DE69824692T2

DE69824692T2 - Vorrichtung zur Reinigung von Böden und Verfahren zur Sanierung von kontaminierten Böden

Info

Publication number: DE69824692T2
Application number: DE69824692T
Authority: DE
Inventors: Yuji Ohta-ku Kawabata; Masatoshi Ohta-ku Iio; Yuri Ohta-ku Senshu; Takeshi Chiyoda-ku Handa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: CA2256533C; JPH11239784A; JP3420949B2; US6250846B1; DE69824692D1; CA2256533A1; EP0925849A2; EP0925849B1; EP0925849A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Reinigung von kontaminiertem Boden und ein Verfahren für die Sanierung von mit Schadstoffen kontaminiertem Boden.
Verwandter Stand der Technik
Chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen, wie etwa Trichlorethylen, und aromatische Verbindungen, wie etwa Phenol, sind chemisch sehr stabil und wurden in einer großen Menge als Rohstoffe für Chemikalien oder als Reinigungslösungsmittel für Halbleiter oder Maschinenbau aufgrund ihrer hohen Löslichkeit für fettartige Stoffe verwendet. Auf der anderen Seite hat sich ihre Karzinogenität herausgestellt. Daher wurden in die Umwelt ausgeleckte oder ausgeschüttete organische chlorierte Verbindungen eine Quelle für eine über die ganze Welt verbreitete Umweltverschmutzung.
Da insbesondere Brunnenwasser in großen Mengen für die industrielle/landwirtschaftliche als auch als Trinkwasser verwendet wurden, sind die Abschätzungen der Boden- und Grundwasserkontamination und eine Maßnahme dagegen dringend erforderlich.
Die Anzahl der unter gesetzlichen Beschränkungen stehenden chemischen Substanzen steigt von Jahr zu Jahr, und nun ist die Zeit, weltweit einen Fortschritt zur Sanierung der verschmutzten Umwelt zu erzielen.
Für die Reinigung des mit organischen Verbindungen kontaminierten Bodens und des Grundwassers gibt es zwei Ansätze: den physikalisch-chemikalischen Ansatz und den mikrobiologischen Ansatz. Zum Beispiel enthält der physikalisch/chemische Ansatz eine Erwärmungs- oder Veraschungsbehandlung des ausgehobenen kontaminierten Bodens, die Vakuumextraktion der Schadstoffe aus dem kontaminierten Boden und die Belüftungs- oder Adsorptionsbehandlung des hoch gepumpten Grundwassers. Weder die Vakuumextraktions- als auch die Hochpumpbelüftungsansätze machen jedoch die organischen Verbindungen harmlos, wobei ein weiterer Vorgang erforderlich ist, um sie harmlos zu machen.
Auf der anderen Seite hat die mikrobielle Sanierung der verschmutzten Umgebung (hiernach auch als „Biosanierung" bezeichnet) beachtliche Aufmerksamkeit als ein mehr ökologisch gedachter Ansatz als die physikalisch-chemikalischen Ansätze auf sich gezogen, da es den Abbau von Schadstoffen in im Wesentlichen harmlose Substanzen ermöglicht. Eine Ausführungsform der Biosanierung ist die in situ-Sanierungsbehandlung. Diese ist die Reinigung des kontaminierten Bodens durch direktes Einbringen eines Mikroorganismus, der Schadstoffe in der verschmutzten Umwelt (Boden, Grundwasser usw.) abbauen kann, durch Vermehrung der nativen Mikroorganismen, die die Schadstoffe in der verschmutzten Umwelt abbauen können, oder durch direktes Einbringen bestimmter Substanzen, um die Schadstoff abbauende Aktivität der nativen Mikroorganismen hervorzurufen oder zu verstärken.
Zum Beispiel offenbart DE 4003362 A1 ein Reinigungsverfahren, in welchem der kontaminierte Boden mechanisch gerührt bzw. bewegt und zerkleinert wird, um gleichmäßig mit abbauenden Mikroorganismen und Nährstoffen gemischt zu werden.
EP 0620055 A1 beschreibt ein Verfahren, in welchem der kontaminierte Boden mechanisch gerührt wird, während komprimierte Luft injiziert wird, und der abgelassene gasförmige Schadstoff für die Reinigung gesammelt wird.
DE 4028055 A1 beschreibt ein Reinigungsverfahren, in welchem der kontaminierte Boden ausgehoben wird, während Mikroorganismen auf den Boden aufgesprenkelt werden.
Alternativ gibt es einen Ansatz den Schadstoff, wie etwa organische chlorierte Verbindungen in der Umwelt zu bewegen. Zum Beispiel beschreibt USP 5347070 ein Verfahren, in welchem eine Mehrzahl von Elektroden in den mit organischen chlorierten Verbindungen verschmutzten Boden eingeführt wird und ein elektrischer Strom in den Boden gesandt wird, um die Bodentemperatur anzuheben, so dass die Schadstoffe verdampft werden, um entfernt zu werden. Ferner offenbart USP 5340570 ein Verfahren, in welchem Schadstoffe durch Elektroosmose aufgrund eines an den Boden angelegten elektrischen Feldes entfernt werden.
Die japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 7-112177 offenbart eine Vorrichtung für wirkungsvolle in situ-Sanierung von verschmutztem Boden, welche den Boden rührende Einrichtungen umfassen, die den Boden rühren des Bodens während sie ihn durchdringen, Einrichtungen für die Zufuhr einer Dispersion eines Mikroorganismus zu dem gerührten Boden und Einrichtungen für die Zufuhr eines Materials, um die Mikroorganismen zu aktivieren. Offenbart ist ebenfalls ein Verfahren für die Sanierung eines kontaminierten Bodens unter Verwendung dieser Vorrichtung, welches die Schritte umfasst:
Ausbohren und Rühren des kontaminierten Bodens unter Verwendung einer Vorrichtung, die den Boden ausbohren und rühren kann, Zufuhr einer Dispersion eines Mikroorganismus zu dem Boden, die den kontaminierten Boden behandeln kann, und Rühren des Bodens für eine festgesetzte Zeitspanne, während eine Substanz zur Aktivierung des Mikroorganismus injiziert wird. Diese Schritte werden als ein Zyklus an verschiedenen Orten gemäß dem Bereich und der Stelle des kontaminierten Bodens wiederholt. Wie vorher beschrieben, wurden verschiedene Arten der in situ-Biosanierung vorgeschlagen.
Das US-Patent Nr. 5,435,176 offenbart ein mobiles System für die Charakterisierung und Sanierung gefährlicher Abfälle mit einem Kopf-getriebenen Bohrwerkzeug für das Ausheben von Boden. Das Bohrwerkzeug enthält Blätter bzw. Schaufeln für das Rühren des Bodens und kann aus Behandlungsbehältern mit Behandlungsflüssigkeiten für die Sanierung des Bodens versorgt werden. Abfallkontaminationen nachweisende Sonden sind an dem Bohrwerkzeug für die qualitative und quantitative Bestimmung der Bodenkontaminanten und für die Überwachung der Bodensanierung in situ befestigt. Die Behandlung kann gegebenenfalls in Abhängigkeit von den nachgewiesenen Bedingungen variiert werden.
Patent Abstracts of Japan, Band 1998, Nr. 2, 30. Januar 1998 und JP 09 276894 offenbaren die Verwendung des Stammes JM1 (FERM BP-5352) für den biologischen Abbau von organischen Verbindungen, wie etwa Tetrachlorethylen, Trichlorethylen, Dichlorethylen, Phenol, Toluol oder Kresol im Boden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben aus den vorhergehenden Studien gelernt, dass es so weit wie möglicht für die eingebrachten fremden Mikroorganismen oder Verbindungen, welche nicht ursprünglich in dem Boden vorhanden sind aber für die in situ-Biosanierung notwendig sind, vermieden werden sollte, dass sie das Ökosystem der verschmutzten Umwelt, insbesondere nach der Sanierung, beeinträchtigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde vom vorher erwähnten Standpunkt aus gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für die Reinigung des kontaminierten Bodens zur Verfügung zu stellen, welche den Einfluss auf das Ökosystem der zu sanierenden Umwelt so weit wie möglich vermindert, wobei in situ-Umweltsanierung wirkungsvoller durchgeführt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Sanierung von kontaminiertem Boden zur Verfügung zu stellen, welches die Steuerung des Einflusses auf die zu sanierende Umwelt als auch die wirkungsvolle Reinigung der verschmutzten Umwelt in situ ermöglicht.
In einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für die Bodensanierung zur Verfügung gestellt, um einen mit einem Schadstoff kontaminierten Boden zu sanieren, durch Einbringen wenigstens eines Mittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Mikroorganismus, der den Schadstoff abbauen kann, einem Nährstoff für den Mikroorganismus und einem Induktionsmittel, damit der Mikroorganismus die Schadstoff abbauende Aktivität exprimiert, wobei die Vorrichtung umfasst:

