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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Sanierung von verschmutztem Boden. Genauer
bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zur Sanierung von
verschmutztem Boden, in welchem der Schadstoff in dem verschmutzten
Bereich durch mikrobielle Aktivitäten abgebaut wird.
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Verwandter Stand der Technik
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Die jüngsten raschen Entwicklungen
in der Wissenschaft und der Technologie haben eine große Menge
an Chemikalien und chemischen Produkten erzeugt. Diese Substanzen
verschmutzen die Natur, wobei sie langsam in der Umwelt akkumulieren.
Umweltverschmutzung ist ein ernsthaftes Problem, welches sich über die
gesamte Welt ausbreitet, da Wasser und Luft in der Umwelt zirkulieren.
Beispiele für
bisher bekannte Schadstoffe sind chlorierte organische Verbindungen
(wie etwa Dichlorethylene (DCE), Trichlorethylene (TCE), Tetrachlorethylen
(PCE) und Dioxin), aromatische Verbindungen (wie etwa Toluol, Xylol
und Benzol) und Kraftstoffe, wie etwa Benzin. Chlorierte aliphatische
Kohlenwasserstoffverbindungen (wie etwa Dichlorethylen, Trichlorethylen
und Tetrachlorethylen) werden spezifisch in einer großen Menge
als ein Lösungsmittel zur
Reinigung von Elementen von Präzisionsmaschinen
und zur Trockenreinigung verwendet, und die Verschmutzung von Boden
und Grundwasser durch diese Lösungsmittel
wurde aufgedeckt. Zusätzlich
sind diese organischen Verbindungen so flüchtig, dass sie Luftverschmutzung
verursachen können.
Es hat sich ebenfalls herausgestellt, dass diese organischen Verbindungen
teratogen und karzinogen sind, so dass es offensichtlich wird, dass
sie ernsthaft Lebewesen beeinträchtigen
können.
Demgemäß ist ein
eiliges Thema nicht nur die Verschmutzungsquellen zu verschließen, sondern
ebenfalls den mit diesen organischen Verbindungen verschmutzten
Boden und das Grundwasser zu reinigen.
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Eines der herkömmlichen Verfahren zur Sanierung
des mit chlorierten organischen Verbindungen verschmutzten Bodens
ist zum Beispiel das Ausheben des verschmutzten Bodens und das Unterziehen
davon mit einer Wärmebehandlung.
Obwohl dieses Verfahren die vollständige Entfernung von Schadstoffen
aus dem ausgehobenen Boden ermöglicht,
erfordert es große
Aufwendungen und eine lange Arbeitsdauer um den Boden aufzubereiten.
Es ist praktisch unmöglich
tief unter der Oberfläche
befindlichen Boden herauszunehmen, was den Anwendungsbereich des
Verfahrens begrenzt. Zusätzlich
sollten die von dem ausgehobenen verschmutzten Boden abgegebenen,
chlorierten organischen Verbindungen durch Adsorption an ein Adsorbens, wie
etwa Aktivkohle, aufgefangen werden, um eine sekundäre Luftverschmutzung
zu vermeiden, und die verwendete Aktivkohle erfordert weitere Verarbeitung.
Falls zum Beispiel die verwendete Aktivkohle mit adsorbierten chlorierten
Verbindungen, wie etwa DCE, TCE und PCE verascht wird, können giftigere
Nebenprodukte, wie etwa Phosgen erzeugt werden.
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Demgemäß wird vorhergesagt, dass die
Endverarbeitungskosten aufgrund der notwendigen zusätzlichen
Schritte enorm sind, um die aufgefangenen Schadstoffe unschädlich zu
machen.
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Die Vakuumextraktion der Schadstoffe
aus dem verschmutzten Boden oder die Verwendung eines Mikroorganismus
mit Schadstoffabbaufähigkeit
kann eines der vorher erwähnten
Probleme lösen,
d. h. die Begrenzungen des Behandlungsbereichs. Diese Verfahren
erfordern das Ausheben des Bodens nicht und können den Boden an der Stelle
wo er ist reinigen (hiernach als „in situ" bezeichnet). Tatsächlich sind diese Verfahren
verglichen mit dem vorhergehenden Aushubverfahren billig und einfach;
nur geringfügige
Arbeit ist erforderlich, wie etwa das Bohren eines Loches zum Einbringen
eines Vakuumextraktionsrohres oder von schadstoffabbauenden Mikroorganismen
in den verschmutzten Boden. Das Vakuumextraktionsverfahren hat Probleme,
dass es chlorierte organische Verbindungen in einer geringen Konzentration
von einigen ppm oder weniger nicht wirksam entfernen kann, und das
die weitere Behandlung der aufgefangenen chlorierten Verbindungen
wie in dem vorher erwähnten
Verfahren erforderlich ist.
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Auf der anderen Seite können die
Schadstoffe im Boden durch das mikrobielle Sanierungsverfahren unter
Verwendung von vorhandenen oder fremden Mikroorganismen in dem Boden
in harmlose Substanzen abgebaut werden. Folglich macht das mikrobielle
Verfahren die Entgiftungsbehandlung der aufgefangenen Schadstoffe überflüssig, das
in den vorhergehenden zwei Verfahren unentbehrlich ist. Zusätzlich ist
dieses Verfahren hochwirksam beim Abbau von Schadstoffen mit einer
relativ niedrigen Konzentration.
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Demgemäß zog nun das mikrobielle Sanierungsverfahren
die Aufmerksamkeit auf sich.
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Falls die vorhandenen Mikroorganismen
(in dem zu sanierenden Bereich einheimisch lebende) in dem Sanierungsverfahren
verwendet werden, ist es notwendig die zu behandelnde Bodenregion
mit Aktivierungsmitteln, wie etwa Induktoren, zu behandeln, um die
Abbauaktivität
der vorhandenen Mikroorganismen zu induzieren, Nährstoffe, um die mikrobielle
Abbauaktivität
zu verstärken,
Sauerstoff und wachstumsstimulierende Mittel. Falls ein fremder
Mikroorganismus mit einer Schadstoffabbaufähigkeit verwendet wird, ist
es notwendig den Mikroorganismus in den Boden einzubringen und falls
notwendig, Aktivierungsmittel für
diesen Mikroorganismus.
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In beiden Fällen ist es bevorzugt, den
Mikroorganismus oder das Aktivierungsmittel in den Boden so gleichmäßig wie
möglich
einzubringen. Normalerweise ist die Bodenstruktur nicht so gleichmäßig, dass
eine gleichmäßige Diffusion
einer dem Mikroorganismus enthaltenen Flüssigkeit und des Aktivierungsmittels
in den Boden ermöglicht
wird. Für
den Zweck der Lösung
dieser technischen Probleme haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung eine Technik zur gleichmäßigen Verteilung der eingespritzten,
einen Mikroorganismus und ein mikrobielles Aktivierungsmittel enthaltenen
Flüssigkeit
in den Boden offenbart. Die offengelegte japanische Patentanmeldung
Nummer 8-224566.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben gefunden, dass, falls eine Flüssigkeit, die einen Mikroorganismus
und ein Aktivierungsmittel enthält,
in den Boden eingespritzt wird, ein Anteil des in den Hohlräumen (Poren)
des Bodens vorhandener Schadstoff gemäß dem Einspritzen herausgedrückt wird,
und sich entlang der Diffusion der Flüssigkeit bewegt, so dass die
verschmutzte Region durch das Einspritzen der Flüssigkeit ausgedehnt werden
kann. Diese Tendenz ist mit flüchtigen
Schadstoffen, wie etwas DCE, TCE und PCE offenkundiger. Daher sollte
eine Vergrößerung des
verschmutzten Bereiches aufgrund des Einspritzens der Flüssigkeit ungeachtet
der Schadstoffkonzentrationen so stark wie möglich verhindert werden, insbesondere bei
der in situ-Sanierung
des Bodens. Als eine Konsequenz war eine technische Entwicklung
zur Lösung
dieses Problems erforderlich.
