Lexikon der Biologie



Bioremediation

Natürliche Bioremediation beschreibt die systemeigene Reinigungskraft. Hierbei werden schadstoffhaltige Kontaminationen durch Mikroorganismen abgebaut, die im betreffenden Ökosystem (Boden, Gewässer) vorhanden (autochthon) sind. Die zunächst geringe Zahl der hierzu fähigen Organismen nimmt im Verlauf der biologischen Nutzung der Schadstoffe zu. Das natürliche Reinigungsvermögen wird jedoch überfordert, wenn die Kontaminationen zu massiv für die autochthone Mikroorganismenpopulation sind. Natürliche Bioremediation kann zudem verzögert werden, wenn die Schadstoffe unter anaerobe Bedingungen gelangen. Neben der Verunreinigung des Grundwassers können dann Altlasten entstehen.

Ist die natürliche Bioremediation nicht ausreichend wirksam, so werden Verfahren der technischen Bioremediation zur Beseitigung oder Reduzierung der Schadstofflast eingesetzt. Zu den bevorzugten Maßnahmen der technischen Bioremediation gehört die Stimulierung der aeroben Atmung unter Zufuhr von Sauerstoff, z. B. durch Bodenauflockerung, sowie die Versorgung mit Ozon oder Wasserstoffperoxid. Anstelle von Sauerstoff können auch Elektronenakzeptoren (Redoxreaktionen) wie Nitrat oder Sulfat zugesetzt werden, die eine anaerobe Atmung ermöglichen. Um die Masse der zum Abbau der Schadstoffe notwendigen Mikroorganismen zu erhöhen, kann die Gabe von anorganischem Dünger (Quelle von Phosphor und Stickstoff) nützlich sein. So war eine einmalige anorganische Düngung ausreichend, um den Abbau der durch einen Tankerunfall ("Exxon Valdez") entstandenen Rohölverschmutzungen ("Ölpest") auf das Dreifache zu beschleunigen. Bedingt durch die auf diese Weise speziell angereicherte Population an Mikroorganismen, war die erhöhte Abbaurate auch noch nach dem Verbrauch der Zusätze zu registrieren. Prinzipiell ist die Aktivierung des Cometabolismus zum Abbau von Xenobiotika an die Zufuhr von Substraten gebunden, die für das Wachstum der hierfür spezialisierten Mikroorganismen notwendig sind. Um die Aufnahme von lipophilen Substanzen in die Zelle und damit die Bioremediation zu fördern, können Zusätze von Tensiden hilfreich sein.

Eine weitere Maßnahme der technischen Bioremediation umfaßt die Bioaugmentation. Dieser Begriff kennzeichnet die Beimpfung kontaminierter Standorte mit vorgezüchteten Mikroorganismen (Starterkulturen). Dabei kann es sich um speziell selektionierte Populationen, wie z. B. autochthone Populationen aus kontaminierten Standorten, oder auch um gentechnisch hergestellte Organismenformen handeln (Gentechnologie, transgene Organismen). Neuere Methoden der Bioremediation nutzen das cometabolische Potential ligninabbauender Basidiomyceten (Ständerpilze), die zusammen mit dem Abbau von Lignin auch andere umweltschädigende organische Verbindungen umsetzen können, sowie die Fähigkeit Höherer Pflanzen, verschiedene Substanzen aus der Rhizosphäre zu eliminieren. Bei der letztgenannten Phytoremediation ist eine Bodensanierung sowohl auf die Aktivitäten der Pflanzen selbst als auch auf die Aktivitäten von Mikroorganismen der Rhizosphäre zurückzuführen. Von besonderem Interesse ist die Phytoremediation im Falle der Bodensanierung von Xenobiotika und Schwermetallen durch Bäume, die mit ihren Wurzeln in tiefere Bodenschichten vordringen können. Kürzlich gelang es amerikanischen Wissenschaftlern, bakterielle Gene auf Pappeln zu übertragen (transgene Pflanzen), deren Genprodukte die Fähigkeit vermitteln, Quecksilbersalze in elementares Quecksilber umzuwandeln. Das Quecksilber aus dem sanierten Boden kann nun aus den Blättern der Pappeln verdampfen, gelangt dabei allerdings in die Atmosphäre.

Ex-situ-Bioremediation bezeichnet technische Verfahren, zu deren Durchführung kontaminierte Böden ausgehoben (ausgekoffert) werden und entweder neben dem Standort (on-site) oder nach dem Transport an einen anderen Standort (off-site) saniert werden. Die ausgehobenen Böden werden dazu häufig im Mietenverfahren in geschlossenen Räumen auf einem abgedichteten Untergrund gelagert und maschinell umgesetzt sowie belüftet. Werden die Mieten mit Wasser berieselt, so spricht man von Biobeeten. Alternativ können die Böden auch – gegebenenfalls nach Aufschwemmung in Wasser – in Bioreaktoren speziellen und damit aufwendigeren Sanierungsverfahren unterworfen werden.

In-situ-Bioremediation liegt vor, wenn die Maßnahmen zur Sanierung am Ort des Schadstoffeintrags durchgeführt werden. Verbreitet ist das Landfarming, wobei der kontaminierte Boden mit landwirtschaftlichen Geräten gelockert (belüftet) und mit Zusätzen, wie autochthonen Mikroorganismen oder Nährstoffen, versorgt werden kann. Landfarming kann gegebenenfalls auch ex-situ und damit auf einem abgedichteten Untergrund durchgeführt werden. Liegen die Schadstoffe in leicht flüchtiger Form vor, so können sie nach entsprechenden Abdichtungen des Bodens unter Vakuum abgesaugt werden. In diesem Falle wird eine Reinigung der Abluft notwendig, wofür dann wiederum biotechnologische Verfahren eingesetzt werden können (Biofilter, Biowäscher, Tropfkörper). Hydraulisch-biologische Maßnahmen sind einsetzbar, wenn die Schadstoffe in tiefere Schichten des Bodens bis zum Grundwasser eingedrungen sind. Dieser hydraulische Kreislauf ist jedoch gefährdet, wenn die Oxidation z. B. von reduzierten Eisenverbindungen zum Ausfällen von Eisenoxiden führt. J.O.





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