(a) eine Aushubeinrichtung für das Ausheben des Bodens,
(b) Rühreinrichtungen für das Rühren des Bodens,
(c) Zufuhreinrichtungen für das Einbringen des wenigstens einen Mittels in den Boden; und
(d) eine Messeinrichtung für die Messung der Schadstoffkonzentration in dem Boden; wobei die Aushubeinrichtung einen rotierenden Stab mit einem Rührkopf an einem Spitzenteil davon und eine Mehrzahl von Rührblättern, angebracht an einem Verbindungsteil davon, umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkopf und das Rührblatt daneben in eine Richtung rotierbar sind und der Rest der Rührblätter in der entgegen gesetzten Richtung rotierbar sind.

In einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Sanierung eines mit einem Schadstoff kontaminierten Bodens zur Verfügung gestellt, mit den Schritten von:

(1) Ausheben eines mit einem Schadstoff kontaminierten Bodens;
(2) Rühren des Bodens;
(3) Messen der Schadstoffkonzentration in dem Boden; und
(4) Einbringen wenigstens eines Mittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Mikroorganismus, der den Schadstoff abbauen kann, einem Nährstoff für den Mikroorganismus und einem Induktionsmittel, damit der Mikroorganismus die Schadstoff abbauende Aktivität exprimiert; wobei: wenigstens einer der Schritte (1), (2) und (4) gemäß der durch den Schritt (3) bestimmten Schadstoffkonzentration gesteuert wird; wobei Aushub- und Rührschritte (1) und (2) das Ausheben und Rühren des Bodens unter Verwendung eines rotierenden Stabes mit einem Rührkopf an einem Spitzenteil davon und einer Mehrzahl von Rührschaufeln bzw. Rührblättern, angebracht an einem Verbindungsteil davon, umfasst; gekennzeichnet durch: Rotieren des Rührkopfes und des Rührblatts daneben in einer Richtung und Rotieren des Rests der Rührblätter in die entgegengesetzte Richtung.

