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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Renaturierung von Meeresküsten.
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Ölverschmutzungen
an Meeresküsten
in großem
Ausmaß sind
in den letzten Jahren und Jahrzehnten eine häufige Erscheinung geworden.
Eine der größten Ölverschmutzungen
entstand während des
Golfkriegs 1991. Dort wurden große Teile der Küsten arabischer
Staaten mit Öl
verschmutzt. Dabei wurden Ölteppiche
auf dem Meer in Zeiten starken Hochwassers an Land gespült. Bei
zurückgehendem Wasserpegel
blieben Ölsedimente
großen
Ausmaßes
an den Meeresküsten
zurück.
Dabei bilden sich auf den Oberseiten dieser Ölsedimente Schichten aus Cyanobakterien,
wobei diese im Lauf der Zeit geschlossene, ledrige Cyanobakterienschichten
bildeten. Durch diese Cyanobakterienschichten entstanden in den
Bereichen der Ölsedimente
anaerobe Bedingungen, die einen natürlichen Abbau der Ölsedimente
durch Mikroorganismen verhinderten, da diese Mikroorganismen aerobe
Bedingungen, das heißt Sauerstoffbenötigen. Aufgrund
dessen bildeten sich in der Golfregion über riesige Flächen der
Meeresküsten
derartige nicht abbaubare, durch Cyanobakterienschichten versiegelte Ölsedimente.
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Generell
könnte
daran gedacht werden, diese Ölsedimente
großflächig umzupflügen, damit
die Cyanobakterienschicht an der Oberfläche der Ölsedimente verschwindet und
so aerobe Bedingungen geschaffen werden, die einen natürlichen
Abbau der Ölsedimente
ermöglichen.
Dies ist jedoch deshalb nicht möglich,
da die Ölsedimente
unter der Cyanobakterienschicht in größtenteils flüssiger Form
vorliegen. Würden
diese Ölverschmutzungen über ihre
gesamte Fläche
umgepflügt,
würde nahezu
das gesamte Öl in
das Meer fließen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beseitigung
der eingangs genannten Ölverschmutzungen
bereitzustellen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen sind
in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Renaturierung von Meeresküstenregionen,
welche mit Ölsedimenten
verschmutzt sind. Die Oberflächen
dieser Ölsedimente
sind durch Verkrustungen bildende Cyanobakterienschichten abgedeckt.
Die Erfindung ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- – Einarbeitung
von Gräben
in die Ölsedimente
unter Aufbrechen der Verkrustungen, wobei die Gräben ein Kanalsystem bilden,
in welches vom Meer aus Meerwasser einfließen kann,
- – Entfernen
von aus Ölsedimenten
in die Gräben einfließendem auf
Grundwasser schwimmendem Öl
durch Einsatz von Ölbindemitteln
und/oder Absaugvorrichtungen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Struktur der zu beseitigenden Ölverschmutzungen derart, dass
die Ölsedimente
unter den festen Cyanobakterienschichten in flüssiger Form vorliegen, vorteilhaft
ausgenutzt.
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Das
Einbringen der Gräben
in die mit Cyanobakterienschichten versiegelten Ölsedimenten lässt diese
Strukturen soweit in Takt, dass ein unkontrolliertes Zurückfließen von Öl in das
Meer verhindert wird.
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Wird
ein Graben in diese Strukturen eingegraben, so fließt in diesen
einerseits Grundwasser ein und andererseits über die seitlichen Grabenbegrenzungen
flüssiges Öl. Das Einbringen
des Grabens erfolgt zweckmäßig mit
einem Fahr zeug in Form eines Baggers oder in Form eines Fahrzeugs mit
einem Fräswerkzeug.
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Dem
Fahrzeug folgt gemäß einer
ersten Variante vorzugsweise unmittelbar eine Absaugvorrichtung,
die das in den Graben einfließende Öl absaugt.
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Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung wird das in die Gräben einfließende, auf
dem Grundwasser schwimmende Öl
mit Ölbindemitteln
aufgefangen. Besonders geeignet sind hierfür Adsorber aus oleophilen und
hydrophoben Materialien wie Polyurethan (PU) und Polypropylen (PP).
Besonders vorteilhaft werden Matten aus diesen Materialien eingesetzt,
die in gerollter, geschichteter oder gestapelter Form in die Gräben eingelegt
werden. Auch das Einbringen der Matten erfolgt vorzugsweise unmittelbar
nach Einarbeiten der Gräben.
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Nachdem
die Adsorber vollgesaugt sind werden diese aus den Gräben entnommen
und ausgepresst, wobei das hierbei abgepresste Öl aufgefangen wird.
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Die
ausgepressten Adsorber sind dann wieder verwendbar, das heißt sie können von
neuem in die bestehenden Gräben
eingelegt werden um nachfließendes Öl zu binden.
