Natürlicher Benzenabbau durch Nitratinjektion in kontaminierte Grundwasserleiter

Christin Müller1, Karsten Vogt1, Reiner Stollberg1, Rico Lucas1, Sabine Kleinsteuber1, Ralf Trabitzsch1, Holger Weiß1, Hans-Hermann Richnow
1 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, UFZ

11.8 in Isotope Approaches for the Investigation of Matter Fluxes and Flow Processes

28.03.2020, 11:15-11:30, Weißer Saal

Zur Charakterisierung anaerober, biogeochemischer Prozesse in der gesättigten Zone eines Benzen-kontaminierten Standorts wurden geochemische als auch isotopenanalytische Methoden verwendet. Vorangegangene Studien zeigen, dass autochthone Mikroorganismen in der Lage sind Benzen mittels Sulfat als Elektronenakzeptor zu mineralisieren. Weiterführende Studien belegen, dass das natürliche Potential Benzen abzubauen limitiert wird durch die Verfügbarkeit von Sulfat und möglicherweise gehemmt wird durch erhöhte Sulfidkonzentrationen [1-3]. Zusätzlich haben vorangegangene Labor- und Feldstudien gezeigt, dass autochthone Mikroorganismen in der Lage sind Nitrat als Elektronenakzeptor zur Mineralisierung von Benzen und zur Regeneration von Sulfat durch eine Re-Oxidation reduzierter Schwefelverbindungen zu nutzen [4-6]. Um eine Sanierungsstrategie durch die Injektion von Nitrat unter Feldbedingungen zu prüfen, speisten wir 6.74 Tonnen Natriumnitrat (NaNO3) in eine Benzen-Schadstofffahne innerhalb eines Zeitraums von 60 Tagen ein und verfolgten die resultierenden biogeochemischen Prozesse (Sulfidoxidation, Nitratreduktion, mikrobieller Abbau) mittels räumlich und zeitlich hochaufgelöster, geochemischer, isotopischer und molekularbiologischer Analysen. Natrium fungierte dabei als konservativer Tracer. Grundwasserproben wurden wöchentlich entlang dreier Brunnengalerien genommen.

Die induzierte Nitratfahne erreichte die erste Brunnengalerie nach 56 Tagen (3500 mg L-1), die Zweite nach 119 Tagen (2500 mg L-1) und die letzte Reihe von Brunnen nach 210 Tagen (481 mg L-1). Entsprechende δ15N-NO3- Isotopensignaturen stiegen auf ein Maximum von 68‰ (vs. AIR) an, mit einem Zeitversatz, der für die Nutzung von Nitrat als Elektronenakzeptor spricht. Eine in-situ Oxidation von Sulfid konnte durch die Messung der Sulfat-Isotopie sowie durch den Nachweis Sulfid-oxidierender Organismen (Epsilonproteobacteria) bestätigt werden. Mit Hilfe der Analyse von δ13C und δ2H am Benzen konnte der Schadstoffabbau durch Mikroorganismen ebenfalls bestätigt werden, welche vornehmlich Nitrat als Elektronenakzeptor verwenden.

Grundwasserprobenahme in unterschiedlichen Tiefen
Grundwasserprobenahme in unterschiedlichen Tiefen



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