Das Projekt "Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen durch den Einsatz von Membrantechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Aachener Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Rahmen dieses Projekts werden die Möglichkeiten des Einsatzes von Membranverfahren zur Elimination von Arzneimitteln und anderen organischen Spurenstoffen in der kommunalen Abwasserbehandlung untersucht. Da die Zielsubstanzen im Trenngrenzenbereich von Nanofiltration und zum Teil sogar von Umkehrosmose liegen, bildet die Untersuchung der dichten Membranverfahren zur weitergehenden Kläranlagenablaufbehandlung einschließlich der Frage der Konzentratbehandlung den ersten Arbeitsschwerpunkt. Das zweite Arbeitsfeld zielt auf die in den vergangenen Jahren vermehrt errichteten Membranbioreaktoren (MBR). Durch Optimierung des biologischen Prozesses bzw. gezielte Bioaugmentation (d.h. Zugabe spezialisierter Bakterienstämme) soll der Abbau von Arzneimitteln und Industriechemikalien in MBR deutlich verbessert werden. Im dritten Arbeitsfeld werden Kombinationsverfahren wie Pulveraktivkohle und Mikrofiltration sowie Pulveraktivkohle und MBR-Technik unter großtechnischen Einsatzbedingungen getestet. Für eine große Nähe zur Anwendung werden die Versuche im halb- und großtechnischen Maßstab bzw. Pilotmaßstab auf ausgewählten nordrhein-westfälische Kläranlagen wie den MBR-Anlagen des Aggerverbandes, Erftverbandes und der LINEG (Seelscheid, Kaarst, Xanten-Vynen) durchgeführt. Das Eliminationsverhalten eines breiten Spektrums von Spurenstoffen wird in den tatsächlich im Abwasser vorhandenen Konzentrationen durch Anreicherung mittels Festphasenextraktion und Nachweis mit LC/MS analysiert. Es erfolgt eine umfassende Bewertung der Verfahren in Bezug auf Eliminationsleistung, praktische Anwendbarkeit, Energieverbrauch und Wirtschaftlichkeit. Durch Ableitung allgemeiner Bemessungsregeln wird die Übertragbarkeit für zukünftige Anwendungen hergestellt.
Das Projekt "Mikrobielle Granula und Biofilm-Aggregate als Medien zur Übertragung spezieller metabolischer Eigenschaften in heterogene Mischkulturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorien für Wassergüte- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Bakterien mit speziellen strukturbildenden oder metabolischen Fähigkeiten (z.B. Flockenbildner, Nitrifikanten, CKW-Abbauer) werden in Bioaggregaten (Granula, Biofilme) angereichert und dann in Reaktoren zur biologischen Abwasserreinigung eingemischt. Durch Übertragung der neuen Fähigkeiten in die autochtone Lebensgemeinschaft (Bioaugmentation) soll die Einarbeitung des biologischen Systems und dessen Anpassung an geänderte Prozessbedingungn beschleunigt werden. Bedeutungsvoll ist ein solcher steuernder Eingriff dann, wenn die benötigten Bakterienarten sich nur sehr langsam vermehren (z.B. Nitrifikanten; Bio-P Bakterien), beim Anfahren einer Belebungs- oder Biofilmanlage, bei Regeneration der Anlage nach einem Unfall, wenn Abwässer mit ungewöhnlicher Zusammensetzung zu reinigen sind (z.B. spezielle Prozessabwässer aus der Industrie) oder Abwässer mit stark wechselnder Fracht und Zusammensetzung (z.B. Abwasser aus Firmen mit Kampagnenbetrieb, Abwasser aus touristischen Objekten). Es wird zunächst darum gehen, spezielle Anreicherungskulturen in Granula-Form heranzuzüchten. Nach Zudosieren der Granula in eine Modell-Belebungsanlage soll beobachtet werden, wie sich die Granula im System verhalten, ob sich die mit den Granula importierten Arten in der Mischkultur verbreiten, bzw. ob es durch Gentransfer zu einer Verbreitung der speziellen Fähigkeiten kommt.
Das Projekt "Bioaugmentation in Anlagen zur biologischen Abwasserreinigung: Eintrag und Stabilität von neuer genetischer Information durch Konjugation als Mittel zur Bioaugmentation von Bioaggregaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, die bisher gewonnenen Erkenntnisse über Gentransfer in Modellbiofilmen auf natürliche abwasserbürtige Biofilme auszuweiten. Dabei wird ein Lasermikroskop-gestütztes Verfahren zur automatisierten Auswertung großer Bilddatenmengen eingesetzt, um die beeinflussenden Faktoren auf Einzelzellebene bzw. in Zell-Clustern zu erforschen. Zu diesem Zweck sollen Plasmide genetisch mit fluoreszierenden Proteinen markiert werden, um die mikroskopische Detektion von Gentransfer auf Einzelzellebene zu ermöglichen. Durch Verwendung eines zweifach markierten Donoron, der auch das Gen für ein fluoreszierendes Protein im Chromosom trägt, können Donor- und Rezipientenzellen in lebenden Biofilmen unterschieden werden. Es sollen zeit- und raumaufgelöste Studien durchgeführt werden, um den Einfluss von selektivem Druck in Form von Xenobioica auf die Häufigkeit des Transfers und die Stabilität der veränderten Zellen zu untersuchen. Besonders wichtig ist die Frage, welche Art von Plasmid in welchen Organismen exprimiert und weitervererbt wird. Die gewonnenen Erkenntnisse geben Aufschluss darüber, wie metabolische Fähigkeiten optimal in Reaktoren etabliert werden können, ohne auf die Lebensfähigkeit der eingebrachten Donoren angewiesen zu sein.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Feststofffermentation als Produktionssystem für Biogas-Starterkulturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ISF GmbH durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines optimierten bakteriellen Konsortiums als Produkt für die Bioaugmentation landwirtschaftlicher Biogasanlagen, basierend auf der Identifikation, Inkulturnahme und Vermehrung besonders leistungsfähiger Biogasbakterienkulturen aus Kompost. Dazu werden verschiedene Kompostierungsszenarien auf besondere Bakteriengruppen, welche in Gärversuchen leistungssteigernd auf die Methanbildung wirken, untersucht und diese Bakterien mit Hilfe der Methoden des mikroskopischen Fingerprintings und der Pyrosequenzanalyse identifiziert und anschließend kultiviert. Für die Vermehrung eines optimierten Konsortiums aus diesen Bakterienkulturen wird ein Feststofffermentationsverfahren auf Basis des Kompostierungsprozesses entwickelt und in den Pilotmaßstab übertragen. Vorhaben umfasst folgende Arbeitsschritte: Kompostierung (ISF GmbH), Gärversuche mit Kompostproben (ISF GmbH), Quantitatives mikroskopisches Fingerprinting der Kompostproben (HAW), Quantitatives mikroskopisches Fingerprinting der Gärversuche (HAW), Identifizierung aussichtsreicher Kompostmaterialien (HAW + ISF GmbH), Anpassung der Pyrosequenztechnik (HAW), Diversitätsuntersuchung von Kompostproben mittels Pyrosequenztechnik (HAW), Selektionsversuche mit vielversprechenden Bakterienkulturen (HAW), Vermehrung der Bakterienkulturen in Konsortien und Produktstabilisierung (ISF GmbH + HAW), Monitoring der selektierten Bakterienkulturen in kontinuierlichen Gärtests (ISF GmbH - HAW), Scale-Up des Feststofffermentationsverfahrens.