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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Bodensanierung, bei welchem dem Boden Schwermetalle dauerhaft entzogen werden, ohne das lokale Ökosystem und ohne die Bodenparameter dauerhaft zu verändern.
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Altlasten gehören zum typischen Problemfeld altindustrieller Standorte. Sie bezeichnen alle organischen und anorganischen Schadstoffe, die sich in Luft, Wasser oder Boden akkumuliert haben. Die organischen Schadstoffe sind bereits heute durch mikrobiologische Bodensanierungsformen abbaubar. Solche Verbindungen sind durch biochemische Prozesse von Mikroorganismen in weniger toxische oder nicht toxische Produkte reduzierbar. Jedoch stellen die anorganischen Schwermetallkomponenten eine schwere Bedrohung dar, da diese nicht in harmlose Produkte spaltbar sind. So bleibt beispielsweise Blei als Blei erhalten und kann sich erneut verbinden. Durch eben diese Eigenschaft von Schwermetallen gibt es Wurzelmissbildung bei Bäumen, sodass diese umknicken. Außerdem führen die Schwermetalle auf langer Sicht zum Verlust der Biodiversität.
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Der Begriff Altlast definiert alle Flächen, „die aufgrund ihrer früheren Nutzung gesundheits- oder umweltschädliche Veränderungen im Boden oder im Grundwasser aufweisen” (vgl. Altlasten-Sanierungs-Center Aachen). Im Groben könnte man Altlasten in organische und anorganische Schadstoffe einteilen. Unter organischen Schadstoffen würde man Stoffe wie DDT, DDE, MCB, Öle oder Teer verstehen. Zu den anorganischen Schadstoffen zählt man u. a. Schwermetalle wie Blei, Arsen, Zink, Nickel, Chrom oder Cadmium. Während es für organische Stoffe zumeist unschädliche Abbauprodukte gibt, entfällt dies bei Schwermetallen. Da es für Schwermetalle keine Abbauprodukte gibt, sind sie folglich dauerhaft für das Ökosystem schädlich.
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Solche Kontaminationen führen meist zu Störungen in Ökosystemen. So gibt es in der Region Bitterfeld mehrere Böden, die mit Schwermetallen und organischen Altlasten kontaminiert sind. Am Beispiel der Salegaster Aue (Aue der Mulde) werden die Folgen von Altlasteneinwirkungen deutlich.
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Im Gebiet der Salegaster Aue treten starke Wurzelmissbildungen auf, die auf Dauer zum Abknicken der Bäume führen. Durch die Einlagerung von Schwermetallen in Pflanzen können Schwermetalle auch in das Nahrungsnetz gelangen und somit auch zum Menschen. Deshalb ist der Verzehr von Wild aus diesen Regionen, wie z. B. der Salegaster Aue zu unterbinden. Dies hat überwiegend gesundheitliche Relevanzen. Die erhöhte Aufnahme vieler Schwermetalle (u. a. Arsen, Blei, Zink und Nickel) führt im menschlichen Kreislauf zu Magen-Darm-Beschwerden. Zudem führen Arsen und Blei zur Hemmung des zentralen Nervensystems und z. T. des peripheren Nervensystems. Eine weitere Wirkung können Ätz- und Reizwirkungen wie bei Arsen, Zink oder Kupfer sein (vgl. Stephan, Ursula und Strobel, Ute: Humantoxikologische Relevanz. In: CUTEC-Institut GmbH (Hg.): Erneuerbare Energie durch Biomasse aus der Phytoextraktion kontaminierter Böden. 1. Auflage. Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger-Verlag, 2006, Seite 170–182). Zudem sind die Auswirkungen auch bei weiteren Mikroorganismen und Edaphonen sichtbar. Als Edaphon bezeichnet man dabei die Gesamtheit der im Boden lebenden Organismen (Bodenorganismen und Bodenmikroorganismen).
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So sind im Boden der Salegaster Aue lediglich sechs Arten von Regenwürmern enthalten, während es in unkontaminierten Böden bis zu 26 Arten gibt (vgl. Tischer, Sabine: Bodenbiologische Bewertung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) anhand von Lumbriciden. In: Erfassung und Bewertung von Lumbricidenvorkommen sowie deren Schwermetallgehalte auf Bodendauerbeobachtungsflächen in Sachsen-Anhalt und Thüringen. Weimar: 2007. Seite 54–71).