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Das
Einlegen der Adsorber in die Gräben oder
das Absaugen von Öl
aus den Gräben
wird vorteilhaft mehrmals wiederholt, wobei die Zeitabstände dieser
Säuberungen
der Gräben
von Öl
mit zunehmender Zeit größer werden,
da mit der Zeit immer weniger Öl
in die Gräben
nachfließt.
Typischerweise werden anfangs die Säuberungen im Stundentakt, später nur
noch tageweise wiederholt bis schließlich nach einigen Wochen kein Öl mehr in
die Gräben
einfließt.
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Insoweit
stellt das erfindungsgemäße Verfahren
ein überwiegend
mechanisches, maschinell ablaufendes Verfahren dar, mittels dessen Öl in den Bereichen
der Gräben
entfernt wird.
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Dadurch
alleine erfolgt jedoch noch kein vollständiger Abbau der Ölsedimente.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass dieses eine Renaturierung der Ölsedimente gezielt ermöglicht und
reproduzierbar fördert,
das heißt
einen vollständigen
Abbau der Ölsedimente
auf natürlichem
Weg ermöglicht.
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Ein
wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei
darin, dass die eingearbeiteten Gräben ein Kanalsystem bilden,
in welches bei Tidenhub Meerwasser aus dem Meer eindringen kann.
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Mit
dem Meerwasser gelangen auch Organismen und, für das erfindungsgemäße Verfahren entscheidend,
Krabben in das Kanalsystem. Derartige Krabben, insbesondere Krabben
der Art Nasima dotilliformis und Macrophthalmus depressus sind in Kohlenwasserstoffumgebungen
lebensfähig,
das heißt
sie können
sich generell in Bereichen von Ölsedimenten
ansiedeln. Dabei arbeiten sich die Krabben in die in den Gräben freiliegenden Ölsedimenten
vor, wodurch Gang- und Kanalstrukturen in den Ölsedimenten entstehen. Dadurch
können
Sauerstoff und Mikroorganismen weit in das Innere der Ölsedimente vordringen
und führen
dort zur Bildung aerober Umgebungen, in welchen sich die Ölsedimente
auf natürliche
Weise zersetzen können.
Die Krabben graben sich letztlich bis in die Cynobakerienschichten vor
und pflügen
diese lokal um, so dass diese kein Licht mehr bekommen und absterben.
Auf diese Weise werden innerhalb weniger Jahre auch sehr großflächige, ehemals
mit Cyanobakterienschichten verschlossene Ölsedimente komplett abgebaut.
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Damit
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
auf umweltschonende Weise unter Ausnützung natürlicher, biologischer Vorgänge großflächige Ölverschmutzungen
an Meeresküsten
gezielt und reproduzierbar abgebaut werden.
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Die
Erfindung wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Relief einer mit Ölsedimenten
verschmutzten Meeresküste.
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2:
Diagramme der Ortsabhängigkeiten der
Dichte von durch Krabben generierten Hohlräumen und der Dichte des Bodensubstrats
für einen Ausschnitt
der in 1 dargestellten Meeresküste.
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3:
Schematische Darstellung eines in einen mit Ölsedimenten verschmutzten Meeresboden eingearbeiteten
Grabens.
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4:
Darstellung des Grabens gemäß 3 mit
dort eingebrachten Adsorbern.
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1 zeigt
schematisch ein Relief der Meeresküste im Bereich der saudiarabischen
Küste des arabischen
Golfs, wie sie noch heute großteils
in dieser Region vorliegt. Durch den Golfkrieg im Jahr 1991 verursacht
entstanden in dieser Region Ölverschmutzungen
in riesigem Ausmaß.
Durch den Tidenhub des Meeres bedingt lagerten sich Ölteppiche aus
dem Meer als Ölsedimente 1 an
der Meeresküste ab.
Diese Ablagerung von Ölsedimenten 1 ist
in 1 schematisch dargestellt.
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Dabei
ist in 1 ein Querschnitt der Meeresküste dargestellt, wobei die
Distanzskala so gewählt
ist, dass die gezeigten Distanzgrößen landeinwärts ansteigen.
Bei der Distanz 0 m liegt der sogenannte high water neap (HWN),
der über
Jahre auftretende niedrigste Pegelstand des Meerwassers bei Flut.
Bei der Distanz 270 m liegt der sogenannte high water spring (HWS),
der über
Jahre auftretende höchste
Pegelstand des Meerwassers bei Flut. Schließlich liegt etwa bei einer
Distanz 135 m der sogenannte mean high mark (MHW), der mittlere
Pegelstand des Meerwassers bei Flut.
