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REST - Resistenz gegen Nickel bei Streptomyceten

Im musterhaften Kontext der ehemaligen Uranmine Wismut SDAG in Ostthüringen soll das Projekt einen Beitrag zur Erfassung der Rolle von Bodenmikroben für Mobilisierung und Transfer von Schwermetallen unter Berücksichtigung von Radionukliden im aeroben Bereich leisten. Die Untersuchungen werden an den bodentypischen Leitorganismen Streptomyceten und Mykorrhizapilzen erfolgen. Dabei nimmt Nickel zunächst eine zentrale Stellung ein, da dieses Begleitelement des Urans für die Wismut-Region standorttypisch ist und für biologische Systeme als Schadstoff und gleichzeitig als Spurenelement von Bedeutung ist. An nickelresistenten Isolaten der Gattung Streptomyces aus dem Gelände soll insbesondere die intrazelluläre Nickelhomöostase durch Identifizierung hochaffiner Nickeltransportgene studiert sowie die Auswirkungen auf Regulationsprinzipien betrachtet werden. In Mykorrhiza, den symbiontischen Assoziationen von Pilzen mit Pflanzenwurzeln, kann der Pilzpartner als Biofilter wirken. Gleichzeitig mit der Charakterisierung und Identifizierung standorttypischer Pilzpartner werden daher der Transport und die Verteilungsmuster relevanter Schwermetalle in mykorrhizalen Pflanzen des Freilands sowie aus Gefäßversuchen analysiert.

Geruchsbeseitigung aus Abluftstroemen durch mikrobiellen Abbau

Zahlreiche chemische und biologische Prozesse fuehren zu Geruchsemissionen, die nicht nur direkt am Arbeitsplatz sondern auch im groesseren Umfeld unangenehm bzw. sogar gesundheitsschaedlich sind. Abluft aus derartigen Betrieben wie z.B. Lack- und Kunststoffbetrieben, Kaffeeroestereien, Klaeranlagen, Tierstaellen und Schlachthoefen koennen entweder durch Erdfilter oder Gaswaescher (kombiniert mit einer Klaeranlage) gereinigt werden. In jedem Falle werden die Substanzen letztlich durch die Mikroorganismen des 'Biofilters' oder des 'Biowaeschers' abgebaut. (Andere Verfahren der Geruchsbeseitigung wie chemische Oxidation oder thermische Nachverbrennung sind entweder umweltbelastend oder unoekonomisch.) Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe von Reinsubstanzen sowie durch Kuehlfallen gewonnener Kondensate besonders aktive Bakterien zu isolieren, die dann gezielt in Filtern oder Waeschern eingesetzt werden koennen. Daneben sollen Fragen des Abbauweges der Substanzen sowie der technologischen Handhabung der Bakterienkulturen fuer diesen Zweck untersucht werden.

Verminderung geruchsintensiver und alkoholhaltiger Abgasemissionen aus der Herstellung von Keramikformen einer Feingiesserei durch Biofilter

Bei der Herstellung keramischer Formen werden beim Tauchen der Modelle zur Aushaertung alkoholhaltige Bindemittel eingesetzt, die im Verlauf des Haerteprozesses verdampfen. Die dabei entstehende Abluft enthaelt Ethanolkonzentrationen. Weitere organische Abgasbestandteile fuehren zur Geruchsbelastung. In einem Biofilter, der als Etagenfilter in Modulbauweise 166 m3= 3000 m3 Luft/h dividiert durch 180 m3 Filtermaterial errichtet und fuer eine spezifische Belastung von m3 Abgas pro Stunde und m3 Filtervolumen ausgelegt wird, sollen 30.000 m3 Abluft pro Stunde gereinigt werden. Das Filtermaterial besteht aus einem biologisch aktivem Kompost-Gemisch.

Effizienzsteigerung biologischer Abluftbehandlungsverfahren durch Kombination mit alternativen Verfahren zur Abluftreinigung von biologischen Abfallbehandlungsanlagen sowie mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen

Abluftemissionen von biologischen Abfallbehandlungsanlagen zum Zweck der Komposterzeugung werden über die TA Luft geregelt. Dabei hat sich die Kombination aus Wäscher und Biofilter zur Abluftbehandlung mit dem Ziel der Staubabscheidung und Geruchsminderung weitgehend bewährt. Hauptsächliches Augenmerk liegt dabei auf der Begrenzung von Geruchsemissionen. Neben Anforderungen an die Begrenzung von geruchsintensiven Stoffen wird die effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 nach Nr. 3.1.7 TA Luft zur Einhaltung der festgeschriebenen Grenzwerte gefordert. Bei der mechanisch-biologischen Behandlung von Siedlungsabfällen hat sich in Untersuchungen und Praxiserfahrungen der letzten Jahre gezeigt, dass der Biofilter nicht ausreicht, um die Abluft zu reinigen und die Anforderungen der TA Luft an eine effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 zu erfüllen. Mit in Kraft treten der 30. BImSchV sind für mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsanlagen weitergehende bzw. alternative Abluftreinigungsverfahren notwendig, so dass sich ein neuer Stand der Technik auf dem Gebiet der Abluftreinigung abzeichnen wird. Untersucht werden alternative Abluftreinigungsverfahren zur Behandlung der Emissionen von biologischen Abfallbehandlungsverfahren sowie mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsverfahren. Das Projekt wird in Kooperation mit einem Industriepartner durchgeführt. Neben der Bilanzierung der quantitativen Emissionen sollen deren potenzielle Umweltauswirkungen auf Basis einer ökobilanziellen Abschätzung ermittelt werden, um die unterschiedlichen Systeme miteinander vergleichen zu können.