Durch die Steuerung der Sanierungsbehandlung gemäß der Standorte bzw. Stellen und der Schadstoffkonzentration in dem kontaminierten Boden ist es möglich, den Grad der Störung des Ökosystems aufgrund des eingebrachten Mikroorganismus der Nährstoffe oder Induktionsmittel niedrig zu halten. Zusätzlich macht es dieses Verfahren nicht notwendig Mikroorganismen, Nährstoffe oder Induktionsmittel im Übermaß dem Boden zuzusetzen, wobei eine wirkungsvollere Sanierung des kontaminierten Bodens ermöglicht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens für die Sanierung von kontaminiertem Boden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Spitzenteils eines rotierenden Stabes der Vorrichtung in der 1 verwendet für die Sanierung von kontaminiertem Boden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Verfahren zur Sanierung von kontaminiertem Boden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. Der zu sanierende Boden besteht hierbei aus einem Nicht-Grundwasserleiter 1, einem Grundwasserleiter 2 und einem kontaminierten Bereich 3. Im Allgemeinen dringen Schadstoffe schrittweise mit dem Regenwasser von der Oberflächenschicht des Bodens in den Untergrund, und Schadstoffe in dem Nicht-Grundwasserleiter 1 verteilen sich langsam in Richtung des Grundwasserleiters 2.
Im Falle von wasserlöslichen Schadstoffen, welche den Grundwasserleiter 2 erreicht haben, werden sie im Grundwasser gelöst, bewegen sich mit dem Grundwasserstrom und verteilen sich über einen weiten Bereich. Im Falle von schwer wasserlöslichen Schadstoffen, wie etwa halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffverbindungen, repräsentiert durch Trichlorethylen, werden sie im Nicht-Grundwasserleiter 1 und auf der Wasseroberfläche des Grundwasserleiters 2 oder an dem Boden des Grundwasserleiters 2 akkumulieren, was in der Bildung des hoch-kontaminierten Bereichs 3 resultiert, wie in der 1 gezeigt.
Eine Bodensanierungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 beschrieben. Ein an einen Motor 5 befestigter rotierender Stab 6 einer Säuleneinheit 4 kann während er durch den Motor 5 rotiert wird in den Boden abgesenkt werden, um den Boden mit einer Aushub- und Rühreinrichtung 8, befestigt an dem Spitzenteil 19 des rotierenden Stabes 6, auszuheben und zu rühren. Eine Saugeinrichtung für die Sammlung des Schadstoffes in dem Boden ist an dem äußeren Ende des rotierenden Stabes 6 angeordnet und der Schadstoff wird durch das Innere des rotierenden Stabes 6 über Leitungen 20 zu einer Mess- und Steuerungseinrichtung 13 geführt, um die Konzentration des in dem Grund vorhandenen Schadstoffes und/oder Sauerstoffs (zum Beispiel ein Gaschromatograph) zu bestimmen. Ein Behälter 10 enthält ein flüssiges Mittel, das einen Mikroorganismus enthält, der den Schadstoff in der Anwesenheit eines Induktionsmittels abbauen kann (zum Beispiel einem Mikroorganismusstamm J1 (FERM BP-5102) welcher eine Oxygenaseaktivität erforderlich für den Abbau von Trichlorethylen bei Aussetzen mit dem Induktionsmittel exprimiert), einem Behälter 11, der ein flüssiges Mittel enthält, das ein Induktionsmittel enthält, welches den Mikroorganismus die Schadstoff abbauende Aktivität exprimieren lässt oder die Abbauaktivität fördert. Der Luftkompressor 12 als auch die Behälter 10 und 11 sind mit dem rotierenden Stab 6 über eine Pumpe 17 verbunden, so dass der Mikroorganismus, das Induktionsmittel und Luft (Sauerstoff) für den Mikroorganismus durch das Innere des rotierenden Stabes 6 in den Boden von der Spitze des rotierenden Stabes eingebracht werden kann. Innerhalb der Leitungen 18, welche die Pumpe 17 und jeden der Behälter 10, Behälter 11 und den Luftkompressor 12 verbinden, sind elektromagnetische Ventile angeordnet, welche durch die Mess- und Steuerungseinrichtung 13 geöffnet und geschlossen werden kann, um die in den Boden einzubringenden Mengen des Mikroorganismus, des Induktionsmittel und der Luft (Sauerstoff) in Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration gemessen durch die Mess- und Steuerungseinrichtung 13 zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 13 kann ebenfalls die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes steuern, welches die Steuerung der Absenkgeschwindigkeit des rotierenden Stabes als auch die Rotationsgeschwindigkeit der Rührblätter ermöglicht.
Wenn eine derartige Vorrichtung in der Sanierung von kontaminierten Boden verwendet wird, wird der rotierende Stab 6 in den Boden abgesenkt, um den Boden bei kontinuierlicher Überwachung der Schadstoffkonzentration auszuheben und zu durchmischen, und wenn festgestellt wird, dass die Spitze 19 des rotierenden Stabes die Oberfläche des kontaminierten Bereiches erreicht hat, wird eine vorbestimmte Menge des Mikroorganismus als auch des Induktionsmittels in den Boden durch die Mess- und Steuerungseinrichtung 13 eingebracht. An diesem Punkt kann die Abwärtsbewegung des Stabes 6 beendet werden und die weiterhin rotierenden Rührblätter mischen den eingebrachten Mikroorganismus, das Induktionsmittel und die Luft (hiernach als die Behandlungsmittel bezeichnet) mit dem Boden des kontaminierten Bereiches. Dies stellt eine hohe Wahrscheinlichkeit des Kontakts zwischen den Behandlungsmittel und den Schadstoffen in dem kontaminierten Bereich sicher, und erhöht konsequenterweise die Bodensanierungswirksamkeit. Daher umfasst ein Behandlungszyklus das Absenken des rotierenden Stabes mit Überwachung der Schadstoffkonzentration, um die Abwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes und die Rotationsgeschwindigkeit der Rührblätter gemäß den Überwachungsergebnissen zu steuern, und die Behandlungsmittel in den kontaminierten Bereich einzubringen, bis die Spitze 19 des Stabes 6 den Bereich außerhalb des kontaminierten Bereichs erreicht, und Anheben des Stabes 6 ohne oder mit Rotation der Rührblätter zum Beispiel in der entgegengesetzten Richtung, wie während des Aushubs, bis der rotierende Stab aus dem Boden hinausgezogen ist. Wenn die Schadstoffkonzentration in dem kontaminierten Bereich weiterhin hoch ist, kann der gleiche Vorgang an dem gleichen Punkt wiederholt werden, oder der rotierende Stab 6 kann hoch und runter bewegt werden, um so den Boden mit den darin eingebrachten Behandlungsmitteln gründlicher zu vermischen.
Zusätzlich können die Behandlungsmittel ebenfalls in den Boden zugeführt werden, während der Rotationsstab in den Boden mit der Rotation der Rührblätter abgesenkt wird. In einem derartigen Fall ist es bevorzugt, dass ein anderer Einlass für das Aufsaugen von Schadstoffen an dem rotierenden Stab oberhalb der Ausgabe für die Behandlungsmittel vorgesehen wird, um die Schadstoffkonzentration zu überwachen. Dies ist so, da das Einbringen der Behandlungsmittel während der Extraktion des rotierenden Stabes 6 ebenfalls gemäß der Schadstoffkonzentration angemessen durchgeführt werden kann.
In der vorherigen Ausführungsform der Bodensanierung werden die Behandlungsmittel in den Boden eingebracht, während der rotierende Stab in den Boden abgesenkt wird. Alternativ werden die Behandlungsmittel in den Boden eingebracht wenn der rotierende Stab in dem Boden hochgezogen wird, und während der rotierende Stab in den Boden abgesenkt wird, rotieren nur die Rührblätter, um den kontaminierten Bereich zu rühren.
Die 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Spitzenteils des rotierenden Stabes der in 1 gezeigten Bodensanierungsvorrichtung. Wie in der 2 gezeigt, wird der rotierende Stab 26 mit Rührblättern 21, 22, 23 und 24 versehen, und die Spitze ist mit einem Rührkopf 25 und einem Einlass 28 für das Aufsaugen des Schadstoffes versehen. Der Rotationsstab 26 wird gegen den Grund mittels dem in der 1 gezeigten Kabel 7 gegen den Boden gedrückt, um den Boden mittels der Rotation des rotierenden Stabes und des Rührkopfes 25 betrieben durch den Motor 5 auszuhöhlen. Bevorzugt rotieren der Rührkopf 25 und das direkt oberhalb des Rührkopfes 25 angeordnete Rührblatt 24, in einer Richtung entgegengesetzt zu denen der Rührblätter 21 bis 23. Ein derartiger Aufbau kann die Mitrotation von Boden (Rotation von Boden zusammen mit dem rotierenden Stab, die zu einer ungenügenden Bodenauflockerung führt) unterdrücken, und demgemäss kann der Boden in dem kontaminierten Bereich gut gerührt werden.
Als ein Verfahren für das Einbringen der Behandlungsmittel in den Boden während der Boden ausgehoben wird, ist eine bevorzugte Ausführungsform, Ausgaben bzw. Auslasse 27 für die Behandlungsmittel auf den Rührblättern (zum Beispiel dem Rührblatt 22 in 2) vorzusehen, die unterschiedlich zu dem direkt oberhalb des Rührkopfes 25 angebrachten Rührblatt 24 sind, von dem die Behandlungsmittel in den Boden eingebracht werden. Wenn die Behandlungsmittel in den Boden durch die Spitze des rotierenden Stabes während der Aushöhlung eingebracht wird, kann der Mikroorganismus durch die Reibung zwischen dem Bodenteilchen und den Aushöhlungseinrichtungen, zum Beispiel dem Rührkopf 25 oder zwischen den Teilchen selbst, zerquetscht werden, oder die durch derartige Reibung erzeugte Wärme kann die Mikroorganismen töten und das Induktionsmittel zersetzen, was in einer unbefriedigenden Bodensanierung resultiert. Andererseits, wenn die Behandlungsmittel in den Boden durch die Ausgaben 27, angeordnet an der Kante des Rührblatts 22, ausgegeben werden, wird die Reibung zwischen dem Rührblatt 22 und den Bodenteilchen nicht so groß sein, da die Bodenstruktur schon bereits durch den Rührkopf 25 und das Rührblatt 23 zertrümmert sein muss. Dies wird die Möglichkeit des Tötens der Mikroorganismen und der Degeneration des Induktionsmittels reduzieren. Dies wird nicht auf einen Fall angewendet, wo die Behandlungsmittel in den Boden nur während der Extraktion des rotierenden Stabes aus dem Boden eingebracht werden.
Der Durchmesser der Rührblätter variiert in Abhängigkeit von dem Bereich und der Situation (zum Beispiel städtisch oder ländlich) des zu sanierenden kontaminierten Bereiches, aber er kann innerhalb des Bereiches von 800 mm bis 2000 mm ausgewählt werden.
Das in der für die Bodensanierung mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform verwendete Induktionsmittel variiert in Abhängigkeit von dem zu verwendenden Mikroorganismus, zum Beispiel Methan für Methanotrophe; Toluol, Phenol, Kresol usw., für aromatisch assimilierende Bakterien; und Ammoniumsalze für nitrifizierende Bakterien.
Das den für die Bodensanierung verwendeten Mikroorganismus enthaltende Behandlungsmittel in der vorher beschriebenen Ausführungsform kann einfach durch Dispersion eines Mikroorganismus in Wasser hergestellt werden, wo der Mikroorganismus induzierbar oder konstitutiv enzymatische Aktivitäten exprimiert, um den Schadstoff abzubauen, aber es ist bevorzugt eine Kultur des Mikroorganismus in einem Medium zu verwenden, das Wachstumsmaterialien für den Mikroorganismus enthält und funktionelle Materialien, die für den Mikroorganismus erforderlich sind, um stabil Schadstoff abbauende Aktivitäten zu exprimieren. Wachstumsmaterialien sind die Nährstoffe für den Mikroorganismus, zum Beispiel durch den Mikroorganismus assimilierbare Kohlenstoffquellen, als auch diejenigen enthalten in Brühemedium, M9-Medium, L-Medium, Malzextrakt, MY-Medium, selektives Medium für nitrifizierende Bakterien usw. Funktionelle Materialien zur Erhaltung der Abbauaktivitäten enthalten das Induktionsmittel. Die Bodensanierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Aufbau des vorher mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform beschränkt, in der der Mikroorganismus, Luft (Sauerstoff) und das Induktionsmittel in den Boden aus den Endabschnitten der Rührblätter angebracht werden. Zum Beispiel ist die Injektion des Induktionsmittels nicht notwendig, wenn ein konstitutiv Schadstoff abbauende Fähigkeiten exprimierender Mikroorganismus für die Bodensanierung verwendet wird, oder wenn das flüssige Mittel das Induktionsmittel enthält, damit der Mikroorganismus vollständig die Schadstoff abbauenden Aktivitäten vorher exprimiert. Ebenfalls wird in der vorhergehenden Ausführungsform Luft (Sauerstoff) als ein Nährstoff für den Mikroorganismus verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann jede Kohlenstoffquelle, welche durch den Mikroorganismus assimilierbar ist, anstelle von Luft oder mit Luft eingebracht werden, um dem Mikroorganismus zu ermöglichen für eine längere Zeitspanne in dem Boden zu überleben oder zu wachsen. Andererseits, wenn die Konzentration des Sauerstoffs in dem Boden ausreichend für den Mikroorganismus ist, kann das Einbringen von Luft weggelassen werden. Andererseits, wenn langes Überleben oder Wachstum des Mikroorganismus in dem Boden nicht erwünscht ist, müssen Nährstoffe nicht in den Boden eingebracht werden, was ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden Erfindung ist. Assimilierbare Kohlenstoffquellen können zum Beispiel in Brühemedium, M9-Medium, L-Medium, Malzextrakt, MY-Medium oder selektivem Medium für nitrifizierende Bakterien enthalten sein.
Wenn der Abbau des Schadstoffs durch native Mikroorganismen durchgeführt wird, können mikrobielle Nährstoffe oder ein Induktionsmittel, welches die Schadstoff abbauenden Aktivitäten in ihnen induziert oder beides in den Boden eingebracht werden, welches ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist.
Um wirkungsvoller Schadstoffe im Boden und Grundwasser abzubauen, kann ein Gas, wie etwa Luft oder Sauerstoff, und Abbau fördernde Substanzen in das flüssige Mittel gemischt werden, nachdem die Schadstoffkonzentration und die Sauerstoffkonzentration in dem Boden oder Grundwasser als auch die Konzentrationen des Schadstoff abbauenden Mikroorganismus und der Träger zur Immobilisierung des Mikroorganismus bestimmt wurden. Wenn ein Messfühler, welcher direkt den Schadstoff messen kann verfügbar ist, kann er direkt auf dem rotierenden Stab angebracht werden.
Flüchtige Schadstoffe und Abbauprodukte können durch Gasprobenahme durch den rotierenden Stab gesammelt werden, um direkt die Konzentration durch eine Messeinrichtung, wie etwa einen Gaschromatograph und einem Nachweisröhrchen zu bestimmen. Nicht-flüchtige oder schwerflüchtige Schadstoffe und Abbauprodukte können durch Flüssigchromatographie oder Photometrie nach Vorbehandlung der Bodenproben bestimmt werden. Wie bei den flüchtigen Schadstoffen kann die Sauerstoffkonzentration mit einem Gaschromatographen, einem Nachweisröhrchen oder einem Sauerstoffmessfühler bestimmt werden. Die Anzahl der Schadstoff abbauenden Mikroorganismen kann durch das Plattenzählverfahren oder durch Flusscytometrie gezählt werden, nachdem die gesammelten Träger behandelt wurden.
Um Schadstoffe in dem Boden und im Grundwasser wirkungsvoller abzubauen, ist es bevorzugt die Rotationsgeschwindigkeit der Rührblätter und die Aushub- oder Extraktionsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes zu steuern, um die Schadstoff abbauenden Mikroorganismen und die Träger davon nicht mechanisch zu beschädigen. Die optimalen Geschwindigkeiten hängen ebenfalls von der Bodentextur (Kies, Sand, Ton, usw.) ab. Bei Aushub von hartem Boden wird eine beträchtliche Belastung auf die Rührblätter ausgeübt, welche die Mikroorganismen oder Träger beschädigen kann; in diesem Fall ist es erwünscht, dass das flüssige Mittel eingespritzt und in den Boden während der Extraktion des rotierenden Stabes gemischt wird.
Die Schadstoffe, welche erfindungsgemäß gereinigt werden können, sind nicht besonders begrenzt, solange sie durch Mikroorganismen abbaubare organische Verbindungen sind, beispielsweise aromatische Verbindungen (zum Beispiel Phenol, Kresol, Pentachlorphenol, Polybiphenylchlorid, usw.) und halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen (zum Beispiel Dichlorethylen, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen usw.).
Jeder Mikroorganismus kann in der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet werden, solange er induzierbar oder konstitutiv ein Enzym exprimiert, welche den Schadstoff in dem zu sanierenden Boden abbaut. Es kann ein Wildtyp, eine artifizielle Mutante, die von dem Wildtyp abgeleitet wurde, oder eine mit einem artifiziellen mutierten Gen des Wildtyps sein. Jedoch ist es hinsichtlich der in situ-Bodensanierung bevorzugt einen Mikroorganismus auszuwählen, dessen Einfluss auf das für die Umwelt wesentliche Ökosystem so gering wie möglich ist, das heißt ein Wildtyp oder eine artifizielle Mutante davon. Um den Einfluss auf das Ökosystem zu minimieren, ist es bevorzugt einen Schadstoff abbauenden Mikroorganismus zu verwenden, welcher ein Bewohner des zu sanierenden Bodens ist. Als die Mikroorganismen, welche die vorher erwähnten organischen Verbindungen abbauen können, sind diejenigen enthalten die zu den Genera Saccharomyces, Hansenula, Candida, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Corynebacterium, Arthrobacter, Bacillus, Clostridium, Neisseria, Escherichia, Enterobacter, Serratia, Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium, Acetobacter, Moraxella, Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus, Gluconobacter, Pseudomonas, Xanthomonas und Vibrio gehören, deren Abbauaktivitäten bereits bekannt sind. Als spezifische Beispiele gibt es den Stamm J1 (FERM BP-5102), der aromatische Verbindungen und organische chlorierte Verbindungen mit einem Induktionsmittel abbauen kann, und einen vom Stamm J1 durch eine mutagene Behandlung abgeleiteter Stamm, der Stamm JM1 (FERM BP-5352), welcher diese Verbindungen ohne jedes Induktionsmittel abbauen kann.
Der Mikroorganismus kann in einem flüssigen Mittel suspendiert werden, nachdem er auf Trägerteilchen immobilisiert wurde. Trägerteilchen werden verwendet, um den Mikroorganismus mit einem komfortablen Habitat zu versorgen, um die Erbeutung durch andere Mikroorganismen und Organismen zu vermeiden, und um die Diffusion und den Verlust des Mikroorganismus in das Grundwasser zu vermeiden. Wenn der Mikroorganismus direkt in den Boden während des Rührens des Boden eingebracht wird, werden die Zellen aufgrund der Reibung der Bodenteilchen oftmals aufgebrochen und getötet. In einem derartigen Fall kann der Mikroorganismus auf einem geeigneten Träger immobilisiert werden, um so nicht in direkten Kontakt mit den Bodenteilchen zu gelangen.
Als körniger Träger können verschiedene Arten von mikrobiellen Trägern verwendet werden, welche in der pharmazeutischen Industrie und in der Lebensmittelindustrie oder in Bioreaktoren, wie etwa einem Abwasserbehandlungssystem, genutzt wurden. Zum Beispiel körnige Träger, wie etwa poröses Glas, Keramiken, Metalloxid, Aktivkohle, Kaolinit, Bentonit, Zeolit, Silicagel, Aluminiumoxid und Anthrazit; gelförmige Träger, wie etwa Stärke, Agar, Chitin, Chitosan, Poly(vinylalkohol), Algininsäure, Polyacrylamid, Carrageenan, Agarose und Gelatine; Polymerharze und Ionaustauscherharze, wie etwa Zellulose, Glutaraldehyd, Poly(acrylsäure) und Urethanpolymer. Zusätzlich sind natürliche oder synthetische hochmolekulare Verbindungen, zum Beispiel Baumwolle, Hanf- und Halbstoffmaterialien, deren Hauptbestandteil Zellulose ist, hochmolekulares Acetat, Polyester und Polyurethan, erhalten durch Denaturierung natürlicher Substanzen ebenfalls verwendbar. Bevorzugte Träger haben einen Teilchendurchmesser, der ausreichend klein ist, um gleichmäßig mit dem Boden gemischt zu werden. Hinsichtlich der Handhabung der Träger und der Immobilisationsrate des Mikroorganismus auf den Trägern, ist der Durchmesser erwünscht etwa 0,01 mm bis etwa 1 mm.
Nun wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die folgenden Ausführungsformen beschrieben; jedoch ist es unsere Absicht, dass der Umfang der Erfindung nicht durch irgendein Detail der Beschreibung beschränkt wird.
BEISPIEL 1
Sanierung von Phenol kontaminiertem Boden durch das RAS-Säulenverfahren unter Verwendung des Stammes J1

