DE4104624C1

DE4104624C1 - Degradation of harmful organic material - using lignin-degrading organisms, without the need for specially prepd. substrate

Info

Publication number: DE4104624C1
Application number: DE19914104624
Authority: DE
Inventors: A. Majcherczyk; V. Dipl.-Landw. Grothey; A. Prof. Dr. Huettermann; F. Prof. Dr. 3400 Goettingen De Mayer
Original assignee: Reko Entsorgung und Recycling 7123 Sachsenheim De GmbH
Current assignee: HUETTERMANN, ALOYS, PROF. DR., 37077 GOETTINGEN, D
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2011-02-16

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von organischen Schadstoffen in kontaminiertem Material mit Hilfe von ligninabbauenden Mikroorganismen. Es eignet sich insbesondere zur Dekontaminierung von festen und flüssigen Materialien.

In der DE-OS 37 31 816 ist ein Verfahren zum Abbau schwer abbaubarer Aromaten in kontaminierten Böden bzw. Deponie stoffen beschrieben, bei dem bodenfremde ligninabbauende Weißfäulepilze mit vorwiegend hemicellulosehaltigen Abfall stoffen, wie z. B. Stroh, die einer Druck- und Temperatur behandlung unterzogen worden sind, vermischt und das erhal tene Gemisch in die kontaminierten Böden bzw. Deponiestoffe eingebracht wird. Bei diesem Verfahren ist eine Druck- und/oder Temperaturbehandlung für das Stroh erforderlich.

Der Abbau von organischen Schadstoffen mittels ligninab bauender Mikroorganismen im wäßrigen Medium unter Zusatz von Kohlehydraten ist aus der EP 1 92 237 bekannt. Als Kohlehydrate werden Lignin, Cellulose, Papier, Holzspäne, Sägemehl oder Humus genannt.

In der Zeitschrift "Wasser, Luft und Betrieb", 1-2/87, Seiten 47 bis 48 werden zum Abbau von Aromaten in belaste ten Böden mit Weißfäulepilzen Zusätze von Stroh, oder anderen Produkten mit hohem Cellulosegehalt, wie Säge späne, oder Abfallstoffe aus der Lebensmittelverarbeitung beschrieben.

Der Fachmann entnimmt diesen Druckschriften, daß Weißfäule pilze als Kohlenstoffquelle Stoffe mit hohem Lignin- oder Cellulosegehalt benötigen, da ligninabbauende Mikroorga nismen als typische Holzzersetzer solche Substrate be nötigen. Der Einsatz von Kartoffelpülpe mit einem hohen Gehalt an Stärke, Proteinen und Pektinen wird hierdurch nicht nahegelegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfacheres Dekontaminierungsverfahren zu schaffen, das breiter anwend bar ist und keine Vorbehandlung des Substrats erfordert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Abbau von organischen Schadstoffen in festen und flüssigen Materialien, beispielsweise in Erdreich, Schlämmen, Schlick, Sedimenten und dergleichen, aber auch in flüssigen Stoffen, wie Grund wasser, stehende oder fließende Gewässer, Lösungen in anorganischen oder organischen Lösungsmitteln. Da es un abhängig von der Phasenbeschaffenheit flüssig oder fest eingesetzt werden kann, ist sein Anwendungsgebiet praktisch nicht begrenzt.

Das zu dekontaminierende Material wird mit flüssiger oder getrockneter Kartoffelpülpe so vermischt, daß der gesamte extracelluläre Wassergehalt 20 bis 90 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung. Bevorzugt be trägt der gesamte extracelluläre Wassergehalt 30 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 60 Gew.-%, insbesondere 30 bis 50 Gew.-% und ganz insbesondere 30 bis 45 Gew.-%. Die Kartoffelpülpe läßt sich in flüssiger Form einsetzen, beispielsweise in einer Form, wie sie bei der Produktion von Kartoffelstärke anfällt. Wird getrocknete Pülpe ein gesetzt, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Kartoffel fruchtwasser zuzugeben, das ebenfalls bei der Produktion von Kartoffelstärke anfällt.

