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Behandlung kontaminierter mariner Sedimente

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Von José Alfonso Álvarez González

Bioremediation ist der Prozess, bei dem Materialien zur kontaminierten Umgebung hinzugefügt werden, um biologisch saniert zu werden. Diese Entwicklung begann in den 1960er Jahren und wurde seit den 1980er und 1990er Jahren erfolgreich bei der Behandlung von mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden eingesetzt. Sie zeichnet sich durch eine kostengünstige und umweltfreundliche Technik aus.

Zusammenfassung

Aus dem Ingenito Ecological Reserve-Gebiet in der Bucht von Havanna werden Proben von Küstenboden entnommen, der mit benzinisierten Kohlenwasserstoffen kontaminiert ist, um im Labormaßstab Biobehandlungsexperimente nach der Methode der Biostimulation durchzuführen und die Bedingungen der Behandlung vor Ort zu simulieren. Unter Verwendung eines faktoriellen Systems von 23 wird bestimmt, welche Varianten (Kohlenwasserstoffkonzentration, Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Bagasse und Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Nährstoffen) eine höhere biologische Abbaugeschwindigkeit für die spätere Anwendung auf dem Gebiet liefern. Die Überwachung der einheimischen Bakterienpopulation des Bodens und die Produktion von CO2 werden durchgeführt. Gleichzeitig wird die biologische Abbaugeschwindigkeit über die Zeit bestimmt. Nach den 90 Tagen des Experiments wird die größte Abnahme der Kohlenwasserstoffe erhalten, wenn Bagasse und Nährstoffe für beide getesteten Kohlenwasserstoffkonzentrationen getrennt verwendet werden.

Einführung


Bioremediation ist der Prozess, bei dem der kontaminierten Umgebung Materialien zugesetzt werden, um sie biologisch zu sanieren (Head, 1998). Es zeichnet sich durch eine kostengünstige und umweltfreundliche Technik aus.

Diese Technik kann je nach Ort, an dem die Behandlung durchgeführt wird, in situ oder ex situ angewendet werden, wobei die Biostimulationsmethode angewendet wird, die auf der Zugabe von Nährstoffen zur Stimulierung des Wachstums autochthoner Mikroorganismen basiert, oder nach der Methode der Bioaugmentation, mit der Es werden exogene Mikroorganismen mit der Fähigkeit zum Abbau von Kohlenwasserstoffen zugesetzt. Entweder nach der einen oder anderen Methode ist der biologische Abbauprozess infolge einer besseren Kontrolle / Wirksamkeit abiotischer Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, Belüftung, Vermischung, Feuchtigkeit größer. und Biotika als Aktivität und Wachstum der Mikroorganismen, die den Prozess beeinflussen (Huddleston und Bleckmann, 1986; Infante und Arias, 1993; Ercoli, 2001).

Es ist wichtig zu beachten, dass der wirtschaftliche Faktor eine wichtige Rolle bei der Auswahl der zu verwendenden Methode sowie der gewünschten Geschwindigkeit für die Reinigung des Standorts spielt. Aus diesem Grund ist vor der Durchführung der Behandlung in großem Maßstab eine vorherige Untersuchung dieser Faktoren auf Laborebene für die spätere Anwendung vor Ort erforderlich.

Ziel dieser Arbeit ist es, im Labormaßstab die Variante zu bestimmen, die die höchste biologische Abbaugeschwindigkeit bietet, um mit Kohlenwasserstoffen kontaminierte Böden biologisch zu sanieren.

Materialen und Methoden

Probenahme

Mit Kohlenwasserstoffen kontaminierte Küstenbodenproben wurden an verschiedenen Stellen im Bereich des Ingenito Ecological Reserve in der Bucht von Havanna entnommen. Die Proben wurden in Form eines Sterns entnommen und später alle gemischt, um eine größere Homogenisierung und Repräsentativität derselben zu gewährleisten. Zur anfänglichen Bestimmung der chemischen Analysen wurde ein Teil der Verbundprobe gesammelt und in Nylonsäcken verpackt und bis zur Verarbeitung im Gefrierschrank aufbewahrt. Gleichzeitig wurde ein weiterer Teil der Probe zur mikrobiologischen Analyse abgetrennt. Der Rest wurde verwendet, um die Experimente aufzubauen.

Anzahl der Mikroorganismen

Für die mikrobiologische Analyse wurden 10 g Boden entnommen und mit Tween 80 in 100 ml Kochsalzlösung gelöst, um die Dispersion des Kohlenwasserstoffs aus den Bodenpartikeln zu erreichen. Nachdem diese Mischung geschüttelt worden war, wurden Reihenverdünnungen durchgeführt und ein Teil davon wurde auf ein Nähragarmedium geimpft. Nach 24 Stunden Inkubation wurden sie abgelesen (ISO 4833: 1991).