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Aus der negativen Wirkung, die die Schwermetalle auf die Ökosysteme und selbst für den Menschen haben, ergibt sich die Relevanz einer geeigneten, nachhaltigen und umweltschonenden Bodensanierung. Somit soll eine Reduzierung von den beschriebenen Auswirkungen erreicht werden.
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Bei einer Kontamination gibt es fünf Pfade für einen Schadstoffeintrag. Die erste Variante ist der „Luftpfad”. Solche Gebiete sind beispielsweise Stollberg, Oker/Harlingerode und Nordenham, die durch das Hüttenwesen geprägt sind. Der zweite Weg für eine Schadstoffakkumulation ist der „Wasserpfad”. Zu diesen Gebieten zählen viele Flussauen, vor allem entlang der Elbe, der Mulde, der Ruhr, des Rheins und dem Landkreis Goslar. Der dritte Pfad ist der „Partikeltransport” innerhalb des Bodens. Eine solche Kontamination findet in den Bergbauregionen, wie z. B. im Saarland, im Ruhrgebiet, in Freiberg, im Landkreis Goslar und im Mansfelder Land, statt. Die letzten zwei Schadstoffquellen bilden die geogenen Veränderungen (u. a. Vogelsberg und Freiberg) und die jeweilige Wirtschaft (z. B. Bitterfeld), wodurch Altstandorte entstehen (vgl. Schneider, Jürgen. Seite 34). Deutschlandweit gibt es laut den Ergebnissen in allen Bundesländern mindestens einen Standort, in denen Bleikontaminationen nachweisbar sind (vgl. Schneider, Jürgen: Die räumliche Verteilung von kontaminierten Flächen in Deutschland. In: CUTEC-Institut GmbH (Hg.): Erneuerbare Energie durch Biomasse aus der Phytoextraktion kontaminierter Böden. 1. Auflage. Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger-Verlag, 2006, Seite 30–35).
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Die Bodensanierung von Altstandorten kann auf zwei unterschiedlichen Ebenen vollzogen werden. Zum einen besteht die Möglichkeit, den Boden vor Ort zu sanieren (On-site) oder zum anderen, den Boden abzutransportieren, sodass man ihn außerhalb des Ökosystems reinigt (Off-site).
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Bei der Sanierung von Altlasten gibt es zwei Sanierungsklassen – aktive und passive Bodensanierung. Zu den aktiven Methoden werden biologische und pneumatische Verfahren sowie der Bodenaustausch, mit anschließender chemisch-physikalischer und thermischer Behandlung, gezählt. Die zweite Klasse bilden die passiven Verfahren. Darunter versteht man den Einbau von reaktiven Wänden, Umschließungen oder Sicherungsverfahren.
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Bei der Anwendung biologischer Altlastensanierungen werden überwiegend Bakterien bei organischen Schadstoffen eingebracht. Diese sind in der Lage, z. B. Kohlenwasserstoffe enzymatisch abzubauen. Eine Anwendung von Bakterien bei Schwermetallen ist überwiegend noch nicht getestet bzw. es fehlt an schwermetallresistenten Bakterien.
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Daher nutzt man bei den biologischen Methoden Pflanzen. Bei der sogenannten Phytoremediation werden Pflanzen in dem Gebiet ausgesetzt, die die Schwermetalle über einen längeren Zeitraum akkumulieren und somit dem Boden entziehen.
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Bei der pneumatischen Sanierung bzw. bei der Bodenluftabsaugung werden leicht flüchtige Schadstoffe aufgesaugt und dementsprechend entsorgt.
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Eine weitere aktive Methode ist der Bodenaustausch. Dazu wird der Boden von dem Gebiet abgetragen und anschließend durch thermische (über Verbrennungen) und chemisch-physikalische (Bodenwäsche) Behandlung aufbereitet.
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Gegebenenfalls ist jedoch nur noch eine Deponierung bei hohen Schadstoffeinträgen möglich. Zusätzlich gibt es heute auch eine Vakuumtechnik (nach einem Bodenaushub), bei der unter einem Vakuum von 10 mbar eine Verbrennung stattfindet, sodass die Schadstoffe verdampfen. Dabei wird ein Reinheitsgrad des Bodens von 98% erreicht.
