Projekt 05241/01

Vorstudie zum Projekt Bioleaching schwermetallbelasteter Böden

Projektdurchführung

Plambeck ContraConBau und Umwelttechnik GmbH
Peter-Henlein-Str. 2 - 4
27472 Cuxhaven

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen des Projekts Biologische Laugung schwermetallkontaminierter Böden sollen Wege zur Nutzung chemolithotropher Bakterien gefunden werden, um in Böden vorliegende Schwermetallkontaminationen zu mobilisieren. Die Bodenaufbereitung soll durch eine Kombination dieser biologischen Reaktion mit Techniken der Nassklassierung oder aber durch Haufenlaugung bzw. Einsatz einer Perkolationsmiete erfolgen. Neben einer hohen Reinigungseffizienz sind niedrige Betriebskosten angestrebt.
Die Vorstudie soll eine Abschätzung der technischen und ökonomischen Grenzen sowie Möglichkeiten der Anwendung mikrobieller Laugungsprozesse zur Sanierung schwermetallkontaminierter Böden ermöglichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie durchgeführten Arbeiten lassen sich in die mikrobiologischen Untersuchungen im Labormaßstab (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe) an verschiedenen real kontaminierten Böden und die technischen Konzeptstudien (Plambeck ContraCon) gliedern. Die Untersuchungen werden durch eine ökonomische Bewertung des Verfahrens ergänzt. Im Hinblick auf die relevanten Bewertungskriterien wird das Verfahren mit chemisch-physikalischen Behandlungsverfahren oder anderen Verwertungs- und Entsorgungsalternativen verglichen.


Ergebnisse und Diskussion

Von 8 Standorten wurden 11 Proben, die verschiedene Konzentrationen und Kombinationen der Metalle Arsen, Cadmium, Kobalt, Chrom, Kupfer, Nickel, Blei und Zink aufwiesen, im Labormaßstab auf die Möglichkeit zur Sanierung durch mikrobielle Laugung untersucht. Aus allen Proben wurden schwermetallmobilisierende Bakterienkulturen angereichert. In den meisten Laugungsansätzen führte die Zugabe der Anreicherungskulturen zur Erhöhung der Laugungsraten. Nach Inkubationszeiten von 4 bis 6 Wochen war die Laugung in den Bodenproben weitgehend abgeschlossen.
Die Metalle Cadmium, Kobalt, Kupfer, Nickel und Zink sowie mit Einschränkungen auch Arsen wurden mit mittlerer bis hoher Effizienz gelaugt, mäßige Laugungsgrade wurden für Chrom nachgewiesen. Blei konnte aus keiner der untersuchten Bodenproben extrahiert werden. Einen deutlichen Einfluss auf die Laugungseffizienzen hatte der Wassergehalt der Bodenprobe während des Laugungsvorgangs. Mit sinkendem Wassergehalt fielen die Laugungseffizienzen stark ab. Außerdem wird der Laugungsvorgang durch hohe Pufferkapazitäten der Böden verzögert oder sogar unterbunden.
Das häufige Auftreten von Schwermetall-Mehrfachkontaminationen erschwerte die Herabstufung des Bodenmaterials nach den Vorgaben verwertungsrelevanter Listen. Bessere Resultate auf Grund erhöhter Laugungsgrade können allerdings durch die ausstehende Optimierung des Laugungsprozesses erwartet werden.
Gut durchlässige Böden können voraussichtlich in Perkolationsmieten behandelt werden, während sehr feinkörnige Böden mit geringer Durchlässigkeit in Suspensionsbioraktoren behandelt werden müssen. Die Kosten der Laugung in einer Perkolationsmiete wurden auf 165 - 225 DM/t geschätzt, während die Kosten des Reaktorverfahrens mit 280 - 500 DM deutlich höher liegen dürften. Die Kosten beider Verfahren liegen im oberen Bereich der Kosten der zur Zeit etablierten Sanierungsverfahren, vor allem aber deutlich oberhalb der Kosten der momentan sehr häufig realisierten Deponierung schwermetallkontaminierter Böden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bock, M., Bosecker, K., Winterberg, R.: Bioleaching of Soils Contaminated with Heavy Metals. Biodeteoration and Biodegradation Symposium, Hamburg, 15.-18.-09.1996.


Fazit

Die mikrobielle Laugung ist zur Sanierung von Böden mit geeigneten Schwermetallspektren und mit nicht zu hohen Pufferkapazitäten prinzipiell einsetzbar. Vor allem erscheint die Reinigung großer Mengen homogener, gut wasserdurchlässiger Böden mit gut extrahierbaren Schwermetallen in Analogie zur Erzlaugung sinnvoll.
Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der branchentypischen Schwermetallbindungsformen sowie der Physiologie und Kultivierungsbedingungen der laugungsaktiven Organismen.
Die relativ hohen Kosten des Verfahrens erschweren zurzeit vor allem angesichts der verbreiteten Praxis der preisgünstigen Deponierung schwermetallkontaminierter Böden die Markteinführung.