CO2-Produktion (Respirometrie)

Die Messung des pro Zeiteinheit in einem bestimmten Gebiet erzeugten CO2 ist ein indirektes Maß für den biologischen Abbauprozess, da die Atmungsaktivität von Bodenmikroorganismen während des Abbauprozesses organischer Verbindungen bewertet werden soll. Zu diesem Zweck wurde ein Kunststoffbehälter mit KOH (0,1 N) von einem anderen größeren Behälter so abgedeckt, dass ein Austausch mit der Außenumgebung vermieden wurde. Diese verbleiben 18 Stunden. Während dieser Zeit wird das durch biologische Aktivität freigesetzte CO2 von KOH adsorbiert, dieses wird mit HCl-Lösung (0,1 N) titriert und der Unterschied zwischen dieser Bewertung und der aus einem Blindwert erhaltenen ergibt die Milligramm des erzeugten CO2 pro m2 pro Stunde (Viale und Infante, 1997).

Chemische Analyse

Die Proben wurden homogenisiert, im Ofen getrocknet und durch ein Sieb mit einem Porendurchmesser von 2 mm gesiebt. Von hier wurde eine repräsentative Probe zur Analyse entnommen. Die Bestimmung von Fetten und Ölen wurde nach der Methode von Abboud S.A., 2000, und die Bestimmung der Gesamtkohlenwasserstoffe nach der APHA 5520F-Methode (APHA, 1991; APHA, 1995) durchgeführt.

Biotreatment-Experimente

Um die am besten realisierbare Variante auszuwählen, die im Pilotmaßstab verwendet werden soll, wurde ein semiquantitatives vollfaktorielles Design 23 durchgeführt, wobei als unabhängige Varianten die folgenden verwendet wurden:

X1:Kohlenwasserstoffkonzentration (1% und 3%)
X2:Präsenz - Abwesenheit von Bagasse
X3:Anwesenheit - Abwesenheit von Nährstoffen

Die Zusammensetzung jedes der Experimente ist in Tabelle 1 gezeigt. In allen Fällen betrug die Endmasse 2000 g und die Menge an Harnstoff und DAP wurde gemäß den Experimenten C / N = 60 und C / P = 800 bestimmt (siehe Anhang) wurden alle 2 oder 3 Tage manuell belüftet und regelmäßig angefeuchtet, um eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 80% aufrechtzuerhalten. Monatliche Probenahmen wurden zur Bestimmung von Fetten und Ölen und Gesamtkohlenwasserstoffen sowie zur Bestimmung von CO2 und bakteriologischer Zahl durchgeführt.

Tabelle 1. Zusammensetzung der Experimente.

Experiment1% HC (g)3% HC (g)Sauberer Boden (g)Nährstoffe (g)Bagasse (g)
HarnstoffDAP
1657.71555.6
21973.2666.7
3657.71505.650.0
41973.2616.750.0
5657.71555.62.540.49
61973.2666.72.540.49
7657.71505.62.540.4950.0
81973.2616.72.540.4950.0

DAP: Diaminophosphat (Dünger)

Statistische Analyse

Die ganze Erfahrung wurde mit 3 Wiederholungen durchgeführt. Nach der Analyse der Varianzähnlichkeit nach der Bartlett-Methode (Lerch, 1977) wurden die Dreifachklassifizierungsanalyse der Varianz und der Duncan-Mehrbereichsvergleichstest (Lerch, 1977) durchgeführt, bei denen die Mittelwerte, die sich nicht unterschieden und mit dem ausgedrückt wurden gleicher Brief. In allen Tabellen und Grafiken werden die Mittelwerte mit dem Konfidenzintervall für einen Signifikanzkoeffizienten von 5% angegeben. Die Ergebnisse wurden mit dem Statistikpaket STATGRAPHICS Plus verarbeitet.

Resultate und Diskussion

Verhalten mikrobieller Populationen

Tabelle 2 zeigt die monatlichen Ergebnisse der Bakterienkonzentrationen im Verlauf des Experiments. In allen Fällen liegt die Konzentration meist zwischen 106 und 107, akzeptable Werte für die Entwicklung von biologischen Abbauprozessen. Aus den in der Tabelle angegebenen Werten und der grafisch erhaltenen Verteilung (Abbildung 1) geht eine Abnahme der Konzentration nach 28 Tagen hervor, ein zu erwartendes Ergebnis, wenn man bedenkt, dass beim Mischen von sauberem Boden mit kontaminiertem Boden ein Teil der ursprünglichen Biota vorhanden ist Auf sauberem Boden kann es sich möglicherweise nicht an die neuen Bedingungen anpassen.

