DE69711105T2

DE69711105T2 - Vorrichtung zum Abbau vond Schadstoffen, Verfahren zum Reinigen eines verunreinigten Mediums und Verfahren zum Abbau von Schadstoffen

Info

Publication number: DE69711105T2
Application number: DE69711105T
Authority: DE
Inventors: Yuji Kawabata; Toshiyuki Komatsu; Yukitoshi Okubo; Masanori Sakuranaga; Kazumi Tanaka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: US5866003A; JP3420460B2; EP0801033A2; EP0801033B1; EP0801033A3; JPH09327686A; DE69711105D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mikrobiologischen Abbauen eines Schadstoffs, ein Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung eines einen Schadstoff enthaltenden Mediums und ein Verfahren zum mikrobiologischen Abbauen eines Schadstoffs.

Verwandter Stand der Technik

Bisher gab es ein schwerwiegendes Problem in der Umweltverschmutzung, das durch Kohlenwasserstoffe, wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Paraffin und Naphthen oder organische Chlorverbindungen, wie Trichlorethylen, Tetrachlorethylen und Trichlorethan, verursacht wird.
Viele dieser Verbindungen dringen in die Böden ein und werden nicht abgebaut, so dass sie sich allmählich im Grundwasser lösen und damit die Kontamination in das Grundwasser ausgestreut wird.
Es gab daher einen starken Wunsch, eine Technologie zur Verhinderung dieser ernsthaften Umweltverschmutzung, zur Wiederherstellung der Umwelt, die bereits kontaminiert worden ist, das heißt zur Wiederherstellung der Umwelt in den ursprünglichen Zustand zu entwickeln.
Beispiele für Technologien auf dem Gebiet der Wiederherstellung der Umwelt sind eine Belüftungsbehandlung, bei der kontaminiertes Grundwasser abgepumpt wird und flüchtige organische Verbindungen vom Wasser abgetrennt und durch Aktivkohle adsorbiert werden, eine Wärmebehandlung, bei der der kontaminierte Boden der Sonne oder eine Wärmequelle ausgesetzt wird, um flüchtige organische Substanzen durch die Hitze zu verdampfen, ein Vakuumextraktionsverfahren, bei dem ein Bohrloch in die kontaminierte Erde eingeführt wird und der Schadstoff unter Vakuum abgesaugt wird oder eine Vakuumpfannenbehandlung, bei der die kontaminierte Erde in eine Vakuumpfanne gegeben wird und erhitzt sowie abgesaugt wird, um den Schadstoff zu extrahieren.
Diese physikalischen und chemischen Behandlungen können insbesondere für die lokale Kontamination hoher Konzentration effektiv sein, allerdings nicht für großräumige Kontaminationen in geringer Konzentration im Hinblick auf die Verbesserung der Prozessgeschwindigkeit oder Kostenreduktion.
Außerdem erfordern diese organische Substanzen, die mit der Aktivkohleadsorption aufgefunden werden, eine weitere Behandlung, um in harmlose Substanzen umgewandelt zu werden, weil diese Substanzen in der Regel schwer abzubauen sind.
Erst kürzlich ist eine Biobehandlung unter Verwendung von Mikroorganismen als Technologie zur Bodenwiederherstellung untersucht worden, um die vorgenannten Probleme mit diesen physikalischen und chemischen Behandlungen zu überwinden.
Bei den Verfahren mit Mikroorganismen für den Abbau des Schadstoffs, insbesondere Mikroorganismen, die im Boden leben, wurde erwartet, dass die Wiederherstellung durch natürliche Energie und wenig Energieeingabe durchgeführt werden kann, und dass der Abbau zu den Endprodukten Wasser und Kohlenstoffdioxid fortschreitet.
Mit dieser Erwartungshaltung hat die Biowiederherstellung in der letzen Zeit Bedeutung erlangt.
Es gibt viele Mikroorganismen, die dafür bekannt sind, Verbindungen, wie aromatische Kohlenwasserstoffe und organische Chlorverbindungen, die sich schwierig abbauen lassen, und Schadstoffe aus dem Boden und Grundwasser abzubauen. Ebenso sind fast alle Substanzen, die der Mikroorganismus benötigt, bekannt. Diese Substanzen bestehen aus Gas, Flüssigkeit oder Feststoffen. Wenn allerdings diese Substanzen sorglos an die mit Schadstoffen verschmutzte Umwelt gegeben wird, und sie in übergroßen Mengen verwendet werden oder keine ausreichend ausgewogene Zugabe erfolgte, können sie die verschiedenen Ökosysteme in der Umwelt negativ beeinflussen oder eine entsprechende Biowiederherstellung blockieren. Außerdem ist eine große Anlage erforderlich, um extern die genaue Zuführung dieser Substanzen in den Boden zu steuern, wobei die primäre Aufgabe der Biowiederherstellung, die natürliche Kraft soweit wie möglich auszunutzen, verloren gehen kann.
Herkömmliche Methoden der Biowiederherstellung werden je nach dem Verfahren des Einführens der abbauenden Mikroorganismen wie folgt eingeteilt.
Die einfachste Methode wird "Biofarming" genannt, wobei die kontaminierte Erde dahingehend gequält wird, dass sie mit Sauerstoff gesättigt wird, wodurch die Mikroorganismen im Boden aktiviert werden und den Schadstoff abbauen. Dieses Verfahren steht dafür, dass "fast jede Substanz im Boden seine Mikroorganismen für den Abbau besitzt", und die Mikroorganismen werden verwendet, ohne dass sie insbesondere spezifiziert sind.
Dieses Verfahren ist effektiv, wenn der Schadstoff leicht durch Mikroorganismen abbaubar ist und relativ oberflächlich im Boden, nahe der Oberfläche, vorhanden ist. Beispielsweise kann es effektiv angewendet werden bei der Verschmutzung mit hydrophoben Kohlenwasserstoffen mit relativ geringer spezifischer Dichte oder Pflanzenölen angewendet werden.
Die "Biostimulation" verwendet ebenfalls einheimische Mikroorganismen, allerdings werden dem kontaminierten Boden Nährstoffe und Sauerstoff zugeführt, um die einheimischen Mikroben, die im kontaminierten Boden leben, für den Schadstoffabbau zu aktivieren. Beispielsweise wird dieses Verfahren oftmals für die Reinigung von Boden, der mit Erdöl kontaminiert ist, verwendet. In diesem Fall werden Nährstoffe, die nicht auf eine Kohlenstoffquelle zurückgehen, von außerhalb eingegeben, um das Wachstum und die Aktivität der Mikroben aufrecht zu erhalten und den Schadstoff, das heißt, das Erdöl abzubauen.
