Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Besonders problematisch ist die Entsorgung von Abluftstr\u00f6men, die mit relativ geringen Konzentrationen von organischen Stoffen belastet sind, so z. B. die Raumluft von Lackierereien und die Abluft von Verarbeitungsbetrieben in der Kunststoffindustrie. Bisher fehlen noch zufriedenstellende Reinigungsverfahren daf\u00fcr und die existierenden physikalisch-chemischen Reinigungsmethoden sind besonders bei geringen Luftschadstoffkonzentrationen ineffektiv. Bakterielle Luftfilter und mehrere Verfahren sind seit l\u00e4ngerem bekannt: Bei den verschiedenen Arten der Biow\u00e4scher werden die in der Gasphase befindlichen Schadstoffe durch Besprengung der Luft mit kleinen Wassertr\u00f6pfchen in die fl\u00fcssige Phase \u00fcberf\u00fchrt, wo sie von Mikroorganismen abgebaut werden. Bei den eigentlichen Biofiltern hingegen wird die mit Schadstoffen belastete Luft durch ein mit Bakterien bewachsenes Substrat geleitet (z. B. Stroh oder Kompost), wobei die Schadstoffe durch die Bakterien absorbiert und abgebaut werden. Au\u00dfer Bakterien wurden auch Reinkulturen von Pilzen f\u00fcr einen m\u00f6glichen Einsatz in Biofilteranlagen untersucht. Wei\u00dff\u00e4ulepilze erscheinen aus folgenden Gr\u00fcnden zur biologischen Luftreinigung besonders geeignet: In ihrer nat\u00fcrlichen Umgebung besitzen sie die F\u00e4higkeit Lignin, ein \u00fcberwiegend aus Phenylpropaneinheiten aufgebautes Makromolek\u00fcl und nach Cellulose die mengenm\u00e4\u00dfig wichtigste organische Substanz, abzubauen. Der Abbau des Lignins erfolgt durch ein relativ unspezifisches Enzymsystem, das es den Pilzen erm\u00f6glicht, auch viele andere organische Verbindungen und sogar chlorierte, organische Substanzen abzubauen. Wei\u00dff\u00e4ulepilze wurden bereits bei der Dekontamination von Bleichereiabw\u00e4ssern und kontaminierten B\u00f6den eingesetzt. Nicht ausreichend untersucht ist hingegen, ob Wei\u00dff\u00e4ulepilze auch xenobiotische, organische Verbindungen aus der Gasphase herausfiltern und abbauen k\u00f6nnen. Ihre morphologischen Eigenschaften als stark verzweigtes Myzel mit gro\u00dfer Oberfl\u00e4che lassen sie hierf\u00fcr besonders geeignet erscheinen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem Screening wurden 55 Pilzst\u00e4mme mit einer Mischung aus leichtfl\u00fcchtigen Aromaten und mit PCPs begast. Auch einige Braunf\u00e4ulepilze und Deuteromyceten wurden untersucht, da verschiedene Vertreter dieser beiden Pilzgruppen Lignin abbauen. In weiteren Schritten wurden ausgew\u00e4hlte Pilze verwendet, die bei den Screeningversuchen einen guten Abbau gezeigt hatten und schnellw\u00fcchsig waren. Diese wurden auf Abbauf\u00e4higkeit von weiteren Xenobiotika (L\u00f6sungsmittel, N- und S-haltige Substanzen) untersucht. Au\u00dferdem wurden Versuche zur Wachstumsoptimierung durchgef\u00fchrt. Als Modellsubstanzen f\u00fcr aromatische Verbindungen wurden die aus Herstellung von Farben, Lacken, Kunstharzen, Klebstoffen, Teer, Polyester und anderen Kunststoffen stammenden Ethylbenzol, Styrol, Toluol und Xylol ausgew\u00e4hlt. Bei polychlorierten Phenolen (PCPs) wurde der Abbau von 4-Chlorphenol, verschiedenen Dichlorphenol- und des Trichlorphenols-Isomeren untersucht. Auch gesundheitssch\u00e4dliche und h\u00e4ufig eingesetzte, nicht aromatische L\u00f6sungsmittel wie Tetrahydrofuran, Dichlormethan und Dioxan wurden verwendet. Auch stickstoffhaltige Verbindungen wie Acrylnitril, Pyridin und Anilin wurden auf ihre Abbaubarkeit untersucht. Detaillierte Untersuchungen \u00fcber Induktionseffekte verschiedener Substanzen sowie Wachstumskinetikversuche wurden f\u00fcr Styrol [14C] durchgef\u00fchrt. Ein entsprechendes Versuchsystem wurde gebaut, die eine Begasung des Myzels mit radioaktiven Styrol erm\u00f6glichte. Der Abbau der untersuchten Schadstoffe wurde nach der jeweils zugeschnittenen Trapping-Technik, Extraktion und chemischer Deri-vatisierung mittels GC und MS untersucht. Metabolite des Styrolabbaus wurden mittels pr\u00e4parative HPLC vorgereinigt, mit GC-MS getrennt und einzelne Stoffe