Laufzeit: 10.2018 – 12.2019

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Prof. Dr. Susanne Lackner | FB 13, Abwasserwirtschaft, IWAR

Prof. Dr. Jörg Simon | FB 10, Mikrobielle Energieumwandlung und Biotechnologie

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Projektbeschreibung:

Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist die biologische Verringerung von Lachgasemissionen aus Kläranlagen durch gezielten Einsatz besonders geeigneter NRBs. In diesem Zusammenhang sollen auch neue effiziente NRBs aus entsprechenden Schlammproben isoliert werden.

Lachgas (N2O) ist ein starkes Treibhausgas und eine ozonabbauende Substanz. Während des letzten Jahrhunderts ist die atmosphärische Konzentration von N2O als Folge intensivierter landwirtschaftlicher Düngepraktiken, die zu einem schweren anthropogenen Ungleichgewicht im globalen biogeochemischen Stickstoffkreislaufs geführt haben, stetig gestiegen. Obwohl man erkannt hat, dass N2O-Emissionen eine wichtige Rolle beim Klimawandel spielen, blieben entsprechende Minderungsstrategien noch weitgehend unerforscht.

Im Rahmen dieses Projektes wurden spezialisierte N2O-reduzierende Bakterien (NrB) auf ihre Anwendbarkeit zur Reduzierung von N2O-Emissionen in technischen Systemen wie z.B. Kläranlagen untersucht, mit dem Ziel, robuste und effiziente NrB zu finden und auf ihre Einsatzmöglichkeiten in Kläranlagen hin zu testen. Es wurden neben dem bekannten NrB Wolinella succinogenes weitere, in diesem Projekt isolierte Kandidaten charakterisiert.

Folgende Ergebnisse wurden erhalten:1. Die Mikro-Respirometrie wurde als geeignete Methode zur Charakterisierung von Lachgas-reduzierenden Bakterienkulturen etabliert. Für W. succinogenes wurden Parameter der Lachgasreduktion unter verschiedenen Bedingungen (Temperatur, Sauerstoffkonzentration, Anteil sterilfiltrierten Abwassers) quantitativ bestimmt. Die Anwesenheit von Sauerstoff führte zwar zum vorübergehenden Erliegen der Lachgasreduktion, diese wurde aber nach komplettem Sauerstoffverbrauch sehr schnell wieder gestartet. Die Bakterien waren in der Lage in einer Abwassermatrix ähnliche Umsatzraten wie in einem Nährmedium zu liefern. Damit zeigte W. succinogenes ein großes Potential für eine gezielte Lachgasreduktion in einer Abwasserumgebung.

2. Auch die Isolation von neuen vermeintlichen NrBs aus Belebtschlamm (123 Isolate) war erfolgreich. Es wurden 65 Stämme genauer charakterisiert. Ein mit Thauera phenylacetica verwandtes Bakterium zeigte mit N2O als alleinigem Elektronenakzeptor einen ähnlichen Wachstumsverlauf wie W. succinogenes, jedoch mit einer längeren Verdopplungszeit.

Fazit und Zukunftsperspektive:Die Ergebnisse dieses Projektes dienen als Vorarbeiten für weitere Forschungsprojekte, in denen die hier etablierten Methoden weiter in Lehre und Forschung genutzt werden. In Zukunft sollen Versuche mit W. succinogenes in einem kontinuierlich betriebenen Bioreaktor mit nicht-sterilisiertem Abwasser und Belebtschlamm durchgeführt werden, um die Konkurrenzfähigkeit der Bakterien unter realen Bedingungen zu testen. Solche Experimente werden Aufschluss darüber geben, ob sich W. succinogenes an Kläranlagenbedingungen anpassen und so für die langfristige Elimination von N2O in Kläranlagen eingesetzt werden kann.

Webseite

Bunse, P., Pidde, A.V., Hein, S., Simon, J. and Lackner, S. (2020) Wolinella succinogenes As A Possible Sink for Nitrous Oxide (N2O) In Wastewater Treatment Plants, IWA NRR Conference, Espoo, Finland.

Suenaga, T., Ota, T., Oba, K., Usui, K., Sako, T., Hori, T., Riya, S., Hosomi, M., Chandran, K., Lackner, S., Smets, B.F., Terada, A. (2020)
The combination of 15N tracer and microbial analyses discloses N2O sink potential of anammox communities, eingereicht bei Environmental Science & Technology