Infrarotmessungen auf Biofiltern

Im Bereich der biologischen Abluftreinigung werden zur Desodorierung von geruchsbeladenen Abluftstroemen u.a. Biofilter eingesetzt, in denen die Umwandlung geruchsintensiver Verbindungen in geruchlich nicht mehr wahrnehmbare Verbindungen mittels Mikroorganismen erfolgt. Um die biologische Reinigungsleistung optimal auszunutzen ist es notwendig, dass die Durchstroemung von Biofiltern gleichmaessig erfolgt. Allerdings ist dies in der Realitaet oft nicht der Fall und als Folge ungleichmaessiger Durchstroemung treten lokal ueberlastete Zonen mit hohen Stroemungsgeschwindigkeiten, in denen der Filter durchbricht, sowie kaum durchstroemte Zonen auf. Liegen die Rohgastemperaturen ueber den Temperaturen der Umgebung, sind Inhomogenitaeten der Durchstroemung bereits an der Temperatur erkennbar. Derzeit wird die Eignung von Infrarotmessungen zur Erfassung der Waermezonen und der Durchstroemung von Biofiltern untersucht. Waehrend ueblicherweise die Messung der Temperatur und der Durchstroemung nur lokal begrenzt mit Hilfe eines Messpunkterasters erfolgt, bietet die Thermographie die Moeglichkeit, die Temperaturverteilung ueber eine Flaeche zu ermitteln In experimentellen Untersuchungen werden Infrarotmessungen von Biofiltern durchgefuehrt sowie zusaetzlich die Durchstroemung und die Geruchsemissionen ermittelt. Die Messergebnisse werden dargestellt und ausgewertet sowie hinsichtlich ihrer Korrelation untersucht.

Entwicklung von grosstechnischen Verfahren zur biologischen Abluftreinigung

Es werden grosstechnische Verfahren zur biologischen Abluftreinigung entwickelt. Je nach Eigenschaft der Luftschadstoffe kommen Biowaescher, Biofilter oder Kombinationen aus beiden zur Anwendung. Hauptmerkmale der Linde-Verfahren sind: Einsatz schadstoffspezifischer Startkulturen, die im Labor geprueft und identifiziert werden. Dadurch werden sehr kurze Anfahrzeiten und hohe Abbauleistung sowie stabile Betriebszustaende erreicht. Die Startkulturen sind hygienisch unbedenklich. Der Einsatz geordneter Traegermaterialien in den Absorbern beziehungsweise Biofiltern bringt viele Vorteile, wie minimalen Druckabfall der Abluft; dadurch geringen Energiebedarf, homogene Durchstroemung mit guter Raumausnutzung, einfaches Befeuchtungs- und Konditionierungssystem zur Betriebsstabilisierung bei hoher Leistung, kompakte Bauweise, hohe Standzeit der Absorberpackung, Moeglichkeit zur Abreinigung der Absorberpackung durch Wasserstrahl oder Spuelen. Hohe Flexibilitaet in der baulichen Gestaltung, zum Beispiel Hochbauweise. Bei Biowaeschern hat sich der Einsatz des Linpor(xp=R)-Traegermaterials bewaehrt. Die Biomasse kann damit zu 90 Prozent im Reaktorteil konzentriert und immobilisiert werden. Dadurch verringert sich der Durchsatz von Mikroorganismen durch den Absorber und die volumetrische Abbauleistung wird um den Faktor vier erhoeht.

Innovationsraum: BaMS-NAFi - Umsetzungsphase

Entwicklung einer innovativen Messmethode zur Überwachung von Biofiltern zur biologischen Abluftreinigung mit Hilfe der Strahlungsthermometrie