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Bei weiterer Untersuchung, wie das
bisher beschriebene technische Problem gelöst werden kann, haben die Erfinder
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu Sanierung des Bodens
gefunden, welches die Sanierung des Bodens in einem geschlossenen
Raum durch Isolation des verschmutzten Bereiches in situ von dem
umgebenden Boden durchführt,
oder im Wesentlichen den Boden in einem geschlossenen Raum umfasst.
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Wie ebenfalls in der internationalen
Anmeldung WO/96/00624 offenbart, wird hierin ein in situ-Sanierungsverfahren
zur Behandlung eines Bereiches zur Verfügung gestellt, in welchem ein
flüchtiger
Schadstoff in einem Bodenhohlraum zurückgehalten wird, mit den Schritten
von:
- (i) Vorsehen von wenigstens einen (a)
einer Flüssigkeit,
welche einen Mikroorganismus mit einer Aktivität zum Abbau des Schadstoffes
enthält,
oder (b) einer Flüssigkeit,
welche einen Mikroorganismus mit der Fähigkeit zum Abbau des Schadstoffes
und ein Aktivierungsmittel für
den Mikroorganismus enthält;
- (ii) Isolierung des Bereiches von seiner umgebenden Umwelt mit
einer Barriere, welche verhindert, dass der Schadstoff, der Mikroorganismus,
das Aktivierungsmittel und Wasser dadurch dringt;
- (iii) Einspritzen der Flüssigkeit
in den in dem Schritt (ii) isolierten Bereich, so dass der Bodenhohlraum
mit der Flüssigkeit
gefüllt
wird, und der in dem Bodenhohlraum zurückgehaltene, flüchtige Schadstoff
sich vom Boden zu der Oberfläche
des Bereiches hin bewegt,
- (iv) Abbau jedes in dem Bodenhohlraum verbleibenden Schadstoffes
mit dem Mikroorganismus in der Flüssigkeit eingespritzt in Schritt
(iii);
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In dem Fall von WO/96/00624 kann
die Flüssigkeit
eingespritzt werden, und Flüssigkeit,
Wasser und Schadstoff können
mittels einer horizontalen Röhre
oder Röhren
entfernt werden. Alternativ dazu können Einlass- und Auslassrohre
an niedrigeren und höheren
Bodenniveaus vorgesehen werden. Das Wasser und der Schadstoff können nachfolgend
behandelt werden, um die Entfernung des Schadstoffes aus dem Wasser
unter Verwendung einer Vorrichtung an der Verschmutzungsstelle zu
vollziehen. Im Gegensatz dazu, ist das vorher definierte Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass:
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Der Schritt (iii) des Einspritzens
der Flüssigkeit
fortgesetzt wird, so dass der flüssige
Schadstoff schließlich
von der Oberfläche
des Bereiches ausgestoßen
wird; und
ein weiterer Schritt (v) durchgeführt wird von:
- v) Einführen
des von der (Oberfläche
des Bereiches in Schritt (iii) abgegebenen Schadstoffes in eine Schadstoffabbauvorrichtung
und Abbau des Schadstoffes.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die 1 ist
eine schematische Zeichnung eines Behandlungssystems.
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Die 2 ist
eine erläuternde
Zeichnung des Verfahrens zur Härtung
des Bodens.
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Die 3 ist
eine erläuternde
Zeichnung der in dem Beispiel 1 verwendeten Testvorrichtung.
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Die 4 ist
eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel eines Systems zur
Durchführung
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die 5 ist
eine grafische Darstellung, die den TCE-Abbau in Beispiel 1 und
den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.
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Die 6 ist
eine grafische Darstellung, die den TCE-Abbau in Beispiel 1 und
den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.
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Die 7 ist
eine grafische Darstellung, die den TCE-Abbau in Beispiel 1 und
Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.
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Die 8 ist
eine grafische Darstellung, welche die TCE-Konzentrationen in der
aus dem Probenloch 34 in Beispiel 2 genommenen Probe zeigt.
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Die 9 ist
eine grafische Darstellung, welche die TCE-Konzentrationen in der
aus der Probenöffnung 35 in
Beispiel 2 genommenen Probe zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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[Gliederung des Sanierungssystems]
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Mit Bezug auf die schematische Zeichnung
der 1 wird ein Sanierungssystem
für den
verschmutzten Boden erläutert.
Das Behandlungsgefäß 8 für den Schadstoffabbau,
aufgestellt an einem Ort der Bodenverschmutzung, besteht aus einer
Seitenwand 1, einem Unterteil 7 und einem Deckel 2.
Das Behandlungsgefäß 8 enthält den verschmutzten
Boden, um den Boden von dem umgebenden Boden zu isolieren. Der Deckel 2 ist
mit zwei Öffnungen 3 und 4 versehen,
und ein Flüssigkeitseinspritzrohr 5 ist
in das Gefäß 8 durch
die Öffnung 3 eingesetzt,
um einen Mikroorganismus oder eine Flüssigkeit, die einen Mikroorganismus
und ein Aktivierungsmittel enthält,
in den Boden zur Bodensanierung einzuspritzen. Ein Ende des Flüssigkeitseinspritzrohres 5 ist
in den Boden 9 in dem Behandlungsgefäß 8 eingesetzt, um
die Flüssigkeit
darin einzuspritzen. Das andere Ende des Rohres 5 ist mit
einem die Flüssigkeit
enthaltenden Behälter 11 verbunden.
Die Flüssigkeit wird
in den Boden 9 mit einer im Verlauf des Rohres 5 angeordneten
Pumpe 10 eingespritzt.
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Ein Auslassrohr 6 wird in
den Behandlungsbehälter 8 durch
eine Öffnung 4 eingesetzt,
um den Schadstoff oder die überfließende Flüssigkeit
in eine Schadstoffabbauvorrichtung 12 zu führen, wo
der in dem Bodenhohlraum vorhandene Schadstoff durch einen angelegten
Druck aufgrund der Flüssigkeitseinspritzung
aus dem Einspritzrohr 5 herausgedrückt wird. Eine Falle 13 wird
vorgesehen, um die Abgabe des Schadstoffes aus der Schadstoffabbauvorrichtung 12 in
die Luft zu verhindern.
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Es ist bevorzugt das Schadstoffabbaubehandlungsgefäß 8 so
aufzubauen, um die Verschmutzungsquelle oder den stark verschmutzten
Boden in situ zu umfassen (wo der zu behandelnde Boden vorhanden ist).