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Die letzte Form der aktiven Bodensanierung ist die hydraulische Reinigung. Hierbei wird das Grundwasser vom Schadstoff gereinigt.
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Die Anwendung passiver Bodensanierungen beschränkt sich auf drei geläufige Verfahren. Die erste Variante ist der Einbau reaktiver Wände in den Boden. Diese Wände enthalten je nach Schadstoff Filterstoffe wie Aktivkohle. Diese Filterstoffe halten die Altlasten im Boden zurück. Die zweite Maßnahme ist die Umschließung, bei der horizontale oder vertikale Betonwände im Boden installiert werden. Diese Wände begrenzen weitere Ausdehnungen von Schadstoffen im Gebiet. Die letzte Variante, die bei der Altlastensanierung eingesetzt wird, sind sogenannte Sicherungsverfahren. Dies bezeichnet die Dämmung des Austritts von Kontaminenten in das Grundwasser.
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Die Bodensanierung von kontaminierten Ökosystemen ist zwar nach heutigen Standards lösbar, jedoch fehlt es vielen Verfahren an Nachhaltigkeit und ökologischer Verträglichkeit. Bis auf die biologischen Sanierungen, die bis zur aktuellen Situation keine Schwermetalle effektiv abbauen können, bieten die weiteren genannten Verfahren keine zufriedenstellenden Methoden. Bei den passiven Verfahren handelt es sich um eine Methode, die man als Status-quo-Sanierung bezeichnen könnte, weil die Schwermetalle überwiegend noch im Boden enthalten sind, sich jedoch nicht weiter verteilen können. Im Vergleich dazu stehen die aktiven Sanierungen. Bei der Off-site-Sanierung des Bodenaushubs wird die Bodenstruktur zerstört und zudem entstehen bei dem Abtransport des Bodens hohe Transportkosten sowie hohe Kosten für eine mögliche Deponierung. Außerdem eignet sich der Bodenaushub nur bei kleinen Flächen. Nach der Beendigung eines Bodenaushubs und der Wiederaufschüttung des Bodens muss das Ökosystem eine Suksession durchlaufen. Die einmalige Einzigartigkeit des Ökosystems geht somit dauerhaft für weitere Generationen verloren. Der einzige Vorteil, den der Bodenaushub besitzt, ist die Kontrollierbarkeit der Sanierung durch die konstante Veränderung von Bodenparametern, sodass dieses Verfahren zeitlich schneller ist, als ein biologisches Verfahren. Die physikalisch orientierten Verfahren, wie die pneumatische Sanierung, eignen sich nur für flüchtige Stoffe, jedoch auch hier wieder nicht für Schwermetalle.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur biologischen Bodensanierung anzugeben, bei dem dem Boden Schwermetalle dauerhaft entzogen werden, ohne das lokale Ökosystem und die Bodenparameter dauerhaft zu verändern.
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Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Bodensanierung, umfassend
- – zumindest eine erste Zugabe von Bodenbakterien, wobei die Bodenbakterien ausgewählt sind aus Aneurinibacillus migulanus und Bacillus cereus,
- – Aussaat von Hyperakkumulatoren auf dem behandelten Boden,
- – Ernte der oberirdischen Kompartimente der Hyperakkumulatoren.
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Durch die erfindungsgemäße Zugabe der Bodenbakterien zum schwermetallbelasteten Boden werden die Schwermetalle durch die Bakterien aufgenommen und somit dem Boden entzogen, sodass eine weitere Verbreitung der Schwermetalle unterbunden wird. Anschließend werden Hyperakkumulatoren auf dem so behandelten Boden ausgebracht. Die Hyperakkumulatoren nehmen die Schwermetalle auf und entziehen diese dem Boden. Die Schwermetalle werden in die oberirdischen Kompartimente der Pflanzen eingelagert und können im Laufe des Vegetationszyklus geerntet werden.