Demzufolge besteht das technische Problem dieser Wiederherstellungsmethoden in der Zuführung von Sauerstoff und Nährstoffen, die Stickstoff und Phosphor enthalten und knapp sind. Als ein ähnliches Verfahren mit abbauenden Mikroben gibt es den Aktivschlammprozess, der in der Abwasserbehandlung eingesetzt wird. Das Aktivschlammverfahren ist, obwohl es kein Bodenwiederherstellungsverfahren ist, technisch ähnlich dem oben erwähnten Verfahren. Bei der Abwasserbehandlung ist das Abwasser in der Regel reich an Nährstoffen für die Mikroorganismen, nicht nur im Hinblick auf die Kohlenstoffquelle, sondern ebenfalls im Hinblick auf Stickstoff- und Phosphorverbindungen. Daher ist eine Sauerstoffzuführung für die Reinigung kritisch. Bei diesen Verfahren werden die heimischen Mikroorganismen, die für die wiederherzustellende Umwelt geeignet sind, aktiviert, wobei allerdings die Mikroorganismen oftmals nicht spezifiziert sind.
Andererseits können flüchtige organische Chlorverbindungen, die stark in den Boden eindringen und kaum abzubauen sind, nicht ohne weiteres durch die einheimischen Mikroben abgebaut werden. Mit anderen Worten sind manchmal keine abbauenden Mikroben vorhanden, weil diese Verbindungen künstliche Verbindungen sind, die es in der Natur nicht gibt. Selbst wenn Abbaumikroben für diese Verbindungen vorhanden wären, dann wäre die Lokalisierung tief im Boden für das Wachstum dieser Mikroben nicht geeignet. Hier gibt es die Biovermehrungsmethode, die dadurch charakterisiert ist, dass ein Mikroorganismus mit der ausgewählten Fähigkeit, die kaum abbaubare Substanz abzubauen, kultiviert wird und an die kontaminierte Region zusammen mit funktionalen Materialien, die für das Wachstum und den Abbau notwendig sind, zugeführt wird.
In jedem der Verfahren ist das allgemeine technische Problem der Zuführung von Nährstoffen und Sauerstoff an die kontaminierte Region gleich. In der Regel wird Luft für die Sauerstoffzufuhr verwendet, und die Nährstoffe werden als wässrige Lösung zugeführt.
Da die im Boden lebenden Mikroben an einem Feststoff haften oder in einer Flüssigkeit suspendiert sind, werden nicht alle zugeführten flüssigen Nährstoffe oder der gasförmige Sauerstoff durch die Schadstoff abbauenden Mikroorganismen genutzt, und ein Teil der Nährstoffe und des Sauerstoffs wird von anderen Mikroorganismen verwendet, die nicht am Abbau des Schadstoffs beteiligt sind, oder er muss aus dieser Region entfernt werden oder verbleibt unverbraucht, was zu einem Abfall der Leistung führt.
Der Verbrauch der zugeführten Nährstoffe durch die Mikroorganismen, die nicht am Abbau des Schadstoffs teilhaben, bedeutet nicht nur, dass es einen Verlust an Nährstoffen gibt, sondern es bedeutet ebenfalls einen größeren. Sauerstoffverbrauch durch die aktivierten Mikroorganismen, die nicht am Abbau teilhaben, was die Aktivität der Abbaumikroorganismen behindert. Bei der Gaszuführung gibt es das gleiche Problem. Wenn außerdem die Nährstoffe und der Sauerstoff, die ohne weiteres durch die Mikroorganismen genutzt werden können, gleichzeitig zugeführt werden, kommt es zu einem drastischen Wachstum und Aktivierung der Mikroorganismen innerhalb einer kurzen Zeit, allerdings gibt es keine Übereinstimmung mit der langsamen Verbreitung des Schadstoffs in der Region, was zu einem geringen Leistungsvermögen und einer kurzen effektiven Dauer des Bioabbaus führt. Der Nährstoffverlust in das Grundwasser muss ebenfalls beachtet werden, weil er ein zweites Umweltverschmutzungsproblem hervorrufen kann.
Bisher ist kein entsprechender Weg aufgezeigt worden, um diese Probleme zu lösen.
Nach herkömmlichen Methoden für die Eingabe von Nährstoffen in den Boden werden die Nährstoffe in Wasser gelöst, und die wässrige Lösung wird direkt über den kontaminierten Boden verteilt oder mit Druck durch eine Röhre, die sich im Boden befindet, geschickt. Beispielsweise ist in der DE 36 21 313 C2 (1986. 6. 25 Chemic Fabrik, Dr. Worbs KG) ein Verfahren beschrieben, worin anorganische Fertilisatoren (Na&spplus;, K&spplus; und dergleichen, Stickstoff-, Schwefel- und Phosphorionen, B, Mn, und Cu und dergleichen) wiederholt auf den kontaminierten Boden von der Oberfläche aufgetragen werden, und Wasserstoffperoxid und Nitrat in den Boden als anorganisches Oxidationsmittel gegeben werden oder Luft (Sauerstoff) in den Boden geblasen wird, um die Bodenmikroorganismen für den Abbau des Schadstoffs zu aktivieren. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, eine geeignete Menge der Nährstoffe entsprechend der Abbauaktivität der Abbaumikroorganismen zuzuführen, und es ist notwendig, die Zuführungsmenge zu steuern, indem die Aktivität der Mikroorganismen im Boden überwacht wird. Nach diesem Verfahren können die Nährstoffe mit den nicht abbauenden Mikroorganismen geteilt werden, so dass die Eingabeeffizienz der funktionalen Materialien verringert werden kann, oder die überschüssigen Nährstoffe und dergleichen freigesetzt werden können.
In dem USP 5,080,782 und DE 39 37 593 C1 ist eine Schadstoffabbaumethode vorgeschlagen worden, worin Grundwasser durch eine Vielzahl von Löchern, die im kontaminierten Boden vorgesehen sind, gepumpt wird und das Grundwasser in einem Bioreaktor oder einem Wasseraufbewahrungstank behandelt wird und dann in den kontaminierten Boden zurückinjiziert wird. Dieses Verfahren ermöglicht die genaue Überwachung des Zustands des kontaminierten Grundwassers, und die Mikrobenaktivitätsfunktion kann in geeigneter Weise in einem Bioreaktor gesteuert werden. Allerdings muss eine sophistische Anlage im Boden vorgesehen werden, und es ist eine kontinuierliche Kontrolle erforderlich, was somit die Vorteile der in situ Biowiederherstellung, bei der die natürliche Wiederherstellungsleistung ausgenutzt wird, zunichte macht.
Im USP 4,401, 569 ist ein Verfahren beschrieben, worin ein Gas und Nährstoffe in einen Bereich eingegeben werden, der mit halogenierten Kohlenwasserstoffen kontaminiert ist. Das Grundwasser wird aus der Region durch einen Drainagegraben entfernt, und die schadstoffabbauenden Mikroben im Boden werden aktiviert. Wie bei den oben erwähnten herkömmlichen Methoden werden die Nährstoffe und das Gas als Flüssigkeit gesehen, und eine große Menge davon wird bei diesem Verfahren im Kreislauf geführt. So hat ebenfalls dieses Verfahren die oben erwähnten Nachteile dahingehend, dass es großräumige Gerätschaften auf dem Boden erfordert und dass die Umsetzung des zugeführten Materials gering ist, weil die Nährstoffe, die in weite Regionen gegeben werden, die Proliferation der nicht abbauenden Mikroorganismen ermöglicht.