(1) Zunächst wurden Kolonien des Stamms J1 auf Agarplatten mit M9-Medium ergänzt mit 0,1 % Hefeextrakt wachsen gelassen. Acht Liter M9-Medium mit 0,1 % Mononatriumglutamat wurden in einen 10-Liter-Fermenter gebracht, zu dem 8 g poröse Zelluloseträger (Handelsname: Viscopearl, von Rengo Co., Ltd.) mit 0,1 mm Teilchendurchmesser und einer Dichte von 0,1 g/cm³ gegeben wurden. Die J1-Kolonien wurden in dieses Medium inokuliert und unter Schütteln und Belüftung des Mediums bei 15°C für etwa 2 Tage kultiviert. Zu diesem Zeitpunkt wurden Teile der Zelluloseträgerteilchen herausgenommen und kräftig in frischem M9-Medium geschüttelt, so dass die an die Träger angehefteten Mikroorganismen sich ablösen. Dann wurde die Anzahl der immobilisierten Mikroorganismen durch das Plattenzählverfahren gezählt. Als ein Ergebnis wurden etwa 5 × 10⁹ Zellen des Stamms J1 pro 1 cm³ des Trägers immobilisiert.
(2) Feinsand mit einem Wassergehalt von 12 % wurde mit Phenol zu einer Phenolkonzentration von 10 ppm basierend auf dem Wasser in dem Feinsand gemischt, dann wurde kein Phenol enthaltender Feinsand in eine Trommel (innerer Durchmesser• 56 cm, Höhe: 85 cm) in eine Höhe von 20 cm gefüllt. Dann wurde der Phenol-haltige Feinsand 45 cm hoch auf die Oberfläche der ersten Sandschicht aufgelagert und wieder wurde Feinsand ohne Phenol 20 cm hoch darauf geschichtet. Folglich wurde ein Modell mit kontaminiertem Boden hergestellt.
(3) Eine Vorrichtung für die Bodensanierung wurde wie in den 1 und 2 gezeigt zusammengebaut. Spezifisch wurde ein rotierender Stab mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge von 1200 mm auf einem Rührkopf mit einem Durchmesser von 100 mm, Rührblättern 22, 23 und 24 mit einem Durchmesser von 200 mm, und einem Rührblatt 21 mit einem Durchmesser von 120 mm, wie in 2 gezeigt, angebracht. An der Kante des Rührblattes 22 wurden Ausgabeöffnungen 27 für die Ausgabe der in den Behältern 10 und 11 enthaltenen flüssigen Mittel angeordnet. Der Rührkopf 25 und das Rührblatt 24 wurden so konstruiert, dass sie in einer Richtung entgegen gesetzt zu der Rotationsrichtung der Rührblätter 21, 22 und 23 rotieren würden. Ein flüssiges Mittel mit 0,1 Gew.-% des Trägers (auf welchem Zellen des Stamms J1, hergestellt wie in der vorher erwähnten Beschreibung (1), immobilisiert wurden) wurde in den Behälter 11 gegeben und ein flüssiges Mittel mit 10 Gew.-% Mononatriumglutamat als ein Nährstoff wurde in den Behälter 10 gegeben. Die Vorrichtung wurde in einer derartigen Art und Weise aufgebaut, dass die Behälter 10 und 11, welche die flüssigen Mittel enthalten, mit einer Pumpe 17 über elektromagnetische Ventile 15 und 16 verbunden sind, welche elektromagnetisch durch die Mess- und Kontrolleinrichtung 13 geöffnet und geschlossen werden können und die flüssigen Mittel werden von den Ausgabeöffnungen 27 des Rührblatts 22 ausgegeben. Die Vorrichtung war so eingerichtet, dass sie eine Schadstoffsaugöffnung 28 an der Spitze des rotierenden Stabes hat, so dass der von der Öffnung angesaugte Schadstoff durch das Innere des rotierenden Stabes zu einem Flüssigchromatographen der Mess- und Steuerungseinrichtung 13 für die Messung der Schadstoffkonzentration geführt wurde.
(4) Durch Rotation des rotierenden Stabes der vorher unter (3) beschriebenen Vorrichtung bei einer Geschwindigkeit von 5 Umdrehungen/min, hub der Stab bei einer Geschwindigkeit von 100 mm/min aus und rührte den Boden, wobei die Phenolkonzentrationen überwacht wurden. Wenn der rotierende Stab gegen den Boden der Trommel stieß, wurde die Abwärtsbewegung und die Rotation des rotierenden Stabes beendet. Die Ergebnisse der Überwachung ergaben, dass die Konzentration in der Trommel 0 ppm in dem Bereich von 0 bis 20 cm von der Oberfläche des Bodens, etwa 10 ppm in dem Bereich von 20 bis 65 cm und etwa 0 ppm in dem Bereich von 65 bis 85 cm war. Dann wurde durch Rotation in der entgegen gesetzten Richtung der rotierende Stab angehoben. Von dem Boden bis zu der Tiefe von 65 cm war die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes 200 mm/min und die flüssigen Mittel der Behälter 10 und 11 wurden nicht ausgegeben. Während die Spitze des rotierenden Stabes von 65 cm bis 20 cm Tiefe von der Oberfläche des Bodens angehoben wurde, wurde die Abwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 100 mm/min eingestellt und die flüssigen Mittel des Behälters 10 und des Behälters 11 wurden von den Ausgabeöffnungen 27 mit einer Geschwindigkeit von 50 ml/min bzw. einer Rate von 450 ml/min ausgegeben. Während die Spitze des rotierenden Stabes von dem Punkt in 20 cm Tiefe zu der Oberfläche des Bodens aufwärts stieg, war die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 200 mm/min ohne Ausgabe der flüssigen Mittel eingestellt.
(5) Nach Stehenlassen der Trommel für einen Tag wurde die Konzentration von Phenol in dem ausgehobenen Bereich des Bodens an Punkten von 30 cm und 60 cm Tiefe von der Bodenoberfläche als auch am Boden der Trommel gemäß dem im japanischen Industriestandard (JIS), K012-1993, 28-1 spezifizierten Verfahren gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Phenolkonzentration 0,2 ppm an dem Punkt war, was anzeigte, dass die Bodensanierung dort vollendet war. Andererseits war die Phenolkonzentration an den Punkten, wo der Boden nicht ausgehoben und gerührt wurde, 9,7 ppm an Punkten von 35 cm und 50 cm Tiefe von der Oberfläche des Bodens. In diesem Experiment wurden 2,25 Liter des flüssigen Mittels mit dem Stamm J1 verwendet.