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Als Hyperakkumulatoren werden metalltolerante Pflanzen bezeichnet, die in ihren Vakuolen hohe Konzentrationen an Metallen, wie etwa Nickel, Blei, Cadmium oder Zink, speichern können. Die Wahl der Hyperakkumulatoren ist dabei schwermetallabhängig. Nachfolgend sind einige Vertreter exemplarisch wiedergegeben:
- – Avena sativa (Zink),
- – Brassica juncea (Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Blei und Zink),
- – Brassica napus (Blei, Zink),
- – Armeria halleri (Blei).
(Quelle: Thies, Carsten und Lessing, Helmut: Phytoextraktion toxischer Metalle mit ökologisch orientierten Anbauverfahren. In: CUTEC-Institut GmbH (Hg.): Erneuerbare Energie durch Biomasse aus der Phytoextraktion kontaminierter Böden. 1. Auflage. Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger-Verlag, 2006, Seite 74.)
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Erfindungsgemäß werden die Bodenbakterien ausgewählt aus Bacillus cereus oder Aneurinibacillus migulanus, wobei auch eine Kombination beider Spezies möglich ist. Bacillus cereus ist ein 3–5 μm langes und 1–1,2 μm breites, gram-positives, endosporenbildendes Stäbchen. Das Sporangium ist nicht geschwollen und die ellipsoide Spore liegt zentral in der Zelle. B. cereus besitzt eine Zellwand vom Murein-Typ. Aneurinibacillus migulanus ist ein gram-positives Bakterium.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Bodenbakterien zumindest im Verhältnis von 1:100 (w/w) dem Boden zugesetzt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor der Zugabe der Bodenbakterien der pH-Wert des Bodens auf einen Wert pH 5 ≤ x ≤ pH 7 eingestellt. Da die erfindungsgemäßen Bodenbakterien vorwiegend im leicht sauren Milieu angesiedelt sind, werden durch die Einstellung des pH-Werts auf einen Wert pH 5 ≤ x ≤ pH 7 diese gegenüber den lokal angesiedelten Bodenbakterien bevorzugt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zugabe der Bodenbakterien als Flüssigkultur. Durch die Zugabe als Flüssigkultur ist ein tiefer Eintrag der Bodenbakterien in den Boden über die Flüssigkeit gewährleistet. Dadurch kann eine schnellere und homogenere Besiedlung des Bodens gewährleistet werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zugabe der Bodenbakterien als Flüssigkultur, wobei der Flüssigkultur eine Kohlenstoffquelle zugesetzt wird. Bevorzugt ist die Kohlenstoffquelle Glukose. Durch die Zugabe einer Kohlenstoffquelle wird das Wachstum der Bodenbakterien auch nach Applikation befördert, da über das Flüssigmedium die Kohlenstoffquelle auch in den Boden eingetragen wird. Glukose als Kohlenstoffquelle ist dabei bevorzugt, da diese leicht über die Glykolyse verstoffwechselt werden kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zugabe der Bodenbakterien als Flüssigkultur, wobei der Flüssigkultur eine Stickstoffquelle zugesetzt wird. Bevorzugt ist die Stickstoffquelle Kaliumnitrat oder Ammoniumsulfat. Die Zugabe einer Stickstoffquelle hat sich als vorteilhaft für das Wachstum der Bodenbakterien erwiesen, da Stickstoff als wichtiges Element durch die Bodenbakterien benötigt wird. Gleichzeitig fördern Nitratverbindungen das Pflanzenwachstum.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hyperakkumulatoren Pflanzen der Gattung Armeria halleri, Avena sativa, Brassica juncea oder Brassica napus. Pflanzen der Gattung Armeria halleri eignen sich besonders als erfindungsgemäße Hyperakkumulatoren, da diese Schwermetalle in geeigneter Weise aufnehmen und dem Boden somit dauerhaft entziehen können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Bodenbakterien, wobei die Bodenbakterien ausgewählt sind aus Aneurinibacillus migulanus und Bacillus cereus, zur Verwendung bei der Sanierung von schwermetallbelasteten Böden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Bodenbakterien zur Sanierung schwermetallbelasteter Böden.
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Die Vorteile der biologischen Sanierung liegen vor allem in der hohen Umweltverträglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und dem Erhalt der Bodenstruktur. Hierbei entstehen des Weiteren keine neuen Schadstoffe bzw. die Schadstoffe verlagern sich dabei nicht in Wasser oder Luft sobald diese im Bakterium gebunden sind. Außerdem gelten biologische Verfahren bei der Bevölkerung als weitgehend akzeptiert.