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Wie
aus 1 ersichtlich, sind oberhalb der MHW-Marke großflächige Ölsedimente 1 vorhanden, bestehend
aus überwiegend
noch flüssigem Öl, die an
ihrer Oberfläche
durch Cyanobakterienschichten 2 abgeschlossen und versiegelt
sind. In diesem Bereich bilden die Cyanobakterienschichten 2 harte Verkrustungen
und geschlossene, mehrere Zentimeter dicke Schichten, unter welchen
die Ölsedimente 1 liegen.
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Unterhalb
der MHW-Marke sind noch vereinzelte, nicht geschlossene Cyanobakterienschichten 2 erkennbar,
allerdings ohne nennenswerte Ölsedimente 1.
Schließlich
finden sich im Bereich der HWN-Marke weder nennenswerte Cyanobakterienschichten 2 noch Ölsedimente 1.
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Wissenschaftliche
Untersuchungen zeigten, dass im Bereich zwischen der HWN-Marke bis
zur MHW-Marke seit Ende des Golfkriegs ein natürlicher Abbau von dort ursprünglich vorhandenen Ölsedimenten 1 stattfand.
Wesentliche Voraussetzung für einen
solchen natürlichen
Abbau war eine aerobe Umgebung im Bereich der Ölsedimente 1, so dass durch
oxidative chemische Reaktionen und enzymkontrollierte Reaktionen
ein Abbau der Ölsedimente 1 stattfinden
konnte. Die Untersuchungen ergaben weiterhin, dass hierbei Krabben,
insbesondere der Arten Nasima dotilliformis und Macrophthalmus depressus
eine entscheidende Rolle spielten. Diese Krabben sind in Kohlenwasserstoffumgebungen, also
im Bereich der Ölsedimente 1,
lebensfähig.
Die Krabben bohren dabei Aushöhlungen
in den Meeresboden, locker diesen auf und sorgen so dafür, dass Meereswasser
und Sauerstoff in die Bereiche der Ölsedimente 1 gelangen
konnte, wodurch die aeroben Bedingungen geschaffen wurden.
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Die
Balkendiagramme in 2 zeigen, ausgehend von der
HWN-Marke, die Dichteverteilungen der durch die Krabben generierten
Aushöhlungen. Demzufolge
ist die Konzentration der Aushöhlungen bei
der HWN-Marke am höchsten
und nimmt landeinwärts
rasch ab, so dass bereits bei der 10 m-Marke keine nennenswerten
Aushöhlungen
mehr festgestellt wurden. Dementsprechend nimmt, wie mit der gestrichelten
Kurve in 2 dargestellt, die Dichte des
Meeresbodens landeinwärts
stark zu.
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Oberhalb
der MHW-Marke lagen in den Jahren nach 1991 die Ölsedimente 1 oft trocken.
Durch Lichteinwirkung vermehrten sich Cynobakterien unkontrolliert
und bildeten die festen Cyanobakterienschichten 2 auf den Ölsedimenten 1.
Da in diesen Bereich auch keine Krabben gelangten, fand dort auch
keine Aushöhlung
des Bodensubstrats statt. Damit bilden die bis heute über viele
Quadratkilometer vorhandenen, mit Cyanobakterienschichten 2 versiegelten Ölsedimente 1 anaerobe
Bereiche, in welchen sich das Öl
bis heute nicht abbauen konnte.
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Hier
setzt das erfindungsgemäße Verfahren ein,
das anhand der 3 und 4 in Form
konkreter Ausführungsbeispiele
nachfolgend erläutert
wird.
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3 zeigt
einen Ausschnitt einer mit Öl
verschmutzten Region im Bereich zwischen der MHW- und der HWS-Marke
gemäß 1.
Dort befindet sich auf dem Boden 3 der Meeresküste das Ölsediment 1 und
darauf die Cyanobakterienschicht 2. Die Dicken der Ölsedimentschichten
liegen im Zentimeterbereich und betragen bis zu 50 cm, während die
Dicken der Cyanobakterienschichten 2 zwar ebenfalls im Zentimeterbereich
liegen, jedoch dünner
sind.
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In
einem ersten Verfahrensschritt werden mittels geeigneter Fahrzeuge
Gräben 4 in
diese Strukturen eingearbeitet. 3 zeigt
im Querschnitt ein Beispiel eines solchen Grabens 4. Bei
der Ausbildung des Grabens 4 wird sowohl die Cyanobakterienschicht 2 als
auch die Ölsedimentschicht
durchstoßen.
Typisch endet der Graben 4 im Boden 3 der Meerküste.
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Da
die Ölsedimente 1 aufgrund
des enthaltenen flüssigen Öls nur eine
mäßige Stabilität aufweisen,
werden dort Gräben 4 mit
trapezförmigen
Querschnitten, wie in 3 dargestellt, eingearbeitet,
so dass sich die Gräben 4 zur
Oberseite hin verbreitern. Der Neigungswinkel der Seitenwände der
Gräben 4 beträgt typischerweise
etwa 60°.
