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Lexikon der Biologie: Bioremediation

Bioremediation w [von *bio –, engl. remedy = Heilmittel], Prozeß der Umwelt-Biotechnologie zur Entgiftung oder Eliminierung umweltbelastender Verunreinigungen unter Nutzung der biologischen Katalyse. Bioremediation ( vgl. Infobox ) wird eingesetzt, um Böden, Grundwasser, Abfälle aus der Industrie oder Erdölschlämme aus Raffinerien von Kontaminationen zu sanieren. Außer der Eliminierung durch Mineralisation und der Detoxifikation (Entgiftung) durch Biotransformation trägt auch die irreversible Festlegung der Schadstoffe im Zuge der Humifizierung zur Sanierung (Biosanierung) bei. Beispiele für umweltbelastende organische Substanzen sind aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe aus der Erdöl- und Kohlechemie (Teer) sowie Xenobiotika (Fremdstoffe), die normalerweise in der Natur nicht vorkommen. Den größten Anteil der umweltbelastenden Xenobiotika umfassen chlororganische Verbindungen (Chlorchemie), die als Lösungsmittel, Agrochemikalien, Herbizide, Pestizide oder Holzschutzmittel in großem Umfang in die Umwelt gelangen. Außer den chlorierten Verbindungen gehören auch Nitroaromaten wie Trinitrotoluol (TNT, Sprengstoff) zu den Xenobiotika. Während Erdöl ( vgl. Abb. ) und Kohle natürlich entstanden sind und ihre Komponenten deshalb als Naturstoffe grundsätzlich biologisch abbaubar (Abbaubarkeit) sind, gilt in der Regel für Xenobiotika, daß sie um so besser abgebaut (Abbau) werden können, je ähnlicher sie Naturstoffen sind. Viele chemisch synthetisierte Verbindungen können im Zuge eines als Cometabolismus bezeichneten Vorgangs eliminiert werden. Hierbei werden für das Wachstum nicht verwertbare Substanzen abgebaut, indem für das Wachstum geeignete Substrate und für das Wachstum erforderliche Enzyme und Cofaktoren mitgenutzt werden. – Der Abbau von Schadstoffen ist durch zahlreiche Pilze sowie aerobe und anaerobe Bakterien möglich. In der Regel verläuft der Metabolismus unter Aerobiose jedoch rascher als unter Anaerobiose. Bei der für den Abbau notwendigen Aufnahme der oft lipophilen Schadstoffe in die hydrophile Zelle müssen Phasengrenzen überwunden werden ( vgl. Infobox ). Hierzu sind zwei Möglichkeiten ausgeprägt: die Adhäsion der Zellen an lipophile Substrate über lipophile Bausteine der Zelloberfläche sowie die Ausscheidung oberflächenaktiver Substanzen (Biodetergentien).

J.O.

Lit.: Fritsche, W.: Umwelt-Mikrobiologie. Jena 1998. Knorr, C., Schell, T.v.: Mikrobieller Schadstoffabbau. Ein interdisziplinärer Ansatz. Wiesbaden 1997.




Bioremediation

Hydraulisch-biologische Maßnahme zur Bioremediation einer Erdöl-Kontamination des Bodens.
Das Erdöl versickert in den Boden und schwimmt auf dem Grundwasser. Mit Hilfe von Schluckbrunnen können gegebenenfalls Elektronenakzeptoren wie Sauerstoff (bzw. Ozon oder H2O2) oder Nitrat an den Ort der Kontamination gebracht werden. Diese Elektronenakzeptoren ermöglichen es den Mikroorganismen, eine an die Atmung gekoppelte Dissimilation der Schadstoffe durchzuführen (aerobe und anaerobe Atmung). Gleichzeitig lassen sich über die Schluckbrunnen Maßnahmen der Bioaugmentation, wie das Einbringen von Populationen autochthoner Mikroorganismen, durchführen. Über einen in Strömungsrichtung unterhalb des Schluckbrunnens gelegenen Förderbrunnen läßt sich ein Durchströmen des kontaminierten Bodens und Grundwassers, verbunden mit dem Abpumpen der Schadstoffe, erreichen. Je nach Umfang der Kontamination werden mehrere solcher Schluckbrunnen eingebracht. Oberhalb eines Schluckbrunnens kann ein weiterer Brunnen eingebracht werden, mit dem erreicht wird, daß das Nitrat-beladene Wasser in Richtung des Förderbrunnens strömt. Das abgepumpte, noch mit Schadstoffen beladene Wasser kann abwassertechnisch ex-situ weiter aufgereinigt werden.

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