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DE4329005A1 - Stabilisation of organic pollutant deposits in soil - by controlled addn. of nutrients or microorganisms to surrounding soil - Google Patents

Stabilisation of organic pollutant deposits in soil - by controlled addn. of nutrients or microorganisms to surrounding soil

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Publication number
DE4329005A1
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DE
Germany
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soil
microorganisms
deposits
substances
nutrients
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE4329005A
Other languages
German (de)
Inventor
Manfred Prof Dr Ringpfeil
Guenter Dr Dreyer
Felix Dr Ing Kudrjawizki
Matthias Dipl Ing Dr Gerhardt
Miklos Dipl Ing Szigetvari
Kathrin Dipl Ing Fenyi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Biopract GmbH
Original Assignee
Biopract GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biopract GmbH filed Critical Biopract GmbH
Priority to DE4329005A priority Critical patent/DE4329005A1/en
Publication of DE4329005A1 publication Critical patent/DE4329005A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C2101/00In situ
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms

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Abstract

Stabilisation of compact deposits of organic pollutants, where the deposits are completely surrounded by natural or deposited soil, is effected by: (a) adding nutrients to activate naturally occurring microorganisms in the surrounding soil, or adding externally cultivated microbial cultures capable of degrading pollutants diffusing from the deposits into the surrounding soil; (b) continuously monitoring the activity of the microorganisms and the concn. of diffusing pollutants in the surrounding soil; and (c) adding more microorganisms or nutrients as and when required, is determined by the monitoring step. ADVANTAGE - Migration of pollutants, e.g. polycyclic aromatic hydrocarbons or mineral oil hydrocarbons, from localised deposits may be controlled automatically with the minimum of constructional work.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von kompakten Ablagerungen von Schadstoffen organischer Natur im Boden. Sie betrifft insbesondere die gefahrlose Konservierung nicht oder nicht sofort aus dem Boden entfernbarer Altlasten sowie die Deponierung nicht oder nicht wirtschaftlich abbaubarer Stoffe. Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Umweltschutz.The invention relates to a method for stabilizing compact deposits of pollutants of organic nature in the Ground. It concerns in particular the safe preservation Contaminated sites that cannot be removed from the ground, or cannot be removed immediately as well as landfill that is not or not economically degradable Fabrics. The field of application of the invention is environmental protection.

Mit zunehmender Industrialisierung wird die Gefahr der Verschmutzung der Böden durch verschiedenste Stoffe, die sog. Altlasten, immer größer. Besonders häufig sind Verschmutzungen durch Steinkohlen- oder Braunkohlenteere oder -peche, durch Mineralöle oder Rückstände aus der Mineralölverarbeitung, durch Kunstharze, Plast- oder Elastmaterialien sowie durch stick­ stoff-,phosphor- oder schwefelhaltige organische Stoffe wie Pflanzenschutzmittel oder Sprengstoffe. Die so kontaminierten Böden werden durch Regenwasser allmählich ausgespült, die Schadstoffe gelangen durch Versickerung oder auch direkt ins Grundwasser und werden dann weiter verbreitet.With increasing industrialization the danger of Soiling of soils by various substances, the so-called. Contaminated sites, always bigger. Soiling is particularly common through coal or lignite tars or pitches, through Mineral oils or residues from mineral oil processing Synthetic resins, plastic or elastic materials and stick organic substances containing substances, phosphorus or sulfur such as Plant protection products or explosives. The so contaminated Soils are gradually flushed out by rainwater Pollutants get into the soil through infiltration or directly Groundwater and are then further spread.

Man hat versucht, die Verbreitung der Verunreinigungen durch vorbeugende Baumaßnahmen zu verhindern. Die Austragung mit dem Grundwasser kann entweder durch dessen Reinigung in teuren und bedienungsaufwendigen oberirdischen Anlagen oder durch eine Einkapselung der Ablagerung mit einer dichten Wand erreicht werden. Diese Maßnahmen sind sehr kostspielig und mit einem hohen technischen Aufwand verbunden.Attempts have been made to spread the contaminants through preventive building measures. The event with the Groundwater can either be cleaned in expensive and operator-intensive above-ground systems or by a Encapsulation of the deposit achieved with a dense wall become. These measures are very expensive and with one high technical effort.

Die Erfindung hat das Ziel, die genannten Nachteile der bekannten Umweltschutzverfahren zu beseitigen.The invention aims to overcome the disadvantages mentioned eliminate known environmental protection processes.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, die kompakt vorliegenden bzw. deponierten Stoffe mit einer mikroorganismenhaltigen Bodenschicht zu umgeben, in der die Eindiffusion von Bestandteilen der Ablagerungen durch die mikrobielle Aktivität abgefangen wird, so daß keine weitere Verbreitung dieser Stoffe erfolgen kann.The essence of the invention is the compact present or deposited substances with a microorganism-containing To surround soil layer, in which the diffusion of Components of the deposits due to the microbial activity  is intercepted, so that no further spread of these substances can be done.

