AnwendungsbereichErdölverschmutzung in marinen Sedimenten
Produktbeschreibung:Das mikrobielle Mittel wird aus einem Konsortium einheimischer Bakterienstämme hergestellt, die aus ölverseuchten Gebieten des Pazifischen Ozeans isoliert wurden. Die Mikroorganismen werden an einen Träger adsorbiert und mit einem Filmbildner verkapselt, um das mikrobielle Präparat zu erhalten. Alle Stämme wurden einer Biosicherheitsprüfung unterzogen. Das mikrobielle Mittel wurde erfolgreich zur Sanierung von Erdölkontaminationen in Sedimenten an einem ölverseuchten Meeresstandort eingesetzt.
Anwendungsfall: Demonstrationsprojekt zur mikrobiellen In-situ-Sanierung von Sedimenten in öffentlichen Gewässern
In einem Demonstrationsprojekt zur Sedimentsanierung vor Ort wurde ein Gebiet von rund 670.000 km² Meeresgewässern, das von einer Ölkatastrophe betroffen war, untersucht. Dabei wurden über 360 Tonnen mikrobieller Wirkstoff eingesetzt und die Ergebnisse der Sanierung anschließend überwacht. Die Konzentrationen von Erdölkohlenwasserstoffen an den Messstationen rund um die Ölplattform sanken deutlich, wobei Abbauraten von bis zu 90 % erreicht wurden.
(1) Sanierungsbereich
Das Sanierungsgebiet für Sedimente befindet sich im zentralen Meeresbereich in einer Wassertiefe von etwa 28 m. Die Strömungsgeschwindigkeit in Bodennähe beträgt rund 2 Knoten. Die Meeresbodensedimente bestehen hauptsächlich aus tonigem Schluff. Offshore-Plattformen und Unterwasserpipelines befinden sich in der Nähe des Sanierungsgebiets.
(2) Entwicklung sicherer und hocheffizienter mikrobieller Mittel zum Abbau von Erdöl
Bei der Entwicklung mikrobieller Wirkstoffe werden einheimische Mikroorganismen mit geringem Umweltrisiko bevorzugt. Einheimische Stämme, die aus Sedimenten in von Ölverschmutzungen betroffenen Meeresgebieten isoliert und untersucht wurden, können die Ausbreitung nicht-einheimischer Stämme wirksam verhindern und Veränderungen der ökologischen Struktur und Funktionen des Sanierungsgebiets minimieren.
In Labortests wurden Stämme ausgewählt, die innerhalb von sieben Tagen eine Erdölabbauleistung von über 80 % erreichten. Dazu gehörten unter anderem Bacillus subtilis (Stamm-ID: Bs), Bacillus amyloliquefaciens (Stamm-ID: Ba), Bacillus safensis (Stamm-ID: Bb), Bacillus cereus (Stamm-ID: KF8), Acinetobacter calcoaceticus (Stamm-ID: T32), Pseudomonas putida (Stamm-ID: SP1), Acinetobacter sp. (Stamm-IDs: HC8-3 und LKG-A), Oceanimonas baumannii (Stamm-ID: N6) und Bacillus pumilus (Stamm-ID: BPL-1).
Unter Berücksichtigung der synergistischen Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Gemeinschaften wurden verschiedene Stammkombinationen evaluiert, um die Kombination mit der höchsten Erdölabbauleistung zu identifizieren. Anschließend wurden Labor- und Pilotversuche durchgeführt, um die Erdölabbauleistung des ausgewählten mikrobiellen Konsortiums zu bestimmen. Die Sicherheit der Stämme wurde ebenfalls bewertet, unter anderem durch akute Toxizitätstests an Mäusen und an Meeresorganismen.
(3) Fermentation durch mikrobielle Kulturen und Verarbeitung mikrobieller Wirkstoffe
Der mikrobielle Fermentationsprozess wurde untersucht, einschließlich der Zusammensetzung des Kulturmediums, des pH-Werts, der Fermentationstemperatur, der Belüftung und Rührung im Fermenter, der Konzentration und des Zustands der Kultur beim Transfer zwischen den Fermentationsbehältern, der Fermentationsdauer und der Bestimmung der wichtigsten Fermentationsstadien. Für die mikrobielle Kultur wurde ein dreistufiger Fermentationsprozess durchgeführt.
Im Sanierungsgebiet dieses Projekts beträgt die durchschnittliche Wassertiefe etwa 25–30 m. Würde die mikrobielle Kultur direkt auf den Meeresboden eingebracht, würde nur ein geringer Anteil der Sanierungsmikroorganismen die Sedimente erreichen. Um sicherzustellen, dass große Mengen hocheffizienter, erdölabbauender Stämme die Meeresbodensedimente erreichen, muss die fermentierte mikrobielle Kultur weiter aufbereitet werden.