Tabelle 2. Colony Forming Units (CFU) pro Gramm Boden.

Experimentt = 0 Taget = 28 Taget = 60 Taget = 90 Tage
11.11×1075.44×1069.59×1066.76×106
22.60×1074.44×1061.56×1073.63×106
34.57×1071.52×1071.26×1071.07×107
41.57×1088.89×1075.22×1061.21×107
57.00×1064.22×1061.52×1072.12×106
61.67×1075.55×1065.56×1064.14×106
77.64×1075.55×1061.56×1073.69×107
85.94×1071.06×1073.84×1062.22×107

Im speziellen Fall von Experiment 3, 4, 7 und 8 werden die höchsten Anfangswerte beobachtet (0 - 60 Tage). Dies könnte durch das Vorhandensein von Bagasse gerechtfertigt sein, die ebenfalls zu Mikroorganismen beiträgt und eine bessere Sauerstoffversorgung des Bodens durch Verbesserung seiner Textur ermöglicht. Darüber hinaus begünstigt das Vorhandensein von Nährstoffen dieses Verhalten auch für die Experimente 7 und 8. Von 60 bis 90 sind die Werte der Bakterienkonzentration niedriger und bleiben bis zu 90 Tage stabil (Abbildung 1).


Abbildung 1. Verhalten von Bakterienpopulationen.

CO2-Produktion

Die respirometrischen Werte sind in 2 gezeigt, wobei zu erkennen ist, dass in allen Experimenten eine anfängliche Abnahme der CO2-Produktion beobachtet wird, was mit den in 1 erhaltenen Werten der koloniebildenden Einheiten bestätigt wird und auf die zurückzuführen ist Anpassung autochthoner Mikroorganismen an die neu auferlegte Umgebung. In allen Fällen werden jedoch typische Muster biologisch abbaubarer Prozesse beobachtet, die darauf hinweisen, dass ein Ölabbau stattfindet (Infante, 2001).


Figur 2. CO2-Produktion.

Chemische Analyse

In Tabelle 3 sind die Konzentrationsniveaus der zu verschiedenen Zeitpunkten erhaltenen gesamten Ölkohlenwasserstoffe angegeben, wobei zu beachten ist, dass 30 Tage nach Beginn des Experiments akzeptable Abbauwerte erhalten werden (mehr als 25%) (Infante, C, 1999). Dies garantiert, dass der durchgeführte biologische Abbauprozess effektiv ist und dass die Bodensanierung durch die Biostimulationstechnik für diese Art von Schadstoff und unter diesen Bedingungen rentabel ist (Infante, C; 1999).

Die höchsten Kohlenwasserstoffabbauraten nach 90 Tagen werden in den Experimenten 3 und 4 (mit Bagasse) und 5 und 6 (mit Nährstoffen) für 1 bzw. 3% Kohlenwasserstoffkonzentration erhalten. Dies stimmt jedoch nicht vollständig mit den Ergebnissen überein, die aus der Mikroorganismenzählung erhalten wurden, bei der die Experimente 5 und 6 die niedrigsten bakteriologischen Konzentrationen aufwiesen. Dies bedeutet, dass die hohen Werte in den koloniebildenden Einheiten für die anderen Experimente auf das Vorhandensein von heterotrophen Bagasse-Bakterien und nicht unbedingt auf den Abbau von Bakterien zurückzuführen waren.

Tisch 3. Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration, ausgedrückt in%

Experimentt = 0 Taget = 30 TageAbbaurate 30 Tage (%)t = 90 TageAbbaurate 90 Tage (%)
10.53600.330038.40.335037.5
22.24201.444035.51.499033.1
30.66900.376043.80.343048.7
42.35001.183049.61.157050.8
50.66400.329050.40.349047.4
62.15101.347037.41.094049.1
70.51000.344032.50.367028.0
81.87501.348028.11.048044.1

