DE4311981A1 - Mikrobielle Mischkultur zum Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Teerölen - Google Patents
Mikrobielle Mischkultur zum Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus TeerölenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine mikrobielle Mischkultur zum Abbau
von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen,
insbesondere aus Teerölen. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur
Selektion einer solchen Mischkultur. Anwendungsgebiet der
Erfindung ist der Umweltschutz.
Bei den bekannten Verfahren der biologischen Bodensanierung
werden durch den Stoffwechsel von Mikrooranismen zahlreiche,
insbesondere biologisch leicht abbaubare Schadstoffe eliminiert.
Biologisch schwer abbaubare Bodenverunreinigungen wie
polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) aus
Steinkohlen- und Braunkohlenteerölen mit mehr als 4 aromatischen
Ringen werden, wenn überhaupt, nur in sehr langen Zeiträumen aus
den Böden entfernt.
Gegenwärtig sind einige Mikroorganismen bekannt, die zur
Degradation polycylischer aromatischer Kohlenwasserstoffe im
Molekulargewichtsbereich von Naphthalin (2 Ringe) bis Pyren (4
Ringe) befähigt sind (Cerniglia, C.E.; Heitkamp, M.A. und
Varanasi, U. (Ed): Metabolism of PAH in the aquatic environment.
CRC Press, Boca Raton, 1989, S. 41-68; Weißenfels, W.D. et al,
Appl. Microbiol. Biotechnol. 34, 528, 1989); über die
Biodegradation auch höher kondensierter PAK wird von Park
berichtet (Park, K.S. et al, J. Environ. Eng. 116-3, 632, 1990).
Die meisten Untersuchungen zur Biodegradation der PAK wurden in
Einkomponentensystemen durchgeführt und hatten das Ergebnis, daß
die Geschwindigkeit der Degradation mit wachsender Zahl der
aromatischen Ringe im Molekül stark abfällt. Wenig bekannt ist
über die Biodegradation komplexer Mischungen von PAK (Cerniglia,
C.E.; Intern. Symp.: Soil Decontamination Using Biological
Processes, Karlsruhe, 6.-9. Dez. 1992).
Aus diesen Gründen ist es bisher noch nicht gelungen, ein
effektives Verfahren zur Sanierung von mit Teeröl oder anderen,
PAK enthaltende Gemischen verunreinigten Böden zu entwickeln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb,
Mikroorganismen aufzufinden, die in komplexer PAK-Mischung,
insbesondere auch mit den schwer abbaubaren mehrkernigen PAK aus
Teerölen als einziger Kohlenstoffquelle, vermehrt werden können.
Diese Mikroorganismen sollen isoliert, vermehrt und in eine
anwendungsbereite Form gebracht werden und danach zur Reinigung
teerölkontaminierter Böden, Gewässer, Hölzer und anderer
Materialien in der Lage sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer mikrobiellen
Mischkultur gelöst, die 2 Bakterienstämme der Gattung
Pseudomonas enthält, deren Wachstumsgeschwindigkeit sich
mindestens um den Faktor 2 unterscheidet. Bevorzugt ist ein
Gemisch von einem Stamm der Art Pseudomonas putidas und einem
Stamm der Art Pseudomonas spec. im Verhältnis 70 : 30 bis 30 : 70.
Ein spezielle Ausführungsform der Erfindung ist das Gemisch aus
Pseudomonas putida Teer A und dem bisher nicht beschriebenen
Pseudomonas spec. Teer B, welche bei der Deutschen Sammlung von
Mikroorganismen unter den Nummern DSM 7248 und DSM 7249
hinterlegt wurden.