Die Zuführung von Sauerstoff und Nährstoffen an die Mikroorganismen im Boden durch die Ausbreitung von natürlicher Luft und Wasser ist ähnlich der Zuführung von Fertilisatoren in der Landwirtschaft. In der Landwirtschaft können wasserlösliche Nährstoffe, wie chemische Fertilisatoren, direkt an die Pflanzen gegeben werden, während einige organische Fertilisatoren, wie Dünger, erst einmal durch die Mikroorganismen im Boden metabolisiert werden und die erhaltenen Metaboliten allmählich durch die Pflanzen verbraucht werden. Die erstgenannte Methode reagiert schnell, während die letztgenannte relativ langsam wegen der Vermittlung der Mikroorganismen reagiert. In diesem Zusammenhang sind langsam reagierende chemische Fertilisatoren vorgeschlagen worden, die die Nährstoffe langsam freisetzen. In dem USP 4,657,576 von Johannes Lambie et al. wird ein langsam abgebender chemischer Fertilisator, der aus in einem Wachs dispergierten Harnstoff besteht, beschrieben. Im USP 3,300,293 und USP 3,252,786 von Andrew Bozzelli et al. ist ein chemisch er Fertilisator mit einer Epoxidpolyesterharzbeschichtung vorgeschlagen worden. Dieses Mittel für die Wiederherstellung durch Mikroben, um den Bestandteil, der schnell in Flüssigkeit reagiert, langsam reagierend zu machen, ist in der WO91/19039 (1990 6. 8, Grace Sierra Horticultural Products Company) besch rieben, worin ein wasserlösliches Nährmittel mit Leinsamenöl und einem Dichlorpentagenharz verkapselt wird und dieses dann in den kontaminierten Boden gegeben wird. Das Ziel dieses Vorschlags ist ein permanenter Schadstoffabbau durch die Mikroorganismen.
Bei diesem Verfahren ist die Aufrechterhaltung des Zuführens der Nährstoffe verbessert worden, allerdings hat es den gleichen Nachteil, dass der Nährstoff in flüssiger Form insoweit abgegeben wird, dass die Nährstoffe mit nicht abbauenden Mikroorganismen in der Umgebung, die nicht am Schadstoffabbau teilnehmen, geteilt werden.
Es gab ebenfalls einen Vorschlag aus anderer Sicht, bei dem immobilisierte Mikroorganismen und Nährstoffe in einem Strom einer mit Schadstoff belasteten Flüssigkeit vorgesehen werden.
Das USP 4,810,385 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser, bei dem in einem Abwasserstrom ein Behälter aus einer porösen Packung, worin sich eingeschlossen eine getrocknete Mikrobenkultur befindet, vorgesehen wird.
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0073675 beschreibt ein kontinuierliches Fermentationsverfahren, bei dem kontinuierlich ein Material durch einen immobilisierten Mikroorganismus in einem Bioreaktor gegeben wird, ein die Produktivität einschränkendes Nährmittel in mindestens einen Teil des Stroms aus dem Bioreaktor kontinuierlich gegeben wird und kontinuierlich mindestens ein Teil des Nährstoffs angereicherten Stroms in den Bioreaktor wieder zugeführt wird und der Teil des Stroms, der nicht zu rückgeführt wird, verworfen wird oder für eine weitere Verarbeitung abgezogen wird. Dieses Verfahren nutzt die Nährstoffe nicht effizient, weil der Nährstoff angereichte Strom verworfen oder weiter verarbeitet werden kann, ohne dass an den Mikroorganismus zurückgeführt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme durchgeführt worden, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung für den Abbau eines Schadstoffs zur Verfügung zu stellen, die vorzugsweise Mikroorganismen aktivieren kann, die den Schadstoff abbauen können.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Reinigung eines kontaminierten Mediums zur Verfügung zu stellen, worin die Abbauaktivität der Schadstoff abbauenden Mikroorganismen für eine lange Zeit aufrechterhalten wird und die Reinigung des Mediums, das den Schadstoff enthält, effizient durchgeführt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Abbauen eines Schadstoffs zur Verfügung zu stellen, das die Aufrechterhaltung der Schadstoffabbauaktivität des Mikroorganismus für einen langen Zeitraum und den effektiven Abbau des Schadstoffs im Medium ermöglicht.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abbau eines Schadstoffs zur Verfügung gestellt, um ein Medium, das den Schadstoff enthält, durch Verwendung eines Mikroorganismus zu reinigen, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Behälter mit einem ersten Bereich, der einen Mikroorganismus enthält, welcher den Schadstoff abbauen kann, worin der Behälter eine erste Öffnung zum Einführen des Mediums in den Behälter und eine zweite Öffnung zum Ableiten des Mediums, das durch den ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich gegangen ist, aus dem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter weiterhin einen zweiten Bereich, der ein Material in fester oder halbfester Form für eine gesteuerte langsame Freisetzung von Sauerstoff und/oder Nährstoffen für den Mikroorganismus aufweist, wobei der zweite Bereich zwischen der Ersten Öffnung und dem ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich vorgesehen ist und der zweite Bereich vom ersten Bereich getrennt ist.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Reinigung eines Flusses eines Mediums, das einen Schadstoff enthält, zur Verfügung gestellt, dass die Schritte aufweist: Vorsehen einer Vorrichtung zum Abbau eines Schadstoffs, die einen Behälter, in dem ein erster Bereich, der einen Mikroorganismus, welcher den Schadstoff abbauen kann, enthält, aufweist, worin der Behälter eine erste Öffnung zum Einlassen des Mediums in den Behälter und eine zweite Öffnung zum Ablassen des Mediums, das durch den ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich gegangen ist, aus dem Behälter aufweist, gekennzeichnet durch Vorsehen eines zweiten Bereichs, der ein Material in fester oder halbfester Form für die gesteuerte langsame Freisetzung von Sauerstoff und/oder Nährstoffen für den Mikroorganismus enthält, in dem Behälter, wobei der zweite Bereich zwischen der ersten Öffnung und dem ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich lokalisiert wird und der zweite Bereich vom ersten Bereich abgetrennt wird und Lokalisieren der Vorrichtung für den Abbau des Schadstoffs in dem Mediumfluss, so dass der Schadstoff in den Behälter durch die erste Öffnung einfließt.
