Entwicklung eines Testsystems (BACTRAPS) zur Erfassung der in-situ Biodegradation im Aquifer

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Nicole Stelzer

Natural Attenuation (NA) wird zunehmend als Sicherungs- und Sanierungskonzept großflächig kontaminierter ehemaliger Industriestandorte, mit häufig multiplen Schadstoffquellen im Untergrund, diskutiert. Auch wenn zurzeit kein gesetzliches Regelwerk vorliegt, bietet die Nutzung von NA-Prozessen eine sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvolle Alternative zu den herkömmlichen, technisch und finanziell aufwendigen Methoden wie z.B. Pump & Treat sowie Funnel & Gate. Den Schwerpunkt dieser Sanierungsmethode bilden gezielte Untersuchungen zur Quantifizierung der natürlichen Abbau- und Rückhalteprozesse am jeweiligen Standort in Verbindung mit einem sich anschließenden Langzeitmonitoring (Monitored Natural Attenuation ? MNA). Der mikrobielle Schadstoffabbau stellt dabei einen wesentlichen Prozess im Zusammenhang mit NA dar, da sich infolge Biodegradation nicht nur die Konzentrationen sondern auch die Schadstofffrachten des Grundwassers reduzieren. Der Nachweis des biologischen Abbaus der zumeist organischen Verbindungen ist somit ein wichtiger Bestandteil für die Anwendung des Natural Attenuation-Sanierungs- und Sicherungskonzeptes.Nach heutigem Stand des Wissens gibt es jedoch kaum geeignete Methoden, kosteneffizient und mit geringem Zeitaufwand Aussagen zur in-situ Biodegradation eines Aquifersystems zu treffen, da gegenwärtig keine Testsysteme vorhanden sind, mit denen in-situ eine Beurteilung des mikrobiellen Abbaupotentials vorgenommen werden kann.Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, ein Testsystem (BACTRAP) auf biotechnologischer Basis zu entwickeln, welches erlaubt, mit geringem personellem und materiellem Aufwand möglichst zeitnah eine Charakterisierung und Bewertung des mikrobiologischen Schadstoffabbaus kontaminierter Standorte durchzuführen.Das System beruht auf dem Einsatz von isotopisch markierten Verbindungen (z.B. 13C, 15N) in in-situ Kosmen. Dabei soll die Transformation der isotopischen Markierung in die Biomasse (Lipide, Proteine) massenspektrometrisch bestimmt und als Maß für den mikrobiellen in-situ Schadstoffabbau genutzt werden. Um geeignete BACTRAP-Systeme für die unterschiedlichen Schadstoffklassen zu entwickeln, werden zunächst in umfangreichen Laboruntersuchungen geeignete Trägermaterialien getestet, sowie die Extraktionsverfahren optimiert. Mittels Verteilungskoeffizienten aus den im Wasser gelösten und sorbierten Komponenten werden Desorptionskinetiken bestimmt, um später das Abbaupotential im Aquifer über Transformationskinetiken quantifizieren zu können. Darüber hinaus sollen in Kooperation mit anderen Wissenschaftlern molekularbiologische Untersuchungen durchgeführt werden, um Hinweis auf die Struktur und Funktion der am Abbau beteiligten mikrobiellen Konsortien zu erhalten. Außerdem können die BACTRAPs als Innokulum zur Anreicherung schadstoffabbauender Organismen genutzt werden. Im Anschluss soll das System für den Feldeinsatz erprobt werden, um eine industrielle Nutzung im Rahmen von Grundwassermonitoring und Standorterkundungen zu ermöglichen. Die Entwicklung und Vermarktung in Kombination mit innovativen Probenahmetechniken bildet einen weitern Schwerpunkt des Vorhabens.Mit der Entwicklung des innovativen Testsystems (BACTRAP) könnte langfristig zu einer Einsparung der Sanierungskosten beigetragen werden, so dass die zusätzlichen finanziellen Mittel gezielt für den Umweltschutz eingesetzt werden können.

Förderzeitraum:
01.01.2005 - 31.03.2008

Institut:
Universität Leipzig
Institut Biochemie

Betreuer:
Prof. Dr. Hauke Harms

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