Die erfindungsgemäße mikrobielle Mischkultur wird durch das
nachfolgend beschriebene Selektionsverfahren gewonnen. Dieses
Verfahren besteht aus 4 Schritten:
- - Emulgierung von Teeröl mittels Ultraschall in einer wäßrigen Lösung von Hefeextrakt und Pepton; beide dienen zugleich als Emulgatoren und als Wachstumssubstrate (keine Verwendung weiterer Emulgatoren),
- - Zugabe von Belebtschlamm aus Kläranlagen und/oder Bodenproben als Ausgangskultur,
- - Kontinuierliche Fermentierung mit einer Verweilzeit der Nährlösung von etwa 10 Stunden und einer Steigerung des Teerölgehaltes von 0,1% in geometrischer Reihe auf über 1%,
- - Adaption der vorzugsweise vermehrten Mischkultur an Teeröl als einziger Kohlenstoffquelle.
Danach wird das Restteeröl durch Ausschütteln mit einem
aromatischen Kohlenwasserstoff, bevorzugt Toluen, entfernt und
die Kultur durch Zentrifugation konzentriert. Die Kultur ist
danach transport- und lagerfähig. Die Lagerung erfolgt bevorzugt
nach Aufschwemmung in einer Pufferlösung von pH 5 bis pH 8,
bevorzugt pH 7, unter Zugabe von Frostschutzmitteln und
Einschweißung in Kapillaren unter flüssigem Stickstoff als
Gefrierkonserve.
Zur Anwendung wird die Gefrierkonserve mit einer
naphthalinhaltigen Lösung aufgenommen und in einem
Schüttelkolben oder einem belüfteten Kleinfermentor in einer
teerölhaltigen Lösung angereichert und als Impfmaterial für die
weitere Vermehrung in Fermentoren verwendet. Für den Einsatz zur
biologischen Reinigung von teerölkontaminierten Böden und
Gewässern oder teerölkontaminierten bzw. teerölimprägnierten
Hölzern oder anderen Materialien ist es oftmals von Vorteil, die
erfindungsgemäße Kultur an geeigneten Trägern zu fixieren.
Die erfindungsgemäße mikrobielle Mischkultur ist in der Lage,
komplexe PAK-Mischungen, wie sie im Teeröl vorliegen, im Bereich
von Naphthalin (2 aromatische Ringe) bis Benzo(a)pyren (5
aromatische Ringe) unabhängig von der Molekülgröße der PAK mit
hoher Geschwindigkeit abzubauen. So werden unter Fermentations
bedingungen (pH ∼7; T ∼30°C; Luftsättigung) in etwa 30 Stunden
Naphthalin (2 Ringe), Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren,
Anthracen (3 Ringe), Fluoranthen (4 Ringe) und Benzo(a)pyren (5
Ringe) in einer Nährsalzlösung mit 0,5% Teerölgehalt als
einziger Kohlenstoffquelle zu mehr als 90% abgebaut.
Die Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher
erläutert werden.
Die Selektion der Mischkultur erfolgt in 4 Schritten:
- 1. Emulgierung von Steinkohlenteeröl (TEWE Teerveredlung GmbH
Erkner) mit Hefeextrakt und Pepton mittels Ultraschall.
Hefeextrakt und Pepton dienen zugleich als Emulgatoren und
zusätzliche Wachstumssubstrate. Komplettiert durch eine
Salzmischung nach Heinritz, B. et al (J.Chem.Tech.Biotechnol.
49, 285-295, 1990) ergibt sich als Nährlösung:
Steinkohlenteeröl|0,1% Hefeextrakt 0,1% Pepton 0,1% NH₄Cl 6 g/l KH₂PO₄ 1,4 g/l MgSO₄ · 7 H₂O 0,7 g/l CuSO₄ · 5 H₂O 0,09 g/l ZnCl₂ 0,04 g/l MnSO₄ · 4 H₂O 0,08 g/l CoSO₄ · 7 H₂O 0,01 g/l FeCl₃ 0,001 g/l - 2. Zugabe von Belebtschlamm aus einer industriellen Entphenolungsanlage als Ausgangskultur.
- 3. Kontinuierliche Fermentierung bei 30°C mit einer Verweilzeit der Nährlösung von etwa 10 Stunden und einer Steigerung des Teerölgehaltes in geometrischer Reihe von 0,1% bis auf mehr als 1%.