Nach einem weiteren, anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abbau eines Schadstoffs zur Verfügung gestellt, wobei ein Mikroorganismus, der den Schadstoff abbauen kann, in einen Mediumstrom, der den Schadstoff enthält, gegeben wird, das die Schritte aufweist: Eingeben eines Materials in fester oder halbfester Form für die gesteuerte langsame Freisetzung von Sauerstoff und/oder Nährstoffen für den Mikroorganismus in dem Mediumstrom und Anordnen des Mikroorganismus im Mediumstrom stromabwärts vom Material, wodurch der Schadstoff durch den Mikroorganismus abgebaut wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht für ein Beispiel des erfindungsgemäßen Experimentalbehälters.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht für ein Beispiel des erfindungsgemäßen Experimentalbehälters.
Fig. 3 ist ein Graph, der die Änderung der Trichlorethylenkonzentration mit der Zeit (Tage) zeigt.
Fig. 4 ist eine Kurve, die die Änderung der Trichlorkonzentration mit der Zeit (Tage) zeigt.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, die die Experimentalvorrichtung, die in dem erfindungsgemäßen Beispiel verwendet wird, erläutert.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der Stoffwechsel, mit dem die Bodenkontamination im wesentlichen die Umwelt beeinflusst, hängt von den Eigenschaften des Schadstoffs und den Kontaminationsbedingungen ab. Wenn die organischen Chlorlösungsmittel in den Boden eindringen, was in den letzten Jahren ein besonders ernstes Problem darstellte, dann dringen sie tief in den Grund ein und lösen sich allmählich im Grundwasser und wandern mit dem Grundwasser mit und bewirken somit eine Ausstreuung der Kontamination. Daher wird oftmals die Umweltverschmutzung nicht bemerkt, bis das Grundwasser im Stromabwärtsbereich direkt genutzt wird oder bis der Unterlaufstrom emporsteigt oder weiter in einen Fluss oder dergleichen einfließt. In einem hoch verschmutzten Bereich verdampft der Schadstoff und verursacht ebenso eine Luftverschmutzung. Bei jeder Verschmutzung ist das Problem, dass sich der Schadstoff in flüssiger Form ausbreitet und sich die Umweltverschmutzung damit vergrößert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen des kontaminierten Mediums beim Durchgang eines natürlichen oder künstlichen Mediumstroms.
Bei der Anwendung auf eine Verschmutzung, die durch Grundwasserfluss verbreitet wurde, wird das verschmutzte Wasser gereinigt, indem es durch eine wasserdurchlässige Stelle geht, die den Mikrobenabbau im Strom ermöglicht. Bei der Anwendung auf verschmutztes Gas, das bei der Vakuumextraktion oder Belüftung von verschmutztem Grundwasser frei wird, wird die Reinigung durchgeführt, indem das Gas durch die gasdurchlässige Mikrobenabbaustelle geht.
Wenn organische Chlorlösungsmittel mit hoher spezifischer Dichte, tiefem Untergrund, bioabgebaut werden sollen, umfassen notwendige Materialien dafür zunächst den Mikroorganismus, der diese Substanzen abbauen kann. Da bei herkömmlichen einheimischen Mikroorganismen kaum ein Mikroorganismus vorhanden ist, der künstlich synthetisierte und stabile Materialien abbauen kann, wird in den erfindungsgemäßen Beispielen der Schadstoff abhauende Mikroorganismus von außen zugeführt. Dann ist Sauerstoff notwendig, wenn der Mikroorganismus aerob ist. Die Sauerstoffzuführung ist wichtig, weil das Grundwasser und die Grundluft oftmals kleinere Mengen Sauerstoff als die Atmosphäre enthalten, und der Sauerstoffverbrauch erhöht sich, wenn der Mikroorganismus aktiviert ist. Die Nährmittel sind ebenfalls zur Aktivierung des Mikroorganismus erforderlich. Nährstoffe umfassen Stickstoff, Phosphor und Kohlenstoff und Mineralien. In einer üblichen Mikroorganismuskultur wird Luft für den Sauerstoff zugeführt, und die Nährstoffe werden in Form von wasserlöslichen Materialien zugeführt. Die vorliegende Erfindung soll einige Punkte der herkömmlichen Verfahren verbessern und Materialien für das Wachstum und die Aktivierung des Mikroorganismus, was bei den aktuellen Bioabbauprozessen eher schlecht funktioniert, zuzuführen.
Die unselektive Luftzuführung in die kontaminierte Region birgt drei Probleme. Erstens, wenn der Schadstoff eine flüchtige Substanz ist, ermöglicht die zugeführte Luft die Verdampfung des Schadstoffs. Demzufolge muß die Belüftung auf der Basis einer sorgfältigen Berechnung des Abbaus, der durch die Mikroorganismen und die physikalische Freisetzung des Schadstoffs verursacht wird, durchgeführt werden. Dieses kann im Fall einer geschlossenen Umgebung bei bestimmten Bedingungen möglich sein, allerdings ist es bei einem freien System notwendig, eine Maßnahme vorzusehen, um mit dem flüchtigen Schadstoff, der aus dem System freigesetzt wird, zurechtzukommen. Zweitens wird die Luft durch die unselektive Luftzuführung auch einheimischen Mikroorganismen zugeführt, so dass die Nutzung der Luft durch die Schadstoff abbauenden Mikroorganismen erniedrigt wird, oder in einigen Fällen wird die Aktivität der Schadstoff abbauenden Mikroorganismen inhibiert. Drittens kommt es bei der Zuführung einer großen Menge Luft oder bei der kontinuierlichen Luftzuführung zu einem Anstieg der Größe und der Betriebskosten der Gerätschaften.
Eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass, ein Material, das für den Mikroorganismus für den Abbau des Schadstoffs, wie Sauerstoff, erforderlich ist, langsam in eine Region geführt wird, wo der abbauende Mikroorganismus vorhanden ist. Erfindungsgemäß ermöglicht der Sauerstoff eine Comigration stromabwärts mit dem Schadstoff in die Region, in der der Schadstoff abbauende Mikroorganismus vorhanden ist, anstelle der sofortigen Zuführung von Sauerstoff an den abbauenden Mikroorganismus. In einem beispielhaften Prozess wird eine Region, die einen Schadstoff abbauenden Mikroorganismus enthält, in einem Mediumstrom, das den Schadstoff enthält, vorgesehen und ein funktionales Material, das Sauerstoff freisetzt, wie ein fester Sauerstoffdonor oder ein Sauerstoffdonor in Feststoffform, wird stromabwärts vorgesehen.