Dies ermöglicht
nicht nur die wirkungsvolle Sanierung des Bodens, sondern ebenfalls
die Verhinderung der Diffusion der Verschmutzung. Falls es einen
Grundwasserstrom gibt, ist es für
die Verhinderung des Ausbreitens der Verschmutzung wirksam, das
Behandlungsgefäß soweit
wie möglich
stromabwärts
aufzustellen. Die Form und das Konstruktionsverfahren der Seitenwand 1 ist
nicht beschränkt,
solange die Wand aus einem für
Wasser, Mikroorganismen und Schadstoffe nicht durchgängigen Material
hergestellt wird. Zum Beispiel kann ein Eisenrohr in den verschmutzten
Boden getrieben werden, um eine Eisenrohrseitenwand 1 zu
bilden, oder die Seitenwand
1 kann durch das Treiben von
vier Eisenplatten in den Boden als die Seitenwände gebildet werden.
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[Bildung des Unterteils]
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Das Unterteil 7 kann zum
Beispiel durch Einspritzen eines Boden härtenden Mittels zum Härten des Bodens
an dem Unterteil gebildet werden. Um das Unterteil zu bilden, nachdem
das Stahlrohr in die Behandlungsstelle getrieben wird, oder nachdem 4 Stahlplatten
in die Stelle getrieben wurden, wird ein Bodenverhärtungsmittel
in das Unterteil der Region in dem Rohr oder umgeben durch die Stahlplatten
eingespritzt. Beispiele für
Bodenverhärtungsmittel
sind Wasserglas, schnell härtender
Zement, normaler Zement und Spezialzement, welche gemäß den Bedingungen
der Stelle oder dem Zweck geeigneterweise ausgewählt werden können. Beimischungen,
wie etwa Montmorillonit, Kalzium, ein anionisches polymeroberflächenaktives
Mittel und/oder einem die Fluidität verstärkenden Mittel, kann dem Bodenverhärtungsmittel
zugegeben werden. Falls der Schadstoff eine flüchtige Verbindung ist, wie
etwa eine chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffverbindung (zum
Beispiel Dichloridethylen, Trichlorethylen oder Tetrachlorethylen),
ist es bevorzugt ein Bodenverhärtungsmittel
vom Wasserglastyp zu verwenden, was für diese Verbindungen nicht
durchlässig
ist.
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[Einspritzen des Verhärtungsmittels]
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Beispiele des Einspritzverfahrens
des Verhärtungsmittels
in den Boden sind das CCP-Verfahren, das Jet-Grout-Verfahren und
das Gruben-Jet-Pile-Verfahren.
Obwohl diese Verfahren geeigneterweise in Abhängigkeit von dem Bereich des
verschmutzten Bodens und den Bodenbedingungen ausgewählt werden,
ist das CCP-Verfahren
bevorzugt, da dieses Verfahren das Einspritzen des Bodenverhärtungsmittels
ohne Ausfluss des verschmutzten Bodens ermöglicht, folglich die Behandlung
des Ausflusses überflüssig macht.
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Das CCP-Verfahren der Bildung des
Unterteils des zu behandelnden verschmutzten Bodens durch Einspritzen
des Verhärtungsmittels
bei einem hohen Druck wird mit Bezug auf die 2 beschrieben. Ein Stab 57,
an dem eine spezielle Düsenausstattung
an eine Bohrmaschine 56 montiert ist, das andere Ende der
speziellen Düsenausstattung
mit einem Umlaufwasserbehälter 60 über eine Überhochdruckimpulspumpe 58 und einem
Ventil 59 verbunden ist. Der Grund wird zu einer Tiefe
einer Einspritzposition mit einer für die Bodenbedingungen geeigneten
Rotationsgeschwindigkeit und Hubanzahl gebohrt, während kontinuierlich
das Umlaufwasser durch Halten des Pumpenauslassdruckes bei zum Beispiel 30 Kgf/cm2 oder weniger gesendet wird. Bei Erreichen
einer erwünschten
Tiefe, wird der Stab von dem Umlaufwasserbehälter abgehängt und zu dem Bodenverhärtungsmittelbehälter 61 durch
ein Ventilvorgang verbunden, um das Bodenverhärtungsmittel zum Beispiel bei
einer Rotationsgeschwindigkeit von 10 bis 20 U/min und einem Ausstoßdruck von
200 bis 400 Kgf/cm2 einzuspritzen. Der schadstoffabbauende
Mikroorganismus kann zum Beispiel von dem zum dem Mikroorganismus
Speichertank 62 und der Pumpe verbundenen Stab eingespritzt
werden, oder kann durch Betreiben eines getrennten Einspritzrohres
in der Behandlungsregion eingespritzt werden.
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Falls die Baustelle eine wasserundurchlässige Schicht
wie etwa ein Felsbett hat, kann diese Schicht selbst als das Unterteil 7 verwendet
werden.
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[Oberer Aufbau des Behandlungsgefäßes]
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Es ist bevorzugt, dass das Oberteil
des Behandlungsgefäßes eine
durch Vorsehen eines Deckels, hergestellt aus dem gleichen für den Schadstoff
nicht durchgängigen
Material wie die Seitenwand, versiegelte Struktur ist, um den von
der Erdoberfläche
aufsteigenden Schadstoff getrieben durch die ansteigende Front der
eingespritzten Flüssigkeit
nicht in die Luft entweichen zu lassen. Die Diffusion des Schadstoffes
in die Umgebung aus dem Behandlungsgefäß 8 aufgrund des Einspritzens
der Flüssigkeit,
kann nahezu vollständig durch
Aufbau eines derartigen Behandlungsgefäßes an der Verschmutzungsstelle
verhindert werden. Es kann ebenfalls verhindert werden, dass der
schadstoffabbauende Mikroorganismus und das Aktivierungsmittel,
wie etwa ein Nährstoff
oder ein Induktor für
den Mikroorganismus, in die Umwelt diffundiert.
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[Schadstoffabbauausrüstung 12]
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Beispiele der Abbauvorrichtung 12 zum
Abbau des aus dem Boden 9 extrudierten Schadstoffes, sind ein
Bioreaktor gefüllt
mit einem auf einem Träger
immobilisierten, schadstoffabbauenden Mikroorganismus, ein Bioreaktor,
der eine Flüssigkeit
enthält,
die einen schadstoffabbauenden Mikroorganismus enthält, zu welchem verschmutztes
Gas oder verschmutztes Bodenwasser eingebracht wird, oder eine chemische
Abbauvorrichtung unter Verwendung von ultraviolettem Licht oder
Eisen.
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[Sanierungsverfahren]
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Die Anwendung des Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung als ein Sanierungsverfahren, in welchem
ein Mikroorganismus in den schadstoffhaltigen Boden eingebracht
wird, wird hiernach erläutert.
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Der in dem Fermentationsbehälter 11 zusammen
mit einem Flüssigmedium
gewachsene schadstoffabbauende Mikroorganismus, wird in das Schadstoffabbaubehandlungsgefäß 8 durch
das Einspritzrohr 5 eingebracht. Die Einspritzposition
und das Einspritzverfahren können
geeigneterweise in Abhängigkeit
von der Bodentextur und -verfestigung ausgewählt werden. Zum Beispiel kann
das flüssige
Medium von dem Unterteil des Behandlungsgefäßes unter Verwendung einer
Pumpe gesendet werden, oder es kann von dem oberen Teil des Behandlungsgefäßes durch
hydrostatischen Druck hinunterfließen. Das in den Boden einzuspritzende flüssige Medium
kann ein Aktivierungsmittel für
die Mikroorganismen enthalten. Als das Aktivierungsmittel gibt es
ein Wachstumsmedium, welches Nährstoffe
für den
Mikroorganismus oder einen Induktor für die mikrobielle Expression
der schadstoffabbauenden Aktivität
enthält.
