PT Unknown
AU Lattenkamp, L
TI Abbau und Rückhalt von Pyrazol in einer industriellen Kläranlage
PD 04
PY 2022
DI 10.17185/duepublico/78172
LA de
AB Refraktäre organische Verbindungen stellen die Abwasserbehandlungsanlagen industrieller Standorte vor große Herausforderungen. Als Nebenprodukte der chemischen Produktion gelangen sie ins Abwasser und können unverändert durch die Kläranlagen in die Vorfluter gelangen. Es existieren verschiedene technische Methoden solche Verbindungen aus Abwasserströmen zu entfernen. Diese Methoden, wie beispielsweise Oxidationsverfahren oder Aktivkohlefiltration, sind jedoch mit jedoch mit hohen Kosten, Stromverbrauch, CO2-Fußabdruck und zusätzlichen Verbrauchsmitteln und ggf. Gefahrstoffen (z.B. Ozon) verbunden. Der biologische Abbau solcher Verbindungen kommt mit weniger Energie und ohne zusätzliche Einsatzstoffe aus und birgt zudem nicht das Risiko ungewollter Transformationsprodukte. Daher ist dieser Prozess zu bevorzugen. Diese Arbeit zeigt, dass der refraktäre fünf-gliedrige Heteroaromat Pyrazol, entgegen dem derzeitigen Stand der Literatur, biologisch abbaubar ist. Dieser Prozess ist jedoch ein empfindliches System, das von mehreren Faktoren abhängig ist. Pyrazol wird von den Mikroorganismen eines Belebtschlammes offenbar erst nach allen anderen Kohlenstoffverbindungen abgebaut. Daher muss der belastete Abwasserstrom gesondert behandelt werden und die Abwasservorbehandlung so betrieben werden, dass möglichst wenig Kohlenstoff neben Pyrazol in die Kläranlage gelangt. Weiterhin ist die Pyrazol-Schlammbelastung ein wichtiger Faktor. Laborversuche mit Belebtschlamm, der zwar an Pyrazol gewöhnt war, die Verbindung jedoch nicht abbauen konnte, zeigten, dass eine Belastung von 0,01 kgPyrazol/kgTS*d geeignet ist, um einen biologischen Abbau zu etablieren. Ein etablierter Belebtschlamm, der in der Lage ist, Pyrazol abzubauen, kann mit bis zu 0,04 kgPyrazol/kgTS*d belastet werden, bevor der Abbau abfällt. Als dritter Faktor wurde die Abwassermatrix ermittelt. Isolierte Prozessabwässer, bei denen Wasser als Reaktionsprodukt entsteht, können sehr arm an Ionen und Spurenelementen sein, dies war auch hier der Fall. Unter Zugabe von Natrium, Magnesium und Kalium zeigte sich ein verstärkter biologischer Pyrazolabbau. Gleichzeitig führt ein Fehlen der Elemente zu einem Einbruch der Abbauleistung. Bei einem Mangel der Elemente reichte eine niedrige Schlammbelastung allein nicht aus, um einen biologischen Pyrazolabbau zu etablieren. Es gilt daher, die Faktoren Abwasserinhaltsstoffe, Kohlenstofffrachten und Pyrazol-Schlammbelastung korrekt einzustellen und zu überwachen, um einen Abbau zu ermöglichen. Die Implementierung der in dieser Studie ausgearbeiteten Empfehlungen führten dazu, dass der biologische Pyrazolabbau großtechnisch wiederhergestellt werden konnte. Genetische Analysen zeigten, dass ein Pyrazol-abbauender Belebtschlamm wenig divers ist und vor allem von zwei Organismen dominiert wird: eine unbeschriebene Terrimonas Spezies (relative Häufigkeit: 45 %) und Ottowia pentelensis (20,5 %). Letztere Art könnte die Art sein, die in der Lage ist, Pyrazol ganz oder teilweise zu verstoffwechseln. Die erstere Art könnte eher ein kooperativer Partner in den Abbauprozessen oder lediglich ein opportunistischer Co-existierender Organismus sein.
ER