Forscher überrascht über unerwartete Bakterien-Eigenschaften

Ein internationales Forscherteam hat das Erbgut von Nitrospira entschlüsselt, ein Bakterium, das für den Stickstoffkreislauf der Natur und die Abwasserreinigung enorm wichtig ist. Die bei der Sequenzierung entdeckten unerwarteten Eigenschaften von Nitrospira und die überraschenden Einblicke in die Evolution des Stickstoffkreislaufs stellen die Wissenschaftler jetzt in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) vor.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde der Haber-Bosch-Prozess zur industriellen Herstellung von Ammoniak erfunden. Etwa 100 Millionen Tonnen des so produzierten Ammoniaks werden jährlich zur Erzeugung von stickstoffhaltigen Düngern für die Landwirtschaft verwendet. Ihr Einsatz trägt wesentlich zur Ernährung der Weltbevölkerung bei, führt aber andererseits zur Überfrachtung von Böden und Gewässer mit Stickstoff, dem Verschwinden empfindlicher Tier- und Pflanzenarten sowie zur Eutrophierung – dem „Umkippen“ – von Gewässern. Hinzu kommen Stickstoffverbindungen aus anderen industriellen Prozessen und Haushaltsabwässern.

Nitrospira spielt wichtige Rolle bei Abwasserreinigung
Die Folgen dieser Belastung für die natürlichen Systeme des Stickstoff-Recyclings, den so genannten Stickstoffkreislauf, sind noch weitgehend unbekannt. Ein wesentlicher Teil dieses Kreislaufs ist die Nitrifikation – die Oxidation von Ammoniak zu Nitrit und weiter zu Nitrat – die nur von Mikroorganismen durchgeführt wird. Für den zweiten Schritt der Nitrifikation sind hauptsächlich Nitrit oxidierende Bakterien der Gattung Nitrospira verantwortlich. Sie spielen auch in Kläranlagen eine entscheidende Rolle, da die Nitrifikation unverzichtbarer Teil der biologischen Abwasserreinigung ist.

Bislang wusste man sehr wenig über die Biologie dieser so wichtigen Mikroben, denn die Zucht von Nitrospira im Labor ist extrem schwierig. Einem Team von Forschern aus Österreich, Frankreich, Deutschland und den Niederlanden ist nun mit Hilfe eines so genannten metagenomischen Ansatzes erstmals die Analyse des Erbguts eines Nitrospira-Bakteriums aus einer Kläranlage gelungen.

Nitrospira – äußerst effizientes Bakterium
Zu den überraschenden Ergebnissen dieser Studie unter der Leitung von Holger Daims und Michael Wagner vom Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien zählt, dass die biochemischen Systeme zur CO2-Fixierung und Nitrit-Oxidation von Nitrospira effizienter als die anderer Nitrit oxidierender Bakterien sind. Dies erklärt die Schlüsselrolle von Nitrospira in der Natur. Zudem kann Nitrospira lebensnotwendige Energie nicht nur aus Nitrit, sondern auch aus einigen Kohlenstoffverbindungen beziehen und giftige …mehr:

Quelle: http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-11938-2010-07-13.html

Die Kläranlagen haben in der Schweiz einen sehr guten Standard. Nach wie vor ist aber die Entfernung der Nährstoffe aus dem Abwasser ein energie- und kostenintensives Unterfangen. Nun hat das Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag ein biologisches Verfahren weiterentwickelt, welches die Stickstoffelimination aus dem Klärschlammwasser deutlich vereinfacht und in diesem Teilbereich des Reinigungsprozesses die Kosten halbiert.

Bereits haben mehrere Abwasserreinigungsanlagen (ARA) den neuen Prozess eingeführt, so die Stadtzürcher Anlage Werdhölzli oder die ARA in Niederglatt (ZH) und St.Gallen. Andere Anlagen (Thun, Bilten/GL, Dietikon) setzen auf ein sehr ähnliches Verfahren, das vom deutschen Unternehmen Cyklar-Stulz propagiert wird. Die Erfahrungen der Betreiber sind positiv. Nicht zuletzt dank der Unterstützung und Beratung durch die Eawag gilt die Schweiz als führend in diesem Bereich.

