander zo dat beluchting, pH, voeding van de bakteriën aan de hogergenoemde voorwaarden blijven voldoen en de verblijftijd van de bodemsuspensie in de mengtank tussen 8 en 48 uur bedraagt, afhankelijk van de bodemspecifikatie.
Tengevolge van de interaktie tussen de bakteriën en de bodem worden de bezinkingseigenschappen van de verontreinigde bodemdeeltjes zo gewijzigd dat de bezinking ervan wordt tegengegaan.
<Desc/Clms Page number 9>
Naarmate men suspensie toevoegt, vindt via de overloop 5 een afvoer van suspensie plaats die men via de leiding 6 naar de bezinktank 2 voert.
Men zorgt ervoor dat de verblijftijd in deze bezinktank 45 minuten tot 3 uur bedraagt. Door de snellere bezinking van de propere bodemdeeltjes en de veel tragere bezinking van de de verontreinigde deeltjes, verkrijgt men een scheiding in een zuivere onderloop en een sterk vervuilde suspensie die de bovenlaag vormt.
Men voert de onderloop af via de afvoerleiding 7. Deze onderloop bestaat uit gezuiverde bodem waaruit de biobeschikbare zware metalen verwijderd zijn. Het droge stofgehalte ligt boven 50%. De bodem is herbruikbaar als teelaarde.
De bovenlaag bestaat uit een vloeibare fraktie die in de overloop 8 overloopt en een daarop drijvende schuimfraktie.
Men verwijdert de wee frakties afzonderlijk via de afvoerleidingen 9 en 10 en brengt ze samen in de fottatietank 3. Ook op de suspensie in de mengtank 1 kan een schuimlaag bovendrijven en voorzieningen, bijvoorbeeld een vetafschedeider, kunnen aanwezig zijn om deze schuimlaag af te scheppen.
De flottatie in de flottatietank doet men plaatsvinden door het toevoegen van zouten als lokmiddel zoals 3% NaCl samen met 1 g/l van het produkt in de handel onder de benaming acyl 27. Hierdoor ontstaat een ingedikte suspensie van sterk verontreinigde biomassa die bovendrijft op proper water. Het proper water voert men af via de afvoerleiding
12. De suspensie voert men af via de afvoerleiding 11, waarna men ze op klassieke manieren ontwatert zoals door drogen, filtratie of centrifugatie.
<Desc/Clms Page number 10>
De uitvinding zal nader geïllustreerd worden aan hand van volgende voorbeelden : Voorbeeld 1.
Met zware metalen verontreinigde Kempische tuingrond wordt gemengd met water dat 0, 8 gew % azijnzuur bevat tot een suspensie met een pulpdichtheid van 10%. Deze suspensie wordt in een mengtank van 10 liter gemengd met 1 liter van een prekultuur van Alcaligenes eutrophus CH 34 in milieu 284 gluconaat. Na een inkubatie van 24 uur wordt overgeschakeld op een kontinu regime met een verblijftijd van de grondsuspensie'van 10 uur in de mengtank. Dit regime wcrdt gedurende een week aangehouden.
De overloop van de mengtank werd afgevoerd naar de bezinktank 2, met een verblijftijd daarin van 45 minuten.
De pH in de mengtank bedroeg gemiddeld 7, 82.
De hoeveelheden cadmium en zink in mg/kg zijn in volgende tatel weergegeven :
Zink Cadmium in de verontreinigde grond : 2075 18, 86 in het bezinksel : 1000 1, 15 in de bovenlaag : 26772 250, 40 De droge stof in het bezinksel bedroeg 72, 8%.
Vocrbeeld 2.
<Desc/Clms Page number 11>
De werkwijze van voorbeeld 1 werd herhaald, maar met een minder verontreinigde grond, met melkzuur als koolstofbron, met een inkubatietijd van 10 uur en een verblijftijd van 45 minuten in de bezinktank.
De hoeveelheden cadmium en zink in mg/kg zijn in volgende tabel weergegeven :
EMI11.1
<tb>
<tb> Zink <SEP> Cadmium
<tb> in <SEP> de <SEP> verontreinigde <SEP> grond <SEP> : <SEP> 881 <SEP> 13
<tb> in <SEP> het <SEP> bezinksel <SEP> : <SEP> 563 <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP>
<tb> in <SEP> de <SEP> bovenlaag <SEP> : <SEP> 4200 <SEP> 134
<tb>
De droge stof in het bezinksel bedroeg 50%.
De hiervoor beschreven sanering is zeer eenvoudig en relatief snel. De gesaneerde bodem is herbruikbaar. De koncentratie aan zware metalen zoals cadmium in de verontreinigde fraktie na is relatief hoog. Men verkrijgt ook een zeer lage waterverontreiniging door de verhoogde pH en de bakteriële binding.
De uitvinding is geenszins beperkt door de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen en binnen het raam van de oktrooiaanvrage kunnen aan deze uitvoeringsvormen vele veranderingen aangebracht worden.
In het bijzonder is het niet noodzakelijk na de inkubatie over te stappen op een kontinue werking. Bijvoorbeeld bij kleine hoeveelheden kan na de massa de volledige suspensie ineens aan de bezinking onderworpen worden. De inkubatie en de bezinking kunnen dan zelfs in een zelfde tank uitgevoerd worden.
<Desc/Clms Page number 12>
Ook de volgorde van het inbrengen van de verschillende bestanddelen in de mengtank kan gewijzigd worden.