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Die
Dimensionierung der eingearbeiteten Gräben 4 ist an die Dimensionen
von in der Region natürlich
vorkommenden Gräben
angepasst.
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Eine
erste Kategorie von Gräben 4 weist
im Bodenbereich eine Breite von etwa b = 0,5 m und am oberen Rand
eine Breite von etwa B = 1 m auf. Die Tiefe T der Gräben 4 dieser
Kategorie liegt im Bereich 0,5 m ≤ T ≤ 0,7 m.
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Eine
zweite Kategorie von Gräben 4 weist
im Bodenbereich eine Breite von etwa b = 0,2 m und am oberen Rand
eine Breite im Bereich von 0,4 m ≤ B ≤ 0,5 m. Die
Tiefe T der Gräben 4 dieser
Kategorie liegt etwa bei T = 0,4 m.
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Die
Gräben 4 werden über das
gesamte zu säubernde
Gebiet eingebracht, wobei die Gräben 4 allgemein
so eingearbeitet werden, dass diese mäanderförmige Kanalsysteme bilden,
in welche bei Tidenhub aus dem Meer Meerwasser einfließen kann. Die
Abstände
zwischen Gräben 4 der
ersten Kategorie liegen bei mindestens 20 m, bei Gräben 4 der zweiten
Kategorie bei etwa 10 m.
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Die
Gräben 4 werden
mittels kettengeführten oder
Räder aufweisenden
Fahrzeugen eingearbeitet, die als Werkzeuge zum Einbringen der Gräben 4 Baggerschaufeln
oder Fräswerkzeuge
aufweisen.
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In
einen frisch eingearbeiteten Graben 4 fließt Grundwasser
ein sowie flüssiges Öl aus dem Ölsediment 1.
Damit bildet sich im Graben 4 eine Wasserschicht 5 mit
einer darauf schwimmenden Ölschicht 6,
wie in 4 schematisch dargestellt. Unmittelbar nach Generierung
des Grabens 4 werden zum Binden des Öls im Graben 4 Ölbindemittel
in Form von Adsorbern 7 in den Graben 4 eingelegt (4).
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Die
Adsorber 7 bestehen aus oleophilem und hydrophobem Material,
im vorliegenden Fall aus Polyurethan (PU). Alternativ sind Materialien
aus Polypropylen (PP) möglich.
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Die
Adsorber 7 bestehen dabei bevorzugt aus PU-Schaumstoffmatten,
die in gerollter, gestapelter oder geschichteter Form in die Gräben 4 eingelegt
werden. Sobald sich die Adsorber 7 mit Öl vollgesaugt haben, werden
diese aus den Gräben 4 entnommen
und mit geeigneten Maschinen ausgepresst, wobei das frei werdende Öl aufgefangen
wird. Die so behandelten Adsorber 7 können wieder verwendet, das
heißt
von neuem in die Gräben 4 eingelegt
werden.
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Das
Einlegen der Adsorber 7 in die Gräben 4 wird mehrfach
wiederholt. Da im Verlauf der Zeit immer weniger Öl in die
Gräben 4 nachfließt, vergrößern sich
die Zeitintervalle zwischen zwei aufeinander folgenden Einlegevorgängen kontinuierlich.
Zunächst
werden die Adsorber 7 im Stundentakt ausgewechselt, zum
Schluss innerhalb von Tagen, bis schließlich kein Öl mehr in die Gräben 4 nachfließt, so dass
diese dann offen gelassen werden können.
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In
die so frei liegenden Gräben 4 kann
dann bei Tidenhub Meerwasser einfließen. Mit dem Meerwasser gelangen
Krabben in die Gräben 4 und
können
sich in diesen Bereichen ansiedeln. Da die Krabben im Bereich von
Kohlenwasserstoffumgebungen lebensfähig sind, generieren diese
in dem Bereich der Ölsedimente 1 Aushöhlungen,
so dass dort Sauerstoff und Mikroorganismen eindringen können, wodurch
eine aerobe Umgebung geschaffen wird, in der das Ölsediment 1 auf
natürlichem
Weg abgebaut wird. Weiterhin graben sich die Krabben im Verlauf der
Zeit aus dem Ölsediment 1 bis
zur Cyanobakterienschicht 2 vor und pflügen diese lokal um. Dies bewirkt,
dass die Cyanobakterien aufgrund von Lichtmangel absterben, was
den natürlichen
Abbau der Ölsedimente 1 weiter
fördert,
so dass im Lauf der Zeit die gesamten Ölsedimente 1 mit den
obenliegenden Cyanobakterienschichten 2 auf natürliche Weise
abgebaut werden.
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- 1
- Ölsediment
- 2
- Cyanobakterienschicht
- 3
- Boden
- 4
- Graben
- 5
- Wasserschicht
- 6
- Ölschicht
- 7
- Adsorber