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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Renaturierung von Meeresküsten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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 Sauerstoff benötigen. 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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Die
DE 32 09 652 C2 betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung von Ölablagerungen auf Bodenflächen, vorzugsweise Sandstränden, Wattflächen oder dergleichen, mit einem Wasserverteilerrohr und mit einer Schleppschürze, die etwa lotrecht stehende elastische Wände aufweist. Das Wasserverteilerrohr erstreckt sich quer über ihre offene Vorderfront, welches zur Erzeugung von gegen die zu behandelnde Bodenfläche gerichteten Druckwasserstrahlen Wasserdüsen aufweist. Zwischen den elastischen Wänden ist ein absenkbarer Schwimmerkorb als Ölabsaugeinrichtung vorgesehen, die über einen Saugschlauch mit einer Saugpumpe verbunden ist.
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Die
DE 199 30 515 A1 betrifft ein Verfahren zum maschinellen Separieren von ölhaltigen Stoffen aus schüttfähigem Material, wie Sand insbesondere an Küsten beziehungsweise Stränden. Die ölhaltigen Stoffe werden von dem schüttfähigen Material mittels hydrophober Gewebe oder Vliesen separiert.
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Die
DE 1 519 772 A betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen von Ölen, Alkoholen oder dergleichen. Dabei werden Schaumkunststoffe auf Aminoplast- oder Phenoplast-Basis Melaminformaldehydharze und deren Kombination in Form von Stücken, Platten oder Körpern mit den aufzunehmenden Flüssigkeiten in Berührung gebracht und gegebenenfalls in diese eingetaucht.
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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 Öl-sedimente 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 Gäben 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 Fahrzeug 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 Öl-verschmutzungen 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 Hut.
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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, lockern 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 Graben 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, Meerwasser 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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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ölsediment
- 2
- Cyanobakterienschicht
- 3
- Boden
- 4
- Gaben
- 5
- Wasserschicht
- 6
- Ölschicht
- 7
- Adsorber