In einer einfachen Variante der Erfindung werden natürlicherweise in dieser Bodenschicht vorhandene Mikroorganismen durch Nährstoffzugabe aktiviert. Das erfolgt vorzugsweise durch Zusatz von Wasser-, Nährstoff- und/oder Sauerstoff. Im allgemeinen werden jedoch extern gezüchtete Mikroorganismen eingebracht, die mittels Selektion, aus natürlichen oder anthropogenen Umgebungen isoliert und unter Zugabe der aus den Ablagerungen abzubauenden Stoffe gezüchtet wurden. Die Einarbeitung erfolgt vorzugsweise in Suspensionsform oder aufgezogen auf feste Träger. Ein Beispiel für erfindungsgemäß eingesetzte Mikroorganismen ist das Gemisch von Pseudomonas putida und Pseudomonas spec., das zum Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet wird.In a simple variant of the invention naturally present in this soil layer Microorganisms activated by the addition of nutrients. That happens preferably by adding water, nutrients and / or Oxygen. In general, however, are bred externally Microorganisms introduced by means of selection isolated or under natural or anthropogenic environments Addition of the substances to be mined from the deposits were. Incorporation is preferably carried out in suspension form or mounted on solid supports. An example for Microorganisms used according to the invention is the mixture of Pseudomonas putida and Pseudomonas spec., Which are used to break down polycyclic aromatic hydrocarbons is used.

Die Aktivität der vorhandenen oder eingebrachten Mikroorganismen wird laufend kontrolliert, ebenso die Konzentration der diffundierenden Schadstoffe in und außerhalb der Sperrschicht. Diese Kontrolle wird durch Sensorsets erreicht, die mittels mathematischer Programme plaziert werden, z. B. auf der Grundlage der fuzzy-Steuerungstechnik, wobei die Auswertung der erhaltenen Daten rechnergestützt erfolgt. Sobald ein eventuelles Fortschreiten der diffundierenden Stoffe über die Sperrschicht hinaus festgestellt wird, werden der Sperrschicht weitere oder andere extern gezüchtete Mikroorganismen, Nährstoffe, akzessorische Substanzen und/oder Spurenelemente und/oder Sauerstoff zugeführt. Als akzessorische Substanzen und Spurenelemente dient beispielsweise ein Gemisch von Ammoniumchlorid, Kaliumdihydrogenphosphat, Magnesiumsulfat, Kupfersulfat, Hefeextrakt und Pepton.The activity of the existing or introduced microorganisms is continuously monitored, as is the concentration of the diffusing pollutants in and outside the barrier layer. This control is achieved by means of sensor sets, which use mathematical programs are placed, e.g. B. based the fuzzy control technology, the evaluation of the obtained Data is computer-based. As soon as a possible Progress of the diffusing substances over the barrier layer Beyond that, the junction will be further or other externally grown microorganisms, nutrients, accessory substances and / or trace elements and / or Oxygen supplied. As accessory substances and For example, a mixture of trace elements is used Ammonium chloride, potassium dihydrogen phosphate, magnesium sulfate, Copper sulfate, yeast extract and peptone.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daßThe advantages that can be achieved by the invention exist especially in that

  • - bautechnische Maßnahmen drastisch reduziert werden, damit- Construction measures are drastically reduced so
  • - der Verbrauch von Baustoffen minimiert wird, - the consumption of building materials is minimized,  
  • - nur natürliche Stoffe eingesetzt werden (ausselektierte Mi­ kroorganismen, Nährmedien und evtl. Mikrooganismenträger),- only natural substances are used (selected Mi microorganisms, nutrient media and possibly microorganism carriers),
  • - minimaler Wartungsbedarf erforderlich ist, weil das Ver­ fahren vollautomatisch durchgeführt wird.- Minimal maintenance is required because the Ver driving is carried out fully automatically.

Die Erfindung soll nachstehend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by means of exemplary embodiments are explained.

Beispiel 1example 1

Fig. 1 zeigt das Schema eines mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen kontaminierten Grundstückes, das mit einer bioaktiven Sperrschicht konserviert ist. Fig. 1 shows the scheme of a contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons plot, which is conserved with a bioactive barrier layer.

