NL1028531C1 - Het in-situ aanwenden van gasvormige nutrienten voor biostimulatie in met chloorkoolwaterstoffen gecontamineerde bodems. - Google Patents

Description

Het in-situ aanwenden van gasvormige nutriënten voor biostimulatie in met chloorkoolwaterstoffen gecontamineerde bodems.

Kunstmatig nutriënten toevoegen aan met chloorkoolwaterstoffen gecontamineerde 5 bodems in de vorm van gasvormig waterstof (H2) en gasvormig koolzuur (C02), respectievelijk als elektronendonor en koolstofbron, moeten enerzijds er voor zorgdragen, dat lithotrofe prokaryoten, zoals de Dehalococcoides groep, onder anaërobe condities exponentieel groeien en anderzijds versneld chloorkoolwaterstoffen afbreken. Deze chloorkoolwaterstoffen doen hierbij dienst als elektronenacceptoren. Het koolzuur aangevuld 10 met in water opgelost acetaat, fosfaat en een stikstofbron zijn verantwoordelijk voor de groei van de anaërobe bacteriën.

Deze gasvormige biostimulatie, die kunstmatig in samenhang met enkele andere bacteriële voedingstoffen aan de bodems worden toegediend, heeft als doel versneld saneren van met chloorkoolwaterstoffen gecontamineerde bodems tegen sterk gereduceerde kosten ten 15 opzichte van conventionele saneringsmethodieken.

Beide gassen in elke mogelijke verhouding met elkaar, eventueel verdund met gasvormig stikstof, een ander gas en andere voedingsstoffen in samenhang met in water opgelost acetaat, fosfaat en een stikstofbron, worden gelijktijdig of elk afzonderlijk met behulp van injecties of andere hulpmiddelen aan de gecontamineerde bodems toegevoegd, 20 waarbij zij aldaar in overmaat aan anaërobe bacteriën, zoals de Dehalococcoides bacteriën, worden aangeboden. Hiermee is na een korte incubatie, stimulatie en een groeiperiode van de anaërobe bacteriën niet het aantal bacteriën per volume eenheid, maar vooral de hoeveelheid elektronenacceptoren in de vorm van chloorkoolwaterstoffen de snelheidsbepalende stap in de verdere groei van de bacteriën.

25 Met acetaat als hoofd koolstofbron naast voldoende Dehalococcoides bacteriën per volume eenheid en waterstof als elektronendonor kunnen halfwaarde tijden voor chloorkoolwaterstoffen in vervuilde bodems van enkele uren worden bereikt.

Vanwege de lithotrofe eigenschappen van veel anaërobe bacteriën, waaronder de Dehalococcoides bacteriën, reductie in de kosten, eenvoud en gemak van de onderhavige 30 methode wordt hier bewust gekozen voor in water opgelost acetaat als hoofd koolstofbron in samenhang met gasvormig koolzuur (C02) als neven koolstofbron.

Leden van de Dehalococcoides groep zijn op dit moment de enige bacteriën, die de bodemvervuilers tetrachooretheen en trichlooretheen tot etheen en ethaan afbreken. Deze 1028531 2 bacteriën hebben hiervoor diverse reducerende dehalogenasen en hydrogenasen tot hun beschikking. Door middel van deze enzymen is als voorbeeld Dehalococcoides ethenogenes in staat met waterstof complexe chloorkoolwaterstoffen in onschadelijke stoffen om te zetten.

Dehalococcoides is een dun diskachtig organisme zonder een peptidoglycaanachtige 5 celwand. De bacterie is lid van de Groene-Niet-Sulfide-Bevattende Bacteria en gebruikt chloorethenen als elektronenacceptoren voor zijn anaërobe ademhaling.

Het is aannemelijk dat de ademhalingsketen van de Dehalococcoides groep een voorloper is van de thans in mitochondria en andere bacteria aanwezige ademhalingsketens.

Door deze beperkte ademhalingsketen en de afwezigheid van essentiële enzymen in de 10 citroenzuurcyclus hebben de Dehalococcoides bacteriën moeite met glucose, glucose houdende producten en de vele tussenstoffen, die hier biologisch van af te leiden zijn. Deze stoffen zijn voor de Dehalococcoides bacteriën dan ook geen goede koolstofbronnen.

Gebruik van deze koolstofbronnen leidt meestal tot lange niet voorspelbare dralingsfasen, waarin geen omzetting van chloorkoolwaterstoffen meetbaar is.

15 De koolstofbronnen die Dehalococcoides bacteriën wel kunnen metaboliseren zijn acetaat en koolzuur.

Chloorkoolwaterstoffen zijn goede vetoplossers. Daarom worden deze stoffen veelvuldig in de metaalindustrie en bij chemisch reinigen toegepast. Tot aan de jaren 1980 zijn daarbij grote hoeveelheden chloorkoolwaterstoffen in de grond terechtgekomen om 20 aldaar de bodems ernstig te vervuilen. Het verwijderen van deze vervuilers is lastig en complex.

Chloorkoolwaterstoffen zijn namelijk zwaarder dan water, waardoor zij tot op grote diepte in hoge concentraties in de bodem aanwezig kunnen zijn. Hierbij komen zij slechts langzaam in oplossing en vormen zij aldus gedurende lange perioden secundaire 25 verontreinigingsbronnen, die om verdere vervuiling te voorkomen moeten worden gesaneerd.