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Falls der Schadstoff eine flüchtige Verbindung,
wie etwa DCE, TCE oder PCE ist, ist es bevorzugt, das Behandlungsgefäß mit dem
Mikroorganismen enthaltenden, flüssigen
Medium zu füllen,
in dem es von dem Unterteil des Behandlungsgefäßes eingespritzt wird, um so
eine wirkungsvollere Bodensanierung zu erzielen. Der in dem Bodenhohlraum
zurückgehaltene
flüchtige
Schadstoff wird durch die Flüssigkeitsfront
hochgedrückt,
und Teile des Schadstoffes bewegen sich zu der Erdoberfläche hin,
um schließlich
von der Oberfläche als
ein Gas oder mit der Flüssigkeit
gemischt durchzusickern. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird jedoch der extrudierte Schadstoff
aus dem Boden durch die eingespritzte Flüssigkeit zu der schadstoffabbauenden
Vorrichtung 12 durch das Rohr 6 geführt, um
dort abgebaut zu werden. Der in dem Bodenhohlraum verbleibende nicht
durch die eingespritzte Flüssigkeit
ausgeschlossene Schadstoff wird durch den in den Boden eingespritzten
Mikroorganismus abgebaut. Folglich wird eine viel höhere Sanierung
des Bodens gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erreicht. Die Anzahl der Einspritzöffnungen ist
nicht auf eine begrenzt, solange der Mikroorganismus in dem Gefäß so gleichmäßig wie
möglich
verteilt werden kann. Falls mehrere Einspritzöffnungen verwendet wird, es
ist jedoch bevorzugt, dass die Öffnungen zum
Beispiel aufwärts
zu der Erdoberfläche
angeordnet sind, so dass der durch die Einspritzfront getriebene Schadstoff
sicher aufgefangen werden kann. Es ist ebenfalls wünschenswert,
dass die Position und die Form der Abflussöffnung für den Überlauf, in Abhängigkeit
von dem Einspritzverfahren angemessen gestaltet ist.
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Der in das Behandlungsgefäß einzuspritzende
Mikroorganismus hat eine Aktivität
zum Abbau des Schadstoffes. Falls zum Beispiel der Schadstoff eine
aromatische Verbindung, wie etwa Phenol oder eine halogenierte Kohlenwasserstoffverbindung,
wie etwa DCE, TCE oder PCE ist, kann ein Bakterienstamm wie etwa Pseudomonas
cepacia Stamm KK01 (FERM BP-4235), Stamm J1 (FERM BP-5102), Stamm
JM1 (FERM BP-5352), Stamm JMC1 (FERM BP-5960), Stamm JM2N (FERM
BP-5961), Stamm JM6U (FERM BP-5962) und Stamm JM7 (FERM BP-5963)
verwendet werden. Falls der Schadstoff ein Petroleum-Kraftstoff
ist, kann die vorliegende Erfindung zum Beispiel unter Verwendung
einer Alcaligenes-Art, Stamm SM8-4L (FERM P-13801) durchgeführt werden.
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Es ist bevorzugt, dass der Mikroorganismus
für die
Einspritzungen in einem Zustand mit hoher schadstoffabbauender Aktivität durch
Kultivierung ist. Da der Mikroorganismus normalerweise die höchste Abbauaktivität gegenüber dem
Schadstoff in seiner logarithmischen Wachstumsphase zeigt, ist es
bevorzugt, den Mikroorganismus in der logarithmischen Wachstumsphase
in den schadstoffenthaltenden Boden einzubringen.
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Beim Abbau chlorierter aliphatischer
Kohlenwasserstoffe wird der Mikroorganismus oftmals durch die Zwischenprodukte
geschädigt.
In einem derartigen Fall wird, je höher die Konzentration des Schadstoffes
ist, der Mikroorganismus ernsthafter geschädigt, begleitet von einem Abfall
der Abbauaktivität.
Man kann ein derartiges Problem gemäß dem Verfahren der hervorliegenden
Erfindung lösen,
dass heißt
falls der zu behandelnde Boden eine hohe Konzentration eines Schadstoffes
in einem Behandlungsgefäß enthält, wird
eine überschüssige Menge
eines den Schadstoffabbau enthaltenen Mikroorganismus enthaltenen
flüssigen
Mediums in das Gefäß durch
das Einspritzrohr 5 eingespritzt, um den gesamten Hohlraum
in dem Boden mit dem Medium zu füllen,
wodurch das inhärente
Bodenwasser von dem Boden in das Gefäß extrudiert wird. Da das in
den Boden eingespritzte flüssige
Medium durch den Boden wandert während
es teilweise mit dem inhärenten
Bodenwasser verdünnt
wird, falls das flüssige
Medium in das Behandlungsgefäß in einem
Volumen größer als
das Gesamtbodenhohlraumvolumen in dem Behandlungsgefäß eingespritzt
wird, drückt
es das inhärente Hohlraumwasser
aus dem Bodenhohlraum und drückt
ferner das mit dem flüssigen
Medium verdünnte
Hohlraumwasser heraus. Folglich wird den Schadstoff enthaltenes
Wasser in einer hohen Konzentration von dem zu behandelnden Boden
extrudiert werden, was die Konzentration des Schadstoffes in dem
Boden senkt, und folglich die Schädigung der Mikroorganismen
vermindert. Dies ermöglicht
ebenfalls die gleichmäßige Verteilung
des flüssigen
Mediums in den Boden in dem Behandlungsgefäß.
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Die optimale Einspritzmenge des die
Mikroorganismen enthaltenen flüssigen
Mediums hängt
von den Bodeneigenschaften ab, z. B. Feuchtigkeitsgehalt des Bodens,
es ist bevorzugt dass das Einspritzvolumen das 1,1-fache oder mehr,
bevorzugter das 1,2-fache oder mehr des Gesamtvolumens des Bodenhohlraumes ist.
Falls das Einspritzvolumen wie vorher beschrieben bestimmt wird, wird
ein Teil des in einer hohen Konzentration in dem Boden vorhandenen
Schadstoffes zusammen mit dem Überlauf
des eingespritzten Mediums ausgewaschen, wodurch die Schadstoffkonzentration
in dem Boden gesenkt wird. Dieses Verfahren vermindert die Beschädigung der
Mikroorganismen aufgrund des Schadstoffes selbst oder seiner Zwischenprodukte beim
Abbau, wobei die Behandlung eines Bereiches ermöglicht wird, welche den Schadstoff
in einer hohen Konzentration enthält.
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Das Volumen des Bodenhohlraumes (Vv)
in einem gegebenen Bereich kann durch die folgende Gleichung (1)
bestimmt werden: Vv
= V – 100·W/((100
+ ω)·γs) (1)
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In der Gleichung (1) ist V das Gesamtvolumen
des Bodens, W ist das Gesamtgewicht des Bodens, ω ist der Feuchtigkeitsgehalt
des Bodens und γs
ist die spezifische Dichte der Bodenpartikel (der Feststoffe). Das Gesamtgewicht
des Bodens kann durch Multiplikation des Gewichts einer Volumeneinheit
mit dem Volumen des Bodens des Bereiches bestimmt werden, wobei
das erstere durch ein herkömmliches
Verfahren bestimmt wird (zum Beispiel ein direktes Messverfahren
oder ein Austauschmessverfahren).