Zu den Verarbeitungsmethoden gehören Adsorption an Trägermaterialien, Aggregation und Verkapselung. Diese Techniken können die Dispersion und den Verlust mikrobieller Wirkstoffe während des Einsatzes wirksam reduzieren und gleichzeitig die Auswirkungen der eingebrachten Mikroorganismen auf nicht kontaminierte Meeresgebiete minimieren.
(4) Einsatz mikrobieller Erreger
Die hohen Kosten von Offshore-Operationen und der geringe Spielraum für Fehler stellen erhebliche Herausforderungen für die Forschung, Anwendung und Entwicklung von Technologien zur Sanierung von Ölverschmutzungen im Meer dar.
Vor dem Einsatz der mikrobiellen Wirkstoffe müssen umfassende Simulationstests durchgeführt werden, darunter numerische Simulationen und Simulationen im Labormaßstab. Anhand der Simulationsergebnisse lassen sich die geeignete Verpackungsgröße und der optimale Einsatzbereich bestimmen, wodurch die Sicherheit und Durchführbarkeit der Offshore-Operationen maximiert werden.
Um einen effektiven Einsatz mikrobieller Sanierungsmittel und eine erfolgreiche Sanierung von Erdölverschmutzungen zu gewährleisten, kann der gesamte Prozess – einschließlich der Ausbringung, der eingesetzten Menge an mikrobiellen Sanierungsmitteln und der Sanierungsleistung – mithilfe verschiedener Methoden überwacht werden, beispielsweise durch Fernerkundung aus der Luft, Videoüberwachung an der Oberfläche und Unterwasserüberwachung. Diese Überwachungsmaßnahmen tragen zu einer reibungslosen Projektdurchführung bei und liefern gleichzeitig wertvolle technische Referenzen und Methoden für zukünftige Projekte ähnlicher Art.
Offshore-Operationen
Eigenständig entwickelte Unterwasserüberwachungsgeräte
(5) Bewertung der Wirksamkeit von Sanierungsmaßnahmen
Die Bewertung der Sanierungseffektivität umfasste eine Basiserhebung vor dem Einsatz des mikrobiellen Mittels und zwei Folgeerhebungen nach dem Einsatz.
Zu den wichtigsten Überwachungsparametern gehörten herkömmliche Wasserqualitätsindikatoren (DO, Phosphat, Gesamtphosphor, anorganischer Stickstoff, Gesamtstickstoff usw.); Erdölkonzentrationen im Oberflächenwasser und in Sedimenten; Gesamtbakterienzahlen im Formationswasser und in Sedimenten; die relative Häufigkeit erdölabbauender Stämme vor und nach der Sanierung; sowie Veränderungen in der Diversität und Häufigkeit der mikrobiellen Gemeinschaft vor und nach der Sanierung.
Nach der Sanierung sank die Erdölkonzentration von einem Ausgangswert von 1.260 × 10⁻⁶ auf 210 × 10⁻⁶ in der ersten Nachuntersuchung 70 Tage nach dem Einsatz. In der zweiten Nachuntersuchung, die 210 Tage nach dem Einsatz durchgeführt wurde, sank die Erdölkonzentration weiter auf 155 × 10⁻⁶. An den Messstationen in der Nähe der Ölplattform betrug die durchschnittliche Abbaurate des Erdöls nach 70 Tagen 56,34 % und nach 210 Tagen 70,14 %.
Die Gemeinschaftsstruktur der Makro- und Meiobenthosorganismen zeigte vor und nach der Sanierung keine wesentlichen Unterschiede. Nach der Sanierung nahmen die benthische Biomasse, Diversität und Abundanz leicht zu, und die Lebensgemeinschaften an den sanierten Standorten wiesen eine größere Ähnlichkeit mit denen in unbelasteten Meeresgebieten auf.
Die Umsetzung dieses Projekts trug zur Bekämpfung der Erdölverschmutzung in Sedimenten im zentralen Meeresgebiet von [Ort] bei. Zudem wurden verschiedene Herausforderungen bei der Übertragung wissenschaftlicher Forschungsergebnisse und Technologien in praktische Ingenieuranwendungen bewältigt. Darüber hinaus wurden neue Ansätze für die Entwicklung und Anwendung von Laborsimulationsgeräten für Offshore-Operationen erforscht.
Zur Unterstützung des Einsatzes mikrobieller Mittel im Meerwasser und der anschließenden Überwachung wurden eigenständig entwickelte Oberflächen- und Unterwasserüberwachungsgeräte konzipiert und eingesetzt. Während der Offshore-Operationen untersuchte das Projektteam zudem bestehende Einschränkungen der Überwachungsgeräte und erarbeitete praktikable Lösungen zu deren Behebung.
Nach der Projektdurchführung sanken die Erdölkonzentrationen in den Sedimenten des Untersuchungsgebiets deutlich, begleitet von einer gewissen ökologischen Erholung. Das Projekt ist ein gelungenes Beispiel für marine ökologische Renaturierung und bringt erhebliche soziale und ökologische Vorteile.
Veröffentlichungsdatum: 12. Oktober 2026