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Laut einem Bauforschungsbericht des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen hat die „mikrobiologische Behandlung [...] i. d. R. die höchsten Ökologiewerte.” Zudem zeichnen sich „im Zusammenhang mit wirtschaftlichen Auswirkungen [...] die mikrobiologischen Behandlungen am Wirksamsten” aus (aus: Lüpke, Sonja und Weth, Dieter: Reduzierung der Massenströme bei der Behandlung belasteter Böden unter besonderer Berücksichtigung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes. Mull und Partner Ingenieurgesellschaft mbH, Garbsen: Fraunhofer IRB Verlag, 2001. Seite 131).
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Durch die Einbringung der erfindungsgemäßen Bodenbakterien werden die im Boden enthaltenen Schwermetalle akkumuliert und erleichtern dadurch eine Besiedelung des Bodens mit Pflanzen. Die Aussaat von Hyperakkumulatoren auf schwermetallbelasteten Böden erlaubt einen Entzug dieser Schwermetalle, wobei die Schwermetalle in den oberirdischen Kompartimenten eingelagert werden, welche anschließend geerntet und entsorgt werden können.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Kombinationen der Ansprüche oder einzelner Merkmale davon.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben, ohne diese zu beschränken.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Bodensanierung von Boden aus der Salegaster Aue bei Greppin beschrieben. Bei dem Boden handelt es sich um einen pseudovergleyten Gley-Vega. Die Salegaster Aue ist ein Naturschutzgebiet bei Bitterfeld in Sachsen-Anhalt. Würde man die Aue im Gradnetz einordnen, so würde sie die Koordinaten 12,3° östliche Länge und 51,6° nördliche Breite erhalten. Die Ebene ist gekennzeichnet durch den Schlangengraben, einer Hochwasserschutzanlage der Mulde, und den Aufforstungen aus Eschen und Ahorn. Das Gebiet ist durch humide Niederschläge und einer Jahresdurchschnittstemperatur von 9,7°C geprägt. Bei der Analyse des Bodens findet man eine Vielzahl von Schwermetallen. Die Gehalte im aAh-Horizont an Blei mit 371,5 mg Pb·kg–1, Arsen mit 202,5 mg As·kg–1, Quecksilber mit 2,78 mg Hg·kg–1 und Zink 814,2 mg Zn·kg–1 liegen weit über dem Grenzwert. Aufgrund des Tongehalts des aM-Go-Sd 1-Horizonts mit 31%, entsteht eine Art Isolierschicht oder Trennschicht, die es den Schwermetallen verhindert, in die unteren Bodenschichten zu diffundieren. Trotzdem reicht der Einfluss der Schwermetalle aus, um Wurzelmissbildungen im Boden hervorzurufen. Das größte Problem der Salegaster Aue sind abknickende Bäume. Durch die Schwermetalle bilden sich nur kleine Wurzelsysteme (max. 1 m3) aus, die die Last der Bäume nicht mehr tragen können. Ein weiteres Problem ist die Anreicherung von Blei in Tieren, die das Blei durch das Fressen von Pflanzen aufnehmen. Aber auch Edaphone sind vom Schwermetall betroffen. Nicht nur Regenwürmer sind betroffen, sondern auch Bakterien. Aber auch organische Schadstoffe gelangen in die Salegaster Aue. So gibt es im Schlangengraben Aromaten (z. B. Monochlorbenzol c(MCB) = 40–23000 μg·l–1) oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe (z. B. Tetrachlormethan c(TCM) = 680–77000 μg·l–1). Im Boden findet man zudem starke Anhäufungen von DDE (c(DDE) = 201 μg·kg–1 in einer Tiefe von 0–10 cm), DDD (c(DDD) = 19,1 μg·kg–1 in einer Tiefe von 0–10 cm), DDT (Σc(DDT-Isomere) = 1413 μg·kg–1 in einer Tiefe von 0–10 cm). Diese Werte nehmen mit zunehmender Tiefe ab. Neben den Schwermetallen besitzt der Boden weitere charakteristische Werte. Der Boden hat eine große Wasseraufnahmekapazität (ca. 94%) und damit eine geringe Korngröße, sodass hier prinzipiell gute Voraussetzungen geschaffen sind. Der pH-Wert 5 lag im sauren Milieu und kann somit die Nährstoffaufnahme von Pflanzen minimieren. Der Boden enthielt 100 mg·l–1 organische Substanzen und es konnte anschließend ein Humusgehalt von 15% ermittelt werden. Bei den aus dem Boden gewonnenen Bakterien handelt es sich um Aneurinibacillus migulanus und Bacillus cereus, die in der Wandnähe eine grün fluoreszierende Färbung besitzen. Diese Fluoreszenz ist Indiz auf eine Proteinstruktur, die dort die Schwermetalle binden. Daher betreiben die Bakterien eine Bioakkumulation. Bei der Akkumulation werden die Schwermetalle irreversibel gebunden und liegen somit im Ökosystem unverfügbar vor. Durch die Bindung sind die Schwermetalle letztendlich stabilisiert worden. Die Bodenbakterien wurden isoliert, kultiviert und deren Taxonomie mittels PCR bestimmt.