Beispiele für einen Sauerstoffdonor in Feststoffform umfassen ein Material aus geliertem Wasserstoffperoxid und Wasserstoffperoxid, das an einem stark Wasser absorbierten Polymer absorbiert ist und vorzugsweise ein festes Sauerstoff freisetzendes Material, wie Calciumperoxid.
Die stark wasserabsorbierenden Polymere umfassen natürliche Polymere und synthetische Polymere. Die natürlichen Polymere umfassen ein Polymer vom Stärketyp, wie ein Stärke/Acrylnitril-Pfropfpolymerhydrolysat, ein Stärke/Acrylsäure-Pfropfpolymer, ein Stärke/Styrolsulfonsäure-Pfropfpolymer, ein Stärke/Vinylsulfonsäure-Pfropfpolymer und ein Stärke/Acrylamid- Polymer und ein Polymer vom Cellulosetyp, wie ein Cellulose/Acrylnitril-Pfropfpolymer, ein Cellulose/Styrolsulfonsäure- Pfropfpolymer, vernetzte Carboxymethylcellulose und andere. Ebenfalls eingeschlossen sind Polysaccharide, wie Hyaluronsäure, Agarose und Proteine, wie Kollagen.
Synthetische Polymere umfassen ein Polymer vom Polyvinylalkoholtyp, wie Polyvinylalkohol vernetzte Polymere, PVAwasserabsorbierende Gelelastomere (gefroren/getaut) und andere Polymere vom PVA-Typ. Polymere vom Acryltyp umfassen Natriumpolyacrylat vernetzte Körper, ein Natriumacrylat/Vinylalkohol- Copolymer, eine mit einem Polyacrylnitrilcopolymer verseifte Substanz, ein Hydroxylethylmethacrylatpolymer (HEMA) und dergleichen. Andere Additionspolymere umfassen wasserfreies Malein(co)polymer, Phenylpyrrolidion(co)polymer und dergleichen. Polymere vom Polyestertyp umfassen vernetztes Polyethylenglykohol/Diacrylat-Polymer und dergleichen. Polymere vom Kondensationstyp umfassen Polymere vom Estertyp, Polymere vom Amidtyp und andere Polymere vom Kondensationstyp. Insbesondere wird erfindungsgemäß bevorzugt ein Copolymer aus Polyvinylalkohol und Polyacrylat verwendet.
Diese Substanzen können in jeder Entfernung von der Region, wo der Schadstoff abbauende Mikroorganismus vorhanden ist, angesiedelt sein. Demzufolge wird der Sauerstoff nicht durch den Mikroorganismus in kurzer Zeit verbraucht, sondern es wird nur der Sauerstoff, der von dem oben erwähnten Sauerstoffdonor freigesetzt wird, durch den Strom des Schadstoffs in die Region, die den Mikroorganismus aufweist, getragen.
In ähnlicher Weise werden Nährstoffe und Mineralien in Form von Feststoffen oder Halbfeststoffen vorgesehen und im Fluß des Mediums, das den Schadstoff enthält, über dem Bereich der Mikroorganismen angeordnet. Das Verfahren zum Verfestigen dieser Substanzen umfasst das Gelieren, die Adsorption auf wasserabsorbierenden Polymeren und die Absorption auf porösen Materialien. Beispiele für die Gelmaterialien und das hochabsorbierende Polymer sind Materialien, die ähnlich denjenigen sind, die für die Bildung der festen Sauerstoffdonoren genannt wurden.
Beispiele für die porösen Materialien werden grob in organische Materialien und anorganische Materialien eingeteilt, allerdings insbesondere bevorzugt ist ein bioabbaubares Material. das nicht toxisch ist und durch den Mikroorganismus im Boden nach der Anwendung abgebaut wird.
Organische Substanzen umfassen natürliche, pflanzliche Landwirtschaftsabfälle, tote Körper oder Abfälle von Tieren, Insekten, Fisch und dergleichen. Insbesondere werden Landwirtschafts- und Waldabfälle in großer Menge hergestellt, und sie sind oftmals billig und leicht erhältlich. Beispiele sind Sägemehl, Holzstückchen, Borke, Stämme von Mais oder Zuckerrohr, Spreu von Getreiden, wie Reis und Buchweizen oder Hülsen von Körnern oder Bohnen, wie Kleie und Reiskleie und Bohnengallerteabfall und dergleichen. Die meisten dieser natürlichen Materialien sind porös, und die Materialien, die für den Bioabbau, wie Nahrungsmittel notwendig sind, werden in diese Poren adsorbiert, so dass und das entstandene körnige Material effektiv verwendet werden kann.
Beispiele für ein anorganisches poröses Material umfassen Tonmaterialien, poröse. Keramik und Bodenaggregate, wie Perlit, Zeolit, Vermiculit, saurer Ton (Montmorillonit), Aktivton (Aluminiumsilicat), Calciumsilicat, Diatomaeenerde, Siliciumoxidgel, poröses (das, Hydroxylapatit, AKADAMA-Erde und KANLIMA-Erde.
Die Form dieser festen oder halbfesten Sauerstoffdonoren und Nährstoffe ist nicht besonders eingeschränkt, sie sind allerdings einfach zu handhaben, wenn sie als Körner vorliegen. Insbesondere kann die den Schadstoff enthaltende Flüssigkeit leicht durch die Region passieren, die diese Materialien enthält, wenn sie als Körner vorliegen.
Der Mikroorganismus kann in geeigneter Weise aus Mikroorganismen gewählt sein, deren Aktivität zum Abbau von Schadstoffen bestätigt ist.
Als Mikroorganismen werden in der Regel solche, die in Flüssigkultur kultiviert sind, verwendet. Als Kulturmediummaterial kann ein solches verwendet werden, das bei der Kultur des Mikroorganismus verwendet wird. Beispielsweise sind Bouillon, M9-Medium, L-Medium, Malzextrakt, MY-Medium, ein Medium für die selektive Nitrifizierung von Bakterien und dergleichen wirksam. Der kultivierte Mikroorganismus kann in die Abbauregion gegeben werden, indem die Kulturlösung direkt in den Boden, in den der Schadstoff einwandert, injiziert wird oder indem die Kultur adsorbiert auf dem oben erwähnten porösen Material in dieser Region durch Bauausführung und dergleichen vorgesehen wird.
Soweit sind mehr als zehn Spezies von Mikroorganismen als Mikroorganismen, die Trichlorethylen abbauen können, gefunden und isoliert worden Darunter können repräsentative Bakterien grob in zwei Gruppen je nach Assimiliationssubstraten aufgeteilt werden.