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Der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens
wird zum Beispiel wie folgt bestimmt. Eine vorbeschriebene Menge
an Boden wird aus dem Boden genommen und in einem Uhrenglas platziert,
um das Gesamtgewicht (Wt) auszuwiegen (die Summe der Gewichte des
Uhrenglases (Wp), der Bodenpartikel (Trockengewicht) (Ws) und in
der Bodenprobe enthaltene Feuchtigkeit (Ww)). Nach Trocknen der
Bodenprobe bei etwa 110°C
für 24
Stunden wird sie wieder gewogen, das Gewicht ist Wa = Wp + Ws. Folglich
wird der Feuchtigkeitsgehalt der Bodenprobe (ω) wie folgt berechnet: ω =
100 Ww/Ws = 100(Wt – Wa)/(Wa – Wp)
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Die spezifische Dichte der Bodenpartikel
wird zum Beispiel wie folgt bestimmt. Ein Pyknometer mit einem inneren
Volumen Vp und einem Gewicht Wp wird mit destilliertem Wasser gefüllt und
sein Gewicht (Wc) wird gemessen, wobei Wc = Wp + γ
wYp
ist (γ
w stellt das Gewicht einer Volumeneinheit
Wasser dar). Dann wird dieses Pyknometer mit einer Bodenprobe und
Wasser gefüllt.
Nach gründlicher
Entlüftung
wird das Gesamtgewicht (Wt) durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt:
Wt = Wp + (Vp – Vs)γw +
Ws (2),wobei
Vs das Volumen der Bodenpartikel (fest) in der Bodenprobe und Ws
das Trockengewicht der Bodenprobe ist. Die spezifische Dichte (Gs),
bestimmt durch Teilen des Gewichtes der Volumeneinheit der Bodenprobe γs (= Ws/
Vs) durch das Gewicht der Volumeneinheit Wasser wird allgemein als
die spezifische Dichte des Bodens verwendet. Demgemäß kann die
vorherige Gleichung (2) umgewandelt werden zu:
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Folglich kann nachdem die Bodenprobe
aus dem Pyknometer genommen und getrocknet wurde, um das Trockengewicht
Ws zu bestimmen, die spezifische Dichte der Bodenprobe unter Verwendung
der folgenden Gleichung (4) bestimmt werden.
Gs = Ws/(Ws + Wc – Wt) (4)
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Es ist erwünscht, Bodenproben von mehreren
Stellen zur Bestimmung des Hohlraumvolumens des isolierten Bodenbereiches
zu nehmen, da der Aufbau des durch die Barriere isolierten Bodens
nicht immer gleichmäßig ist.
Der Durchschnitt der Bodenhohlraumvolumina der von mehreren Stellen
von Plätzen
genommenen Proben kann als das Hohlraumvolumen des isolierten Bodens
verwendet werden. Falls der Wert des Bodenhohlraumvolumens stark
zwischen den Proben schwankt, ist es bevorzugt, die Probennummer
zu erhöhen.
Falls die Anwesenheit von Bodenschichten, welche Bodenpartikel verschiedener
Art enthält,
vorhergesagt wird oder in dem isoliertem Bodenbereich bekannt ist,
kann man den Bodenschichtaufbau vorher untersuchen, um das entsprechende
Bodenhohlraumvolumen zu bestimmen und die Summe der Hohlraumvolumina
der Bodenschichten als das Gesamtbodenhohlraumvolumen zu verwenden.
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Falls ein Mikroorganismus, der die
höchste
Aktivität
zeigt und in seiner logarithmischen Wachstumsphase verwendet wird,
verbrauchen die Zellen in dem Boden des Behandlungsgefäßes eine
große
Menge an Sauerstoff. Demgemäß kann die
Sauerstoffkonzentration in dem Boden unmittelbar nach dem Einbringen
des Mikroorganismus rasch abnehmen. Eine derartige Abnahme der Sauerstoffkonzentration
kann eine Abnahme in der Schadstoffabbauaktivität des Mikroorganismus verursachen.
Daher ist es zur wirkungsvollen Sanierung des Bodens bevorzugt,
das in das Behandlungsgefäß einzuspritzende
flüssige
Medium mit dem Mikroorganismus mit einer ausreichenden Menge an
Sauerstoff oder Luft zu begasen. Andererseits, falls das in den
Boden einzuspritzende flüssige
Medium einige Nährstoffe
als ein Aktivierungsmittel für
das Wachstum des Mikroorganismus enthält, ist es bei der Bodensanierung
wirkungsvoll, die Nährstoffkonzentration
zu senken, um das mikrobielle Wachstum in dem Boden zu unterdrücken, oder
die Kohlenstoffquelle des Mikroorganismus zu entfernen, um das Wachstum
des Mikroorganismus in dem Boden im Wesentlichen anzuhalten.
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Wie bisher beschrieben, kann gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Umwelt verschmutzt mit einer hohen
Konzentration eines Schadstoffes wirkungsvoll unter Verwendung eines Mikroorganismus
saniert werden. Es kann ebenfalls der Ausfluss des Schadstoffes,
des Mikroorganismus und des Aktivierungsmittels für den Mikroorganismus
außerhalb
der zu sanierenden Umwelt unterdrückt werden. Gemäß dem anderen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Sanierung der verschmutzten
Umwelt zusätzlich
zu den vorhergehenden Vorteilen möglich.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
ausführlich
mit Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben wird, ist sie keineswegs
darauf begrenzt.
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Beispiel 1
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Eine wie in der 3 gezeigte Experimentalvorrichtung wurde
für dieses
Beispiel zusammengebaut. Ein 2-Liter-Gefäß 14 aus rostfreiem
Stahl mit einem Deckel wurde vorbereitet. Die Kontaktflächen des
Gefäßes 14 und
des Deckels 15 wurden spiegelglatt poliert und ein Teflon
O-Ring 20 wurde zur Versiegelung des Gefäßes verwendet.
Eine Einspritzöffnung 16 für das Einbringen
des Mikroorganismus, eine Auslassöffnung 17 und eine Öffnung 18 zur
Probenahme wurden in dem Deckel 15 vorgesehen, und eine
Teflonröhre
wurde an der Auslassöffnung 17 angebracht
und mittels eines Teflon Siegels fixiert. Teflon beschichteter Gummi
wurde an der Probenahmeöffnung
angebracht.
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Kies mit einem mittleren Durchmesser
von 1 cm wurde in das rostfreie Gefäß in einer Dicke von etwa 4
cm getan. Die Kiesschicht 22 wurde so ausgebildet, dass
ihr Feuchtigkeitsgehalt und die Porosität (Hohlraumverhältnis) null
bzw. 53% waren. Dann wurde das Mikroorganismuseinspritzrohr 19 in
die Kiesschicht 22 getrieben. Als Nächstes wurden 2932 g feiner
Sand mit einer spezifischen Dichte von 2,7 eingefüllt, so
dass der Feuchtigkeitsgehalt und das Hohlraumverhältnis der
Sandschicht 14% bzw. 40% waren. Eine Kiesschicht mit einem mittleren
Durchmesser von 1 cm wurde weiterhin auf der Sandschicht bis zu
der oberen Fläche
des rostfreien Stahlgefäß gebildet.
