DE3921336A1

DE3921336A1 - Verfahren zum reinigen eines mit in fluessigkeit loeslichen schadstoffen verunreinigten oder mit radioaktiven stoffen verseuchten bodens

Info

Publication number: DE3921336A1
Application number: DE19893921336
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: WILHELM HERMANN-JOSEF 4176 SONSBECK DE
Current assignee: ROGMANS, MARIA WILHELM, HERMANN-JOSEF, 4232 XANTEN
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-01-10

Description

Die Erfindung betrift ein Verfahren zum Reinigen eines mit in Flüssigkeit löslichen Schadstoffen verunreinigten oder mit radioaktiven Stoffen verseuchten Bodens von den in und/oder auf Boden enthaltenen Schadstoffen, insbeson dere Cadmium, Blei, Zink, Thallium, Dioxin, Nitraten, Ni triten, Phosphaten und/oder von den in und/oder auf dem Boden enthaltenen radioaktiven Stoffen, insbesondere Cae sium 137.

Die Böden sind weltweit durch die Industrie stark durch Zink, Cadmium und Blei stark belastet, außerdem durch Caesium 137 und durch andere radioaktive Stoffe.

Es sind solche Flächen bzw. Böden sanierungsbedürftig, die entweder durch Luftemissionen der Industrie, Klär schlammdüngung oder Ausbringen von Fluß- und Hafenschläm men hohe Konzentrationen an Schwermetallen, beispiels weise Blei und Cadmium aufweisen.

Bisher sind diese Böden ganz abgetragen und einem Labor zur Bodendekontaminierung zugeführt worden. Dieses Verfahren ist langwierig und sehr kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend genannten Art dahingehend weiterzubilden, mit dem eine zuverlässige Bodendekontaminierung auf bio logischem Wege möglich ist, ohne den kontaminierten Boden abtragen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der verunreinigte Boden mit solchen schadstoffresisten ten, insbesondere schwermetallresistenten Pflanzen be pflanzt wird, die wenigstens einen der Schadstoffe und/oder wenigstens einen der radioaktiven Stoffe aufneh men und daß die oberirdischen Pflanzenteile dieser Pflanzen mehrmals jährlich sowie nach einigen Jahren auch die Wurzeln der Pflanzen geerntet und weiterbehandelt werden.

Auf diese Weise gelangt man zu einem Verfahren der vor stehend genannten Art, mit dem eine Bodendekontaminierung möglich ist, ohne den Boden abtragen zu müssen. Hinzu kommt, daß dieses Verfahren umweltgerecht ist, da es sich um ein biologisches Verfahren handelt.

Zweckmäßig wird aus der Biomasse dieser Pflanzen Methanol erzeugt. Abweichend davon kann die Biomasse dieser Pflan zen getrocknet, verbrannt und anschließend die Asche auf einer Sonderdeponie gelagert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt es sich, daß als schadstoff- bzw. schwermetallresistente Pflanze Polygonum sachalinense eingesetzt wird.

Polygonum sachalinense, der Riesenknöterich, gehört zur Gattung Reynoutria aus der Familie Polygonaceae und ist eine Pflanze, die Schwermetalle, beispielsweise Cadmium, Blei, Zink, außerdem aber auch radioaktive Stoffe, wie beispielsweise Caesium 137 aus dem Boden entnehmen kann.

Diese Pflanze verträgt nicht nur Schwermetalle, sondern sie kann Schwermetalle auch in hohen Mengen in ihrer Biomasse speichern.

Die Biomasse des Polygonum sachalinense wird zwei- bis dreimal jährlich geerntet. Da in der Biomasse hohe Mengen an Schwermetallen gespeichert sind, erfolgt dadurch eine entsprechend schnelle Bodendekontaminierung.

Nach zwei bis fünf Jahren werden auch die Wurzeln geern tet.

Falls auf die Herstellung von Methanol verzichtet werden soll, wird die Biomasse getrocknet und unter Energiege winnung in einer Müllverbrennungsanlage mit einem Abluft filter verbrannt. Da die in der Asche befindlichen Schwermetalle nicht weiter verwendet werden können, wer den sie auf einer Sonderdeponie gelagert.

Die meisten Schwermetallionen in kontaminierten Böden liegen in komplexierter Form vor. Ihre Mobilisation er folgt über von den Pflanzen ausgeschiedene Komplexbild ner. Die Resorption der Schwermetallionen erfolgt über Rezeptoren am Wurzelsystem der Pflanzen.