Sie sind methanotroph und stellen Bakterien dar, die aromatische Verbindungen, wie Phenol, assimilieren. Repräsentative Beispiele für die erstgenannten umfassen Methylocystis sp. Stamm M (Agri. Biosci. Biotech. Biochem., 56, 486 (1992), idem 56, 736 (1992)), Methylosinus trichosporium OB3b (Am. Chem. Soc. Natl. Meet. Div. Environ. Chem., 29, 365 (1989), Appl. Biochem. Biotechnol., 28, 877 (1991)), die eine Methanmonooxygenase aufweisen. Repräsentative Bakterien für die letztgenannten umfassen Pseudomonas sp. Stamm G4 (Appl. Environ. Microbiol., 52, 383 (1986), idem 53, 949 (1987), idem 54, 951 (1989), idem 56, 279 (1990), idem 57, 1935 (1991)), Pseudomonas putida Fl (Appi. Environ. Microbiol., 54, 1703 (1988), idem 54, 2578 (1988)), welche Toluolmonooxygenase oder Toluoldioxygenase aufweisen. Die Trichlorethylen (TCE) abbauenden Bakterien assimilieren aromatische Verbindungen und das Enzym zum Abbau von TCE ist ein Enzym, das durch aromatische Verbindungen, wie Phenol und Toluol, induziert wird. Demzufolge brauchen diese Mikroorganismen ein Material, das eine aromatische Verbindung oder ein Material, das zu aromatischen Verbindungen abgebaut werden kann, enthält, um TCE abzubauen. Alternativ ist es möglich, einen rekombinanten Mikroorganismus oder eine Mutante der obigen Mikroorganismen zu verwenden, die das Abbauenzym ohne Verwendung dieser Induktoren exprimieren können. Beispielsweise weist JM1 (FERM BP-5352), der von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung hergestellt wurde, konstituiv eine starke Fähigkeit auf, TCE abzubauen, so dass er in geeigneter Weise für den Abbau von TCE verwendet werden kann. Die bakteriologischen Eigenschaften des JM1-Stamms sind wie folgt.
Gram-Färbung und Morphologie: Gramnegative Stäbchen Wachstum im Medium:
BHIA: gut
MacConkey: möglich
Farbe der Kolonie: cremefarbig
Optimale Temperatur: 25ºC > 30ºC > 35ºC
Motilität: negativ (halbflüssiges Medium) TSI (schräg/stumpf): Alkali/Alkali, H&sub2;S (-)
Oxidase: positiv (schwach)
Katalase: positiv
Fermentation von Zucker
Glucose: negativ
Saccharose: negativ
Raffinose: negativ
Galactose: negativ
Maltose: negativ
Urease: positiv
Esculinhydrolyse (β-Glucosidase): positiv
Salpetersäurereduktion: negativ
Indolproduktion: negativ
Glucoseansäuerung: negativ
Arginindehydrase: negativ
Gelatinhydrolyse (Protease): negativ
β-Galactosidase: negativ
Assimilation von Verbindungen:
Glucose: negativ
L-Arabinose: negativ
D-Mannose: negativ
D-Mannit: negativ
N-Acetyl-D-glucosamin: negativ
Maltose: negativ
Kaliumgluconat: negativ
n-Caprinsäure: positiv
Adipinsäure: negativ
dl-Maleinsäure: positiv
Natriumcitrat: positiv
Phenylacetat: negativ
Die vorliegende Erfindung kann in einer in situ Behandlung, einer on situ Behandlung oder ex situ Behandlung eines den Schadstoff enthaltenden Mediums angewendet werden, allerdings wird sie insbesondere effektiv für die in situ Behandlung angewendet, die die am meisten kosteneffektive Behandlung sein soll.
Es wird nun die Anwendung des in situ Verfahrens zur Reinigung eines einen Schadstoff enthaltenden Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein Beispiel zur Reinigung eines mit einem Schadstoff kontaminierten Grundwassers wird nun zur Erläuterung erklärt.
Bei der in situ Behandlung ist es bevorzugt, die in Fig. 5 gezeigte Schadstoffabbauvorrichtung zu verwenden, in der ein den Mikroorganismus enthaltenden Bereich 52, die den Schadstoff abbauen kann, und ein Bereich 53 und 54, die funktionale Materialien, die notwendig für das Wachstum und die Aktivierung der Mikroorganismen sind, enthalten, voneinander getrennt in einem röhrenförmigen Behälter 51 mit den Öffnungen 56 und 57 an beiden Enden vorgesehen ist. Die Verwendung dieses Behälters 51 kann verhindern, dass die funktionalen Materialien und die Mikroorganismen in die Umgebung diffundieren.
Dann wird der Fluss des zu behandelnden Grundwassers überwacht, um die Fließrichtung des Schadstoffs festzustellen. Dann wird der oben erwähnte Behälter 51 so im Fluss des Grundwassers vorgesehen, dass das Grundwasser in den Behälter durch die Öffnung 57 eintritt und aus der Öffnung 56 austritt. Diese Anordnung ermöglicht, dass der Sauerstoff und/oder die Nährstoffe für das Wachstum des Mikroorganismus, der von der Seite, die das funktionale Material enthält, freigesetzt wird, durch den Strom in die Region, die den Mikroorganismus enthält, getragen wird, wo sie dann verwendet werden, um das Wachstum und die Aktivierung des Mikroorganismus zu beschleunigen, so dass der Abbau des Schadstoffs effizient durchgeführt werden kann. Im Vergleich zu dem Fall, wobei der Mikroorganismus und die funktionalen Materialien im Gemisch vorgesehen sind, wird die Effizenz der funktionalen Materialien durch die Mikroorganismen verbessert, und die Schadstoffabbaueffizienz wird des weiteren ebenso verbessert.
Hier wurde ein Beispiel erklärt, in dem das kontaminierte Medium Wasser war, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt, und sie kann auch mit einem Medium durchgeführt werden, das eine Fluidität, wie Luft, aufweist.
"Die Anordnung der funktionalen Materialien, die ein Material freisetzen, das von dem Mikroorganismus für den Bioabbau, getrennt vom Mikroorganismus, benötigt wird", ermöglicht es, dass die abbauenden Bakterien maximal abbauen können, was ohne weiteres gesteuert werden kann und des weiteren die Effizienz verbessert. Zur gleichen Zeit kann verhindert werden, dass unnütze einheimische Mikroben wachsen und die Nährstoffe notwendiger Weise in die Umgebung einfließen und der Boden oder das Grundwasser eutroph werden. Demzufolge kann die Kontamination der Umgebung minimiert werden und damit die Sicherheit erhöht werden.
Des weiteren werden in der vorliegenden Erfindung die funktionalen Materialien in Form eines Halbfeststoffes immobilisiert, so dass sie vereinfacht installiert werden können, und das stellt einen zweiten Vorteil der vorliegenden Erfindung dar.
Da die Zuführung der funktionalen Materialien optimiert werden kann, können Ressourcen gesichert werden und die Konstruktion kann vereinfacht werden, womit große wirtschaftliche Vorteile erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun weiterhin im Einzelnen anhand der folgenden Beispiele erläutert. Diese Beispiele sollen allerdings die vorliegende Erfindung nicht auf diese einschränken.

