1.2 Die biologische Sanierung von Ökosystemen, die  mit organischen Schadstoffen kontaminiert sind

Rohöl und seine raffinierte Produkte sind die wichtigsten Quellen von organischen Kontaminanten, die die Ökosysteme verschmutzen. Erdöl ist hauptsächlich durch drei Kohlenwasserstoff - Fraktionen (Paraffin, Naphthene und aromatische) zusammengesetzt. Jede Erdölfraktion ist in der Regel durch Hunderte von verschiedenen Kohlenwasserstoffmolekülen zusammengesetzt, eher als aus einer fest definierten Zusammensetzung. Somit sind Fraktionen unähnlich in Bezug auf die Volatilität, Bioverfügbarkeit, Toxizität, Abbaubarkeit und Persistenz. Spills sind schwierig bei der Erdölverarbeitung und Lieferung zu vermeiden. Diese komplexe Anordnung von Verbindungen stellt eine enorme Herausforderung dar, um für eine effektive biologische Sanierung Strategien zu entwerfen.

Sobald MKW eine Umgebung erreicht, können Schäden das Ergebnis mehrerer Ursachen sein. Primäre biologische Wirkung ist aufgrund der Sperrwirkung der Ölschicht auf dem Wasser, Nährstoffe, O2 und Lichteinwirkung. Zytotoxische und mutagene Wirkungen von Kohlenwasserstoffen führen zu langfristigen Umweltverschmutzungsfolgen. Eine bioverfügbare toxische Verbindung zeigt nicht nur erhöhte schädliche Wirkungen, sondern hat auch eine höhere Zugänglichkeit für den biologischen Abbau. Im Gegensatz dazu ist stark adsorbierte Fraktion weniger giftig, aber schwieriger zu behandeln. Diese allgemeine Regel ist relevant für die biologischen Strategien, um die Sanierung von belasteten Böden zu designen oder die von Sedimenten, weil Mineralöl-Kohlenwasserstoffe dazu neigen, fest zu dieser Matrizen zu adsorbieren.

Die Auswahl einer geeigneten Strategie zur Sanierung stützt sich auf die physikochemischen Eigenschaften der verschmutzten Matrix und den Grad und das Alter des Spills. Das Ziel der biologischen Sanierung ist es, die limitierenden Faktoren zu überwinden, die die Bioabbauraten verlangsamen. Die Bioremediation von organischen Verbindungen kann entweder durch in situ oder ex situ-Behandlungen durchgeführt werden. Während der in situ-Anwendungen wird die organische Verunreinigung an der Stelle behandelt. Die Ex-situ-Technologien beinhalten den Transport des verschmutzten Bodens zu einer Stelle, wo ein geeignetes Behandlungssystem zur Entfernung von organischen Verunreinigungen konstruiert werden kann. Für Erdöl-Kohlenwasserstoffe können sich vier Szenarien ergeben:

1. Der Überschuss an Kohlenstoffquellen durch die Eingabe ergibt eine Begrenzung von anderen Nährstoffen für den Kohlenwasserstoff. Die Zugabe von Stickstoff und Phosphor kann das Gleichgewicht wieder herstellen und die Bioabbauraten erhöhen.

2. Die unzureichende Sauerstoffverfügbarkeit sinkt mit den Raten des biologischen Abbaus. Lufteinspritzung oder einfaches Rühren können die Sauerstofflimitierung während des aeroben Abbaus von Kohlenwasserstoff überwinden.

3. Geringe Bioverfügbarkeit von Kohlenwasserstoffen. Die Zugabe von umweltfreundlichen Tensiden (wie diese ungiftig und biologisch abbaubar, wenn sie einmal hergestellt sind durch Mikroorganismen oder Pflanzen) kann die Löslichkeit verbessern und damit die Bioverfügbarkeit von Kohlenwasserstoffen.

4. Nicht-effiziente katabolische Maschinen aus nativen mikrobiellen Gemeinschaften. Addition der reinen Kultur oder von einem mikrobiellen Konsortium kohlenwasserstoffabbauender Mikroorganismen können die Abbauraten verbessern.