Es ist gut darauf hinzuweisen, dass die quantitative Bestimmung von Kohlenwasserstoffen im Boden komplex ist, da die meisten Techniken auf der Extraktion verschiedener Fraktionen durch Lösungsmittel beruhen. Die Löslichkeit dieser Fraktionen in verschiedenen Lösungsmitteln ist variabel. Abhängig von der Methode zur Bestimmung von Kohlenwasserstoffen werden daher unterschiedliche Werte erhalten, die für bestimmte Arten von Böden und Kohlenwasserstoffen sehr ausgeprägt sein können (Ercoli, 1999). Andererseits ist es schwierig, eine Probe zu entnehmen, wenn es um schwere Rohöle am Boden geht, und aus diesen Gründen werden in einigen Fällen nach 90 Tagen höhere Werte der Gesamtkohlenwasserstoffe erhalten als nach 30 Tagen. Die Werte sind jedoch immer kleiner als die zum Zeitpunkt Null erhaltenen.

statistische Analyse

Tabelle 5 analysiert die Ergebnisse 90 Tage nach Beginn des Experiments.

Tabelle 5. Unterschiede in den Abbauraten nach 90 Tagen

ExperimentAbbaurate 90 Tage (%)
137,5 b
233,1 c
348,7 a
450,8 bis
547,4 a
649,1 a
728,0 d
844,1 ab

Wenn die zwischen den Variablen 3, 4, 5 und 6 erhaltenen Ergebnisse berücksichtigt werden, gibt es aus statistischer Sicht keine signifikanten Unterschiede für eine 95% ige Zuverlässigkeit der Werte. Die Unterschiede sind für die Varianten 1 und 2 angegeben, bei denen keine Nährstoffe oder Bagasse zur Erleichterung des biologischen Abbaus vorhanden sind, und für die Varianten 7 und 8, da nicht abbauende Heterotrophe aufgrund des Vorhandenseins von beiden bevorzugt werden.

Für die Varianten 3 und 4 sind die Werte aufgrund des Beitrags der Bagasse-Mikroorganismen und weil die Bodenbelüftung bevorzugt wird, und für die Varianten 5 und 6 aufgrund des Vorhandenseins von Nährstoffen, die die autochthonen abbauenden Mikroorganismen stimulieren, höher.

Im Allgemeinen könnte jedoch jede Variante angewendet werden, da in den 8 Experimenten zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden. Aus wirtschaftlicher Sicht wäre die beste Variante 1 und 2, bei denen nur sauberer Boden mit kontaminiertem Boden gemischt wird.

Schlussfolgerungen

  1. Die statistische Analyse der Experimente mit betroffenem Boden aus dem Ingenito-Gebiet ergab, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den verwendeten Varianten gibt.
  2. Die höchsten biologischen Abbauraten werden erzielt, wenn Konditionierungsmaterial und Nährstoffe für beide Kohlenwasserstoffkonzentrationen getrennt verwendet werden.
  3. Der Biobehandlungsprozess ist für diese Art von Boden und Schadstoff wirksam.

Empfehlungen

Der Küstenboden des Gebiets des ökologischen Schutzgebiets der Bucht von Havanna kann durch getrenntes Mischen mit sauberem Boden und Bagasse oder Nährstoffen gewonnen werden, um Kohlenwasserstoffe besser zu entfernen. Die Verwendung des einen oder anderen hängt von den wirtschaftlichen Bedingungen ab. Eine sanitäre Sanierung des Bodens mit landwirtschaftlichen Geräten ist jedoch nicht ausgeschlossen. In diesem Fall würden die gleichen Ölentfernungswerte erhalten, jedoch in einer längeren Zeit.

* Lizenz Esther Ramos Padrón, MSc José Alfonso Álvarez González, Lizenz Ana Núñez Clemente, Tec. Gisela Novoa Rodríguez, Lizenz Sandra Miller Palmer

Erdölforschungszentrum

Washington # 169, Cerro, Havanna-Stadt, Kuba

Literaturverzeichnis

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APHA. (1992) Standardmethoden zur Untersuchung von Wasser und Abwasser. 17. Aufl. Ausgaben Díaz de Santos S. A., Madrid
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Cheesy, E.; Calleja, C. (2000) Bioremediation von mit Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden. EU. Mendoza Argentinien.
Ercoli, E.C. (1999) Bioremediation stark kontaminierter Böden. INGEPET 99, Lima, Peru, 1999.
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Head, J (1998) Bioremediation zu einer glaubwürdigen Technologie. Microbiol. 144: 599 & ndash; 608 Huddleston, R. L. und Bleckmann, J. R. (1986) Landbehandlung Biologischer Abbauprozess in der Landbehandlung: Eine Alternative zur Entsorgung gefährlicher Abfälle. Herausgegeben von Raymond C. Loehr und Joseph F.
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Lerch, G (1977) Experimente in den biologischen und landwirtschaftlichen Wissenschaften. Technical Scientific Ed. Havanna.
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