Beispiel 1

Die Herstellung eines experimentellen Bodenmodells wird mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 erklärt. In einem Betontank 1 (5 m · 5 m · 5 m) werden eine 0,5 m dicke Kieselschicht 3, eine 1,4 m dicke Sandschicht 4 und eine 0,2 m dicke Kieselschicht 5 in dieser Reihenfolge vom Boden aufwärts aufgeschichtet. Schließlich wurde die Oberfläche mit einer 0,2 m dicken Betonschicht 6 verschlossen. Eine Injektionsröhre 8 wurde in der Mitte des Tanks vorgesehen, ein Loch 7, das die Kieselschicht 3 erreicht und ein Sieb 7 aufweist, wurde in einer Ecke angeordnet und eine Ausströmröhre 10, die die obere Kieselschicht 5 in der anderen Ecke erreicht, wurde vorgesehen.
Die Injektionsröhre: 8 wies ein Injektionsloch 11 am unteren Ende und einen Schalthahn, nicht in der Figur gezeigt, an der Spitze der Röhre, um einen Rückfluss zu verhindern, auf. Das Injektionsloch diente als Flüssigkeitsinjektionsöffnung unter Druck und ebenfalls als Einlassöffnung zum Ansaugen der Untergrundluft, wenn der Bioabbau begonnen hatte.
Mit Trichlorethylen kontaminierte Luft wurde im Tank zirkuliert, in die Öffnung 7 eingeblasen und von der Ausströmröhre 10 durch die untere Kieselschicht 3 und die Sandschicht 4 ausgestoßen, und die Schadstoffkonzentration in der Luft im Tank wurde auf etwa 100() ppm eingestellt.
Als nächstes wurden in diesem Beispiel die funktionalen Materialien für den Bioabbau stufenweise durch das Injektionsloch 11 in der Mitte geschickt, so dass sie getrennt angeordnet wurden.
Zunächst wurde ein Sauerstoffdonor, Calciumperoxidkörner mit einem Durchmesser von 0,1-2,0 mm, mit Wasser vermischt, um eine Aufschlämmung herzustellen, und es wurden 500 l der erhaltenen Aufschlämmung injiziert (wie in Fig. 2 mit 12 gezeigt ist). Die Aufschlämmung wurde mit einem anorganischen Additiv Vermischt, um die Viskosität und Wasserdurchlässigkeit zu steuern. In diesem Beispiel war die Aufschlämmung eine 30 Gew.-%ige Suspension, die eine gleiche Menge Bentonit enthielt.
Die verteilten Calciumperoxidteilchen erreichten einen Bereich von höchstens 800 mm (Radius) vom Injektionsloch.
Dann wurden 500 l einer Suspension mit hoch absorbierenden Polymerkörnern und einem Durchmesser von 1 mm, die die Nährstoffe der folgenden Zusammensetzung adsorbiert hielten, injiziert (in Fig. 2 mit 13 gezeigt)
Kohlenstoffquelle
Maleinsäure 20,0 g
Anorganische Salze
Na&sub2;HPO&sub4; 6,2 g
KH&sub2;PO&sub4; 3,0 g
NaCl 0,5 g
NH&sub4;Cl 1,0 g
Mineralien
Nitrilotriessigsäure 900 ug
MgSO&sub4; 1800 ug
NaCl 300 ug
NaCl 600 ug
FeSO 60 ug
CaCl&sub2; 60 ug
ZnSO&sub4; 60 ug
CuSO&sub4; 60 ug
AlK(SO&sub4;)&sub2; 60 ug
H&sub3;BO&sub3; 60 ug
Na&sub2; MoO&sub4; 60 ug
NiCl&sub2; 60 ug
Auf diese Weise wurde eine Zone mit superabsorbierenden Polymerkörnern 13, die die Nährstoffe enthielten, um das Injektionsloch innerhalb der zuvor zugeführten Calciumperoxidzone 12 gebildet, und die Zone mit den superabsorbierenden Polymerkörnern 13 drückte die Calciumperoxidzone 12 bis höchstens -900 mm von der Mitte aus heraus. Die Zone 13 erstreckte sich um etwa 800 mm von der Mitte aus, wobei die Calciumperoxidzone verdichtet wurde, obwohl der Grenzbereich in einem gemischten Zustand war.
Dann wurden 200 l einer Suspension, die poröse Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 2 mm enthielt und das Abbaubakterium hält, injiziert. Aktivkohle wurde in diesem Beispiel als poröse Teilchen verwendet. Als Abbaubakterium wurde der Stamm JM1 (FERM BP-5352) bei einer Anfangskonzentration von 5 · 108 Zellen/ml verwendet. Tatsächlich betrug, nach Adsorption des Mikroorganismus an den porösen Teilchen, die Anzahl der Mikroorganismen etwa 1 · 10&sup6; Zellen/ml. Demzufolge wurde eine Zone aus den Abbaumikroorganismen 14 in der Nähe des Injektionslochs gebildet.
Dann ließ man den Tank in diesem Zustand für 40 Stunden stehen und evakuierte dann Luft durch eine Injektionsröhre bei einer Rate von 20 l/Min., und die Trichlorethylenkonzentration im Gas wurde mit einer Nachweisröhre gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

Der gleiche experimentelle Tank wurde hergestellt und verwendet wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass der Abbauorganismus nicht in den injizierten Materialien enthalten war. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 2

Der gleiche experimentelle Tank wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Anstelle einer anschließenden Injektion einer festen Wasserstoffquelle, den immobilisierten Nährstoffen und des Abbaubakteriums werden 1200 l einer Mischung, die 100 ppm Wasserstoffperoxid, Nährstoffe der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1, die 2% Maleinsäure enthielten und die gleiche Menge des Abbaumikroorganismus wie in Beispiel 1 durch die Injektionsröhre in den Tank injiziert. Nach dem Stehenlassen für 40 Stunden wurde die Luft bei einer Rate von 20 l/min evakuiert und die TCE-Konzentration wurde gemessen. Die Messergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt.
In Beispiel 1 erniedrigte sich die TCE-Konzentration auf einige ppm innerhalb von vier Tagen, und dieser Gehalt wurde für vier Tage oder mehr aufrechterhalten. In Vergleichsbeispiel 2 allerdings, wo herkömmliche flüssige funktionale Materialien und eine Suspension des Abbaubakteriums in Mischung injiziert wurden, wurde eine niedrige TCE-Konzentration am zweiten Tag erreicht und zeigte dabei einen guten Abbau, allerdings erhöhte sich wieder vom fünften Tag aufwärts der Gehalt, was schlechter war als in Beispiel 1. Im Vergleichsbeispiel 1, wo keine Abbaubakterien injiziert wurden, wurde anfangs ein Abfall der TCE-Konzentration aufgrund natürlicher Diffusionen und Einsickern beobachtet, danach wurde allerdings kein Abfall mehr beobachtet. Das zeigt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Aufrechterhaltung des Abbaus effektiv ist.

