Bretschneider, Sven (2011)

Thema

Die Adaption von nitrifizierenden Mikroorganismen an Nitrifikationshemmstoffe im Prozesswasserspeicher einer Kläranlage

Aufgabenstellung

Die Prozesse der Abwasserreinigung beinhalten Optionen zur Beeinflussung der Ablaufzusammensetzung, so dass die Bedingungen für ökotechnologische Maßnahmen im Fließgewässer und in der Kläranlage vorteilhaft werden. Das Prozesswasser der Schlammbehandlung eignet sich auf Grundlage der hohen Ammoniumkonzentrationen und der hohen Temperatur zur Akkumulation von Stoffen und Mikroorganismen.

Im Rahmen der DA sollen Mikroorganismen (MO) an Nitrifikationshemmer unter verschiedenen Randbedingungen adaptiert werden. Es sind hauptsächlich die Hemmstoffe 1,2,4-Triazol (TZ) und 3-Methylpyrazol (MP) zu untersuchen, welche vorrangig in Düngemitteln eingesetzt werden. Dabei werden Erfahrungen genutzt, die aus der Adaption von MO an Allylthioharnstoff in vorhergehenden Versuchen gewonnen wurden.

Diese MO werden mittels verschiedener analytischer Methoden auf ihre Flexibilität hinsichtlich variierender Milieubedingungen getestet, wobei vor allem der Temperaturunterschied zwischen der Züchtung im Reaktor zur Prozesswasserbehandlung und den deutlich geringeren Temperaturen im Vorfluter und in der Abwasserbehandlungsanlage zu untersuchen sind.

Der Diplomand soll, ausgehend von einer detaillierten Literaturrecherche, die auf bisherigen Erkenntnissen aufbaut, die Adaption von MO-Populationen an Nitrifikationshemmer untersuchen. Die Analyse der gezüchteten MO-Populationen erfolgt vorzugsweise auf Basis von Respirationstests. Im Anschluss ist die Überlebensfähigkeit der gezüchteten MO im Oberflächenwasser (OFW) messtechnisch nachzuweisen.

Autorenreferat

Die vorliegende Diplomarbeit untersuchte die Auswirkungen von Nitrifikationshemmstoffen auf die Abbauleistung von Stickstoffverbindungen durch Mikroorganismen im Prozesswasserspeicher einer Kläranlage. Ziel war es, die Adaption von Nitrifikanten an die eingesetzten Inhibitoren nachzuweisen.

Verwendete Inhibitoren waren Allylthioharnstoff (ATH), 3-Methylpyrazol (3-MP) und 1,2,4Triazol (1,2,4-TZ.). Für die praktische Ausführung der Untersuchung wurden fünf Reaktoren mit Inkubationstemperaturen von 30°C betrieben und wochentäglich mit Nährstoffen versehen. Die Beschickung von zwei Behältern (6L) erfolgte mit einem Modellwasser, zusammengesetzt aus 1.000 bis 2.000 mg NH₄-N und 600 mL des Zulaufes einer Kläranlage. Für die Substratzufuhr der verbleibenden Reaktoren der Größen 15 bis 100 Liter wurde 20 Volumenprozent des Konzentrates eines entwässerten Faulschlammes verwendet. Die zugefügten Mengen wurden vor jeder Zugabe entnommen, so dass die Volumina der Reaktoren konstant blieben. Die Bestimmung der Hemmwirkung erfolgte durch Kurzzeitrespirationstests, Online-Messungen von Sauerstoff sowie In-Situ Messungen des Ammoniums. Bei den Reaktoren mit 6L Volumen wurden konstante Hemmstoffkonzentrationen von 5 mg3-MP/L und 5 mg1,2,4-TZ/L eingestellt und über den gesamten Untersuchungszeitraum der Diplomarbeit nicht verändert. In Bezug auf die anderen Reaktoren konnte eine detaillierte Auswertung lediglich von einem erfolgen. Hierbei steigerte sich die Hemmstoffkonzentration bis zu 2,5 mg ATH/L fast wöchentlich.

Die Reaktoren mit konstanten Hemmstoffzugaben konnten die Nitrifikation aufrechterhalten, wobei keine Veränderung hinsichtlich der Aktivität stickstoffabbauender Bakterien unter dem Einfluss von 1,2,4-Triazol detektiert wurde. 3-Methyyrazol verursachte eine Hemmung von bis zu 40%. Verglichen mit Hemmkurven unangepasster Bakterien wurden in beiden Fällen Adaptionen von 50% bzw. 100% bestimmt. Hinsichtlich der Erhöhung der ATH-Konzentrationen wurden verringerte Aktivitätsraten festgestellt, während die toxische Wirkung anstieg. Adaptionen konnten hierbei nur im Verlauf einer Woche ermittelt werden, da das Auslassen der Beschickung am Wochenende zu verringerten Bakterienaktivitäten führte. Das Fehlen vergleichbarer Werte erschwerte die Quantifizierung der Adaption der Bakterien an ATH.

Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass eine Adaption an Hemmstoffe im Prozesswasserspeicher einer Kläranlage bei Inkubationstemperaturen von 30°C möglich ist. Für die praktische Anwendung wäre es ratsam, Milieuveränderungen wie beispielsweise Temperaturschwankungen zu berücksichtigen.

Betreuung