Mikrobiologische Dekontamination von Bahnschwellen, Strommasten und anderen mit Tränkmitteln behandelten Althölzern mit dem Ziel einer Wiederverwendung
Projektdurchführung
Biotecon Gesellschaft für Biotechnologische
Entwicklung und Consulting GmbH
Gustav-Meyer-Allee 25
13355 Berlin
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ausgangssituation des Projektes war die Sonderabfallproblematik auf dem Gebiet der imprägnierten Althölzer. Eine weitere Nutzung der insbesondere im Gleisbau anfallenden, teerölimprägnierten Bahnschwellen wäre sehr vorteilhaft, um die zunehmende Ansammlung großer Lagerstätten mit Sonderabfällen (etwa 100.000 to jährlich) abzubauen bzw. gänzlich zu vermeiden. Im Projekt sollten die maßgeblichen Eckdaten für die technische Umsetzung einer mikrobiologischen Dekontamination von teerölimprägnierten Althölzern erfolgen. Wesentlich dabei war die Betrachtung einer Metabolisierung der Schadstoffe, vornehmlich Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Ziel der Arbeit war es, Mikroorganismen und deren Mischkulturen aus kontaminierten Standorten für die Reinigung des Holzes einzusetzen. Das dekontaminierte Holz, für die Behandlung in Schnitzel zerkleinert, sollte anschließend in den Recyclingmarkt einmünden und für neue Holzgüter, z.B. als Spanplattenmaterialen, zur Verfügung stehen.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Projektbeginn stand ein umfangreiches Screening-Programm von PAK-abbauenden Mikroorganismen, die aus einer Vielzahl von Umweltproben isoliert wurden. Zudem wurden auch kommerziell angebotene Stämme in die Untersuchung einbezogen. Als Screening-Medium wurde eine PAK / Mineralsalz - Komposition verwendet und anwachsende Kulturen als potentielle PAK-Abbauer in den weiteren Untersuchungen eingesetzt. Nach dem Screening erfolgte zunächst eine Identifizierung der Organismen.
Mit den Positivorganismen des Screenings wurden im weiteren Verlauf mit einzelnen PAK Abbauversuche vorgenommen und mittels einer neu etablierten Aufbereitungstechnik und GC/MS-Analytik der Abbau und die Metabolitenbildung verfolgt. Zur Verbesserung des Schadstoffabbaus wurden Versuche zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit vorgenommen. Dabei wurden die Holzschnitzelgrößen variiert, Tenside eingesetzt und kommerzielle Mischpräparate aus Tensiden und Nährstoffen untersucht.
Zum Abschluss der Untersuchungen wurde der PAK-Abbau mit Mischkulturen im realkontaminierten Hölzern untersucht. Dazu wurden zwei Glasreaktoren mit 10 l Inhalt eingesetzt und neben dem Schadstoffabbau eine Reihe weiterer Parameter (pH, Temperatur, Nährstoffe) untersucht. Da sich der Abbau von PAK üblicherweise über mehrere Wochen erstreckt wurde mehrmals ein Nachdotierung von Nährstoffen vorgenommen.
Ergebnisse und Diskussion
Durch das Screening-Programm konnten insbesondere aus den kontaminierten Standorten Bakterien und Pilze isoliert werden, die PAK abbauen. Eine Pathogenität der Organismen wurde nicht festgestellt und typische Vertreter von Boden- und Holzstandorten der Gattungen Pseudomonas, Rhodococcus, Penicillium, Acinetobacter, Bacillus, sowie die Weißfäulepilze Pleurotus und Phanerochaete identifiziert. Die effektivsten Kulturen waren in der Lage, die PAK in 28 Tagen um mehr als 80 % zu reduzieren. Diese Abbauleistung war für den Abbau von PAK sehr gut.
Zur Untersuchung der Metabolisierung musste zunächst die Probenaufarbeitung und Analytik etabliert werden. Insbesondere die Methodenetablierung für kontaminierte Hölzer führte zu einer längeren Untersuchung, da sich die enthaltenen PAK einer einfachen Extraktion (analog zu Bodenproben) und analytischen Bestimmung weitgehend entzogen. Eine Untersuchung mit verschiedenen Extraktionslösungsmitteln und -Bedingungen führte zu einem 24-stündigen Aufschlussverfahren mit Dichlormethan, bei dem sich Schüttel- und Ultraschallschritte abwechseln.