Beispiel 2

In einen Röhrenbehälter aus rostfreiem Stahl 51 mit einem Durchmesser von 100 mm, mit einer Länge von 500 mm und Öffnungen (56, 57) an beiden Enden, wurden Materialien analog zu denjenigen in Beispiel 1 in Schichtform eingegeben, das heißt, ein Wasserstoffdonor 54, Nährstoffe 53 und ein Schadstoff abbauender Mikroorganismus 52, jeweils mit einer Dicke von 100 ml, in dieser Reihenfolge an vom Boden des Behälters aus. Dann wurden beide Enden des Behälters mit Glaswolle, ein gasdurchlässiger Füllstoff f55, 55'), befüllt. Man ließ den Behälter bei Raumtemperatur (20ºC) für 40 Stunden stehen, und dann wurde desoxidiertes Wasser (0,1 Vol.-% oder weniger, bei 1 atm), das mit 100 ppm Trichlorethylen kontaminiert war, mit einer Fließrate von 5 l/Min vom unteren Ende des Behälters in die Richtung des Pfeils gelassen. Die Trichlorethylenkonzentration des Wassers am oberen Ende des Behälters wurde mit Gaschromatographie gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 3

Ein Behälter mit der gleichen Struktur wie in Beispiel 1 wurde mit geschäumten Celluloseperlen, die in ein Lösungsgemisch aus Nährstoffen und Abbaumikroorganismen eingetaucht worden waren, befüllt; die Perlen wurden in die Röhre mit einer Dicke von 300 mm eingefüllt und beide Enden wurden mit Glaswolle verstopft. Man ließ den Behälter für 40 Stunden wie in Beispiel 2 stehen, und es wurden mit 10 ppm Trichlorethylen kontaminiertes Wasser mit einer Fließrate von 5 l/min durchgelassen. Das Wasser war ausreichend belüftet und enthielt einen fast gesättigten Sauerstoffgehalt (2-3 Vol.-% unter Normaldruck). Die Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.
Durch Vergleichen von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 3 wird ersichtlich, dass in Vergleichsbeispiel 3 der Abbau in einem frühen Stadium vom zweiten bis dritten Tag voranschritt, allerdings verschlechterte sich vom vierten Tag an der Abbaueffekt; andererseits zeigte Beispiel 2 einen geringeren Abbau im Anfangsstadium, allerdings erhöhte sich die Abbauwirkung schnell vom dritten Tag an und wurde in bemerkenswerter Weise aufrechterhalten.

Claims

1. Vorrichtung zum Abbauen eines Schadstoffs zur Reinigung eines den Schadstoff enthaltenden Mediums unter Verwendung eines Mikroorganismus, die aufweist:

einen Behälter (1, 51) mit einem ersten Bereich (14, 52), der einen Mikroorganismus enthält, der den Schadstoff abbauen kann;

worin der Behälter (1, 51) eine erste Öffnung (7, 57) zum Einführen des Mediums in den Behälter (1, 51) und eine zweite Öffnung (11, 56) zum Ablassen des Mediums, das durch den ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich (14, 52) gegangen ist, aus dem Behälter (1, 51) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

der Container (1, 51) weiterhin einen zweiten Bereich (12, 13, 53, 54), der ein Material in Feststoff- oder Halbfeststoffform enthält, aufweist, für eine gesteuerte langsame Freisetzung von Sauerstoff und/oder Nährstoffen für den Mikroorganismus, wobei der zweite Bereich (12, 13, 53, 54) zwischen der ersten Öffnung (7, 57) und dem ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich (14, 52) vorgesehen ist und der zweite Bereich (12, 13, 53, 54) vom ersten Bereich (14, 52) getrennt ist.

2. Vorrichtung zum Abbauen eines Schadstoffs nach Anspruch 1, worin der Behälter (1, 51) ein Bioreaktor ist, der eine Einrichtung zur Steuerung der Wachstumsbedingungen für den Mikroorganismus im Behälter (1, 51) aufweist.

3. Vorrichtung zum Abbauen eines Schalstoffs nach Anspruch 1, worin das Material, das Sauerstoff liefern kann, Wasserstoffperoxid enthält.

4. Vorrichtung zum Abbauen eines Schadstoffs nach Anspruch 1, worin das Material, das Sauerstoff liefern kann, Calciumperoxid enthält.

5. Vorrichtung zum Abbauen eines Schalstoffs nach Anspruch 1, worin der zweite Bereich, der das Material in Feststoff- oder Halbfeststoffform enthält, einen Bereich (12, 54), der einen Sauerstoffdonor für den Mikroorganismus enthält und einen Bereich (13, 53), der einen Nährstofflieferer für den Mikroorganismus in dieser Reihenfolge zwischen der ersten Öffnung (7, 57) und dem ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich (14, 52) aufweist.

6. Verfahren zum Reinigen eines einen Schadstoff enthaltenden Medienstroms, das die Schritte aufweist:

Bereitstellen einer Vorrichtung zum Abbauen eines Schalstoffs, die einen Behälter (1, 51) aufweist, worin ein erster Bereich (14, 52), der einen Mikroorganismus enthält, und in der Lage ist, den Schadstoff abzubauen, vorgesehen ist, worin der Behälter (1, 51) eine erste Öffnung (7, 57) zum Einführen des Mediums in den Behälter (1, 51) und eine zweite Öffnung (11, 56) zum Ablassen des Mediums, das durch den ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich (14,'52) gegangen ist, aus dem Behälter (1, 51) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Behälter (1, 51) ein zweiter Bereich (12, 13, 53, 54), der ein Material in Feststoff- oder Halbfeststoffform enthält, für eine gesteuerte langsame Freisetzung von Sauerstoff und/oder Nährstoffen für den Mikroorganismus, vorgesehen wird, wobei der zweite Bereich (12, 13, 53, 54) zwischen der ersten Öffnung (7, 57) und dem ersten, den Mikroorganismus enthaltenden Bereich (14, 52) angeordnet ist und der zweite Bereich (12, 13, 53, 54) vom ersten Bereich (14, 52) getrennt ist und die Vorrichtung zum Abbauen des Schadstoffs im Mediumstrom so angeordnet wird, dass der Schadstoff in den Behälter (1, 51) durch die erste Öffnung (7, 57) eingeführt wird.

7. Verfahren zum Reinigen eines kontaminierten Mediums nach Anspruch 6, worin das Medium Wasser ist.

8. Verfahren zum Abbauen eines Farbstoffs durch Bereitstellen eines Mikroorganismus, der den Schadstoff in einem den Schadstoff enthaltenden Mediumstrom abbauen kann, das die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Materials in Feststoff- oder Halbfeststoffform für die gesteuerte langsame Freisetzung von Sauerstoff und/oder Schadstoffen für den Mikroorganismus im Mediumstrom und

Anordnen des Mikroorganismus im Mediumstrom stromabwärts von dem Material, wodurch der Schadstoff durch den Mikroorganismus abgebaut wird.

9. Verfahren zum Abbauen eines Schadstoffs nach Anspruch 8, worin das Material, das Sauerstoff liefern kann, Wasserstoffperoxid enthält.

10. Verfahren zum Abbauen eines Schadstoffs nach Anspruch 8, worin das Material, das Sauerstoff liefern kann, Calciumperoxid enthält.

11. Verfahren zum Abbauen eines Schadstoffs nach Anspruch 8, worin ein Mittel zum Liefern von Sauerstoff an den Mikroorganismus und ein Mittel zum Liefern eines Nährstoffs an den Mikroorganismus als Material in dieser Reihenfolge entlang des Stroms zur Verfügung gestellt werden.