- 4. Adaption der vorzugsweise vermehrten Mischkultur an Steinkohlenteeröl als einziger Kohlenstoffquelle.
Die nach Beispiel 1 erhaltene Bakterienkultur wurde mehrfach auf
Teeröl-Selektivagar ausgestrichen und bei 30°C inkubiert. Es
wuchsen 2 Kolonietypen, die als Teer A und als Teer B bezeichnet
wurden. Teer A benötigte etwa 2 Tage zum Wachstum auf
Teerölmedium und hatte anfänglich helle, glatte Kolonien mit
leichtem bräunlichen Zentrum. Teer B wuchs sehr langsam (ca. 5-6
Tage) und bildete runzelige, schleimige, bräunliche Kolonien.
Die Reinkulturen wurden auf Teeröl-Selektivmedium gehalten und
jeweils zur Identifizierung auf CASO (Merck) überimpft. Das
Wachstum auf CASO erfolgte bei beiden Kulturen über Nacht, die
Kolonieformen auf CASO waren wie folgt:
Teer A - dick, gelblich,
Teer B - dünn, glasig.
Teer A - dick, gelblich,
Teer B - dünn, glasig.
Der Stamm Teer A kann aufgrund der Hauptchinonkomponente und des
Fettsäuremusters der Art Pseudomonas putida zugeordnet werden.
Der Stamm Teer B kann aufgrund der Lipochinone und des
Fettsäuremusters den echten Pseudomonaden zugeordnet werden.
Für einen 2,5 Liter Fermentoransatz mit 0,5% Teerölgehalt wurden
zunächst 12,5 ml Steinkohlenteeröl (TEWE) Teerveredlung GmbH
Erkner) in ca. 40 ml Wasser mit jeweils 5 g Hefeextrakt und
Pepton mittels Ultraschall emulgiert und mit einer Salzlösung
nach Heinritz, B. et al; J. Chem. Tech. Biotechnol. 49, 285,
1990/ auf 2 Liter aufgefüllt. Das Animpfen des Fermentors
erfolgte mit der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Mischkultur, die
die Pseudomonas putida (DSM 7248) und Pseudomonas spec. (DSM
7249) zu etwa gleichen Anteilen enthält.
Die Ergebnisse der Fermentation sind in den folgenden
Abbildungen dargestellt.
Abb. 1: Biodegradation der Hauptkomponenten einer 0,5%
Teerölemulsion im 2,5-Liter Fermentor bei 30°C (Die
Ordinatenwerte entsprechen den Flächen der Komponenten im HPLC-
Chromatogramm und sind den aktuellen Konzentrationen
proportional).
Abb. 2: HPLC-Chromatogramm der Hauptkomponenten einer 0,5%
Teerölemulsion zu Beginn der Fermentation im 2,5-Liter
Fermentor.
Abb. 3: HPLC-Chromatogramm der Hauptkomponenten nach 30,5-
stündiger Fermentation bei 30°C:
Abbau von ca. 94% der Hauptkomponenten (Mittlere Abbaugeschwindigkeit: 0,385 g/h).
Abbau von ca. 94% der Hauptkomponenten (Mittlere Abbaugeschwindigkeit: 0,385 g/h).
Abb. 4: HPLC-Chromatogramm des Benzo(a)pyrens in einer 0,5%
Teerölemulsion zu Beginn der Fermentation im 2,5-Liter Fermentor.
Abb. 5: HPLC-Chromatogramm des Benzo(a)pyrens nach 30,5-
stündiger Fermentation bei 30°C: Abbau von ca. 94% des
Benzo(a)pyrens (Mittlere Abbaugeschwindigkeit: 0, 215 10 g/h).
Claims (10)
1. Mikrobielle Mischkultur zum Abbau von polycyclischen
aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Teerölen,
gekennzeichnet durch 2 Bakterienstämme der Gattung Pseudomonas
mit einer mindestens um den Faktor 2 unterschiedlichen
Wachstumsgeschwindigkeit.