Das Gewichtsmengenverhältnis von zu dekontaminierenden Material zu Kartoffelpülpe soll 1 : 0,01 bis 1 : 10 betragen, bevorzugt 1 : 0,1 bis 1 : 1, bezogen auf wasser freie Substanz.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Mischung ein lignin-, lignocellulose- und/oder cellulosehaltiges Material zugegeben. Dadurch werden das Wachstum und die Aktivität der ligninabbauen den Mikroorganismen im allgemeinen beträchtlich gestei gert, außerdem ergibt sich durch die Beimischung im all gemeinen eine Auflockerung der Struktur und damit eine bessere Durchlüftung der Mischung.

Bevorzugt wird der Mischung Holz zugegeben, beispielsweise in Form von Holzmehl oder Holzspänen. Insbesondere bei zu dekontaminierenden Feststoffen, wie beispielsweise Böden oder Deponiestoffen wird dadurch eine vorteilhafte Auflocke rung und ein gesteigertes Wachstum der Mikroorganismen erreicht. Es hat sich gezeigt, daß durch die Zugabe von lignin-, lignocellulose- bzw. cellulosehaltigen Stoffen, insbesondere von Holzspänen, eine Krümelstruktur erhält lich ist, mit der das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft ausführbar ist.

Die lignin- lignocellulose- und/oder cellulosehaltigen Stoffe, insbesondere Holzmehl oder Holzspäne, werden vor teilhaft in Mengen bis zur 1,2fachen Gewichtsmenge des gesamten extracellulären Wassergehalts zugegeben. Eine höhere Dosierung ist im allgemeinen nicht erforderlich und führt zu einer unnötigen Verdünnung der mit Kartoffelpülpe vermisch ten zu dekontaminierenden Materialien. Bevorzugt erfolgt der Zusatz in einer Gewichtsmenge, die dem 0,1 bis 1,0fachen des gesamten extracellulären Wassergehalts der Mischung aus zu dekontaminierendem Material und Kartoffelpülpe entspricht.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere die folgenden Mikroorganismen:
polyporus pinsitus, Polyporus platensis, Polyporus brumalis, Polyporus varius, Polyporus melanopus, Polyporus galctinus, Polyporus ciliatus, Trametes versicolor, Trametes zonata, Trametes hirsuta, Pleurotus ostreatus, Oudemansiella radi cata, Bjerkandera adusta, Pycnoporus sanguineus, Chryso sporium pruinosum, Pyrofomes demidoffii, Phanerochaete sordida, Schizophyllum commune, Phanerochaete chrysosporium, Pleurotus salmoneo-stramineus, Pleurotus cornucopiae, Pleu rotus eryngii, cardoncello, Pleurotus fucu, Pleurotus sajor caju.

Es hat sich gezeigt, daß durch den Zusatz von Kartoffelpülpe zu Materialien, die durch ligninabbauende Mikroorganismen dekontaminierbar sind, die Dekontaminierungswirkung der Mikroorganismen erheblich verbessert werden kann. Dies gilt insbesondere für Systeme, die lignin-, lignocellulose- und/ oder cellulosehaltige Zusätze enthalten, wobei Holzmehl oder Holzspäne als Zusatz besonders bevorzugt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Abbau nahezu aller organischen Schadstoffe, sowohl aromatischer als auch aliphatischer Schadstoffe. Als aromatische Schadstoffe sind zu nennen monocyclische und polycyclische Aromaten, insbe sondere auch solche mit hochkondensierten Systemen. Als aliphatische Schadstoffe sind zu nennen aliphatische Kohlen wasserstoffe in flüssiger oder fester Form, z. B. mit 6 oder mehr Kohlenstoffatomen. Die genannten Verbindungen können auch substituiert sein, beispielsweise durch N- oder O-Sub stituenten oder dergleichen, also Alkohole, Aldehyde, Ketone, Säuren, Stickstoffhaltige Substituenten, wie Amine, Amide, NO_x. Weiterhin könne die Schadstoffe auch polymerer Natur sein, z. B. synthetische, halbsynthetische oder natürliche Polymere, wie Kunststoffe, Abfälle, z. B. von Textilgeweben, wie Baum wolle, Seide, Kunstseide.

