Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bestimmung und Optimierung der biologischen Abbaubarkeit unter strikt anaeroben Bedingungen mit einem vollautomatisierten Me\u00dfger\u00e4t (METHANOMAT).
\nObwohl die Bedeutung anaerober Behandlungsverfahren in der Abwasser- und Abfallbehandlung stetig zunimmt, standen zu Projektbeginn f\u00fcr anaerobe Testsysteme im Vergleich zu aeroben keine entsprechenden automatisierten Me\u00dfger\u00e4te zur Verf\u00fcgung. Die Pr\u00fcfung der anaeroben Abbaubarkeit unter Ein-beziehung der wichtigsten Proze\u00dfparameter ist mit einem hohen zeitlichen und apparativen Arbeitsaufwand verbunden. Dies ist mit ein Grund, da\u00df sich bislang nahezu alle Testverfahren zur Pr\u00fcfung der biologischen Abbaubarkeit (z.B. OECD-Guidelines, 1992) auf aerobe Bedingungen beschr\u00e4nkten. Dieser Nachweis erlaubt jedoch nicht unmittelbar den Schlu\u00df eines Abbaus unter anaeroben Bedingungen und umgekehrt. Bei neuen chemischen Verbindungen, aber auch z.B. bei biologisch abbaubaren Werkstoffen (BAW) ist deswegen zu ermitteln, ob diese Produkte auch anaerob umsetzbar sind. Sonst akkumulieren sie nach Freisetzung m\u00f6glicherweise in anaeroben Umweltkompartimenten (z.B. Flu\u00df- u. Seesedimenten), ggf. mit \u00f6kologisch nachteiliger Wirkung. Das Untersuchungsspektrum der Abbaubarkeit mu\u00df deshalb mit der Pr\u00fcfung unter anaeroben Bedingungen erg\u00e4nzt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenTestsysteme zur anaeroben biologischen Abbaubarkeit m\u00fcssen den besonderen Anforderungen dieses Abbaugeschehens entsprechen. Hierzu geh\u00f6rt die Einhaltung der Proze\u00dfbedingungen (u.a. Gasdichtigkeit, strikte Anaerobie) sowie Erfassung aller f\u00fcr die Beurteilung des Abbaugeschehens relevanter Proze\u00dfparameter. Bei schwach gepufferten Medien kann eine Vers\u00e4uerung eintreten (Bildung organischer S\u00e4uren n. Hydrolyse komplexer Verbindungen in acidogener\/acetogener Stufe), die hemmend auf den Abbauproze\u00df wirkt. Deswegen ist ein S\u00e4ure-Lauge-Dosiersystem zur pH-Konstanz vorzu-sehen.
\nEine Testeinheit besteht aus Reaktionsgef\u00e4\u00df, Gas-Sammel-System (Kolbenhub-Vorrichtung), IR-Sensoren bzw. Mikro-GC zur Detektion von CO2 und CH4, pH-, Redoxelektrode und Mikropumpen zur S\u00e4ure- und Laugedosierung. Der einfachen Handhabung und der Gasdichtigkeit wegen, sind alle Me\u00dfkomponenten in einem Multifunktionskopf zusammengefa\u00dft. Die \u00dcberwachung und Steuerung erfolgt mit Hilfe eines PC und einem zu MS-Windows kompatiblen Me\u00dfwerterfassungsprogramm.
\nBeim Ansetzen einer Testreihe k\u00f6nnen alle Me\u00dfsonden am Multifunktionskopf vorbereitet und ggf. neu kalibriert werden. Durch Schlie\u00dfen einer einzigen Verbindung l\u00e4\u00dft sich das Gef\u00e4\u00df mit dem Testansatz anbringen. Damit wird der Anforderung Rechnung getragen, aufgrund der Sauerstoffempfindlichkeit anaerober Bioz\u00f6nosen rasch zu arbeiten.