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Diese Bakterien zeigen Resistenz gegenüber Blei, Kupfer, Zink, Arsen, Nickel, Chrom und Cadmium sowie der organischen Verbindung Monochlorbenzol. Außerdem steigern geringe Mengen eines Schwermetalls das Wachstum der Bakterien stark. Zudem wird das Wachstum durch eine Glukose- und Stickstoffzufuhr, bevorzugt Kaliumnitrat oder Ammoniumsulfat, gesteigert. Nachfolgend sind exemplarisch Resistenzen gegenüber einigen Schwermetallen angegeben:
Cadmium: bis zu 29,47 mg pro kg
Chrom: bis zu 150 mg pro kg
Kupfer: bis zu 175 mg pro kg
Nickel: bis zu 145 mg pro kg
Zink: bis zu 920 mg pro kg
Blei: bis zu 555 mg pro kg.
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Fügt man nun solchem Boden ca. 1 g Bakterien auf 100 g Boden hinzu, so regenerieren sich die Wurzeln. In mehreren Keimversuchen wurde sichtbar, dass lebende Bakterien eine Wurzelwachstumssteigerung von circa 43 Prozent hervorrufen können. Diese steigende Wurzelwachstumsrate erklärt bereits einen Teil der Wirkung der Bodensanierung, denn die Bakterien lagern sich an der Rhizodermis der Wurzeln ab. Dieser Teil der Bakterien enthält Glukose. Die Glukose fördert wiederum das Wachstum einer Bakterienkultur im Boden. Im Gegenzug wird die Pflanze vor einem Schwermetalleinfluss geschützt, denn die Bakterien nehmen bis zu 33% des Bleis auf und machen es für die Umwelt unverfügbar. Der zweite positive Effekt wird von den Bakterien in der Bodenphase erzeugt, denn die Bakterien nehmen auch hier einen Teil der Schwermetalle auf. Es lässt sich ebenso durch abgetötete Bakterien eine Wirkung erzielen, die jedoch nach wenigen Wochen abnimmt. Eine Zufuhr von abgetöteten Bakterien ergibt jedoch Sinn, wenn man sie im Winter einbringt, denn sie können durch eine begrenzte Anzahl von funktionellen Gruppen an der Wandoberfläche Blei binden.
