Projekt 27937/02

Ergänzende Labor- und Felduntersuchungen zur Abfall-/Klärschlammverwertung aus dezentralen Abwasserbehandlungen für die Herstellung hochwertiger Schwarzerdeböden (Terra Preta)

Projektträger

Universität Leipzig Institut für Bakteriologie und Mykologie Veterinärmedizinische Fakultät
An den Tierkliniken 29
04103 Leipzig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Verbringung menschlicher und tierischer Fäkalien auf landwirtschaftlich genutzte Böden führt zu einer Akkumulation von Schadstoffen mit Ökotoxizität wie Antiinfektiva, Entzündungshemmer, Hormone und Schwermetalle. Menschliche Fäkalien enthalten je nach Krankenstand pathogene Mikroorganismen und Medikamente. In der zweiten Projektphase wurden Erkenntnisse aus der ersten Projektstufe auf Klärschlämme übertragen, um aus den Schlämmen mittels der Terra Preta (TP)-Technologie fruchtbare, für die Ökosysteme unschädliche anthropogene Schwarzerden zu erzeugen. Die in der ersten Projektphase angelegten TP-Areale werden durch Neuansaat von Hafer hinsichtlich Produktivität (Ernteergebnis) weiter verfolgt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Laborversuche:
1.1. Charakterisierung von Klärschlämmen aus dezentralen Kläranlagen des AZV Leisnig. Mikrobiologi-sche Parameter, kulturell: aerobe Gesamtkeimzahl (GKZ), anaerobe GKZ, Enterobakterien, Laktobazillen, Clostridium perfringens, C. sporogenes, Clostridien-GKZ, Staphylokokken, Enterokokken, Hefen, Schimmelpilze, Salmonellen, Listeria monocytogenes, Fluoreszenz-In situ-Hybridisierung, Spezifizierung der kultivierten Bakterien mittels MALDI-TOF. Das Fermentationsergebnis wurde durch pH-Werte, durch Analyse der Gärsäuren verifiziert. Die Biozönosen wurden mittels TGGE charakterisiert
1.2. Charakterisierung der Klärschlämme hinsichtlich Gehalt der Antibiotika Clindamycin, Ciprofloxacin, des Entzündungshemmers Diclofenac sowie von Östrogenen.
1.3. In vitro-Untersuchungen zur Degradierung von. Salmonella-Serovaren, Listeria monocytogenes, EHEC-E. coli Clostridium perfringens, Clostridium botulinum.
1.4. In vitro-Untersuchungen zum Abbau der Antibiotika Clindamycin, Ciproflxacin, des Entzündungshemmers Diclofenac sowie von Östrogenen.
2. Feldversuche
2.1. Die unter Pkt. 1.1. bereitgestellten Klärschlämme wurden durch Zusatz von mikrobiell aktivierter Holzkohle, Gesteinsmehl, Bentonit, fermentierbarem Substrat (Grünschnitt, Getreide, Gemüseabfälle, Brotreste etc.) 4 Wochen fermentiert, mikrobiell analysiert und vererdet.


Ergebnisse und Diskussion

1. Laboruntersuchungen
Unter Laborbedingungen konnten Klärschlämme erfolgreich von pathogenen Mikroorganismen dekontaminiert werden. Von diesen Modelluntersuchungen konnten Rückschlüsse auf den Feldversuch und die praktische Anwendung gezogen werden. Anhand dieser Untersuchungsergebnisse kann davon ausgegangen werden, dass mit der TP- Methode eine sichere, dezentrale Low-Tech-Hygienisierung stattfinden kann.

1.1. Durch die Fermentation sanken die aeroben Gesamtkeimzahlen, die Enterobakterien-, Staphylokokken- und Enterokokkenzahlen in den Fermentationsmatrices um rund 3 Zehnerpotenzen. Die Clostridienkeimzahlen wurden aber nur schwach reduziert. Hefen und Schimmelpilze sanken unter die Nachweisgrenze. Mit Hilfe des TGGEs konnte ein Florenwechsel nachgewiesen werden. Die Schlämme vor und nach der Fermentation unterschieden sich stark in ihren Fingerprints.

1.2. Die Klärschlammmatrices unterscheiden sich sehr stark im Gehalt von den Antibiotika Clindamycin, Ciprofloxacin und des Entzündungshemmers Diclofenac. Östrogene konnten nicht nach-gewiesen werden.

1.3. Gram-positive sowie Gram-negative pathogene Bakterien (L. monocytogenes, S. aureus sowie E. coli O:157, Salmonella Anatum, Salmonella. Senftenberg) innerhalb von 3 Tagen bis unter die Nachweisgrenze der Nachweismethode degradiert. Diese Degradierungen sind nicht zwangsläufig Folge der pH-Wert-Absenkungen oder Produktion von kurzkettigen Fettsäuren und Milchsäure.

1.4. Ein Abbau der Antibiotika Clindamycin, Ciproflxacin, des Entzündungshemmers Diclofenac sowie von Östrogenen konnte nicht nachgewiesen werden.

2. Felduntersuchungen
Die Klärschlamme konnten aus rechtlichen Gründen nicht im Lehr- und Versuchsgut Oberholz ausgebracht und auf bodenverbessernde Eigenschaften getestet werden. Aus diesem Grunde wurde auf den umgesetzten Versuchsfeldern aus Projektteil 1 Sommerhafer angezogen, um den Effekt von Terra Preta auf Ernteerträge auch im Folgejahr zu untersuchen. Bodenverbessernde Effekte wie stärkere Was-seraufnahme und subjektiv frühere Keimung konnten beobachtet werden, jedoch keine positiven Effekte auf die Ernteerträge. Die nicht vorhandenen positiven Effekte sind vermutlich auf systematische Fehler zurückzuführen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Arbeit der Universität Leipzig wurden anlässlich einer Humusfachtagung in Kaindorf (8224 Österreich) am 20.01.2012 vorgestellt, sowie zum Doktorandensymposium in der Veterinärmedizin Leipzig am 30.03.2012. Zudem wird die Arbeit in einem Posterbeitrag zur DVG-Tagung 27.06.2012 - 29.06.2012 in Leipzig dargestellt.


Fazit

Mit der hier genutzten milchsauren Fermentation ist es möglich, Klärschlämme zu hygienisieren. Die dabei verwendete Methode ist mit einfachen Mitteln umsetzbar. Die entstehenden Matrices haben positive Effekte auf die Versuchsfelder. Weitere Untersuchungen zur Bodenverbesserung sowie zu den Details der Hygienisierung sind sehr zu empfehlen.

Übersicht

Fördersumme

61.390,00 €

Förderzeitraum

01.03.2011 - 29.02.2012

Bundesland

Sachsen

Schlagwörter

Landnutzung
Ressourcenschonung
Umwelttechnik