Die Kiesschicht hatte ebenfalls einen Feuchtigkeitsgehalt von null
und ein Hohlraumverhältnis
von 53%. Das Hohlraumvolumen des Bodens in dem rostfreiem Stahlgefäß wurde
wie folgt bestimmt
-
Für
die Sandschicht 21 kann die folgende Gleichung angewendet
werden, worin ihr Feuchtigkeitsgehalt von 14% und 2932 g Sand mit
einer spezifischen Dichte von 2,7 verwendet wurden.
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Gewicht des feinen Sandes (Ws) +
Gewicht der Feuchtigkeit in der feinen Sandschicht (Ww) = 2932 g
Feuchtigkeitsgehalt
(ω = 100
Ww/Ws) = 14
Spezifische Dichte (Ws/Vs) = 2,7
-
Aus dem Vorherigen wird das Volumen
(Vs) der feinen Sandpartikel in der feinen Sandschicht berechnet: Vs = 2932 × 100/(2,7(100
+ 14)) = 952, 57 (cm3)
-
Das Hohlraumverhältnis wird ausgedrückt durch:
Gesamtvolumen der feinen Sandschicht (V – Vs)/ Gesamtvolumen der feinen
Sandschicht und (V – Vs)/V
= 0,4, dann: V = Vs/0,6 = 952,57/0,6 = 1587,6
(cm3) und
-
Das Hohlraumvolumen (Vv) der Sandschicht
= 0,4 V = 0,4 × 1587,6
= 635 (cm3)
-
Da das Volumen der Kiesschicht durch
den Unterschied zwischen dem Volumen des rostfreien Stahlgefäßes und
dem Volumen der feinen Sandschicht ausgedrückt wird, wird das Volumen
berechnet als: 2000 – 1587,6
= 412,4 (cm3).
-
Da das Hohlraumverhältnis der
Kiesschicht 53% ist, wird das Hohlraumvolumen berechnet als: 412,4 × 0,53 =
218,5 (cm3). Folglich ist das gesamte Hohlraumvolumen
in dem Boden in dem rostfreien Stahlgefäß: 635 + 218,5 = 853,5 (cm3).
-
Der Deckel 15 wurde dann
auf das rostfreie Stahlgefäß 14 gesetzt.
Das Mikroorganismuseinspritzrohr 19 wurde durch die Mikroorganismuseinspritzöffnung 16 in
dem Deckel 15 geführt,
und das Verbindungsstück wurde
mit einem Teflonsiegel versiegelt. Der Deckel wurde mit Schraubstöcken fixiert,
um die Versiegelung des Gefäßes sicher
zu stellen.
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Ein Reservoir 25 mit 500
ml einer wässrigen
Lösung
mit 50 ppm TCE 26 und eine Pumpe 24 wurden vorbereitet.
Nach Verbindung einer sich von der Auslassöffnung 17 durch das
Reservoir 25 zu der Mikroorganismuseinspritzöffnung 17 erstreckenden
Teflonröhre
mittels einer Rohrverbindung 27, wie in der 3 gezeigt, wurde der feine
Sand in dem Gefäß 14 mit
einem TCE-Dampf von dem Reservoir mittels der Pumpe 24 gesendet
in einer Rate von ein Liter/min. für 25 Stunden verunreinigt.
Nach Abklemmen des TCE-Reservoirs wurde ein Kultivierungsbehälter (nicht
gezeigt) eines schadstoffabbauenden Stamms JM1 (FERM BP-5352) mit
dem Mikroorganismuseinspritzrohr 19 verbunden und die Flüssigkultur
des Stammes JM1 wurde langsam mittels komprimierter Luft eingespritzt.
Das Einspritzvolumen (938,9 ml) wurde so eingestellt, dass es 1,1-fach soviel
wie das Gesamthohlraumvolumen des Sandes ist, und das Einspritzen
wurde bis zu einem Überlauf
von 445,4 ml fortgesetzt (das vermutete inhärente Bodenwasser vorhanden
in dem Hohlraum des Sandes: Ww = 0,14 Ws = 0,14 × 2,7 Vs = 360 ml) + der überflüssigen Menge
des flüssigen
Kulturmediums (0,1 Vv = 85,3 ml) aus der Auslassöffnung 18 floss. Der
JM1 Kultivierungsbehälter
wurde nach dem Einspritzen entfernt, und die Einspritzöffnung und
die Auslassöffnung
wurden versiegelt. Der gesamte Überlauf
wurde gesammelt.
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Unmittelbar nach dem Einspritzen
und alle 3 Stunden danach wurden 0,5 ml flüssige Probe von jeder der drei
Probenahmeöffnungen
durch Einführen
einer Spritze genommen. Die Probepunkte waren das Unterteil (1 cm über der
unteren Kiesschicht) die Mitte (5 cm über dem Grundteilprobenpunkt)
und der obere Teil (5 cm über
dem mittleren Probenpunkt) der Sandschicht. Jede flüssige Probe
wurde unmittelbar in einer Probe mit 5 ml n-Hexan gebracht und nach
Rühren
für 3 Minuten
wurde die n-Hexan-Schicht
gesammelt, um die TCE-Konzentration durch ECD Gaschromatographie
zu bestimmen. Die Ergebnisse werden in den
5 bis
7 (
5: oberer Teil,
6: mittlerer Teil,
7: unterer Teil der Sandschicht)
gezeigt. Die Kulturbedingungen des schadstoffabbauenden Mikroorganismus
waren wie folgt: Eine 3-Tage-Kultur des Stammes JM1 (4,8 × 10
8 Zellen/ml) wurde zweifach mit M9-Medium verdünnt und
für das
Einspritzen verwendet. M9-Medium
| Na2HPO4 | 6,2
g/l |
| KH2PO4 | 3,0
g/l |
| NaCl | 0,5
g/l |
| NH4Cl | 1,0
g/l |
| Natrium-L-glutamat | 20
g/l |
-
Die TCE-Konzentration des aufgefangenen Überlaufes,
gemessen durch das gleiche Verfahren wie vorher beschrieben, war
20 ppm, was anzeigt, dass der Überlauf
TCE enthielt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Ein rostfreies Stahlgefäß mit dem
TCE verschmutzten Boden wurde wie in Beispiel 1 vorbereitet. Das Experiment
wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer das
M9-Medium anstelle der JM1-Kultur verwendet wurde. Die Ergebnisse
sind ebenfalls in den 5 bis 7 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Ein rostfreies Stahlgefäß mit dem
TCE verschmutzten Boden wurde wie in Beispiel 1 gezeigt vorbereitet,
und das Experiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel
1 durchgeführt,
außer
dass das Einspritzen der JM1-Kulturflüssigkeit gestoppt wurde wenn
die Flüssigkeit
gerade aus der Auslassöffnung
herauskam, um Überlauf
zu verhindern, das heißt,
die eingespritzte Menge der Kultur war 493 ml (das Bodenhohlraumvolumen
(853,5 cm2) subtrahiert mit dem Hohlraumwasser
(360 ml)). Die TCE-Konzentrationen
in der Sandschicht in dem rostfreien Stahlgefäß wurden ebenfalls durch das
gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind
in den 5 bis 7 gezeigt.
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Beispiel 2
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Bildung eines schadstoffabbauenden
Systems in einem simulierten verschmutzten Boden – Abbau von
TCE
-
Ein Vorlaufexperiment wurde durchgeführt, um
das Hohlraumvolumen des zu verwendenden Bodens in dem in der 4 gezeigten experimentellen
System zu bestimmen. Ein 36,6 Liter rostfreies
Stahlgefäß 28 mit
einem Deckel wurde vorbereitet. Die Kontaktflächen des Gefäßes 28 und
des Deckels 29 wurden spiegelglatt poliert und ein Teflon
O-Ring 30 wurde zur Versiegelung des Gefäßes verwendet.
