title: Kombination von chemischen und biologischen Methoden zum Abbau von Mineralölkohlenwasserstoffen im Boden
Creators: name: Hörnig, Juliane
Publisher: name: :none
Year: 2014

description: Die Aufgabenstellung dieser Arbeit bestand darin, eine neue Methode zum Abbau von Mineralölkohlenwasserstoffe im Boden zu entwickeln, welche chemische mit biologischen Abbautechniken verbindet und somit die Phytoremediation fördert. Als chemische Vorbehandlung wurde die Fenton-Reaktion mit dem Einsatz verschiedener Eisenverbindungen genutzt. Als Fenton-Reagenz wurden die Verbindungen FeSO4, FeCl3, (Tee)-Nanoeisen und Magnetit verwendet. Diese Stoffe wurden in die Bodenproben mit Wasserstoffperoxid gegeben und für eine Versuchszeit von 3 Monaten im Klimaschrank unter kontrollierten Umweltbedingungen inkubiert. Mit Hilfe der Fenton-Reaktion sollten die C-C-Bindungen der im Boden befindlichen langkettigen Mineralölkohlenwasserstoffe gespalten werden, sodass kurzkettige Verbindungen entstehen, die für die nachfolgenden biologischen Abbauprozesse leichter bioverfügbar sind. Zusätzlich zu den chemischen Vorversuchen wurden auch biologische Tests durchgeführt. Dabei wurden dem Versuchsboden Nährstoffe in Form von Stickstoff, Kalium und Phosphor (NPK) zugeführt, um die im Boden natürlich vorkommenden Mikroorganismen zu stärken und somit den Abbauprozess zu fördern. Die mit NPK behandelten Bodenproben wurden wie die anderen Proben für 3 Monaten im Klimaschrank inkubiert und regelmäßig beprobt, um den KW-Gehalt zu bestimmen. Nach der 3-monatigen Inkubationsphase wurde der Boden in Töpfe und in ein Glashaus überführt und Pflanzensamen der Art Lolium perenne darauf gesät. Bei diesem Versuchsansatz handelte es sich um Rhizodegradation, eine Form der Phytoremediation, bei der die restlichen Mineralölkohlenwasserstoffe im Boden mit Hilfe von Mikroorganismen im Wurzelraum der Pflanzen weiter abgebaut werden sollten. Die Behandlung der Rhizodegradation dauerte 2 Monate. Die bei diesem Versuch gewonnenen Ergebnisse zeigten, dass die Fenton-Reaktion mit diesem Versuchsaufbau keinen direkten Abbau von Mineralölkohlenwasserstoffen im Boden bewirkte. Die stärkste Abnahme an Kontaminanten wurde durch Nährstoffzugabe, die zur Aktivierung der Bodenmikroorganismen führte, erreicht. Außerdem wurde bei der Zugabe von Glukose eine signifikante Abnahme an MKW ermittelt. Mit der Phytoremediation allein wurde ein geringer Anteil des KW-Gehalt reduziert. Nach Zugabe der Fenton-Reagenzien wurde ein signifikanter Unterschied zwischen der Kontrollprobe und den mit Fenton-Reagenzien behandelten Proben nachgewiesen. Bei Ermittlung der Biomasse der Versuchspflanzen wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Experimenten nachgewiesen. Die höchste Trockenmasse erreichten jeweils die Kontrollproben der einzelnen Versuchsreihen. Insgesamt kann gesagt werden, dass eine Abnahme an MKW durch die biologische Stimulation der Mikroorganismen mit Hilfe von Nährstoffen erzielte wurde kombiniert mit der nachfolgenden Rhizodegradation. Die Zugabe von Fenton-Reagenzien bewirkte die erhoffte Abnahme, doch war diese im Vergleich zur Zugabe von NPKs noch relativ niedrig. Parallel zu den Abbauversuchen wurden Versuche mit der EPR-Spektroskopie durchgeführt, um den Verlauf der Fenton-Reaktion und die Bildung von Hydroxyl-Radikalen zu untersuchen. Dabei wurde die Abhängigkeit der Reaktion und der einzelnen Reagenzien von der Konzentration an Wasserstoffperoxid sowie die Stabilität der Hydroxyl-Radikale in Relation zur Untersuchungszeit und den verschiedenen Umwelteinflüssen nachgewiesen. Bei der einzelnen Fenton-Reaktionen war H2O2 der limitierende Faktor. Nach einer weiteren Zugabe von Wasserstoffperoxid konnte ein erneuter Anstieg von OH-Radikalen detektiert werden. Außerdem wurde die Fenton-Reaktion mit diversen Testsubstanzen untersucht. Als Testsubstanz dienten n-Pentan als Alkan, Cyclopentan als Cycloalkan und Toluol als Aromat. Alle eingesetzten Substanzen gehören zu den typischen Bestandteilen von Mineralölen. Die EPR-Spektren zeigten keine Spaltung der Testsubstanzen durch die gebildeten Hydroxyl-Radikale. Abschließend kann gesagt werden, dass die Kombination einer chemischen Vorbe-handlung mit einem darauf folgenden biologischen Abbau einen guten Ansatz dar-stellt, doch weitere Experimente notwendig sind, um einen optimalen Abbau von Mineralölkohlenwasserstoffen zu erreichen.
description: The goal of this work was to investigate the degrade petroleum hydrocarbons (PHC) of mineral-oil in soil using a combination of chemical and biological degradation techniques. As chemical pretreatment, the Fenton reaction with differing iron compounds was applied. As Fenton reagents FeSO4, FeCl3, (tea)-nanoiron and magnetite were used. These materials, in combination with hydrogen peroxide, were added to soil samples. The resulting mixture was incubated for 3 months in a climatic chamber under controlled conditions, and PHC content in the soil was measured in regular intervals. It was anticipated, that the Fenton reaction would split the carbon bonds of the min-eral oils long-chained hydrocarbons into smaller molecules, which are easier to de-grade with biological mechanisms. In addition to the chemical pretreatment biological tests were executed. To boost the autochthonous soil microorganisms, the soil samples were supplemented with a fertilizer (nitrogen, potassium and phosphate). This method accelerated the degradation of hydrocarbons. The fertilizer-enriched samples were incubated in a climatic chamber for 3 months. After the pretreatment, the soil samples were filled into pots and transferred to a greenhouse. Seeds of Lolium perenne were planted on the top of the soil, to investi-gate phytoremediation of the remaining hydrocarbons after different pretreatments. Petroleum hydrocarbons content was determined after 2 months. In our experiment Fenton reaction did not lead to a significant degradation of hydro-carbons in the soil. The highest reduction of hydrocarbons was achieved with the addition of nutrients. Furthermore, the method of phytoremediation showed good results in reduction of hydrocarbons, but there were no differences between samples with Fenton reagents and control samples. In addition to the degradation experiments, tests using EPR spectroscopy were per-formed to analyze the process of the Fenton reaction and the formation of hydroxyl radicals. The dependence of the reaction on the concentration of hydrogen peroxide as well as the stability of hydroxyl-radicals in relation to reaction time and different environmental influences was proven. Furthermore, the Fenton reaction with various kinds of test substances was analyzed. The substances were n-pentane as a type of alkane, cyclopentane as a kind of cycloalkane and toluene as aromatic compound. All these substances are typical components of mineral oils. The EPR spectra did not show any kind of splitting of these test-substances with the help of the produced hydroxyl radicals.