Diese für pflanzliche Produkte unerwünschte Eigenschaft wird gemäß der vorliegenden Erfindung zur Reinigung von verunreinigten Böden durch Bepflanzung dieser Böden mit Polygonum sachalinense oder anderen geeigneten Pflanzen benutzt. Polygonum sachalinense gehört zu den Schwerme tallpflanzen bzw. Indikatorpflanzen, die im Laufe der Evolution eigene Resistenzstrategien bzw. Detoxifika tionsmechanismen ausgebildet haben, die es ihnen ermögli chen, noch bei hohen Schwermetallkonzentrationen zu wach sen. Ein weiterer Vorteil dieser Pflanze liegt für diesen Zweck in der extrem hohen Biomasseproduktion, die unter idealen Bedingungen 200 bis 300 t Feuchtgewicht je Hektar und Jahr beträgt.

Zweckmäßig werden ein bis sieben Pflanzen Polygonum sachalinense je Quadratmeter gepflanzt. - Das führt zu einer dichten Durchwurzelung des Bodens und einer ent sprechend gleichmäßigen Reinigung des Bodens.

Außer Polygonum sachalinense können auch andere geeignete Indikatorpflanzen, beispielsweise die Pflanze Gunnera oder die Pflanze Rhumex eingesetzt werden.

Um zu einem guten schwermetallakkumulierenden Leistungs stamm zu gelangen, wird zweckmäßig aus einer schwerme talltoleranten Sorte eine schwermetallresistente Sorte selektiert.

Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Züchten einer schadstoff- bzw. schwermetallresistenten Pflanze Polygonum sachalinense und anderer Pflanzen aus einer schadstoff- bzw. schwermetalltoleranten Pflanze Po lygonum sachalinense und anderen Pflanzen.

Um die Extraktionsmenge an Schwermetallen so zu erhöhen, daß diese Bodenreinigung auch unter wirtschaftlichen Ge sichtspunkten attraktiv ist, wurde im Labor ein Hochlei stungsstamm der Pflanze Polygonum sachalinense ent wickelt.

Das Züchten einer schadstoff- bzw. schwermetallresisten ten Pflanze Polygonum sachalinense und anderer Pflanzen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß nach in-vitro Methoden folgende Schritte durchgeführt werden:

a) keimfreie Isolation des Apikalmeristems,
b) Optimierung der Kallus- und Suspensionskultur,
c) Selektion von Hochleistungszellinien und
d) Regeneration dieser totipotenten Zellen zur ganzen Pflanze.

Zweckmäßig ist durch Methoden der Mikrovermehrung der ge züchtete cadmium- und bleiakkumulierende Stamm in belie biger Stückzahl herstellbar.

Dieser Klon wurde im Rahmen von Container- und Freiland versuchen auf seine Bodendekontaminationsfähigkeit unter sucht. Die Containerversuche ergaben extrapoliert auf einen Hektar die folgenden Extraktionsmengen:

Cadmium: 1,7 kg/ha/a
Blei: 63,1 kg/ha/a
Zink: 520,3 kg/ha/a

Hohe Zinkmengen wirken sich negativ auf die Cadmiumauf nahmerate aus. Die Rhizotronmessungen ergaben eine Durch wurzelungstiefe von über 1 m. Für durchschnittlich konta minierte Böden bedeutet dies eine Sanierungsdauer von 2 bis 3 Jahren. Starken Einfluß auf diese Rate übt der Bo dentyp aus. Dabei sind der pH-Wert, der Zink-Anteil, die Adsorption an Tonminerale und organische Bodenbestandtei le, die Körnigkeit des Bodens und weitere Merkmale des Bodens von Bedeutung.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Reinigen von mit Schadstoffen, beispielsweise Cadmium, Blei, Zink, Thallium, Dioxin, Nitraten, Nitriten und Phosphaten ver unreinigten Böden von diesen Schadstoffen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei die sem Verfahren dadurch gelöst, daß der verunreinigte Boden mit Wasser derart verdünnt wird, daß er durch Sprühen ausgebracht werden kann, daß der so verdünnte Boden auf in Pflanzenbeeten in Hydrokultur gehaltene schadstoffre sistente Pflanzen gesprüht wird und daß der aus den Bee ten auslaufende vorher gesprühte flüssige Bodenschlamm wieder und solange auf die Pflanzen gesprüht wird, bis der Boden schadstofffrei ist.