Eine Bodenverhärtungsmitteleinspritzöffnung 31,
eine Mikroorganismuseinspritzöffnung 32 und
eine TCE-Einbringöffnung 33 und
zwei Auslassöffnungen 34 und 35 wurden
auf dem Deckel 29 vorgesehen. Eine Teflonröhre wurde
an jeder Auslassöffnung
mit einem Teflonsiegel fixiert. Ein rostfreies Stahlrohr mit 13
mm Durchmesser, zugespitzt und mit vielen Löchern von 1 mm Durchmesser
an seinem unteren Ende versehen, wurde als das Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 36 verwendet.
Ein L-förmiges rostfreies
Stahlrohr mit 14 mm Durchmesser, an dem Ende zugespitzt, wurde als
das TCE-Einbringrohr 37 verwendet, wobei einige Löcher mit
etwa 1 mm Durchmesser in dem unteren Teil vorgesehen waren, um so
TCE von dem Boden des rostfreien Stahlgefäßes einzuspritzen. Ein rostfreies
Stahlrohr mit einem Durchmesser von 13 mm wurde ebenfalls als das
Mikroorganismuseinbringrohr 38 vorgesehen.
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Kies wurde auf dem Boden des rostfreien
Stahlgefäßes in einer
Höhe von
etwa 4 cm ausgebreitet, um eine Kiesschicht 39 zu bilden.
Nach Einsetzen des TCE-Einbringrohres 37 in
die Schicht, wurde feiner Sand 40 in das rostfreie Stahlgefäß 28 bis
zu 200 mm von dem oberen Teil des rostfreien Stahlgefäßes 28 getan, und
ein Eisenrohr 41 mit 112 mm Durchmesser und 200 mm Länge wurde
in die Sandschicht getrieben. In die gleiche Tiefe wie das Eisenrohr 41 wurde
ein Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 36 in
die Sandschicht getrieben. Nach einer weiteren Befüllung des
Gefäßes mit
Sand zu einer Höhe
von 180 mm von dem Oberteil des rostfreien Stahlgefäßes 28,
wurde ein Mikroorganismuseinbringrohr 38 in die Sandschicht
parallel zu dem Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 26 getrieben.
Schließlich
wurde das Gefäß mit Sand
bis zum Rand gefüllt.
Gips 43 wurde um das Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 36,
das Mikroorganismuseinbringrohr 38 und das TCE-Einbringrohr 37 herum
eingespritzt, um sie zu fixieren und keinen Raum zwischen dem Sand
und den Rohren zurückzulassen.
Ein Eisendeckel 42 wurde auf das Eisenrohr 41 gesetzt,
so dass das Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 36 und
das Mikroorganismuseinspritzrohr 38 durch den Deckel kamen,
und die Verbindungen wurden mit Gips fixiert. Jedes Rohr wurde durch
die auf dem Deckel 29 des rostfreien Stahlgefäßes vorgesehenen Öffnungen
eingebracht und mit einem Teflonsiegel versiegelt. Der Deckel wurde
mit Schraubzwingen fixiert und die Dichtigkeit der Versiegelung
wurde überprüft. Das
Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 36 wurde
dann mit dem Bodenverhärtungsmittelbehälter 50 über ein
Ventil 47 und eine Zwischenpumpe 46 verbunden.
Ein Bodenverhärtungsmittel
vom Wasserglas-Typ (hergestellt von Nitto Kagaku Co.) wurde als
ein Bodenverhärtungsmittel
verwendet. Nach Einspritzen von 400 ml des Bodenverhärtungsmittels
von dem Bodenverhärtungsmittelbehälter 50 betrieben
durch die Zwischenpumpe 46 bei einem Druck von 5 kg/cm2, wurde das Ventil geschlossen und das rostfreie
Stahlgefäß für 24 Stunden
stehen gelassen. Dann wurde der Deckel 29 entfernt und
das Eisenrohr 41 herausgezogen, um zu finden, dass der
Boden des Eisenrohres mit einem verhärteten Produkt des Verhärtungsmittels
vom Wasserglas-Typ versiegelt war. Es wurde ebenfalls bestätigt, dass
weder gasförmiges
TCE, das den Mikroorganismus enthaltene in diesem Beispiel zu verwendende
flüssige
Medium, noch Wasser aus dem Eisenrohr 41 lecken würde.
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Das Hohlraumvolumen der von der umgebenden
Umwelt durch das Eisenrohr 51 isolierten Bodenregion wurde
zunächst
bestimmt. Das Bodenvolumen wurde wie folgt berechnet: (11,2/2)2 × 3,14 × 20 = 1969 cm3. Die spezifische Dichte, der Feuchtigkeitsgehalt
und das Gewicht der Volumeneinheit des Bodens wurden ebenfalls unter
Verwendung von zufällig
gesammelten Proben an drei Stellen im dem isolierten Bodenbereich bestimmt.
Die Ergebnisse waren eine spezifische Dichte von 2,7, ein Feuchtigkeitsgehalt
von 14% und ein Gewicht der Volumeneinheit von 1,86 g/cm3. Es gab keinen signifikanten Unterschied
zwischen diesen Werten aufgrund des Unterschiedes der Probenpunkte.
Daher wurde das gesamte Bodenhohlraumvolumen des isolierten Bodenbereiches
als 779,1 cm3 mit der vorhergehenden Gleichung
(1) berechnet.
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Das in der 4 gezeigte Testsystem wurde durch dasselbe
Verfahren wie vorher beschrieben zusammengebaut. 500 ml einer wässrigen
Lösung
mit 400 ppm TCE wurden in ein Reservoir 44 gegeben, und dieses
Reservoir 44 wurde zu der TCE-Einbringöffnung 33 über eine
Pumpe 45 unter Verwendung einer Teflonröhre verbunden. Das Reservoir 44 wurde
ebenfalls zu den Auslassöffnungen 34 und 35 unter
Verwendung von Teflonröhren
verbunden. Dann wurde die Pumpe 45 betrieben, um gasförmiges TCE
in einer Rate von ein Liter/min für 24 Stunden zu zirkulieren,
um den Sand in dem Gefäß zu verunreinigen.
Danach wurden die mit den zwei Auslassöffnungen verbundenen Teflonröhren entfernt,
und eine Luftprobe wurde durch Einführen einer Spritze durch jede
Auslassöffnung
in die Sandschicht in einer Tiefe von 100 mm genommen. Die TCE-Gaskonzentration
wurde durch FID-Gaschromatographie (Handelsname: GC-14B, hergestellt
durch Schimadzu Co.) analysiert. Das Ergebnis zeigte, dass die Gaskonzentrationen
985 ppm bzw. 950 ppm an den Auslassöffnungen 34 bzw. 35 waren.
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Nach Schließen der Ventile 48 und 49 an
der TCE-Einbringöffnung 33 und
der Mikroorganismuseinbringöffnung 32,
wurde das Bodenverhärtungsmitteleinspritzrohr 36 mit
dem Bodenverhärtungsmittelbehälter 50 über das
Ventil 47 und die Zwischenpumpe 46 verbunden.
