Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel der Forschungsarbeiten ist die Optimierung der f\u00fcr die Reinigungsleistung biologischer Abluftreinigungsanlagen verantwortlichen Biologie. Anhand definierter Mischkulturen (designed oligospecies culture systems) sollte ein besserer Einblick in die Dynamik der Biologie dieser Anlage gewonnen und Zusammenh\u00e4nge zwischen der Zusammensetzung der Flora und der jeweils gemessenen Reinigungsleistung aufzeigt werden. Dabei wurden die Erfolgsaussichten des Einsatzes solcher DOC-systems eruiert. Bei Eignung ist zusammen mit einem Industriepartner der Einsatz in einem Pilotfilter angestrebt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst wurden Mikroorganismen (Mos) angereichert, die Hexan produktiv verwerten k\u00f6nnen. Aus dieser Anreicherung wurden Reinst\u00e4mme isoliert und charakterisiert. Parallel zur taxonomischen Einordnung der Neuisolate mittels kommerzieller Schnelltests wurde ihre Fetts\u00e4urezusammensetzung bestimmt. Weiterhin wurden die kinetischen Konstanten (KS und vmax) der Neuisolate mit denen vorhandener Isolate verglichen und anhand dieser Daten Einzelst\u00e4mme zur Inokulation von vier 50 l- Reaktoren ausgew\u00e4hlt. Die Reaktoren wurden insteril betrieben, um zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob sich die Starterkulturen etablieren k\u00f6nnen, was mittels Kultivierungsmethoden und Fetts\u00e4urenanalyse verfolgt wurde. Abschlie\u00dfend wurde ein 150 l-Reaktor mit einer definierten Mischkultur der getesteten St\u00e4mme angeimpft. Parallel zu diesem Reaktor wurden zwei weitere 150 l-Reaktoren betrieben, von denen einer mit Belebtschlamm und der andere \u00fcberhaupt nicht angeimpft wurde. Die Anfahrzeiten, die erreichbaren Eliminationsleistungen sowie die Stabilit\u00e4t der Anlagen wurden verglichen. Weiterhin erfolgte beim DOC-System eine intensive Untersuchung der Filterpopulation mittels klassischer mikrobiologischer Methoden und Fetts\u00e4urenanalytik, um \u00c4nderungen des Milieus mit einer m\u00f6glichen Populationsdrift und den jeweils erreichbaren Wirkungsgraden korrelieren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Entwicklung und der Einsatz des DOC-Systems sollte in wesentlichen Bereichen der biologischen Abluftreinigung Verbesserungen bringen, beispielsweise sollten die Anfahrzeiten verk\u00fcrzt und absch\u00e4tzbar gemacht werden. De facto f\u00fchrten die eingesetzten St\u00e4mme und Mischkulturen unter den angelegten Bedingungen zu sehr kurzen Anfahrzeiten. Daher ist der Einsatz einer Leistungsbiologie durchaus zu empfehlen. Die angewandten Kultivierungsmethoden zur Isolierung und Anreicherung hingegen sind kritisch zu bewerten, da es nahezu unm\u00f6glich ist, die Stoffgradienten der N\u00e4hr- und Spurenelemente, die sp\u00e4ter in praxi vorliegen, im Labor nachzustellen. Zur taxonomischen Einordung der St\u00e4mme ist ihre Kultivierung jedoch unabdingbar, wozu h\u00f6here Substratkonzentrationen angelegt werden mussten. Diese erh\u00f6hte Konzentration kann daf\u00fcr verantwortlich sein, dass Organismen selektioniert wurden, die unter den deutlich geringeren Konzentrationen im praktischen Einsatz nicht gen\u00fcgend Abbauenzyme produzieren oder einen zu niedrigen KS-Wert aufweisen und sich deswegen nicht durchsetzen. Die taxonomischen Untersuchungen der Biologie sollten daher sowohl mit Kultivierungsmethoden als auch mit kultivierungsfreien Methoden durchgef\u00fchrt werden. Zur Bewertung der Reaktorbiologie wurde die Bestimmung der Fetts\u00e4urezusammensetzung und der Nachweis bestimmter Signaturfetts\u00e4uren herangezogen (FAME). Zur eindeutigen Zuordnung der St\u00e4mme m\u00fc\u00dften additiv genotypische Verfahren angewendet werden, da die Beschreibung und taxonomische Einordnung von St\u00e4mmen aus nat\u00fcrlichen \u00d6kosystemen nur in Einzelf\u00e4llen mit ph\u00e4notypischen Methoden gelingt. Bei den 50 L-Reaktoren lie\u00dfen sich die inokulierten Spezialisten, aus denen das DOC-System zusammengestellt wurde, anhand von Verd\u00fcnnungsreihen im gesamten Reaktor nachweisen (was darauf hindeutet, dass die St\u00e4mme sich erfolgreich angesiedelt hatten) und konnten auch w\u00e4hrend der gesamten Versuchsdauer nachgewiesen werden. In den 150 L-Reaktoren hingegen wurde durch den enormen Fremdkeimeintrag das Gesamtspektrum der Fetts\u00e4uremethylester so weit erh\u00f6ht, dass die Signaturfetts\u00e4uren des DOC-Systems mittels FAME nicht mehr eindeutig nachgewiesen werden konnten. Insgesamt wurden starke Ver\u00e4nderungen in der Bioz\u00f6nose beobachtet. Ein Nachweis, dass sich das biologische System stabilisiert hat, konnte nicht erbracht werden, da keine konstanten Fetts\u00e4uregehalte nachgewiesen werden konnten; jedoch war die Fluktuation bei den inokulierten Reaktoren geringer als bei dem nicht inokulierten Reaktor. Trotz der Populationsdrift stabilisierte sich nach einiger Betriebszeit die Abbauleistung bei allen Reaktoren. Da in der Praxis nicht mit einem Eintrag von Spezialisten zu rechnen ist, stellt diese Situation einen Sonderfall dar.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Teile der Arbeit wurden im Rahmen des Workshops Microbes for the Environment: Degradation of Xenobiotic and New Benign Products von Prof. Dr. K.-H. Engesser im Vortrag Biological waste air purification bereits pr\u00e4sentiert. Eine Ver\u00f6ffentlichung der wesentlichern Ergebnisse ist im Journal Applied and Environmental Microbiology der American Society for Microbiology, angestrebt. Weiterhin sind wesentliche Teile dieses Forschungsvorhabens in der Diplomarbeit von Herrn Boris Diehm enthalten – eine Publikation dieser Diplomarbeit ist geplant. Dar\u00fcber hinaus will der Industriepartner dieses Projekts, die Fa. Jakob Handte & Co. GmbH, versuchen, die Ergebnisse dieser Arbeit in der Praxis einzusetzen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Bereitstellen eines geeigneten Inokulums f\u00fcr biologische Abluftreinigungsanlagen k\u00f6nnte in Zukunft eine weitaus gr\u00f6\u00dfere Rolle spielen als in den letzten Jahren. Bei der Umsetzung der EG?Richtlinie zum Schutz der Arbeitnehmer gegen Gef\u00e4hrdung durch biol. Arbeitsstoffe in nationales Recht wurde die Biostoffverordnung als Teil des Arbeitsschutzgesetzes erlassen und trat am 01.04.1999 in Kraft. Inwieweit die BioStoffV auch die biol. ALR betrifft, l\u00e4sst sich noch nicht absch\u00e4tzen, jedoch ist zu bedenken, dass durch die Inokulation mit Belebtschlamm auch Krankheitserreger, die sich im Belebtschlamm einer kommunalen Kl\u00e4ranlage befinden k\u00f6nnen, in einen Reaktor eingebracht und unter Umst\u00e4nden auch emittiert werden. Mit der Inokulation einer definierten und untersuchten Biologie wird dieses Gef\u00e4hrdungspotential minimiert. Die mangelnde Aussagekraft der kultivierungsabh\u00e4ngigen Ans\u00e4tze konnte anhand der definierten Mischkultur belegt werden. Durch die kultivierungsfreie Methode der FAME konnten Ver\u00e4nderungen der Bioz\u00f6nose aufgezeigt, aber der Verbleib der verschiedenen St\u00e4mme dennoch nicht zweifelsfrei nachvollzogen werden. Um eine gl\u00e4serne Biologie zu erreichen, in der der Verbleib einzelner St\u00e4mme nachgewiesen werden kann, m\u00fcssen weitere kultivierungsfreie Methoden hinzugef\u00fcgt werden. Die Abbauleistung konnte durch den Einsatz des DOC-Systems nicht dauerhaft gesteigert werden. Die Fluktuation der Reaktorbiologie, die durch die FAME detektiert wurde, war jedoch bei den inokulierten Reaktoren geringer als bei dem nicht inokulierten Reaktor.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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