VERGLEICHSBEISPIEL 1
Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 100 mm/min fixiert wurde und die flüssigen Mittel kontinuierlich während der Aufwärtsbewegung ausgegeben wurden. Das Ergebnis war, dass die Konzentration des Phenols 0,2 ppm an jedem Punkt war, und dass die Menge des verbrauchten flüssigen Mittels mit Mikroorganismen in diesem Experiment 4,25 Liter war.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 100 mm/min eingestellt wurde und die flüssigen Mittel aus dem Behälter 10 und dem Behälter 11 kontinuierlich bei einer Geschwindigkeit von 26 ml/min bzw. 234 ml/min ausgegeben wurden. Die Gesamtinjektionsmenge des flüssigen Mittels des Behälters 11 wurde so eingestellt, um nahezu die gleiche wie im Beispiel 1 verwendete zu sein. Als ein Ergebnis war der Durchschnitt der Phenolkonzentration an den Punkten 35 cm tief und 50 cm tief von der Oberfläche etwa 3,2 ppm hoch, was anzeigte, dass die Bodensanierung nicht vollständig war.
BEISPIEL 2
Injektion von Mikroorganismen während des Aushebens
Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt, außer dass der Mikroorganismus und Nährstoffe für den Mikroorganismus in den Boden während des Aushebens zwischen 20 cm und 65 cm tief von der Oberfläche eingebracht wurde.
Wie in Beispiel 1 zeigte das Ergebnis vollständige Bodensanierung. Die durchschnittliche Konzentration des Stamms J1 an den Phenolkonzentrationsbestimmungspunkten war 8 × 10⁶ Zellen/g Boden, gezählt durch das Plattenzählverfahren.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Die in dem Beispiel 1-(3) hergestellte Vorrichtung wurde umgebaut, so dass die flüssigen Mittel der Behälter 10 und 11 von der Spitze des rotierenden Stabes ausgegeben würden. Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 2 durchgeführt, außer dass diese umgebaute Vorrichtung verwendet wurde. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Phenolkonzentrationen an den Punkten 35 cm tief und 50 cm tief von der Bodenoberfläche 1,8 ppm bzw. 2,2 ppm waren, was anzeigt, dass die Bodensanierung nicht wirkungsvoll fortgeschritten ist. Die durchschnittliche Konzentration des Stammes J1 war 1 × 10⁶ Zellen g/Boden. Es wurde visuell bestätigt, dass poröse Zelluloseträgerteilchen in dem Boden zerbrochen waren.
Von diesen Ergebnissen wird geschlossen, dass die in den Boden eingebrachten Mikroorganismen zwischen dem Rührkopf usw. und den Bodenteilchen zerstört wurden, und eine beträchtliche Anzahl der Mikroorganismen getötet wurde.
BEISPIEL 3
Experiment bezüglich der Sanierung von Trichlorethylen-kontaminiertem Boden unter Verwendung des Stammes JM1