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Die Bakterien werden hierbei zunächst auf Agarplatten selektiert und anschließend in einem Flüssigmedium kultiviert. Nachfolgend ist eine exemplarische Zusammensetzung der verwendeten Nährmedien angegeben:
| Agarplatte: | Flüssigmedium: |
| 1 l aqua dest. | 1 l aqua dest. |
| 5 g·l–1 Pepton (aus Fleisch) | 15 g·l–1 Pepton (aus Fleisch) |
| 3 g·l–1 Fleischextrakt | 3 g·l–1 Hefeextrakt |
| 12 g·l–1 Agar-Agar | 6 g·l–1 NaCl |
| pH-Wert 7,5 | 1,0 g·l–1 (D+)Glucose |
| | pH-Wert 7,5 |
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Sanierungszyklus unter standorteigenen Bodenbedingungen beschrieben. Die Bioremediation beginnt unter standorteigenen Bodenbedingungen im Winter, falls die Hyperakkumulatoren Frostkeimer (Bsp. Armeria halleri) sind. Sollten die eingebrachten Hyperakkumulatoren nicht den Frost benötigen, so findet die Aussaat der Samen im Frühjahr statt. In abgetöteter Form können die Bakterien bereits im Winter hinzugefügt werden, um einen kurzen positiven Effekt zu erzielen. Es lassen sich ebenso lebende Bakterien hinzufügen. Jedoch können diese bei extremen Minusgraden absterben. Die Zufuhr von lebenden Bakterien findet im Frühjahr über ein Flüssigmedium statt. Die Bakterien werden vor der Ausbringung in den Boden in Bioreaktoren angezogen. Die im Flüssigmedium gelösten Bakterien gelangen so in tiefere Bodenschichten. Die Zufuhr kann mit der Bewässerung durchgeführt werden. Der Sanierungszyklus ist im Herbst beendet. Zu diesem Zeitpunkt können die oberirdischen Kompartimente der Hyperakkumulatoren, wie beispielsweise Grasnelke (Armeria halleri), abgemäht bzw. geerntet werden. Für eine erfolgreiche Bodensanierung sind mehrere Zyklen notwendig. Die Anzahl ist abhängig von der Schwermetallkonzentration im Boden.
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Zu den Vorteilen der Bioremediation der Brachlandschaft gehört, dass man standorteigene Bakterien hinzufügt, die ihre Nische bereits besitzen, und dass die Bodencharakterisik dieselbe ist wie vom Analysenstandort. Ebenso sollte die Bepflanzung mit den Grasnelken kein Problem darstellen. Begünstigend für das Verfahren ist, dass die Aufforstung im Herbst stattfinden soll, weil dann die Bakterien und die Grasnelken im Voraus wirken könnten.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Bodensanierung unter standortfremden Bodenbedingungen mit fremden Bakterienarten beschrieben. Bei standortfremden Bodenbedingungen ist eine chemische Anpassung der Bodenfaktoren notwendig. Hierbei muss u. a. der pH-Wert so angepasst werden, dass die standorteigenen Bakterien ihre ökologischen Nischen freigeben, sodass die Bakterien ihre Nischen besetzen können. Nachfolgend wird der oben beschriebene Sanierungszyklus durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Stephan, Ursula und Strobel, Ute: Humantoxikologische Relevanz. In: CUTEC-Institut GmbH (Hg.): Erneuerbare Energie durch Biomasse aus der Phytoextraktion kontaminierter Böden. 1. Auflage. Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger-Verlag, 2006, Seite 170–182 [0005]
- Tischer, Sabine: Bodenbiologische Bewertung von Boden-Dauerbeobachtungsflächen (BDF) anhand von Lumbriciden. In: Erfassung und Bewertung von Lumbricidenvorkommen sowie deren Schwermetallgehalte auf Bodendauerbeobachtungsflächen in Sachsen-Anhalt und Thüringen. Weimar: 2007. Seite 54–71 [0006]
- Schneider, Jürgen. Seite 34 [0008]
- Schneider, Jürgen: Die räumliche Verteilung von kontaminierten Flächen in Deutschland. In: CUTEC-Institut GmbH (Hg.): Erneuerbare Energie durch Biomasse aus der Phytoextraktion kontaminierter Böden. 1. Auflage. Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger-Verlag, 2006, Seite 30–35 [0008]
- Thies, Carsten und Lessing, Helmut: Phytoextraktion toxischer Metalle mit ökologisch orientierten Anbauverfahren. In: CUTEC-Institut GmbH (Hg.): Erneuerbare Energie durch Biomasse aus der Phytoextraktion kontaminierter Böden. 1. Auflage. Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger-Verlag, 2006, Seite 74 [0023]
- Lüpke, Sonja und Weth, Dieter: Reduzierung der Massenströme bei der Behandlung belasteter Böden unter besonderer Berücksichtigung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes. Mull und Partner Ingenieurgesellschaft mbH, Garbsen: Fraunhofer IRB Verlag, 2001. Seite 131 [0034]