Mit EiCLaR, einen EU/China-Konsortium, wurden wissenschaftliche und technische Innovationen für in-situ Bioremediationsverfahren vorangetrieben. Im Rahmen des Projektes wurden am TZW kombinierte Elektro-Bioremediationsverfahren zur Sanierung Chlorethen-kontaminierter Grundwässer untersucht. Dabei wurden neue Bioaugmentationstechnologien und molekularbiologische Überwachungsmethoden entwickelt.
Die Grundwasserqualität wird weltweit durch den Eintrag unterschiedlichster Schadstoffe negativ beeinflusst. Eine der häufigsten vorgefundenen Schadstoffgruppen sind leichtflüchtige chlorierte Kohlenwasserstoffe (LCKW) die unter anderem als Lösemittel Einsatz finden. Da Grundwasser die wichtigste Quelle für die Trinkwassergewinnung darstellt, nimmt der Ressourcenschutz und die Sanierung belasteter Grundwässer eine besondere Position ein.
Im Rahmen von EiCLaR, ein EU/China-Konsortium mit 13 europäischen und fünf chinesischen Partnern, wurden wissenschaftliche und technische Innovationen für die In-Situ-Bioremediation vorangetrieben, welche direkt in Verfahren zur schnellen, effektiven und kosteneffizienten Behandlung eines breiten Spektrums an Umweltschadstoffen wie chlorierte Lösemittel, Schwermetalle, Pestizide etc. einfließen. Diese Technologien (Elektro-Nanobioremediation, Monitored Bioaugmentation, Bioelektrische Remediation, Enhanced Phytoremediation) ermöglichen die Erweiterung der Anwendungsbereiche auf Industriestandorte und Wässer, die ein komplexes, Schadstoffgemisch enthalten.
Am TZW lag der Forschungsschwerpunkt auf Bioaugmentationsverfahren sowie Bioelektrischen Sanierungsverfahren für chlorierte Kohlenwasserstoffe. Das Bioaugmentationspotential aerob produktiver Trichlorethen (TCE)-abbauer konnte bereits am TZW gezeigt werden. Im Rahmen des Projektes EiCLaR wurden diese Studien weitergeführt und die Anwendung der Bioaugmentation untersucht.
Die elektrochemische Bereitstellung von Elektronendonoren bzw. –akzeptoren, in Form von Wasserstoff und Sauerstoff, zur Stimulation eines sequentiell anaerob/aeroben Chlorethenabbaus, wurde untersucht und das Potential in Säulenversuchen gezeigt. Durch Einstellen der Stromstärke wurde dabei die entstehende Menge an Sauerstoff reguliert und der Prozess gesteuert. Der gezielte Einsatz aerob produktiv TCE-abbauender Bakterien, die sogenannte „Bioaugmentation und Biostimulation“, zur Nutzung des aeroben Abbaus an kontaminierten Standorten wurde im größeren Labor- sowie bereits im Feld untersucht und erfolgreich angewendet. Für eine verbesserte Beobachtung im Grundwasser ablaufender Prozesse wurde auf Basis von Genomanalysen der spezialisierten Bakterien eine verlässliche qPCR Methodik entwickelt, die es erlaubt das Potential des aeroben TCE Abbaus im Feld oder die Aktivität der Organismen in Laborversuchen zu quantifizieren.
Insgesamt wurde das Konzept zur überwachten Bioaugmentation detailliert ausgearbeitet und Methoden zur Überwachung zur Verfügung gestellt, sodass es für die Sanierung Chlorethen-kontaminierter Standorte mit aeroben Abbaupotential in Betracht gezogen und eingesetzt werden kann. Dadurch wird die Bildung unerwünschter Metabolite und Nebenprodukte, die beim Einsatz der anaeroben Abbauprozesse relevant sind, vermieden, was viele Vorteile für kontaminierte Standorte bringt.
Die Untersuchungen zum aeroben TCE-Abbau und der Nutzung der Bioaugmentation werden in einem neuen Forschungsprojekt weiter vertieft. Im BMBF-geförderten Projekt „ChloroBioRem“ wird dabei der Fokus vor allem auf die gezielte Verbesserung der funktionellen Biodiversität an kontaminierten Standorten gelegt.
Veröffentlichungen
Hertle, Steffen; Boni, Nick de; Schell, Heico; Tiehm, Andreas (2023): Electrochemical biostimulation of aerobic metabolic TCE degradation in a bioaugmentation approach. In: Environmental science and pollution research international 30 (49), S. 107673–107680. DOI: 10.1007/s11356-023-29839-1
Gaza, Sarah; Schmidt, Kathrin R.; Weigold, Pascal; Heidinger, Michael; Tiehm, Andreas (2019): Aerobic metabolic trichloroethene biodegradation under field-relevant conditions. In: Water Research, S. 343–348. DOI: 10.1016/j.watres.2018.12.022
Lohner, Svenja T.; Becker, Dirk; Mangold, Klaus-Michael; Tiehm, Andreas (2011): Sequential reductive and oxidative biodegradation of chloroethenes stimulated in a coupled bioelectro-process. In: Environmental science & technology 45 (15), S. 6491–6497. DOI: 10.1021/es200801r
Schmidt K.R., Tiehm A. (2011): Natural Attenuation am Chlorethen-Standort Frankenthal: Bedeutung des sequentiell anaerob-aeroben Bio-Abbaus. Altlastenspektrum 05.11: 212-219
Lohner, Svenja T.; Tiehm, Andreas (2009): Application of electrolysis to stimulate microbial reductive PCE dechlorination and oxidative VC biodegradation. In: Environmental science & technology 43 (18), S. 7098–7104. DOI: 10.1021/es900835d