Zur Minimierung der Geruchsemissionen von biologischen Abfallbehandlungsanlagen werden in der Regel sogenannte Flächenbiofilter eingesetzt. Voraussetzung für eine ausreichende Reinigungsleistung ist eine gleichmäßige Durchströmung des Filterbeets. Für die Probennahme zur Geruchsbestimmung auf einem Flächenbiofilter ist die Auswahl von repräsentativen Messstellen notwendig. Um eine qualitativ hochwertige Aussage zur Geruchsemissionssituation eines Flächenbiofilters treffen zu können, müssen sowohl stark als auch schwach durchströmte Bereiche beprobt werden. Zur Festlegung dieser Probennahmestellen ist die Kenntnis der Strömungsverteilung im Biofilter notwendig. Mit der konventionellen Messmethodik zur Überprüfung der Funktionsweise ist nur eine punktuelle und damit stichprobenhafte Erfassung der Messparameter, wie z. B. Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur möglich. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich Inhomogenitäten in der Durchströmung bereits in der Temperaturverteilung auf der Oberfläche eines Biofilters zeigen und so Rückschlüsse auf die Filterwirksamkeit ermöglichen. Als Messverfahren, das die definierten Anforderungen an zeitgleiche und flächenhafte Erfassung erfüllt, wurde die innovative Methode der Infrarot-Thermographie zur Temperaturmessung identifiziert. Im Rahmen dieses Antrags soll die in Voruntersuchungen festgestellte prinzipielle Eignung genauer untersucht und wissenschaftlich begründet werden. Dabei sollen einerseits die Potenziale der Infrarot-Thermographie zur Überwachung von Flächenbiofiltern aufgezeigt und andererseits die Grenzen und Randbedingungen für einen effektiven Einsatz in der Praxis definiert werden.

Reinigung loesemittelhaltiger Abluft aus der Herstellung von Tiefdruck- und Flexodruckfarben durch Biofilter mit inertem, anorganischen Filtermaterial

Die bei der Herstellung von Druckfarben anfallende loesungsmittelhaltige Abluft wird mit einem Biofilter auf der Basis eines inerten, recyclingfaehigen Traegermaterials gereinigt. Hierbei werden die organischen Schadstoffkomponenten durch Mikroorganismen zu Wasser und Kohlendioxid umgesetzt. Als Traegermaterial werden geschlossenporige Schaumstoffwuerfel bzw. -granulate verwendet. Gegenueber dem bisher bei Biofiltern eingesetzten organischen Traegermaterial (Torf, Holzrinde oder Kompost) ist bei dem hier eingesetzten Material keine Verdichtung des Filterbettes zu erwarten. Allerdings ist es notwendig, Naehrstoffe in Form von Phosphat- und Stickstoffsalzen sowie Spurenelementen zuzugeben, die mit fortschreitender Betriebsdauer der gebildeten Biomasse angepasst wird. Das Gesamtsystem bietet folgende Vorteile: Kein zusaetzlicher Energieaufwand bei der Entsorgung grosser Abluftstroeme mit geringer Loesemittelkonzentration; konstante Filterleistungen durch gezielte Zugabe von Naehrloesungen zur Stabilisierung des pH-Wertes; lange Standzeiten des Filtermaterials; bessere Beeinflussung der bei Kompostfiltern problematischen Einhaltung der optimalen Filtermaterialfeuchte; hohe Betriebssicherheit durch modularen Systemaufbau; Recyclingfaehigkeit des Filtermaterials. Fuer toluolhaltige Abluftstroeme wird die Einhaltung einer Gesamt-Kohlenstoffkonzentration von 75 mg/m3 und fuer Abluftstroeme mit Mischloesemittelgehalten 50 mg/m3 im Reingas erwartet.

Abgasreinigung bei Schweinemastanlagen - ein Beitrag zur Senkung von Schadstoffemissionen aus der Landwirtschaft

Die aus der Emission von Schadstoffen aus Schweineställen resultierende Umweltbelastung ist vor allem auf Geruch, Staub, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und über 100 weitere Spurengase zurückzuführen. Zur Minderung dieser Emissionen dient eine Abgasreinigungsanlage, die modular aus einer chemischen Wäsche und einer Biofiltration im Pilotanlagen-Maßstab zusammengesetzt ist. In dem beantragten Projekt werden durch experimentelle und theoretische Untersuchungen die Erlangung von Kenntnissen über grundlegende Zusammenhänge dabei und die weiterführende Minimierung der Schad- und Geruchsstoffkonzentrationen im Abgas angestrebt. Die experimentellen Untersuchungen zur genaueren Charakterisierung des Anlagenverhaltens und der ablaufenden Prozesse gliedern sich in zwei Schwerpunktbereiche: Der erste umfasst die Prozesse im chemischen Wäscher, insbesondere Staubeintrag, -beschaffenheit, -Abscheidegrad und Adsorptionsvermögen des Staubes - dabei steht der Zusammenhang zwischen Staubeintrag und Geruchsminderungsgrad im Mittelpunkt - sowie die Parameterbestimmung für eine Modellierung und Simulation. Der zweite Schwerpunkt liegt auf dem Bereich Langzeitmonitoring der Abgasreinigungsanlage - insbesondere hinsichtlich der Wirkungsgradabhängigkeiten und der Einflussgrößen auf die Verfahrensstabilität. Die Modellierung und Simulation der gesamten Reinigungsanlage durch Adaption verfahrensspezifischer Zusammenhänge soll Vorhersagen für verschiedene apparative Ausgangssituationen und verfahrenstechnische Einstellungen liefern.

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