5. MIKROBIOLOGISCHE BODENREINIGUNG BEI AUS GEWÄHLTEN KONTAMINATIONEN
5.4 L EICHTFLÜCHTIGE C HLORKOHLENWASSERSTOFFE (LCKW)
5.4.6 Möglichkeiten des mikrobiellen Abbaus, Übersichten
muß, kann der Einsatz von Ozon möglicherweise von Vorteil sein, da die LCKW teiloxidiert und damit besser biologisch abbaubar werden können.
Die Stimulation des aeroben Abbaus von TCE, CIS und VC in-situ durch methylotrophe Mi-kroorganismen wurde in einem Projekt in den USA realisiert. Dabei wurden Sauerstoff und Methan in den Grundwasserleiter injiziert. Das Verfahren erwies sich als geeignet für die Eli-mination von CIS und VC; während nur 25-50% des TCE abgereichert wurden. Für TCE wurde eine on-site-Weiterbehandlung vorgeschlagen. Für die Grundwasserreinigung erwies sich in der BRD der Einsatz eines on-site-Bioreaktors als erfolgversprechend, wie ein BMFT-Projekt zeigte. Bei hohen LCKW- Konzentrationen empfiehlt sich die Kombination von Strip-und biologischen Verfahren wie in einem vor einiger Zeit begonnen Pilotprojekt in der BRD.
Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: 1 -230 µmol/l (133 µg - 30 mg/kg bzw.
Liter)
Tagesabbauraten (%): anaerob 1 -7%, aerob etwa 100% in rd. 1/2 d bei hohen Zellzahlen (108-9 Zellen/ml)
Vorteile: der aerobe Abbau ist effizienter als der anaerobe; hohe Mine-ralisierungsraten soweit untersucht; das beim ersten Abbau-schritt gebildete Epoxid zerfällt spontan innerhalb von Se-kunden; keine Bildung von weiteren toxischen Zwischen-produkten bekannt; die Mikroorganismen müssen nicht an die LCKW adaptiert werden; sie können mit den jeweiligen Cosubstraten angereichert werden - dabei ist der Cosubstrat-bedarf niedriger als anaerob, da die Energieausbeute höher ist.
Nachteile: die Cosubstrate müssen in ausreichender Menge zur Verfü-gung stehen, damit die Mikroorganismen Zelldichten errei-chen, die einen schnellen Abbau gewährleisten.
CIS (anaerob wie PCE, wenn nicht besonders vermerkt)
Bedingungen: wie TCE
Mechanismus: anaerob reduktive und hydrolytische Dechlorierung (Abb.
5.4-1), aerob oxidative Dechlorierung
Geschwindigkeit: aerob schneller als anaerob; aerob schneller als TCE (Werte siehe TCE)
Limitierung: aerob keine bekannt
Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: anaerob 91 und 119 µmol/l Tagesabbauraten (%): 3; kein Abbau
Vorteile: anaerob wird bei der hydrolytischen Dechlorierung kein VC gebildet; aerob wie TCE
Nachteile: anaerob wird bei der reduktiven Dechlorierung VC gebildet, aerob wie TCE
TRANS, VCD
(wie CIS; Abbaugeschwindigkeiten von CIS, TRANS und VDC unterscheiden sich nach den wenigen vorliegenden Zahlen)
VC (anaerob wie PCE, wenn nicht besonders vermerkt
Bedingungen: wie TCE
Mechanismus: wie TCE
Geschwindigkeit: aerob schneller abbaubar als CIS, TRANS und VDC Limitierung: keine bekannt
Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: aerob 8 - 200 µmol/l (500 µg - 13 mg/l) Tagesabbauraten (%): 3-40, bei hohen Zellzahlen 100% in weniger als einem Tag Vorteile: kann aerob als Wachstumssubstrat genutzt werden, Rest wie
TCE
Nachteile: wie TCE
5.4.6.2 1,1,1-TCA, 1,1- und 1,2-DCA und CA
Hexachlorethan
nur eine Untersuchung, anaerob reduktive Dechlorierung zu PCE (Tab. 5.4-3, 1b) 1,1,1-TCA
Bedingungen: anaerob cometabolisch, aerob wie TCE
Mechanismus: anaerob reduktive Dechlorierung (s. Abb. 5.4-2), aerob wie TCE - Kopplung mit Aromatenabbau wurde noch nicht ge-prüft
Geschwindigkeit: aerob schneller als anaerob; aerob langsamer als DCA und CA
Limitierung: anaerob ist 1,1 -DCA z.T. die Endstufe des Abbaus, aerob keine bekannt
Konzentrationen in Abbauntersuchungen: anaerob 0,2 µmol/l; 75 µmol/l; aerob wie TCE
Tagesabbauraten (%): 50; 1; aerob wie TCE
Vorteile: anaerob können die Wechselwirkungen von abiotischem Zer-fall und biologischem Abbau die Abnahme beschleunigen aerob: der aerobe Abbau ist effizienter als der anaerobe; hohe
Mine-ralisierungsraten soweit untersucht; keine Bildung von toxi-schen Zwitoxi-schenprodukten bekannt; die Mikroorganismen müssen nicht an die LCKW adaptiert werden, sie können mit den jeweiligen Cosubstraten angereichert werden - dabei ist der Cosubstratbedarf niedriger als anaerob, da die Energie-ausbeute höher ist
Nachteile: anaerob langsames Wachstum von Mikroorganismen; Zeit-und Nährstoffbedarf für die Anreicherung abbauender Po-pulationen ist hoch; gemessene Mineralisierungsraten sind relativ niedrig; Akkumulation von Teilabbauprodukten muß erwartet werden; aerob wie TCE
1,1- und 1,2 - DCA
Bedingungen: Wie CIS
Mechanismus: wie CIS; und aerob Nutzung als Wachstumssubstrat bei hy-drolytischer Dechlorierung
Geschwindigkeit: anaerob langsamer, aerob schneller als 1,1,1 -TCA Limitierung: anaerob z.T. kein Abbau; aerob keine bekannt
Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: aerob 5-10 µmol/l (495-990 mg/kg bzw.