Halogenhaltige Schadstoffe werden durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht oder nur in unbedeutenden Mengen abgebaut, deshalb eignet sich das Verfahren nicht für halogenhaltige Kohlenwasserstoffe oder Halogenpolymere, z. B. Polyvinyl chlorid. Abgesehen von dieser Beschränkung ist das erfin dungsgemäße Verfahren aber nahezu universell einsetzbar für den Abbau von organischen Schadstoffen.

Es läßt sich auch verwenden für die Dekontaminierung von Material, das mit Schadstoffen verunreinigt ist, also bei spielsweise von kontaminiertem Erdreich, Schlämmen, Schlick, Sedimenten oder von Schadstoffen auf Trä gern, wie Geweben oder Metallen. Dabei können gegebenenfalls die kontaminierten Stoffe selbst mit abge baut werden, sofern sie in die obigen Gruppen von abbau fähigen organischen Stoffen fallen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

5 kg Boden aus einer Kokerei, der mit Aromaten, insbeson dere polycyclischen Aromaten, kontaminiert war, wurde mit 2 kg Wasser vermischt und 0,5 kg Kartoffelpülpe mit einem Wassergehalt von 80 Gew.-%, 0,9 kg Holzspäne mit einem Wassergehalt von 21 Gew.-% und einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,5-1 cm zugegeben. Die Mischung wurde mit 0,1 kg einer Kultur von Pleurotus ostreatus auf Hirsekörnern angeimpft und in einem Container bei 25°C unter Durchleiten eines schwachen Luftstroms von etwa 1 Vol/Tag kultiviert.

Nach einem Zeitraum von 4 Wochen waren ca. 48% der dekon taminierenden Aromaten abgebaut, nach 6 Wochen bereits 72% der Kontaminationen.

Beispiel 2

2,2 kg Grundwasser, das durch aromatische Verbindungen kontaminiert war, wurde mit 1 kg Holzspänen und 1 kg Kartof felpülpe vermischt, wobei sich eine krümelartige Masse ergab. Sie wurde wie in Beispiel angeimpft und kultiviert. Nach 4 Wochen waren 55% der Aromaten abgebaut, nach 6 Wochen bereits 78%.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei anstelle von 0,5 kg Kartoffelpülpe 0,4 kg Wasser eingesetzt wurden. Durch das Weglassen der Kartoffelpülpe wurde der Aromatenabbau nach 6 Wochen auf 35% reduziert.

Beispiel 4

Jeweils 100 g Boden wurden mit 200 ppm Pyren, 200 ppm Chrysen und 100 ppm Benz(a)pyren künstlich kontaminiert und anschließend mit Pleurotus ostreatus wie in Beispiel 1 angeimpft. Den jeweiligen Proben wurden folgende Zusätze zugegeben:

Versuch V113/13-1 g Stärke
Versuch V113/14-1 g Malz
Versuch V113/15-1 g Cellulose
Versuch V113/22-1 g Pülpe.

Die beiliegende Tabelle stellt die relativen Abbauraten in den 4 Versuchsreihen dar. Eine Kontrolle ohne Zusatz von Pleurotus ostreatus ergab den Vergleichswert "Null".

Die Tabelle zeigt, daß durch den Zusatz von Kartoffelpülpe in allen Fällen überragende Abbauergebnisse erzielt werden.

Claims

1. Verfahren zum Abbau von organischen Schadstoffen mit Hilfe von ligninabbauenden Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe mit Kartoffelpülpe und nach Bedarf mit Wasser so vermischt werden, daß der gesamte extra celluläre Wassergehalt 20 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, beträgt, wobei jeweils einer der Mischungsbestandteile oder die Mischung mit lignin abbauenden Mikroorganismen beimpft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von zu dekontaminierendem Ma terial zu Kartoffelpülpe auf 1 : 0,01 bis 1 : 10, bezogen auf die Trockensubstanz, eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung lignin-, lignocellulose- und/oder cellulosehaltige Stoffe zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung Holzmehl oder Holzspäne zugesetzt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz auf das bis zu 1,2fache des gesamten extracellulären Wassergehaltes der Mischung eingestellt wird.

6. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 für die Dekontaminierung von mit organischen Schadstoffen kontaminiertem Material.