(1) Der Stamm JM1 (FERM BP-5352) wurde ausgestrichen und wachsen gelassen, um Kolonien auf einer Agarplatte mit M9-Medium ergänzt mit 0,1 % Hefeextrakt zu bilden. Acht Liter M9-Medium mit 2,0 % Mononatriumglutamat und 15 g poröse Zellulose (Handelsname: Viscopearl; Produkt von Rengo Co., Ltd.) mit 0,1 mm Teilchendurchmesser und einer Dichte von 0,1 g/cm³ wurden in einen 10-Liter-Fermenter gegeben. Die JM1-Kolonien wurden in dieses Medium inokuliert und unter Schütteln und Belüftung des Mediums bei 15°C für etwa 2 Tage kultiviert. Zu diesem Zeitpunkt wurden Teile der Zelluloseträgerteilchen herausgenommen und kräftig in einem frischen M9-Medium geschüttelt, so dass die an den Träger angehefteten Mikroorganismen sich ablösen würden. Dann wurde die Anzahl der immobilisierten Mikroorganismen durch das Plattenzählverfahren gezählt. Als ein Ergebnis wurden etwa 3 × 10⁹ Zellen des Stammes J1 pro 1 cm³ des Trägers immobilisiert.
(2) Feinsand mit einem Wassergehalt von 12 % wurde mit Trichlorethylen (TCE) zu einer TCE-Konzentration von 10 ppm basierend auf dem Wasser in dem Feinsand gemischt. Dann wurde Feinsand ohne TCE in eine Trommel (innerer Durchmesser: 56 cm, Höhe: 85 cm) in einer Höhe von 20 cm gefüllt. Dann wurde der Feinsand mit TCE 45 cm hoch auf der Oberfläche der ersten Sandschicht aufgeschichtet und wieder Feinsand ohne TCE wurde 20 cm hoch darauf geschichtet. Folglich wurde ein Modell eines. TCE-kontaminierten Bodens hergestellt.
(3) Eine Vorrichtung für die Bodensanierung wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass der Behälter 11 ein flüssiges Mittel mit 0,2 Gew.-% der Trägerteilchen enthielt, auf welchem Zellen des Stammes JM1 immobilisiert wurden und kein flüssiges Mittel in den Behälter 10 gegeben wurde. Die Vorrichtung war so eingerichtet, um eine Schadstoffsaugöffnung an der Spitze des rotierenden Stabes zu haben, so dass der von der Öffnung in einer Fließgeschwindigkeit von 1 ml/min aufgesaugte Schadstoff durch das Innere des rotierenden Stabes zu einem Flüssigchromatographen (Microsensor Technology, M200) der Mess- und Steuerungseinrichtung 13 für die Online-Messung der Schadstoffkonzentration geführt wurde.
(4) Durch Rotation des rotierenden Stabes der vorher unter (3) beschriebenen Vorrichtung bei einer Geschwindigkeit von 4 Umdrehungen/min, hob der Stab bei einer Geschwindigkeit von 60 mm/min aus und rührte den Boden, wobei die TCE-Konzentrationen überwacht wurden. Wenn der rotierende Stab gegen den Boden der Trommel stieß, wurde die Abwärtsbewegung und die Rotation des rotierenden Stabes beendet. Die Ergebnisse der Überwachung ergaben, dass die TCE-Konzentration in der Trommel weniger als 0,1 ppm im Bereich von 0 bis 20 cm von der Oberfläche des Bodens, etwa 5 ppm im Bereich von 20 bis 65 cm und weniger als 0,1 ppm im Bereich von 65 bis 85 cm war. Dann wurde mit Rotieren in die entgegengesetzte Richtung der rotierende Stab angehoben. Von dem Boden bis zu einer Tiefe von 65 cm war die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes 120 mm/min und das flüssige Mittel des Behälters 11 wurde nicht ausgegeben. Während die Spitze des rotierenden Stabes sich von 65 cm bis 20 cm Tiefe von der Oberfläche des Bodens aufwärts bewegte, war die Aufwärtsbewegung des rotierenden Stabes auf 60 mm/min eingestellt, und das flüssige Mittel des Behälters 11 wurde aus den Ausgabeöffnungen 27 bei einer Geschwindigkeit von 300 ml/min ausgegeben. Während sich die Spitze des rotierenden Stabes von dem Punkt 20 cm tief zu der Oberfläche des Bodens aufwärts bewegte, war die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 120 mm/min ohne Ausgabe des flüssigen Mittels des Behälters 11 eingestellt.
(5) Nach Stehenlassen der Trommel für einen Tag wurde TCE mit Hexan aus dem gerührten Feinsand entnommen von den Punkten 35 cm tief, 50 cm tief von der Bodenoberfläche und dem Grund der Trommel extrahiert, und die TCE-Konzentrationen wurden unter Verwendung eines Gaschromatographen (Handelsname: GC-14B; Shimadzu Corporation) gemessen. Das Ergebnis zeigte, dass die TCE-Konzentration 0,1 ppm oder weniger an jedem Punkt war, was anzeigte, dass die Bodensanierung abgeschlossen war. Auf der anderen Seite, an den Punkten, wo der Boden nicht ausgehoben und gerührt wurde, waren die TCE-Konzentrationen an Punkten 35 cm und 50 cm tief von der Oberfläche des Bodens, waren 4,7 ppm. In diesem Experiment war die Menge des verbrauchten flüssigen Mittels, das den Stamm JM1 enthielt, 2,25 Liter.