Entsprechend diesen Schemas lag in einem Grundstück der Kontaminationsherd 1 mit polycyclischen aromatischen Kohlen­ wasserstoffen (PAK). Es wurde eine erhöhte PAK-Konzentration von 25 mg pro Liter im Grundwasser außerhalb des Kontaminationsherdes in Grundwasserflußrichtung 2 gemessen. Für die Reinigung des ausfließenden Wassers wurde die bioaktive Sperrschicht 3 in Form eines eingefrästen Schachtes eingebaut, der bis an die unterste Grenze der kontaminierten Grundwasserschicht reichte und mit einem bioaktiven PAK- abbauenden Feststoffpräparat gefüllt war. Die Dicke der Schicht 3 wurde zu 0,6 m gewählt, um eine Verweilzeit von etwa 20 Stunden im Raum des mit 0,6 m/d fließenden Grundwassers zu sichern. Der innere Raum der Sperrschicht wurde über die Druckluftleitung 4 belüftet. Die Abbauaktivität von Mikroorganismen in der Sperrschicht wurde indirekt durch die Messungen der Sauerstoffkonzentration im Wasser und durch die CO2-Konzentration in der Abluft mit Hilfe von eingebauten Sensoren verfolgt. Eine direkte Messung der PAK-Konzentration in Wasserproben wurde mittels Fließ-Injektions-Analyse vorgenom­ men. Eine wartungsfreie sichere Arbeit der Sperrschicht, in der ein Abbau von PAK im Grundwasser bis zu 3 mg pro Liter über mehrere Monate erreicht werden konnte, wurde festgestellt. According to these schemes, contamination site 1 with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) was located on a plot of land. An increased PAH concentration of 25 mg per liter in the groundwater outside the contamination source in the direction of the groundwater flow 2 was measured. For the purification of the outflowing water, the bioactive barrier layer 3 was installed in the form of a milled shaft which reached to the lowest limit of the contaminated groundwater layer and was filled with a bioactive PAH-reducing solid preparation. The thickness of layer 3 was chosen to be 0.6 m in order to ensure a dwell time of about 20 hours in the space of the ground water flowing at 0.6 m / d. The inner space of the barrier layer was ventilated via the compressed air line 4 . The degradation activity of microorganisms in the barrier layer was indirectly monitored by measuring the oxygen concentration in the water and by the CO 2 concentration in the exhaust air with the help of built-in sensors. A direct measurement of the PAH concentration in water samples was carried out using flow injection analysis. A maintenance-free, safe work of the barrier layer, in which a breakdown of PAH in the groundwater up to 3 mg per liter over several months was found.

Beispiel 2Example 2

Fig. 2 zeigt die Ausbildung von bioaktiven Sperrschichten um eine Kontamination im ungesättigten Bodenbereich. Fig. 2 shows the formation of bioactive barrier layers to a contamination in the unsaturated soil region.

Ein mit Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW) kontaminierter Bodenbereich 1 (Fig. 2) lag 6 m unter der Erdoberfläche. Gleichzeitig befand sich sein unteres Niveau etwa 10 m über dem Grundwasserspiegel 3. Der Kontaminationsherd erweiterte sich allmählich nach unten, so daß einer Grundwasserkontaminierung vorgebeugt werden mußte. In diesem Fall wurden Sanierungs- und Stabilisierungsmaßnahmen gleichzeitig durchgeführt. Im unteren und im oberen Kontaminationsbereich wurde die Luft-Wasser- Dispersion durch die Bohrungen 2 eingeführt. Durch eine dosierbare Zugabe von feuchter Luft, die mit der gemessenen Bodenfeuchtigkeit gekoppelt war, wurde gesichert, daß einerseits kein Wasser aus dem zu sanierenden Bereich nach unten auslief, andererseits eine fürs Unterhalten der Mikroorganismenaktivität ausreichende Bodenfeuchtigkeit erhalten blieb. Die im Boden vorhandenen und durch die Befeuchtung und Belüftung aktivierten Mikroorganismen bildeten im oberen und im unteren Kontaminationsbereich bioaktive Sperrschichten. Die MKW- Konzentration sank innerhalb der Sperrschichten etwas unter den zulässigen Grenzwert und blieb über die gesamte Sanierungszeit in diesem Bereich. Während der Sanierung wurde die obere Sperrschicht mit der vom Wasser übersättigten und die untere Sperrschicht mit der trockenen Luft belüftet. Die MKW aus der aufsteigenden Luft wurden in der oberen Sperrschicht vom Wasser absorbiert und durch die Mikroorganismen abgebaut. Die aus der Erde ausgetretene Luft wies kaum meßbare MKW-Konzentrationen aus.A soil area 1 ( FIG. 2) contaminated with mineral oil hydrocarbons (MKW) was 6 m below the surface of the earth. At the same time, its lower level was about 10 m above groundwater level 3 . The source of contamination gradually widened downwards, so that groundwater contamination had to be prevented. In this case, renovation and stabilization measures were carried out simultaneously. The air-water dispersion was introduced through the holes 2 in the lower and in the upper contamination area. A metered addition of moist air, which was coupled with the measured soil moisture, ensured that, on the one hand, no water ran downward from the area to be rehabilitated, and on the other hand that sufficient soil moisture was maintained to maintain the microorganism activity. The microorganisms present in the soil and activated by the humidification and ventilation formed bioactive barrier layers in the upper and lower contamination areas. The MKW concentration dropped slightly below the permissible limit value within the barrier layers and remained in this area for the entire renovation period. During the renovation, the upper barrier layer was aerated with the water-saturated and the lower barrier layer with the dry air. The MKW from the rising air was absorbed by the water in the upper barrier layer and broken down by the microorganisms. The air escaping from the earth showed hardly measurable MKW concentrations.