Anammox-Bakterien und Flockenbildung als Schlüssel

Der Schlüssel zum neuen Verfahren liegt in einem erst vor rund zehn Jahren von der Eawag und von holländischen Wissenschaftern entdeckten bakteriellen Prozess: die anaerobe Ammoniumoxidation, abgekürzt als Anammox bezeichnet. Anammox-Bakterien können Ammonium (NH4+) ohne Kohlenstoff in unschädlichen Luftstickstoff umbauen. Damit der Prozess läuft, muss zuerst ein Teil des Ammoniums mit Sauerstoff zu Nitrit umgewandelt werden. Mit dem Nitrit oxidieren dann die Bakterien das restliche Ammonium zum molekularen Stickstoff. Bisher wurde versucht, diese zwei Stufen des Prozesses getrennt ablaufen zu lassen. Zweistufige Anlagen benötigen aber mehr Platz, und ihre Regulierung ist sehr komplex. Der Durchbruch kam mit der Erkenntnis, dass sich der Umwandlungsprozess auch in einer Stufe realisieren lässt, dann nämlich, wenn dank Flockenbildung im Anammox-Becken sehr kleinräumig sowohl belüftete als auch sauerstofffreie Zonen vorhanden sind: Aussen an den kaum einen Millimeter grossen Klärschlammflocken aus Bakterienkolonien findet die aerobe Ammoniumoxidation statt, im sauerstofffreien Innern der Flocken die anaerobe Anammox-Reaktion.

Zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellem Verfahren

Die Vorteile der Schlammwasserentstickung mit Anammox-Bakterien gegenüber der klassischen Nitrifikation/Denitrifikation sind riesig: Vor allem muss das Becken nur noch knapp halb so viel belüftet werden, und es muss keine Kohlenstoffquelle (z.B. Methanol oder Acetat) mehr zugegeben werden. Das spart Energie und Betriebsaufwand, die Kosten sinken auf die Hälfte – rund 2 statt 4 Franken pro Kilogramm entferntem Stickstoff. Im Fall der Zürcher Anlage Werdhölzli macht das jährlich rund eine halbe Million Franken aus. Ausserdem ist der Prozess sehr effizient: Die Umwandlung des Ammoniums im Prozesswasser zu Luftstickstoff zu über 90% entlastet die Kläranlage. So können der Vergärung mehr organische Stoffe beigemischt werden (z.B. Abfälle aus der Lebensmittelproduktion); die Kläranlage produziert dann mehr Biogas. Ein Fernziel aller Abwasserfachleute, dass nämlich die ARA vom Energieverbraucher zum Kraftwerk wird oder wenigstens ohne Energiezufuhr funktioniert, rückt damit ein Stück näher.

Wissens- und Technologietransfer funktioniert gut

Der Verfahrenstechniker Adriano Joss von der Eawag betont: «Wir sind nicht die einzigen, die am Anammox-Verfahren gearbeitet haben.» Doch im Unterschied zu Firmen, welche versuchen den auch in der Natur ablaufenden Prozess für sich patentieren zu lassen, ist das Forschungsinstitut des ETH-Bereichs bemüht, sein Wissen und seine Erfahrung weiterzugeben. Denn die beteiligten Entwickler und Forscherinnen sind sich einig: Der Anammox-Prozess muss sich durchsetzen. Die Abwasserreinigung wird damit nachhaltiger. «Allerdings», so Joss, «alles wissen wir immer noch nicht über die exakten Abläufe.» Durch die offene Forschung und den breiten Erfahrungsaustausch liessen sich jedoch gute Lösungen schneller erkennen als über Betriebsgeheimnisse und Patente, sagt der Wissenschafter und ist überzeugt: «Gut funktionierende Anlagen und das Vertrauen in das neue Verfahren fördern letztlich auch den beteiligten privaten Sektor.»

Quelle: http://www.eawag.ch/medien/bulletin/20100728/index

„Perfluorierte Tenside (PFT) im Abwasser und Klärschlamm“ lautete einer der Tagesordnungspunkte bei der Umweltministerkonferenz am 11. Juni 2010 in Bad Schandau. Beschlossen wurde hierzu:
„Die Umweltministerinnen, -minister, -senatorinnen und der -senator der Länder bitten den Bund, die Vorschläge zur Reduzierung der Einleitungen von PFT in die Umwelt, insbesondere aus Abwasser, bei der Novellierung ausgewählter Anhänge der Abwasserverordnung (AbwV) zu berücksichtigen, im Rahmen der Novelle der Klärschlammverordnung (AbfKlärV) einen verbindlichen Grenzwert für PFT festzulegen und einheitliche Analyse- und Messverfahren zur Bestimmung von PFT in den Anhängen der AbwV und der AbfKlärV vorzugeben.“

www.umweltministerkonferenz.de/documents/Ergebnisprotokoll_UMK.pdf

Die Desinfektion der Hände am Arbeitsplatz schützt nachweisbar vor weit verbreiteten und wiederkehrenden Masseninfektionen. Das belegt eine Studie von Wissenschaftlern der Universität Greifswald, die jetzt in der Zeitschrift BMC Infectious Diseases veröffentlicht wurde.
Die Untersuchungsteilnehmer litten nach regelmäßiger Händedesinfektion deutlich seltener an Erkältungskrankheiten bzw. deren Symptomen. Besonders auffällig war der Rückgang von Durchfallerkrankungen. In die Untersuchung konnten 129 Mitarbeiter der Stadtverwaltung der Universitäts- und Hansestadt, der Universität Greifswald sowie der Landesverwaltung Mecklenburg-Vorpommern einbezogen werden.