Momenteel is het biologisch afbreken van deze chloorkoolwaterstoffen de meest kosteneffectieve wijze van saneren. Deze biologische afbraak wordt voornamelijk door de bacteriegroep Dehalococcoides uitgevoerd. Dit gebeurt, zoals vermeld onder strikt anaërobe condities met waterstof als elektronendrager, koolzuur en acetaat als koolstofbronnen en 30 chloorkoolwaterstoffen als elektronenacceptoren.

Onder de juiste condities, zoals pH en temperatuur en met het juiste voedsel breken deze Dehalococcoides bacteriën de chloorkoolwaterstoffen goed en snel af.

Complicerende factoren bij deze biologische afbraak zijn de specifiek omstandigheden, waaronder deze afbraken plaats vinden en het feit dat op dit moment maar 1 0 2 8 5 3 i _ 3 een bacteriestam deze chloorkoolwaterstoffen geheel afbreekt tot onschadelijke eindproducten.

Om de sanering van chloorkoolwaterstoffen te bespoedigen zijn allerlei technieken bedacht om deze bacteriestam te laten groeien. In de eerste plaats gebruikt men hiervoor 5 allerlei soorten koolstofbronnen en in de tweede plaats allerlei soorten elektronendonoren.

Zoals vermeld, zijn de meeste thans gehanteerde koolstofbronnen niet geschikt en de Dehalococcoides bacteriën reageren hier op met lange dralingsfasen.

Dehalococcoides bacteriën zijn lithotroof dat wil zeggen dat koolzuur een van hun koolstofbronnen is. De andere koolstofbron is acetaat. Deze koolstofbronnen worden in 10 onderhavige saneringssituatie kunstmatig toegediend, zodat voldoende voedsel aan de bacteriën wordt aangeboden. Hierbij moet worden opgelet, dat door de koolzuur de optimale pH waarbinnen Dehalococcoides groep opereert niet negatief wordt beïnvloed.

Waterstof is een andere component dat voor Dehalococcoides bacteriën obligaat noodzakelijk is. Ook dit gas wordt kunstmatig aan de met chloorkoolwaterstoffen 15 gecontamineerde bodems toegediend, zodat in de omzetting van de chloorkoolwaterstoffen naar onschadelijke producten de vervuilers en in eerste instantie niet de Dehalococcoides bacteriën de snelheidsbepalende stap zijn.

In de thans gehanteerde biostimulaties zijn koolzuur, acetaat en/of waterstof de beperkende factoren. Dit leidt tot lange niet voorspelbare dralingsfasen. Hier wordt met 20 onderhavige aanpak een oplossing voor gevonden, door beide gassen en opgelost acetaat kunstmatig in overmaat aan te bieden. Veelal komt het er op neer dat de gasvormige nutriënten ver onder de vervuilingsbron en pluim worden geïnjecteerd en dat de gassen daarbij vanzelf naar boven diffunderen. Op de route naar boven komen deze gassen, die bacteriën tegen die deze gassen voor de ademhaling en groei nodig hebben. En passant 25 worden hierbij chloorkoolwaterstoffen tot onschuldige stoffen omgezet. De noodzakelijke waterige vloeistoffen worden in de bron en pluim geïnjecteerd.

Alle technieken, die op veilige en verantwoorde wijze tot doel hebben de gasvormige nutriënten waterstof en koolzuur en de waterige acetaat oplossing in contact met Dehalococcoides bacteriën te brengen, zodat deze de chloorkoolwaterstoffen voor hun 30 ademhaling kunnen aanwenden, vallen onder dit octrooi.

1028 5 3 1_ _

Claims (5)

1. Conclusie 1. Een in-situ bodemreinigingsmethode voor de biologische afbraak van chloorkoolwaterstoffen in bodems met als kenmerk, dat voor deze biologische reiniging 5 gasmengsels bestaande uit waterstof en koolzuur en in water opgelost acetaat vanuit externe bronnen aan de bodems worden toegediend ter stimulering en ondersteuning van de ademhalingsketen en groei van anaërobe bacteriën, waaronder de Dehalococcoides bacteriegroep, zodat deze versneld de chloorkoolwaterstoffen biologisch afbreken. Conclusie
2. 2. De in Conclusie 1 toegepaste externe toediening van gasmengsels 10 bestaande uit waterstof en koolzuur en in water opgelost acetaat gelden ook voor alle met chloorkoolwaterstoffen vervuilde bodems, waarin de betreffende bacteriën vanuit een andere locatie aan deze bodems zijn toegevoegd. Conclusie
3. 3. De in Conclusie 1 toegepaste gasmengsels van waterstof en koolzuur kunnen ieder afzonderlijk of tegelijkertijd in elke denkbare verhouding, eventueel verdund 15 met andere gassen en hulpstoffen, doch in ieder geval gelijktijdig of separaat met in water opgelost acetaat op een veilige, doelmatige en adequate wijze aan de bodem worden toegevoegd met behulp van elk hulpmiddel, dat hier geschikt voor is. Conclusie
4. 4. De in Conclusie 1 toegepaste gasmengsels en vloeistoffen kunnen in één keer of geleidelijk in elke denkbare snelheid, hoeveelheid en frequentie aan de met 20 chloorkoolwaterstoffen vervuilde bodems worden toegediend, waarbij de locatie en diepte van de toe te passen gasmengsels afhankelijk is van de locatie van de vervuiling, zodat een optimale biostimulering voor het afbreken van de chloorkoolwaterstoffen ontstaat. Conclusie
5. 5. Elk hulpmiddel en toedieningsvorm om de nutriënten vernoemd in Conclusie 1 t/m 4 aan de gecontamineerde bodems toe te dienen vallen onder deze uitvinding. 1 0 9 fl 5 Λ 1 _ _