VERGLEICHSBEISPIEL 4
Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3 durchgeführt, außer dass die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 60 mm/min eingestellt wurde und das flüssige Mittel kontinuierlich während der Aufwärtsbewegung ausgegeben wurde. Als ein Ergebnis war die TCE-Konzentration 0,1 ppm oder weniger an jedem Punkt, aber die Menge der verbrauchten Flüssigkeit, die den Mikroorganismus enthielt, war 4,25 Liter.
VERGLEICHSBEISPIEL 5
Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3 durchgeführt, außer dass die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 100 mm/min eingestellt wurde und das flüssige Mittel des Behälter 11 wurde kontinuierlich bei einer Geschwindigkeit von 160 ml/min ausgegeben. Die Gesamtinjektionsmenge des flüssigen Mittels des Behälters 11 war so eingestellt, um nahezu die gleiche zu sein wie die im Beispiel 3 verwendete. Als ein Ergebnis war der Durchschnitt der TCE-Konzentrationen an den Punkten 35 cm tief und 50 cm tief von der Oberfläche des Bodens etwa 1,8 ppm hoch, was anzeigte, dass die Bodensanierung unvollständig war.
BEISPIEL 4
Injektion von Mikroorganismus während des Bodenaushebens Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 3 durchgeführt, außer dass der Mikroorganismus in den Boden bei einer Geschwindigkeit von 300 ml/min während des Aushebens von einer Tiefe von 20 cm bis zu einer Tiefe von 65 cm von der Oberfläche eingebracht wurde. Ähnlich dem Beispiel 3 zeigten die Ergebnisse, dass die Bodensanierung vollständig war. Die durchschnittliche Konzentration des Stamms JM1 an den Bestimmungspunkten der TCE-Konzentration war 5 × 10⁶ Zellen/g Boden, gezählt durch das Plattenzählverfahren.
VERGLEICHSBEISPIEL 6
Ein Bodensanierungsexperiment wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 4 durchgeführt, außer dass die verwendete Vorrichtung die des Vergleichsbeispiels 3 war, und das flüssige Mittel des Behälters 11 wurde von der Spitze des rotierenden Stabes während des Aushebens ausgegeben. Das Ergebnis war, dass die TCE-Konzentrationen an den Punkten 5 cm tief und 50 cm tief von der Oberfläche 2,4 ppm bzw. 7 ppm waren, was anzeigt, dass die Bodensanierung nicht wirkungsvoll fortgeschritten war. Die durchschnittliche Konzentration des Stammes JM1 an diesen Punkten war 7 × 10⁵ Zellen/g Boden. Die visuelle Betrachtung des Bodens bestätigte, dass poröse Zelluloseträgerteilchen zerstört wurden. Es wurde aus diesen Ergebnissen geschlossen, dass der in den Boden eingebrachten Stamm JM1 zwischen dem Rührkopf usw. und Bodenteilchen zerstört wurde, und eine beträchtliche Anzahl von Mikroorganismen getötet wurde.
BEISPIEL 5
Sanierung von Trichlorethylen-kontaminiertem Boden unter Verwendung des Stammes J1

(1) Trägerteilchen auf welchen Zellen des Stammes J1 immobilisiert wurden, wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1-(1) hergestellt.
(2) Ein Modell eines TCE-kontaminierten Bodens wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3-(2) hergestellt.
(3) Die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel 1-(3) wurde verwendet, außer dass der Behälter 11 ein flüssiges Mittel mit 0,1 Gew.-% der Trägerteilchen enthielt, auf welchem Zellen des Stammes J1 immobilisiert wurden, und der Behälter 10 enthielt eine wässrige Lösung mit 0,5 Gew.-% Phenol als das Induktionsmittel für den Stamm J1.
(4) Durch Rotation des rotierenden Stabes der vorher unter (3) beschriebenen Vorrichtung bei einer Geschwindigkeit von 4 Umdrehungen/min, hob der Stab bei einer Geschwindigkeit von 60 mm/min aus und rührte den Boden, wobei die Phenolkonzentrationen überwacht wurden. Wenn der rotierende Stab gegen den Grund der Trommel stieß, wurde die Abwärtsbewegung und die Rotation des rotierenden Stabes beendet. Die Ergebnisse der Überwachung ergaben, dass die TCE-Konzentration in der Trommel 0,1 ppm oder weniger in dem Bereich von 0 bis 20 cm Tiefe von der Oberfläche des Bodens, etwa 5 ppm in dem Bereich von 20 bis 65 cm und 0,1 ppm oder weniger in dem Bereich von 65 bis 85 cm war. Dann wurde durch Rotation in der entgegen gesetzten Richtung der rotierende Stab angehoben. Von dem Grund bis 65 cm Tiefe war die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes 120 mm/min und die flüssigen Mittel aus den Behältern 10 und 11 wurden nicht ausgegeben. Während die Spitze des rotierenden Stabes sich von 65 cm Tiefe von der Oberfläche des Bodens aufwärts bewegte, war die Aufwärtsbewegung des rotierenden Stabes auf 60 mm/min eingestellt, und die flüssigen Mittel des Behälters 10 und des Behälters 11 wurden aus den Ausgabeöffnungen 27 bei einer Geschwindigkeit von 30 ml/min bzw. einer Geschwindigkeit von 270 ml/min ausgegeben. Während die Spitze des rotierenden Stabes von dem Punkt 20 cm tief zu der äußeren Oberfläche des Bodens sich aufwärts bewegte, war die Aufwärtsgeschwindigkeit des rotierenden Stabes auf 120 mm/min ohne die Ausgabe der flüssigen Mittel eingestellt.
(5) Nach Stehenlassen der Trommel für einen Tag wurden die Konzentrationen an Phenol und TCE in den ausgehobenen Bereichen des Bodens an den Punkten 30 cm und 60 cm tief von der Bodenoberfläche als auch von dem Boden der Trommel gemessen. Als ein Ergebnis waren die Konzentrationen von Phenol und TCE 0,1 ppm oder weniger an jedem Punkt, was anzeigte, dass die Bodensanierung dort vollständig war. In diesem Experiment wurden 2,25 Liter des den Stamm J1 enthaltenden flüssigen Mittels verwendet.