Ein Bodenverhärtungsmittel
vom Wasserglas-Typ (hergestellt von Nitto Kagaku Co.) wurde als
das Bodenverhärtungsmittel
verwendet. Nachdem 400 ml des Bodenverhärtungsmittels von dem Bodenverhärtungsmittelbehälter 50 mit
einer Zwischenpumpe 46 bei 5 kg/cm2 geschickt
wurden, wurde das Ventil geschlossen. Das Gefäß wurde für 24 Stunden stehen gelassen. Dann
wurden die Teflonröhren,
welche die Auslassöffnungen 34 und 35 und
das Reservoir 44 verbinden, von dem Reservoirbehälter 44 durch
umschalten des Ventils 56 und 57 getrennt. Die
sich von der Auslassöffnung 34 erstreckende
Teflonröhre
wurde mit einer Abbauvorrichtung 53 mit 500 ml der flüssigen Kultur
des Stammes JM1 (FERM BP-5352) verbunden. Der in der Abbauvorrichtung
verwendete Stamm JM1 wurde durch dasselbe Verfahren, wie für das Bodeneinspritzen
verwendet, wachsen gelassen. Die mit der Auslassöffnung 35 verbundene
Teflonröhre
wurde mit der Aktivkohlesäule 52 verbunden.
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Dann wurde die Flüssigkultur des Stammes JM1
(FERM BP-5352) in dem Tank 51, in der gleichen Art und
Weise gewachsen wie in Beispiel 1, in der von dem Rohr 38 isolierten
Region eingespritzt. Das Einspritzvolumen war 934,9 ml was das 1,2-fache
des Bodenhohlraumvolumens ist. Bei Erblicken des Überlaufes
der Flüssigkeit
von der Auslassöffnung 34,
wurde das Einspritzen der Flüssigkeit
beendet. Das von der Abbauvorrichtung während des Einspritzens abgegebene
Gas wurde von der Probeöffnung 55 gesammelt;
und die TCE-Konzentration in dem Gas wurde unter Verwendung eines
FID-Gaschromatographen (Handelsname: GC 14B, hergestellt von Shimadzu
Co.) analysiert, welche eine Konzentration unterhalb der Nachweisgrenze zeigt.
Nach Beenden des Einspritzens der Kulturflüssigkeit wurde das Ventil 48 des
Mikroorganismuseinspritzrohres geschlossen, und die zu der Aktivkohlesäule verbundene
Teflonröhre
wurde entfernt und Teflon-Gummistopfen wurden an die Öffnungen 34 und 35 befestigt,
um aus ihnen Probenahmeöffnungen
zu machen.
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Ein Aliquot von 0,5 ml des Bodenwassers
wurde alle 3 Stunden nach dem Kultureinspritzen durch Einführen einer
Spritze aus der Probenöffnung 34 in
einer Tiefe von 100 mm genommen, und die TCE-Konzentration wurde
durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 analysiert. Gasförmige Proben
wurden ebenfalls aus der Probenöffnung 34 alle
3 Stunden für
die TCE-Analyse durch FID-Gaschromatographie
genommen. Die Ergebnisse sind in den 8 und 9 gezeigt.
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Am Ende des Experimentes wurde ein
Aliquot von 0,5 ml der Flüssigkultur 54 in
der Abbauvorrichtung 53 genommen und nach Extraktion mit
n-Hexan wurde die TCE-Konzentration
durch Gaschromatographie bestimmt. Die TCE-Konzentration war 0,01 ppm.
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Beispiel 3
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Zwei Sätze von simulierten, mit TCE-verschmutztem
Boden wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet.
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Eine Kolonie des Stammes JM1 (FERM
BP-5352) gewachsen auf M9-Agarmedium mit 1 Gew.-% Äpfelsäure wurde
in M9-Flüssigmedium
mit 1 Gew.-% Natriumglutamat überführt und
unter Schütteln
bei 15°C für zwei Tage
kultiviert. Die Zellkonzentration der Flüssigkultur nach zwei Tagen
Schüttelkultur
war 6 × 108 KWE/ml. Diese Kultur wurde 2- und 4-fach
mit M9-Medium ohne Kohlenstoffquelle verdünnt, und die Verdünnungen
wurden mit Sauerstoffgas für
10 Minuten begast. Die Verdünnungen
wurden in den Boden in den vorher vorbereiteten zwei Gefäßen entsprechend
eingespritzt, durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben.
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Nach dem Einspritzen wurden die Einspxitz-
und Auslassöffnungen
versiegelt, und das Gefäß für 48 Stunden
bei 20°C
stehen gelassen. Unter Verwendung einer Spritze wurden 0,5 ml Bodenwasser
von drei Probepunkten genommen, jeder 1 cm über der unteren Kiesschicht,
5 cm über
dem Bodenprobenpunkt und 5 cm über
dem mittleren Probenpunkt vorgesehen. Jede dieser Proben wurde unmittelbar
in Gefäßen mit
5 ml n-Hexan getan und für
3 Minuten gerührt.
Dann wurde die Hexanschicht gesammelt, um den TCE-Gehalt durch ECD
Gaschromatographie (Handelsname: GC 14B, hergestellt von Shimadzu
Co.) zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und der
Tabelle 2 gezeigt.
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Beispiel 4
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Zwei Sätze von simulierten mit TCE-Verschmutzten
Boden wurden wie in Beispiel 3 vorbereitet. Das flüssige Kulturmedium
des Stamms JM1, kultiviert unter der gleichen Bedingung wie in Beispiel
3, wurde 2- und 4-fach mit M9-Kulturmedium ohne Kohlenstoffquelle
verdünnt,
und mit Luft für
zehn Minuten begast. Diese Verdünnungen
wurde in die Gefäße mit dem
TCE verschmutzten Boden eingespritzt und die TCE-Konzentration wurde
in dem Boden durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 3 beschrieben
gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und der Tabelle 2
gezeigt.
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Beispiel 5
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Ein Experiment wurde durch das gleiche
Verfahren wie in Beispiel 4 durchgeführt, außer das die einzuspritzenden
Kulturverdünnungen
nicht begast wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und der
Tabelle 2 gezeigt.
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Beispiel 6
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Ein Experiment wurde durch dasselbe
Verfahren wie in Beispiel 4 durchgeführt, außer das die eingespritzten
Kulturverdünnungen
von JM1 nicht aus der Auslassöffnung überliefen,
und das Einspritzen an dem Punkt unterbrochen wurde, wenn die eingespritzte
Flüssigkeit
an der Auslassöffnung
erschien. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und in der Tabelle
2 gezeigt. Tabelle
1
JM1-Kultur (2-fach Verdünnung)
Tabelle
2
JM1-Kultur (4-fach Verdünnung)
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Es wurde mit den Ergebnissen in der
Tabelle 1 und in der Tabelle 2 bestätigt, dass ein hoher Grad an Bodensanierung
durch vorheriges Begasen der in den Boden einzuspritzenden Bakteriensuspension
mit Sauerstoff oder Luft erzielt werden kann. Überdies kann, durch vorheriges
Begasen der Kulturflüssigkeit
mit Sauerstoff oder Luft und Einspritzen der Kulturflüssigkeit
in einem 1,2-fachen Volumen des Hohlraumvolumens des zu sanierenden
Bodens, wobei die Oberschicht davon oftmals schwer zu sanieren ist,
wirkungsvoller gereinigt werden.