Die Untersuchungsteilnehmer wurden in zwei Gruppen unterteilt. Dabei wurde bei der Auswahl darauf geachtet, dass die Verwaltungsmitarbeiter in Bereichen mit viel Publikumsverkehr tätig sind bzw. ständig mit Akten und Dokumenten arbeiten müssen. Während die Hälfte der Untersuchungsgruppe keine Händedesinfektionsmittel benutzte (Kontrollgruppe), desinfizierte sich die andere Hälfte die Hände mehrmals täglich (mindestens fünfmal) mit alkoholhaltigen Desinfektionsmitteln (Interventionsgruppe). Ein Jahr lang füllten die Studienteilnehmer jeden Monat einen Fragebogen aus. So konnten die Forschern am Ende 1.230 Datensätze auswerten.

In der Interventionsgruppe gab es deutlich weniger Tage, an denen die Beteiligten am Arbeitsplatz mit Erkältung, Fieber und Husten kämpften. Deutlich ging auch die Zahl der Arbeitstage zurück, an denen sich die Beteiligten aufgrund von Erkältung, Fieber und Husten krank meldeten. Außergewöhnlich stark ging der Arbeitszeitausfall aufgrund von Durchfallerkrankungen zurück.

„Wir waren überrascht, dass trotz der kleinen Untersuchungsgruppe unsere Erwartungen weit übertroffen wurden. Dies ist Grund genug, die Studie demnächst mit einer noch größeren Anzahl von Teilnehmern zu wiederholen. Auf jeden Fall können wir festhalten: Händedesinfektion kann am Arbeitsplatz leicht eingeführt werden, und sie wurde in unserem Fall überraschend gut von den Mitarbeiter angenommen. Das war sicherlich eine gute Voraussetzung für den Schutz vor zahlreichen Infektionserkrankungen. Händedesinfektion ist eine kostengünstige Möglichkeit der betrieblichen Gesundheitsförderung“, so Studienleiter Prof. Dr. Axel Kramer.
 
Krankmeldungen und verringerte Produktivität aufgrund von Infektionskrankheiten sind weltweit ein volkswirtschaftliches Problem. Da Erkältungskrankheiten oder milde Fälle von Magen-Darm-Infektionen selten tödlich sind und oft ohne ärztliche Behandlung wieder verschwinden, stehen sie meist nicht im Beobachtungsfokus und werden unterschätzt. Untersuchung in den USA haben jedoch inzwischen belegt, dass allein Nicht-Influenza-Viren, die Atemwegserkrankungen auslösen, zu einem wirtschaftlichen Verlust von ca. 40 Mrd. $ pro Jahr führen.

Ansprechpartner an der Universität Greifswald
Prof. Dr. Axel Kramer
Institut für Hygiene und Umweltmedizin
Walther-Rathenau-Straße 49a, 17489 Greifswald
Telefon 03834 515-542
kramer@uni-greifswald.de

Weitere Informationen:
http://www.biomedcentral.com/bmcinfectdis/ – BMC Infectious Diseases
http://www.uni-greifswald.de/~hygiene/ – Institut für Hygiene und Umweltmedizin
Jan Meßerschmidt, Presse- und Informationsstelle
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

Zusammenfassung
Die DWA hat mit dem Merkblatt DWA-M 114 wichtige fachliche
Grundlagen für die Abwasserwärmenutzung geschaffen. Nachdem
in einem vorangegangenen Beitrag (KA 5/2010) ein Überblick
über das Thema vermittelt worden ist, wird jetzt die Anwendung
des Merkblatts in der Praxis gezeigt und ein Erfahrungsbericht
über die Planung und den Bau einer Anlage am
Beispiel Bretten geliefert. Daraus lassen sich auch zahlreiche
Hinweise für die Praxis gewinnen.

Den ganzen Artikel lesen Sie In der Korrespondenz Abwasser Heft 7-2010 ab Seite
786

Autor
Dr. Winfried Haneklaus
Ruhrverband