Stabilisierung der Milchsäurefermentation von fäzeshaltigen Substraten
Projektdurchführung
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum
AG Bioprozesstechnik
Permoserstr. 15
04318 Leipzig
Zielsetzung
Weltweit gibt es erhebliche Herausforderungen bezüglich der Behandlung von menschlichen Exkrementen. Der Mangel an effektiven Entsorgungs- bzw. Hygienisierungssystemen führt in Entwicklungsländern zu Verunreinigungen von Gewässern und Brunnen, die häufig als einzige Trinkwasserquelle genutzt werden können. Daher werden Entsorgungskonzepte benötigt, die lokal an die spezifischen Bedingungen vor Ort angepasst sind. Eine dezentrale Lösung bietet die Nutzung von Trockentrenntoiletten (TTC) an, in denen die Trennung von Urin und Fäzes weitgehend möglich ist. Die Fäzes können vor Ort mit Hilfe einer Laktatfermentation (LAF) stabilisiert werden. Diese Methode bietet potentiell Vorteile, wie zum Beispiel die Verhinderung von unerwünschten Fehlgärungen und damit verbundene Unterbindung der Fäkaliengerüche, sowie eine Hygienisierung. Die Abfuhr- und Nutzungslogistik wird vereinfacht im Vergleich zu konventionellen Klärgruben. Allerdings gibt es weiterhin Forschungsbedarf hinsichtlich der Anpassung des Prozesses der LAF an die bestehende Technologie der TTC, sowie an die Bedingungen in Zielländern wie die Wirkungsstätte des Projektpartners – Sierra Leone. Ein weiterer Punkt ist der bisher unzureichend untersuchte Abbau von pharmazeutischen Rückständen, die mit Fäzes eingetragen werden.
Das Ziel des Forschungsprojektes besteht daher im Auffinden, Beschreiben und Definieren stabiler Randbedingungen hinsichtlich der LAF menschlicher Fäzes aus TCC während der Lagerung, um mittelfristig robuste und anwenderorientierte Prozesse zur erfolgreichen Hygienisierung, Handhabung und Ressourcengewinnung zu definieren. Dabei sollen nicht beabsichtigte Vergärungsprozesse unterbunden und ein praxisnahes, einfach realisierbares Betriebsführungskonzept entwickelt werden. Idealerweise entsteht ein Produkt, das allen Anforderungen zum stabilen Verlauf der LAF gerecht wird und das weltweit aus lokalen Ressourcen hergestellt werden kann. Im Projekt soll der Frage nachgegangen werden, welche Nutzen- und Kosteneinsparpotenziale sich durch hygienisierte Fäzes für unterschiedliche Anwendungsgebiete realisieren lassen. Ein Fokus wird dabei auf open/pit latrines in Sierra Leone gelegt, die perspektivisch mit TTC ersetzt werden sollen, da diese für flächendeckende Verschmutzung des oberflächennahen Grundwassers verantwortlich sind.
Arbeitsschritte
Hauptaufgabe des Forschungsprojektes ist es aufzuzeigen, dass die LAF ein wirkungsvolles Verfahren zur Stabilisierung menschlicher Fäzes aus TTC darstellt.
In einem ersten Schritt liegt der Fokus der Arbeiten daher auf der prozesstechnischen Untersuchung und Optimierung der LAF menschlicher Fäzes im Labormaßstab. Dabei erfolgt die experimentelle Ermittlung der wichtigsten Prozessvariablen, u.a. Art, Menge und Zusammensetzung der zugegebenen Fermentationsstoffe, optimaler Temperaturbereich und pH-Wert, Trockensubstanz-/Wassergehalt, minimaler und maximaler Lagerungszeitraum, tolerierbarer Sauerstoff-/Luftkontakt. Darüber hinaus erfolgt eine experimentelle Untersuchung der Reduktion möglicher Schadstoffe, d.h. pathogener Mikroorganismen und Arzneimittelrückstände.
Parallel zu den vorgenannten Arbeiten werden Möglichkeiten zur Herstellung und Haltbarmachung von Milchsäurebildenden Bakterien (LAB) als Impfmaterial für die LAF menschlicher Fäzes identifiziert. Dies schließt die Sondierung geeigneter Ausgangssubstrate ein, sowie die Durchführung von Versuchen zur Herstellung von LAB und deren anschließende Immobilisierung.
Aufbauend auf den Erkenntnissen der Vorarbeiten erfolgt die Festlegung der prozesstechnischen Randbedingungen, unter denen die LAF angewendet werden kann, sowie die Formulierung eines Endproduktes, d.h. die Zusammensetzung der für die LAF benötigten Fermentationshilfsstoffe. Weiterhin sind die Entwicklung und Etablierung eines praktikablen Handlings avisiert. Dies erfolgt durch die Durchführung eines Pilotversuchs beim Projektpartner in Sierra Leone unter Realbedingungen.