Claims (5)

1. Verfahren zur Stabilisierung von kompakten Ablagerungen von Schadstoffen organischer Natur im Boden, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelagerten Stoffe vollständig von gewachsenem bzw. aufgeschüttetem Boden umgeben werden, in diesem Boden natürlich vorhandene Mikroorganismen durch Nährstoffzugabe aktiviert oder extern gezüchtete Mikroorganismenkulturen, die zum Abbau der aus den Ablagerungen in den Boden diffundierenden Stoffe befähigt sind, eingearbeitet werden und die Aktivität der Mikroorganismen und die Konzentration der diffundierenden Stoffe in der die Ablagerungen umgebenden Bodenschicht laufend kontrolliert und die bei daraus ermitteltem Bedarf weitere Mikroorganismen oder zu ihrer Aktivierung dienende Stoffe dem Boden zugesetzt werden.1. A method for stabilizing compact deposits of pollutants of organic nature in the soil, characterized in that the deposited substances are completely surrounded by grown or heaped soil, naturally existing microorganisms in this soil activated by the addition of nutrients or externally grown microorganism cultures that are used to break down the are capable of diffusing substances from the deposits into the soil, are incorporated and the activity of the microorganisms and the concentration of the diffusing substances in the soil layer surrounding the deposits are continuously monitored and the additional microorganisms or substances serving to activate them are added to the soil when the need is determined . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürlich um Schadstoffe angesiedelten Mikroorganismen durch Wasser-, Nährstoff- und/oder Sauerstoffzugaben aktiviert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the of course microorganisms colonized by pollutants Water, nutrient and / or oxygen additions can be activated. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzuführenden Mikroorganismen mittels Selektion aus natürlichen oder anthropogenen Umgebungen isoliert und unter Zugabe der betreffenden Stoffe aus den Ablagerungen gezüchtet und in Suspensionsform oder aufgezogen auf feste Träger der Bodenschicht zugesetzt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the Microorganisms to be supplied by selection from natural or isolated anthropogenic environments and adding the relevant substances grown from the deposits and in Suspension form or mounted on solid supports of the Soil layer can be added. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollen der Aktivität der Mikroorganismen und der Konzentration der aus den Ablagerungen diffundierenden Stoffe mittels stationärer Multisensoreinrichtungen erfolgen, die mittels mathematischer Programme plaziert werden und daß die Auswertung ihrer Daten rechnergestützt erfolgt. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that controls the activity of the microorganisms and the Concentration of substances diffusing from the deposits by means of stationary multi-sensor devices that be placed using mathematical programs and that the Your data is evaluated with computer support.   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Signalgebung der Sensoren, die ein Fortschreiten der diffundierenden Stoffe über die Sperrschicht hinaus anzeigt, der Sperrschicht weitere oder andere extern gezüchtete Mikro­ organismen, Nährstoffe, akzessorische Substanten und/oder Spurenelemente und/oder Sauerstoff zugeführt werden.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that with signaling of the sensors, the progression of the diffusing substances beyond the barrier layer, the Additional or other externally grown micro junction organisms, nutrients, accessory substances and / or Trace elements and / or oxygen are supplied.
DE4329005A 1992-11-12 1993-08-28 Stabilisation of organic pollutant deposits in soil - by controlled addn. of nutrients or microorganisms to surrounding soil Withdrawn DE4329005A1 (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9401165A (en) * 1994-07-14 1996-02-01 Vermeer Grond En Wegen Bv Method for cleaning polluted soil
DE19505514A1 (en) * 1995-02-10 1996-08-14 Lausch Gmbh & Co Kg Umwelt Und Combined decontamination of soil polluted with difficult degradable organic pollutants and heavy metals
DE102023002749B3 (en) * 2023-07-04 2024-10-17 Plantcare Ag Method and device for determining the microbiological activity of soils

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