identifiziert. Die f\u00fcr die Optimierungsversuche und auch f\u00fcr die sp\u00e4tere Optimierung der Filterleistungen notwendige Biomasse (Menge der Pilze) wurde \u00fcber den Ergosterolgehalt bestimmt. Als Alternative wurden Messungen der biologischen Aktivit\u00e4t mittels Mikrokalorimetrie durchgef\u00fchrt. Begasungsanlagen von unterschiedlicher Gr\u00f6\u00dfe wurden entwickelt und gebaut, um ein Scale-up vom Laborma\u00dfstab (10 x 2 l – Anlage) \u00fcber eine mittlere Anlage (6 x 20 l – Anlage) bis hin zu einer halbtechnischen Filteranlage mit einem aktiven Filtervolumen von ca. 1 m\u00b3 zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Von den untersuchten aromatischen L\u00f6sungsmitteln wurde Styrol am besten abgebaut, gefolgt von E-thylbenzol, Xylol und Toluol. Von den untersuchten polychlorierten Phenolen wurden 2,4-Dichlorphenol, 2,3-Dichlorphenol, 4-Chlorphenol und 2,4,6-Trichlorphenol von vielen Pilzst\u00e4mmen gut abgebaut. Anders als beim Abbau durch Bakterien ist die Stabilit\u00e4t von Substanzen gegen einen mikrobiellen Abbau unabh\u00e4ngig vom Chlorierungsgrad. Von den daraufhin getesteten Pilzen wurden auch Acrylnitril, Anilin und in geringeren Raten Pyridin abgebaut. Ein Pilz war sogar in der Lage, Dichlormethan und Tetrahydrofuran in signifikanten Mengen anzugreifen. Alle Pilze bauten Ethylisothiocyanat ab, drei der getesteten Pilze bauten Thiophen ab. Methylisocyanat wurde nicht abgebaut. Der Abbau von Styrol konnte durch verschiedene Substrate, Zuschlagsstoffe und Induktoren beeinflusst werden. Damit sind M\u00f6glichkeiten einer Manipulation der Abbauleistung und Steuerung im technischen Betrieb gegeben. Eine Untersuchung der Ki-netik des Styrolabbaus ergab, dass verschiedene Pilze unterschiedliche Abbaukinetiken aufweisen, womit wichtige Vorgaben f\u00fcr die Technikumsversuche erarbeitet wurden. Die Untersuchung des Abbaus radioaktiv markierter Substrate ergab, dass nach Filter-Absorption eine schnelle Mineralisierung zu wasserl\u00f6slichen Verbindungen erfolgt. Das bei dem Betrieb konventioneller Kohlefilter auftretende Problem der Polymerisation von Styrol kann aufgrund der hier vorgelegten Untersuchungsergebnisse f\u00fcr den Pilzbio-luftfilter ausgeschlossen werden. Metaboliten des extrazellul\u00e4ren Styrolabbaus wurden nachgewiesen und identifiziert. In Langzeitversuchen wurde in einer Begasungsapparatur von 2 l Volumen f\u00fcr Luft, die mit 543 ppm Styrol bzw. 47,5 mg\/m3 Chlorphenolen belastet war, R\u00fcckhaltegrade auf dem Filter erzielt, die h\u00f6her als 90 % lagen. Begasungsversuche in einer 20 l-Versuchsanlage ergaben Abbauwerte f\u00fcr Styrol von 10 – 80 %. Die Abbauleistung war wenig abh\u00e4ngig von der Styrolkonzentration, was auf eine hohe Abbaukapazit\u00e4t des Pilzbiofilters schlie\u00dfen l\u00e4sst. Gute R\u00fcckhaltewerte f\u00fcr Phenol und Ammoniak konnten in der 20 l-Anlage best\u00e4tigt werden. Phenol wurde dabei durch extrazellul\u00e4re Phenoloxidasen polymerisiert. Erste Versuche im halbtechnischen Ma\u00dfstab mit verschiedenen Pilzsubstraten und Schadstoffen wurden durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Alle erzielten Ergebnisse werden auf ihre Verwendbarkeit gepr\u00fcft und in Form mehrerer Ver\u00f6ffentlichungen zug\u00e4nglich gemacht. Die Verwendbarkeit der Ergebnisse in Bezug auf eine technische Nutzung wird durch den Industriepartner gepr\u00fcft.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Trotz aller guten Ergebnisse muss festgestellt werden, dass der F\u00f6rderungszeitraum nicht ausreichend war, um sowohl grundlegende Erkenntnisse \u00fcber den Abbau von Schadstoffen und gleichzeitig \u00fcber die Verfahrenstechnik einer halbtechnischen Filteranlage auf dem erhofften Niveau zu erreichen. Eine Bewilligung und der Bau der m3-Versuchsanlage zu Projektbeginn h\u00e4tte vermutlich zu weit fortgeschritteneren Ergebnissen im technischen Anwendungsbereich gef\u00fchrt und somit mehr den Erwartungen der Industriepartner entsprochen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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