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Nachrichten und Pressemeldungen aus Labor und Analytik

13.10.2011

Forschungsvorhaben ATHENE untersucht den mikrobiellen Abbau von organischen Schadstoffen in der biologischen Abwasserreinigung


Unter der Leitung von PD Dr. Thomas Ternes aus der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) und Dr. Adriano Joss von der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (Eawag) in Dübendorf/Schweiz werden renommierte Wissenschaftler beider Institute aus den Bereichen Abwassertechnologie, chemische Analytik sowie der Enzymologie und Umwelttoxikologie in diesem Projekt fünf Jahre lang zusammen arbeiten. Vervollständigt wird das Konsortium durch den Ökotoxikologen Prof. Jörg Oehlmann von der Universität Frankfurt/Main.

Ziel des Forschungsvorhabens ATHENE ist ein besseres Verständnis des mikrobiellen Abbaus von organischen Schadstoffen (z.B. aus Antibiotika, Schmerzmitteln, Bioziden) in der biologischen Abwasserreinigung. Auf der Basis der bisher gewonnenen Erkenntnisse über die Abbauwege und enzymatischen Prozesse werden innovative technologische Konzepte einer biologischen Abwasserreinigung aufgestellt und praktisch erprobt. Im Gegensatz zur bestehenden konventionellen biologischen Abwasserreinigung sollen die neu entwickelten Verfahren zu einem besseren Abbau der organischen Schadstoffe führen. Hierbei wird eine deutliche Verbesserung der Qualität des gereinigten Abwassers angestrebt und in der Folge die Verunreinigung der Gewässer und Sedimente reduziert.

Seit einigen Jahren werden neben den prioritären Schadstoffen, zu denen Verbindungen wie Polychlorierte Biphenyle (PCBs) oder Dioxine gehören, auch viele polare organische Schadstoffe in Kläranlagenabläufen und den Fließgewässern nachgewiesen, die natürlicherweise nicht in der Umwelt vorkommen. Hierzu zählen beispielsweise perfluorierte Substanzen (PFC"s), Flammschutzmittel aus elektronischen Geräten, Biozide und Arzneistoffe wie Betablocker, Antibiotika, Inhaltsstoffe von Antibabypillen und viele mehr. Die heutige biologische Abwasserreinigung ist primär darauf optimiert, den Nährstoffeintrag (Phosphor, Stickstoff und leichtabbaubare organische Substanzen) in die Gewässer soweit zu minimieren, dass deren Eutrophierung verhindert wird. Daher werden viele der oben genannten polaren organischen Verbindungen nicht oder nur unvollständig entfernt. Dies hat zur Folge, dass einige dieser Substanzen, wie z.B. das Schmerzmittel Diclofenac oder das Biozid Irgarol, in Konzentrationen in unsere Oberflächengewässer gelangen, die negative Wirkungen auf aquatische Organismen erwarten lassen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass der mikrobielle Abbau von organischen Schadstoffen nicht zu einem vollständigen Abbau, sondern lediglich zu geringfügig veränderten Substanzen, sog. Transformationsprodukten (TPs), führt. Die Giftigkeit (Toxizität) dieser zumeist unbekannten TPs ist häufig nicht bekannt. Diese Produkte sind oftmals wasserlöslicher als die Ausgangstoffe und daher als Grund- und Trinkwasserkontaminanten ausgemacht.

Im Projekt ATHENE werden die Auswirkungen von verschiedenen neuen technologischen Ansätzen, wie z.B. die Kopplung von streng anaeroben (Ausschluss von Sauerstoff) und aeroben (mit Sauerstoff) Verhältnissen, auf den Abbau der organischen Schadstoffe im Labor und im Pilotmaßstab (Modellkläranlagen) systematisch untersucht. Modernste analytische Verfahren (u.a. hochauflösende Massenspektrometrie und Kernresonanzspektroskopie) werden angewendet, um die Transformationsprodukte und die Transformations- bzw. Abbauwege zu identifizieren. Darüber hinaus werden die TPs u.a. durch neu zu entwickelnde Kopplungen von Chromatographie und in-vitro Toxizitätstests hinsichtlich ihrer Umwelttoxizität untersucht und bewertet. Die am Abbau beteiligten enzymatischen Prozesse werden sowohl durch klassische enzymologische als auch durch moderne molekularbiologische und massenspektrometrische Verfahren (Proteomics) charakterisiert. Die Erkenntnisse über die Abbauwege und die am Abbau beteiligten Enzyme sollen zu einer Verbesserung von Modellen zur Vorhersage von Abbauwegen genutzt werden und schließlich zu einer Optimierung des Schadstoffabbaus in der kommunalen Kläranlage führen. Angestrebt werden Lösungen die kostengünstiger sind als die derzeit diskutierten Verfahren der weitergehenden Abwasserreinigung.

Der Erfolg des Projektes mit neu entwickelten rein biologischen Verfahren wird einhergehen mit einem verminderten Eintrag von Schadstoffen auch in die Bundeswasserstraßen. Zudem haben die Projektziele das Potential, die Kosten der Gewässerunterhaltung durch die Reduzierung der Schadstoffeinträge deutlich zu vermindern und vertiefte Erkenntnisse auch der Transportprozesse im Gewässer zu gewinnen.

Quelle: Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)




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