\nEin einfaches Schaltmanometer erlaubt eine quasi isobare Betriebsweise. Geringe Drucksteigerungen durch Biogasproduktion werden so erfa\u00dft und in ein Steuersignal umgewandelt. Dabei wird der Kolben der Gassammelb\u00fcrette soweit zur\u00fcckgefahren, bis durch diese Gasraumvolumenzunahme der ge-ringe \u00dcberdruck kompensiert wird (volumetrisches System). Die Anzahl der Schaltzyklen ergibt ein der Gasproduktion proportionales Signal. Die Bestimmung von CO2 und CH4 im Gas erfolgt durch neuartige, kosteng\u00fcnstige Infrarot-Sensoren mit hoher Me\u00dfgenauigkeit, die erstmals in dieser Anwendung (online und in-situ) eingesetzt wurden. Jede Me\u00dfzelle ist dabei analytisch autark und unabh\u00e4ngig von den anderen Zellen. Zur Simula-tion nat\u00fcrlicher Systeme mit schwacher Pufferung ist die Me\u00dfeinheit mit einer pH- und Re-dox-erfassung ausgestattet. Der pH-Wert wird durch ein S\u00e4ure- und Laugedosierung konstant gehalten oder nach Vorgabe ver\u00e4ndert. Aufgrund betriebsbedingter Probleme des Industriepartners wurde das Projekt bis 30.09.97 verl\u00e4ngert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Betriebserfahrungen: Die Gasdichtigkeit des Systems wurde mehrfach mit einer Helium-Druckmessung \u00fcberpr\u00fcft. Sie war auch in Langzeitversuchen gew\u00e4hrleistet. Atmosph\u00e4rische Durckschwankungen hatten keinen Einflu\u00df auf den Innendruck. Von der S\u00e4ure- und Laugedosierpumpeinheit wird eine lange Standzeit verlangt, sie darf nicht zum Druckausgleich System – Umgebung f\u00fchren. Diese Vorgaben waren durch softwaregesteuerte Fixvolumen-Mikropumpen einzuhalten. Zur Bestimmung von CO2 und CH4 wurden zwei Methoden gepr\u00fcft. Die ex-situ Analyse des Gases aus den Me\u00dfzellen, mit einem Mikro-GC bei externer Probennahme war aufgrund technischer, vom Hersteller nicht behebbarer Probleme f\u00fcr Routinetests nicht oder nur bedingt geeignet. Die andere Methode basiert auf einer neuartigen, miniaturisierten Infrarot-Sensortechnik. Jede Me\u00dfzelle wurde zur in-situ Messung mit einem Dualsensormodul (CO2, CH4) ausgestattet. Die Untersuchungen waren so erfolgreich, da\u00df ein System mit zwei Me\u00dfzellen f\u00fcr den thermophilen Be-reich (bis 60\u00b0C) ausgebaut wurde.
\nIn praxisnahen Versuchen wurden u.a. polymere Substanzen wie Poly-\u00df-hydroxybutters\u00e4ure (PHB) und Poly-e-caprolacton (PCL) getestet. Hierbei lie\u00df sich als weiterer Parameter des anaeroben biologischen Abbaus die Bedeutung einer Vers\u00e4uerung (PHB) dokumentieren. Dies erlaubt sehr fr\u00fch beim anaeroben Abbau einer Substanz eine Aussage \u00fcber ihr Abbaupotential.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
– J\u00f6rg, R.; M\u00fcller, W.-R.. (1995): Bestimmung und Optimierung der anaeroben Abbaubarkeit in Screening Tests mit einem automatisierten Me\u00dfger\u00e4t (Methanomat), Poster, Dechema-Jahrestag., Wiesbaden, 30.5. bis 01.06.1995
\n– J\u00f6rg, R.; M\u00fcller, W.-R. (1995): Methanomat, an automatized screening test device for the examination of anaerobic biodegradation, Poster, 4th. Internat. Workshop on Biodegradable Polymers, Durham, New Hampshire, USA, Oct. 1995
\n– J\u00f6rg, R.; M\u00fcller, W.-R. (1996): Einsatz von neuartigen Infrarotsensoren zur Bestimmung von CO2 und CH4 in einem anaeroben Testsystem, Poster, Dechema-Jahrestag., Wiesbaden, 21. bis 23.05.1996
\n– J\u00f6rg, R.; M\u00fcller, W.-R. (1996): Automatisiertes Testger\u00e4t zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit in Screening-Tests unter strikt anaeroben Bedingungen, Poster, 1. For. BioRegio, Stuttgart, 20. bis 21.09.1996.
\n– J\u00f6rg, R.; Sch\u00e4fer, A.; Fink, A.-B.; Boley, A.; M\u00fcller, W.-R. (1996): Weiterentwicklung von Testverfahren zur Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit im w\u00e4\u00dfrigen Milieu unter aeroben, anoxischen und anaeroben Bedingungen, Poster, Fachgespr\u00e4ch, Wissenschaftszentrum, Bonn, 17.12.1996
\n– J\u00f6rg, R.; M\u00fcller, W.-R. (1997): Testverfahren zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit unter anaeroben Bedingungen, Vortrag: Technische Universit\u00e4t Hamburg-Harburg, 31.01.1997
\n– Der Methanomat wurde bei der ACHEMA 97, Frankfurt, einem internationalen Messepublikum vorge-stellt, ACHEMA 97, 08. bis 14.06.1997.
\n– J\u00f6rg, R.; Sch\u00e4fer, A.; Boley, A.; M\u00fcller, W.-R. (1997): Testverfahren und neue Entwicklungen zur Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit in w\u00e4\u00dfrigem Milieu unter aeroben, anaeroben und anoxi-schen Bedingungen, Vortrag: Engler-Bunte-Institut, Universit\u00e4t Karlsruhe, 14.11.1997.
\n– Der Methanomat wurde auf der Innovations-Messe Wirtschaft trifft Wissenschaft, Stuttgart, einem interessierten Messepublikum vorgestellt, Messe Stuttgart, 08. bis 09.12.1998.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der METHANOMAT ist ein leistungsf\u00e4higes, vollautomatisiertes Ger\u00e4t zur Bestimmung der anaeroben biologischen Abbaubarkeit. Der Einsatz neuartiger Infrarot-Sensoren erlaubt dar\u00fcber hinaus eine preisg\u00fcnstige, hochpr\u00e4zise online und in-situ Bestimmung der Biogaskomponenten CO2 und CH4.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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