Liter) Tagesabbauraten (%): 10-14
Vorteil: aerob Abbau als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle durch Methanol und Ethanol verwertende Bakterien, wo-durch bei ausreichender Kontamination keine Zufuhr von
Cosubstraten erforderlich ist; Oxidative Dechlorierung wie TCE und CIS
Nachteile: anaerob s. Limitierung
CA wie DCA's
5.4.6.3 TC, CF, DCM und CM
TC
Bedingungen: nur anaerob, cometabolisch
Mechanismus: reduktive und hydrolytische Dechlorierung (Abb. 5.4-3, Tab.
5.4-3)
Geschwindigkeit: abnehmend TC --> CF--> DCM --> CM Limitierung: a) CF --> DCM, analog CIS --> VC
b) DCM ist häufig die Endstufe des anaeroben Abbaus Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: 7 µmol/l - 2 mmol/l (830 µg - 308 mg);
0,1-0,3 µmol/l (15-46 µg/l) Tagesabbauraten (%): 1-2,5; 5-50
Vorteile: schnelle Elimination von TC unter guten Bedingungen mög-lich
Nachteile: anaerob langsames Wachstum von Mikroorganismen; Zeit-und Nährstoffbedarf für die Anreicherung abbauender Po-pulationen ist hoch; gemessene Mineralisierungsraten sind relativ niedrig; Akkumulation von Teilabbauprodukten muß erwartet werden
CF (anaerob wie TC, wenn nicht besonders vermerkt)
Bedingungen: anaerob; aerob cometabolisch durch Mikroorganismen, die Oxigenasen besitzen die den Abbau einleiten; Cosubstrate 1.
Methan, Erdgas, Methanol u.ä., 2. Ammonium Mechanismus: aerob oxidative Dechlorierung
Geschwindigkeit: aerob schneller als anaerob; aerob langsamer als DCM Limitierung: aerob keine bekannt
Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: anaerob 10 µmol/l (1,2 mg/l); 0,3 µmol/l (36 µg/l) oder kein Abbau; aerob hoch (analog TCE) Tagesabbauraten (%): 1-1,2; 50
Vorteile: der aerobe Abbau ist effizienter als der anaerobe; hohe Mine-ralisierungsraten soweit untersucht, keine Bildung von toxi-schen Zwitoxi-schenprodukten bekannt; die Mikroorganismen müssen nicht an die LCKW adaptiert werden, sie können mit den jeweiligen Cosubstraten angereichert werden - dabei ist der Cosubstratbedarf niedriger als anaerob, da die Energie-ausbeute höher ist
Nachteile: die Cosubstrate müssen in ausreichender Menge zur Verfü-gung stehen, damit die Mikroorganismen Zelldichten errei-chen, die einen schnellen Abbau gewährleisten
DCM (anaerob wie TC, aerob wie CF, wenn nicht besonders vermerkt
Bedingungen: s.o. und anaerob mit Nitrat; s.o. und aerob ohne Cosubstrat Mechanismus: anaerob Denitrifikation; aerob s.o. und hydrolytische
De-chlorierung
Geschwindigkeit: bei Denitrifikation nur etwa 50% der Abbauleistung aerob;
aerob schnell
Limitierung: bei Denitrifikation Hemmung bei erhöhten
NO3-Konzentrationen; aerob bei hohen Konzentrationen Hem-mung durch beim Abbau freigesetzte HCl
Konzentrationen in Abbauuntersuchungen: aerob 0,1-1,2 µmol/l (8,5-100 µg/l); 0,2-10 mmol/l (17-850 mg/l)
Tagesabbaurate (%): 7-10, 11-100
Vorteile: aerob wie CF, zusätzlich wird häufig von methylothropen Bakterien als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle ge-nutzt; als mindest-DCM-Konzentration für das Wachstum wurde ein Wert von 0,1 µmol/l (8,5 µg/l) gefunden
Nachteile: s. Limitierungen CA Abbau aerob, analog DCM
Für alle Stoffgruppen gültige Limitierung des Abbaus:
• 1. Inhibitorische Konzentrationen
• 2. Bei aerobem Abbau durch methylotrophe Mikroorganismen kann das Spektrum der abbaubaren Stoffe durch Cu++ eingeschränkt und die Abbauraten verringert werden.