Das Projekt ist eine Kooperation mit den mittelständigen Unternehmen Schulz-Bau GmbH, POMA Maschinen- und Anlagenbau GmbH Porschendorf und Hotho-Data GmbH und wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie über einen Zeitraum von 2 Jahren (01.01.2019 - 31.01.2021) finanziert.

Projektbeschreibung

In Abwasserkanälen kommt es durch die verminderte Abwassermenge bei gleichbleibendem organischen Anteil zu erhöhten Standzeiten des Abwassers. Diese Voraussetzungen begünstigen die Bildung von Biofilmen in den Kanälen. Die biochemische Umsetzung von Sulfat über Schwefelwasserstoff zur Schwefelsäure führt zur biogenen (Schwefelsäure-)Korrosion des Betons (BKS) und einer erheblichen Geruchsbelästigung. Umfragen bei Abwasser-Kanalbetreibern haben ergeben, dass die Verminderung der biogenen Korrosion und die damit einhergehende Geruchbelästigung zu den dringendsten Problemen bei der Betreibung von Abwasserentsorgungssystemen gehören.

Die biogene Korrosion entsteht durch das Zusammenspiel von schwefelreduzierenden und schwefeloxidierenden Bakterien. Die schwefelreduzierenden Bakterien (SRB), die sich in der wässrigen Phase am Kanalboden befinden, reduzieren unter anaeroben Bedingungen elementaren Schwefel zu Schwefelwasserstoff. Schwefeloxidierende Bakterien (SOB), welche sich am Scheitelpunkt des Kanalrohres befinden, nutzen den Schwefelwasserstoff aus der Kanalatmosphäre zur aeroben Atmung. Die dabei entstehende Schwefelsäure verursacht die Korrosion des Betonrohrs.

Im Rahmen des Kooperationsprojektes soll eine dynamische Bewetterungslösung für Problemabschnitte in Abwasserkanälen zur Verminderung von Emissionen und biogener Korrosion entwickelt werden. Das neu zu entwickelnde Verfahren unterscheidet sich von bisherigen Verfahren dadurch, dass es durch die Echtzeitmessung der H2S-Steuergröße mittels einer Sonde ohne Chemie, lediglich mit der Luftzufuhr (Bewetterung) effektiv und kostengünstig betrieben wird.

Hierzu wird von der AG Multiparameterdiagnostik der BTU der Biofilm, welcher die Hauptursache für die biogene Korrosion darstellt, in Abhängigkeit der saisonalen und äußeren Einflüsse des Kanals charakterisiert. Es erfolgen die Entwicklung und der Bau eines Laborprüfstandes, der mit einfachen und manuellen Schritten verschiedene Bewetterungszustände im Kanal (wie z.B. den H2S-Gehalt, die Temperatur, den pH-Wert) nachahmt und quantitativ erfasst. Die gewonnenen Modellparameter dienen als Grundlage für die Bewetterungstechnologie, welche nachträglich in den Kanal eingebaut wird, um den Biofilm auszutrocknen.

Die Analyse des 16S rRNA Metagenoms mittels next generation sequencing (NGS) ermöglicht uns eine Identifizierung der Mikroorganismen (Gattung/Spezies) unabhängig von ihrer Kultivierbarkeit. Unser Fokus liegt dabei auf dem Anteil schwefeloxidierender Bakterien und deren Fähigkeit zur Bildung eines Biofilms. Die Charakterisierung des drei-dimensionalen Biofilms erfolgt mit der von uns entwickelten Imaging-Plattformtechnologie VideoScan, welche eine vielseitig einsetzbare, vollautomatische Fluoreszenzmikroskopie-Plattform ist. Die Plattform liefert Informationen über die Anzahl der Bakterien, die besiedelte Fläche als auch die maximale Dicke des Biofilms liefert. Durch den Einsatz von Fluoreszenz-markierten DNA-Sonden (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, FISH) können wir spezifisch Bakterien anhand ihrer Gattung in gemischten Biofilmen identifizieren und in Kombination mit weiteren Farbstoffen, wie dem Calcoflour sowie Fluoreszenz-markierten Lektinen, gleichzeitig die Bestandteile der extrazellulären, polymeren Substanzen, welche essentiell für bakterielle Agglomerate sind, charakterisieren.

Kontakt

Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus - Senftenberg

Fakultät für Umwelt und Naturwissenschaften

Universitätsplatz 1

01968 Senftenberg

Prof. Dr. habil. Peter Schierack

E-Mail: peter.schierack(at)b-tu.de

Dr. Stefan Rödiger

E-Mail: stefan.roediger@b-tu.de

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