Projekt 18619/01

Mikrobiologischer Thioharnstoffabbau in Spülwässern, Bädern und Abwässern der Leiterplattenindustrie

Projektträger

eco.carbon GmbH
Ostendstr. 25
12459 Berlin
Telefon: 030/5304-1442

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung eines Verfahrens zum biologischen Abbau von Thioharnstoff in Abwässern der Leiterplattenindustrie, um einen umweltverträglichen und kostengünstigen Entsorgungsweg zu schaffen. Unter Nutzung mariner thioharnstoffverwertender Mikroorganismen sollte ein biologischer Abbau in Prozess-, Spül- und Abwässern erreicht werden. Thioharnstoff gilt bisher als Substanz, die biologisch nicht oder nur unzulänglich abbaubar ist. Sie steht im Verdacht, Krebs erregend zu sein und beim Menschen Stoff-wechselstörungen zu verursachen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIsolierung von Reinkulturen Thioharnstoff abbauender Mikroorganismen aus marinen Anreicherungen mittels 13-Strich und Plattierungstechniken.
Verbesserung der Messmethoden für Thioharnstoff (Modifikation bestehender HPLC-Meßtechniken).
Prüfung aller Isolate auf einen Thioharnstoffabbau mittels HPLC.
Molekularbiologische und biochemische Charakterisierung der Mikroorganismen und Aufklärung wichtiger physiologischer Parameter (Stoffwechseltypen, pH-Optima, Temperaturoptima).
Bestimmung der Abbauprodukte des Thioharnstoffs mittels HPLC.
Untersuchung des Wachstums der Mikroorganismen in realen Abwässern der Leiterplattenindustrie.
Untersuchung der Thioharnstoffabbau- Stimulierbarkeit durch Magnetschwebungsresonanz.
Untersuchung des Einflusses von Magnetfeldern auf den Thioharnstoffabbau.
Versuche zur Immobilisierung ausgewählter Mikroorganismen.
Übersichtsrecherche zur Verbreitung thioharnstoffhaltiger Elektrolyte in der Elektronik.
Umwelt- und Kostenbewertung der Thioharnstoffentsorgung nach bisherigem Stand der Technik.
Festlegung verfahrenstechnischer Parameter für die Entwicklung einer produktionsintegrierten Anlage zur Entfernung von Thioharnstoff aus Spül- und Prozesswässern.


Ergebnisse und Diskussion

Die Untersuchungen im Zuge des Projekts haben ergeben, dass es möglich ist, Thioharnstoff mittels mariner Bakterien effektiv biologisch zu verwerten. Ein Thioharnstoffabbau wurde sowohl mit Rein- als auch mit Mischkulturen erreicht.
Der Thioharnstoffabbau läuft im Temperaturbereich von 20-40°C optimal, wird jedoch wesentlich durch die Konzentrationen anderer Komplexbildner, Schwermetalle und organischer Verbindungen beeinflusst. Je höher die Konzentrationen derartiger Verbindungen sind, desto langsamer verläuft der Thioharnstoffabbau. In Gegenwart von Schwermetallionen wird der Abbau stark gehemmt. Der Thioharnstoffabbau ist nur bei annähernd neutralen pH-Werten effektiv genug, um ein mikrobiologisches Verfahren für eine kommerzielle Thioharnstoffentsorgung in Betracht ziehen zu können. Außerdem ist lediglich ein Batch-Verfahren als Entsorgungsweg denkbar, da der Thioharnstoffabbau in der Regel eine lange lag-Phase beinhaltet und zum Ende der stationären Wachstumsphasen der Bakterien eintritt.
Als Abbauprodukt wurde unter anderem Ammonium nachgewiesen, die übrigen Abbauprodukte wurden nicht identifiziert. Zumindest bei einem Bakterienisolat scheinen Exoenzyme am Thioharnstoffabbau beteiligt zu sein. Weiterhin wird der Abbau durch hohe Thioharnstoff-Konzentrationen gehemmt, je höher die Konzentrationen, desto langsamer ist der Abbau, so dass eine Limitierung bei Konzentrationen von mehr als 3 g/l Thioharnstoff eintritt.
Der Einsatz von Magnetfeldern zur Stimulierung des Thioharnstoffabbaus ist nach den vorliegenden Versuchsergebnissen möglich, obwohl in der Effizienz noch ein erhebliches Verbesserungspotential liegt. Eine Verbesserungsmöglichkeit liegt in der Verwendung gepulster Felder, hierzu liegen aber noch keine Erkenntnisse vor. Auch stehen Praxistests noch aus; ein mögliches Verfahren muss sowohl im Batch- als auch im kontinuierlich betriebenen Durchlaufsystem getestet werden. Hier ist wichtig zu wissen, welche Einwirkdauer sinnvoll ist, um eine optimale Schadstoffverwertung zu erreichen.
Eine biologische Entsorgung des Thioharnstoffs kann eine kostengünstige Alternative darstellen. Eine Weiterentwicklung des Verfahrens an einer Pilotanlage ist zur Abschätzung der Praxisumsetzung not-wendig.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es ist beabsichtigt, die Ergebnisse des Projektes in den Zeitschriften Galvanotechnik sowie in einer mikrobiologischen Fachzeitschrift zu veröffentlichen.


Fazit

Mit den Projektergebnissen wird das Wissen über einen mikrobiologischen Thioharnstoffabbau vertieft. Es werden Möglichkeiten und auch Grenzen einer industriellen Anwendung aufgezeigt.
Nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen ist es möglich, Thioharnstoff mittels mariner Bakterien effektiv biologisch zu verwerten. Ein Thioharnstoffabbau wurde sowohl mit Rein- als auch mit Misch-kulturen erreicht. Die mit den Thioharnstoff verwertenden Mikroorganismen zu erzielenden Abbauleistungen sind im Moment noch zu gering, als dass sich eine effiziente Abwasserbehandlung im industriellen Maßstab verwirklichen lassen würde. Insgesamt ist nicht zu erwarten, dass nach dem derzeitigen Stand des Wissens ein effektives biologisches Verwertungssystem für hohe Thioharnstoffkonzentrationen möglich ist.
Allerdings erscheint der biologische Abbau von Thioharnstoffkonzentrationen bis 3 g/l in einem Batch-System denkbar. In den Recherchen zum industriellen Thioharnstoffeinsatz wurden hier verschiedene mögliche Einsatzbereiche ermittelt.
Für weitere Entwicklungsarbeiten und die Praxiserprobung in einer Pilotanlage werden neue Partner gesucht, um auf den jetzigen Ergebnissen aufbauend ein anwendbares Verfahren zu entwickeln. Das Projekt wird gemeinsam mit den neuen Partnern in dieser Richtung fortgeführt.