Hörsken, Arne:

Biologische Nitroentfernung in Wasserkreisläufen von ausgewählten Industriebetrieben nach Anwendung von Aluminiumnitratsulfat

Duisburg, Essen (2008), IX, 178 Bl.
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie » Biofilm Center
Flemming, Hans-Curt (Doktorvater, Betreuerin)
Denecke, Martin (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
In vielen industriellen Wasserkreisläufen kommt es aufgrund der Wiederverwendung von Wasser zu einer Anreicherung von Wasserinhaltsstoffen und chemischen Additiven. Im Bezug auf anorganische Komponenten wird dieser Effekt als Aufsalzung bezeichnet. Besonders der Einsatz von Eisen- und Aluminiumsalzen als Flockungsmittel resultiert in unerwünscht hohen Ionenkonzentrationen im Wasserkreislauf, die Nachteile im Fertigungsprozess bedeuten und zur Beeinträchtigung der Produktqualität führen können. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob der Aufsalzung in Wasserkreislaufsystemen durch den Einsatz von Aluminiumnitratsulfat (ANS) entgegengewirkt werden kann, indem das Nitrat von Mikroorganismen im Wasserkreislauf zu gasförmigem Stickstoff umgesetzt wird. Zu diesem Zweck wurden ursächliche Zusammenhänge zwischen der Aktivität von Mikroorganismen und dem Umsatz von Nitrat unter praxisrelevanten Bedingungen in zwei Papierfabriken, einem Recyclingbetrieb, einem metallverarbeitenden Betrieb und in Laborversuchen mit Batch-Reaktoren untersucht. Mit Ausnahme des metallverarbeitenden Betriebes wurde in den ausgewählten industriellen Wasserkreisläufen ein mikrobieller Nitratabbau festgestellt. Nitratreduzierende Bakterien (NRB) wurden sowohl in der Wasserphase als auch im Biofilm in hohen Konzentrationen nachgewiesen. Bei der Charakterisierung der nitratreduzierenden Mikroorganismen aus einer Papierfabrik wurden Bakterien der Gattungen Alcaligenes, Acinetobacter, Citrobacter, Enterobacter, Pseudomonas, Klebsiella und Bacillus identifiziert. Während der Salzgehalt in Laborversuchen keinen Einfluss auf den Nitratabbau hatte, nahm mit steigender Temperatur im Bereich von 10°C – 40°C auch der mikrobielle Nitratabbau zu. Ab einer Temperatur von 50°C wurde kein mikrobieller Nitratabbau mehr beobachtet. Laborversuche bei pH-Werten von pH 5 und pH 9 zeigten einen deutlich geringeren Nitratabbau als bei pH 7. Hohe anfängliche Nitratkonzentrationen ergaben höhere Nitratabbauraten, dabei war es unerheblich, welches Nitratsalz verwendet wurde. Zu hohe Dosiermengen von ANS senkten bei ungenügender Pufferkapazität des Wassers den pH-Wert, begünstigten oxidierende Verhältnisse und verzögerten dadurch den mikrobiellen Nitratabbau.
Aufgrund der Untersuchungen aus dieser Arbeit wurde nach Anwendung von ANS erstmals ein mikrobieller Nitratabbau in industriellen Wasserkreisläufen durch Mikroorganismen in Biofilmen auf Oberflächen und in Flocken nachgewiesen. Die Verwendung von Nitratsalzen in industriellen Wassersystemen könnte sich in der Zukunft nicht nur auf ANS beschränken, auch andere chemische Additive könnten Nitrat als Anion enthalten. Direkt im Wasserkreislauf, im Bioreaktor als Bypass oder in einer nachgeschalteten Kläranlage könnte das Nitrat zu gasförmigem Stickstoff denitrifiziert und damit die Aufsalzung und ihre Folgeprobleme verringert werden.