Bei diesem Verfahren wird der verunreinigte Boden, der mit Wasser in eine sprühfähige Konsistenz gebracht worden ist, auf Pflanzen gesprüht, die über die Blätter die Schadstoffe zumindest zum Teil aufnehmen. Die von den Blättern nicht aufgenommenen Schadstoffe gelangen in den unteren Teil des die Hydrokultur aufnehmenden Behälters und fließen von dort mit dem verflüssigten Boden aus dem Behälter ab. Der aus dem Behälter abfließende flüssige Boden wird nochmals auf die Pflanzen gesprüht. Dieser Bo den wird solange im Kreis geführt, bis er schadstofffrei ist. Sobald der Boden schadstofffrei ist, wird er nicht mehr auf die Pflanzen gesprüht.

Zweckmäßig wird als schadstoffresistente Pflanze Polygo num sachalinense benutzt. - Diese Pflanze ist wegen ihrer hohen Biomasse in der Lage, große Mengen an Schadstoffen zu speichern.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß der gereinigte Boden aus dem Hydrobehälter ausgespült und durch einen neuen zu reinigenden Boden ersetzt wird.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ist zwar langwierig und aufwendig, jedoch ist mit diesem Verfahren eine Rei nigung von mit Schadstoffen verunreinigten Böden möglich, was bisher nicht, auch nicht auf chemischem Wege möglich ist.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen eines mit in Flüssigkeit lösli chen Schadstoffen verunreinigten oder mit radioaktiven Stoffen verseuchten Bodens von den in und/oder auf Bo den enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Cadmium, Blei, Zink, Thallium, Dioxin, Nitraten, Nitriten, Phosphaten und/oder von den in und/oder auf dem Boden enthaltenen radioaktiven Stoffen, insbesondere Caesium 137, dadurch gekennzeichnet, daß der verunreinigte Boden mit solchen schadstoffre sistenten, insbesondere schwermetallresistenten Pflan zen bepflanzt wird, die wenigstens einen der Schad stoffe und/oder wenigstens einen der radioaktiven Stoffe aufnehmen und daß die oberirdischen Pflanzenteile dieser Pflanzen mehrmals jährlich sowie nach einigen Jahren auch die Wurzeln der Pflanzen geerntet und wei terbehandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Biomasse dieser Pflanzen Methanol erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse dieser Pflanzen getrocknet und verbrannt sowie anschließend die Asche auf einer Sonderdeponie gelagert wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, daß als schadstoff- bzw. schwermetallresi stente Pflanzen Polygonum sachalinense eingesetzt wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bis dreimal jährlich die oberirdischen Pflanzenteile des Polygo num sachalinense geerntet werden.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bis sieben Pflanzen je quadratmeter gepflanzt werden.

7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach zwei bis fünf Jahren die Wurzeln der Pflanzen geerntet werden.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete schnellwachsende Pflanzen mit hoher Biomasse, bei spielsweise Gunnera oder die Pflanze Rhumex einge setzt werden.

9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer schadstoff- bzw. schwermetalltoleranten Sorte eine schadstoff- bzw. schwermetallresistente Sorte selek tiert wird.

10. Verfahren zum Züchten einer schadstoff- bzw. schwer metallresistenten Sorte Polygonum sachalinense aus einer schadstoff- bzw. schwermetalltoleranten Sorte Polygonum sachalinense, dadurch gekennzeichnet, daß nach in-vitro Methoden folgende Schritte durchge führt werden:

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Methoden der Mikrovermehrung der gezüchtete cadmium-, blei-, zink-, thallium-, dioxin-, nitrat-, nitrit- und phosphorakkumulierende Stamm in beliebi ger Stückzahl herstellbar ist.

12. Verfahren zum Reinigen von mit Schadstoffen bei spielsweise Cadmium, Blei, Zink, Thallium, Dioxin, Nitraten, Nitriten und Phosphaten verunreinigten Bö den von diesen Schadstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der verunreinigte Boden mit Wasser derart ver dünnt wird, daß er durch Sprühen ausgebracht werden kann, daß der so verdünnte Boden auf in Pflanzenbee ten in Hydrokultur gehaltene schadstoffresistente Pflanzen gesprüht wird und daß der aus den Beeten auslaufende vorher gesprühte flüssige Bodenschlamm wieder und solange auf die Pflanzen gesprüht wird, bis der Boden schadstofffrei ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als schadstoffresistente Pflanze Polygonum sacha linense benutzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der gereinigte Boden aus dem Hydrobe hälter ausgespült und durch einen neuen zu reinigen den Boden ersetzt wird.