Wie vorher beschrieben, kann gemäß den vielfältigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine in situ-Sanierung von mit organischen Verbindungen kontaminierten Boden sehr wirkungsvoll durchgeführt werden.
Überdies kann erfindungsgemäß das Einbringen eines Mikroorganismus im Boden wirkungsvoll durchgeführt werden, was erlaubt, die Kosten der in situ-Sanierung von kontaminiertem Boden zu senken.

Claims

Vorrichtung für die Bodensanierung, um einen mit einem Schadstoff kontaminierten Boden zu sanieren durch Einbringen wenigstens eines Mittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Mikroorganismus, der den Schadstoff abbauen kann, einem Nährstoff für den Mikroorganismus und einem Induktionsmittel, damit der Mikroorganismus die Schadstoff abbauende Aktivität exprimiert, wobei die Vorrichtung umfasst: (a) eine Aushubeinrichtung (8) für das Ausheben des Bodens, (b) Rühreinrichtungen (21 – 25) zum Rühren des Bodens, (c) Zufuhreinrichtungen (10 – 12) zum Einbringen des wenigstens einen Mittels in den Boden; und (d) eine Messeinrichtung (13) zur Messung der Schadstoffkonzentration in dem Boden; wobei die Aushubeinrichtung (8) einen rotierenden Stab (6, 26) mit einem Rührkopf (25) an einem Spitzenteil (19) davon und eine Mehrzahl von Rührblättern (21 – 24), angebracht an einem Verbindungsteil davon, umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkopf (25) und das Rührblatt (24) daneben in eine Richtung rotierbar sind und der Rest der Rührblätter (21 – 23) in der entgegengesetzten Richtung rotierbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Steuerungseinrichtung (13) zur Steuerung wenigstens einer der Aushubseinrichtung (8), der Rühreinrichtungen (21 – 25) und der Zufuhreinrichtungen (10 – 12) gemäß der durch die Messeinrichtung gemessenen Schadstoffkonzentration.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinrichtung (13) wenigstens eine der Abstiegsgeschwindigkeit und der Aufstiegsgeschwindigkeit der Aushubeinrichtung (8) in dem Boden steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Steuerungseinrichtung (13) die Rührgeschwindigkeit der Rühreinrichtungen (21 – 25) steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zufuhreinrichtungen eine Ausgabeöffnung (27), angeordnet an einer Kante von einem oder mehreren der Rührblätter (21 – 23) unterschiedlich zu dem Rührblatt (24) neben dem Rührkopf (25), eine Einrichtung (18) für die Verbindung der Ausgabeöffnung und eines Behälters (10, 11), der wenigstens ein Mittel enthält, und eine Einrichtung (17) für die Lieferung des Mittels zu der Ausgabeöffnung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zufuhreinrichtungen eine Ausgabeöffnung (27), angeordnet an einer Kante einer Rührschaufel (21 – 24), eine Einrichtung (18) für die Verbindung der Ausgabeöffnung mit einem Behälters (10, 11), der wenigstens ein Mittel enthält, und eine Einrichtung (17) für die Lieferung wenigstens eines Mittels zu der Ausgabeöffnung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Einrichtung für die Verbindung des Behälters (10, 11) und der Ausgabeöffnung (27) in dem rotierenden Stab (6, 26) untergebracht ist.
Verfahren für die Sanierung eines mit einem Schadstoff kontaminierten Bodens mit den Schritten von: (1) Ausheben eines mit einem Schadstoff kontaminierten Bodens; (2) Rühren des Bodens; (3) Messen der Schadstoffkonzentration in dem Boden; und (4) Einbringen wenigstens eines Mittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Mikroorganismus, der den Schadstoff abbauen kann, einem Nährstoff für den Mikroorganismus und einem Induktionsmittel, damit der Mikroorganismus die Schadstoff abbauende Aktivität exprimiert; wobei: wenigstens einer der Schritte (1), (2) und (4) gemäß der durch den Schritt (3) bestimmten Schadstoffkonzentration gesteuert wird; und die Aushub- und Rührschritte (1) und (2) das Ausheben und Rühren des Bodens unter Verwendung eines rotierenden Stabes (6, 26) mit einem Rührkopf (25) an einem Spitzenteil (19) davon und einer Mehrzahl von Rührschaufeln (21 – 24), angebracht an einem Verbindungsteil davon, umfasst; gekennzeichnet durch, Rotieren des Rührkopfs (25) und der Rührschaufel (24) daneben in einer Richtung und Rotieren des Rests der Rührschaufeln (21 – 23) in die entgegengesetzte Richtung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt (1) umfasst, dass die Aushubeinrichtung (8) in den Boden bei einer ersten Geschwindigkeit eindringen oder dass die Aushubeinrichtung (8) in den Boden bei einer ersten Geschwindigkeit eindringen und dann die Aushubeinrichtung (8) aus dem Boden bei einer zweiten Geschwindigkeit herausgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Geschwindigkeiten gemäß der durch den Schritt (3) bestimmten Schadstoffkonzentration gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Rührschaufeln (21 – 24) gemäß der durch den Schritt (3) bestimmten Schadstoffkonzentration gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Schritt (3) die Messung der Konzentration des Schadstoffs oder des Schadstoffs in einem Medium ausgesaugt von einer Saugöffnung (28), angeordnet an einem Spitzenteil (19) des rotierenden Stabes (6, 26), unter Verwendung der Messeinrichtung (13) verbunden mit der Saugöffnung für die Messung der Schadstoffkonzentration umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Schritt (4) das Einbringen wenigstens eines Mittels in den Boden durch eine Ausgabeöffnung (27), vorgesehen an einer Kante von einem oder mehreren der Schaufelblätter (21 – 24), unter Verwendung der Einrichtung (17) für die Lieferung des Mittels zu der Ausgabeöffnung (27) aus einem Behälter (10, 11), der das Mittel enthält, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei eine Menge des in dem Schritt (4) in den Boden eingebrachten Mittels gemäß der durch den Schritt (3) bestimmten Schadstoffkonzentration gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der Schritt (4) während des Schritts (1) durchgeführt wird, entweder während die Aushubeinrichtung (8) in den Boden bei einer ersten Geschwindigkeit dringt oder während die Aushubeinrichtung (8) aus dem Boden bei einer zweiten Geschwindigkeit herausgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Schritt (4) durch Einbringen wenigstens eines Mittels in den Boden aus einem Behälter (10, 11), der das Mittel enthält, durch eine Ausgabeöffnung (27), vorgesehen an einer Kante von einer oder mehreren der Rührschaufeln (21 – 23), unterschiedlich zu der Rührschaufel (24) neben dem Rührkopf (25), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Schadstoff eine organische Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Verbindung eine aromatische Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die aromatische Verbindung eine Phenolverbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die organische Verbindung eine halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffverbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffverbindung Dichlorethylen oder Trichlorethylen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 21, wobei der Mikroorganismus ein Wildtyp ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Mikroorganismus der Stamm J1 (FERM BP-5102) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei der Miroorganismus eine Mutante eines Wildtyp-Stammes ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Mutante der Stamm JM1 (FERM BP-5352) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 25, wobei der Nährstoff Sauerstoff enthält.