Die Wiederfindung lag damit bei über 85 % und die analytische Kontrolle der Abbauansätze war gewährleistet. Bei der Untersuchung der Metabolisierung konnten mittels GC/MS keine Oxidationsprodukte gefunden werden, was auf einen vollständigen Abbau der angebotenen PAK hinweist. Damit konnten die in der Literatur beschriebene Metabolitenproblematik mit Reinkulturen nicht nachgewiesen werden. Dieses erfolgsversprechende Ergebnis war wahrscheinlich auf die in den Versuchen eingesetzten Mischkulturen zurückzuführen, die sich in ihren Stoffwechselfunktionen ergänzen.
Nachfolgend durchgeführte Versuche zur Bioverfügbarkeit ergaben verbesserte Elutionswerte der PAK mit abnehmender Holzspangröße. Dieses Ergebnis entsprach den Erwartungen. Dennoch standen einige technische Probleme, wie eine geringere mechanische Belastbarkeit und ein größeres Sanierungsvolumen, dem Einsatz kleiner Spangrößen entgegen Ein Optimum war daher anzustreben. Durch den Zusatz von oberflächenaktiven Substanzen konnte nur bei einem Tensid ein merklicher Effekt nach-gewiesen werden. Dabei war zu beachten, dass auch Kohlenwasserstoffe abbauende Mikroorganismen Biotenside bilden können. Zudem durfte der ohnehin effektive PAK-Abbau der eingesetzten Mischkulturen durch den Tensideinsatz nicht deutlich steigerbar sein.
Abschließende Versuche in einer Technikumsanlage ließen sich durch eine genaue Prozesskontrolle verbessern. So zeigte die gezielte Dosierung von Nährstoffen wie Phosphat- und Stickstoffsalzen eine Intensivierung des Abbauprozesses. Die Sauerstoffversorgung war bei 0,05 bis 0,1 l Luft je l Holzvolumen und Minute ausreichend.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Kontaktadresse:
BioteCon Gesellschaft für biotechnologische Entwicklung und Consulting mbH, Gustav-Meyer-Allee 25, 1000 Berlin 65, Ansprechpartner: Herr Dr. Thelitz, Tel. 030 / 463 07-231, Fax 463 2012.
Das Projekt diente nach den Ausführungen von BioteCon als Basisprojekt zur Untersuchung der relevanten Daten für eine Umsetzung der mikrobiologischen Sanierungsvariante in ein praktikables Verfah-ren. Dieses wurde von der technologischen Seite erfüllt, die Vermarktung der Dekontaminationstechnologie zeigte aber nach den Recherchen von BioteCon zum damaligen Zeitpunkt ein sehr unbe-friedigendes Bild. Daher versprach sich BioteCon als mittelständiges Unternehmen von Präsentationen der Ergebnisse und Ausstellungen auf Messen mittelfristig keine kommerzielle Nutzungsmöglichkeit. Geplant war allerdings eine Veröffentlichung, die sich insbesondere mit der entwickelten Analytik beschäftigte. Diese hatte sich als ein sehr interessanter Nebenaspekt dargestellt und sollte für zukünftigen Untersuchungen imprägnierter Hölzer richtungsweisend sein.
Fazit
Zusammenfassend zeigten die Versuche für eine technische Umsetzung der mikrobiologischen Dekontamination von teerölimprägnierten Althölzern Erfolge. In einem umfangreichen Screening konnten Mischkulturen mit hoher Abbauleistung gefunden werden, mit deren Hilfe auch realkontaminierte Hölzer gereinigt wurden. Damit könnte grundsätzlich ein mikrobiologisches Sanierungsverfahren für die genannten Althölzer zur Verfügung stehen.
Die Vermarktung der Dekontaminationstechnologie wurde demgegenüber als ungünstig eingeschätzt. Die potenziellen Abnehmer des gereinigten Holzmaterials sahen keine Chancen für den Einsatz eines wiederaufbereiteten Altholzmaterials. Ohne eine Verwertung bzw. eine kommerzielle Nutzung des gerei-nigten Materials ist jedoch die Sanierungstechnologie von BioteCon wirtschaftlich nicht einsetzbar. Einzige Alternative zur Lösung des Abfallproblems stellt daher die thermische Verwertung des Materials dar.