2. Mikrobielle Mischkultur nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch das Gemisch eines Stammes der Art
Pseudomonas putida und eines Stammes der Art Pseudomonas spec.,
die im Mengenverhältnis von 70 : 30 bis 30 : 70 vorliegen.
3. Mikrobielle Mischkultur nach Anspruch 1 und 2,
gekennzeichnet durch das Gemisch von Pseudomonas putida Teer A
(DSM 7248) und Pseudomonas spec. Teer B (DSM 7249).
4. Pseudomonas putida Teer A (DSM 7248).
5. Pseudomonas spec. Teer B (DSM 7249).
6. Verfahren zur Selektion einer teerölabbauenden mikrobiellen
Mischkultur, dadurch gekennzeichnet, daß Teeröl mechanisch in
einer wäßrigen Lösung von Hefeextrakt und/oder Pepton emulgiert
wird und mit Belebtschlämmen aus Kläranlagen und/oder Erdproben
als Ausgangskultur bei kontinuierlicher Fermentierung und
schrittweiser Steigerung des Teerölgehaltes aerob abgebaut und
die vorzugsweise vermehrte Mischkultur an Teeröl als einziger
Kohlenstoffquelle adaptiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die selektierte teerölabbauende Mischkultur nach der
Entfernung des Restteeröls durch Ausschütteln mit einem
aromatischen Kohlenwasserstoff, bevorzugt Toluen, anschließender
Konzentrierung durch Zentrifugation und Aufschwemmung in einer
Pufferlösung von pH 5 bis pH 8, bevorzugt pH 7, unter Zugabe von
Frostschutzmitteln in Kapillaren eingeschweißt und in flüssigem
Stickstoff als Gefrierkonserve gelagert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gefrierkonserve mit einer naphthalinhaltigen Lösung
aufgenommen und in einem Schüttelkolben oder einem belüfteten
Kleinfermentor in einer teerölhaltigen Nährlösung angereichert
und als Impfmaterial für die weitere Vermehrung in Fermentoren
verwendet wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die selektierte teerölabbauende Mischkultur
an geeigneten Trägermaterialien lebend fixiert wird.
10. Verwendung der mikrobiellen Mischkultur nach den Ansprüchen
1 bis 3 zur biologischen Reinigung von teerölkontaminierten bzw.
teerölimprägnierten Hölzern oder anderen Materialien.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4311981A DE4311981A1 (de) | 1992-07-23 | 1993-04-07 | Mikrobielle Mischkultur zum Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Teerölen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4224089 | 1992-07-23 | ||
DE4311981A DE4311981A1 (de) | 1992-07-23 | 1993-04-07 | Mikrobielle Mischkultur zum Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Teerölen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4311981A1 true DE4311981A1 (de) | 1994-02-17 |
Family
ID=25916814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4311981A Withdrawn DE4311981A1 (de) | 1992-07-23 | 1993-04-07 | Mikrobielle Mischkultur zum Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Teerölen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4311981A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4411140C1 (de) * | 1994-03-30 | 1995-10-26 | Hgn Hydrogeologie Gmbh Ingenie | Verfahren zum Abbau hochmolekularer organischer Verbindungen in feststoff-enthaltenden Zusammensetzungen |
EP1537919A2 (de) * | 2003-11-18 | 2005-06-08 | Norddeutsche Mischwerke GmbH & Co.KG | Verfahren zur mikrobiologischen Dekontamination von mit Schadstoffen belastetem Strassenaufbruch |
-
1993
- 1993-04-07 DE DE4311981A patent/DE4311981A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4411140C1 (de) * | 1994-03-30 | 1995-10-26 | Hgn Hydrogeologie Gmbh Ingenie | Verfahren zum Abbau hochmolekularer organischer Verbindungen in feststoff-enthaltenden Zusammensetzungen |
EP1537919A2 (de) * | 2003-11-18 | 2005-06-08 | Norddeutsche Mischwerke GmbH & Co.KG | Verfahren zur mikrobiologischen Dekontamination von mit Schadstoffen belastetem Strassenaufbruch |
DE10354242B3 (de) * | 2003-11-18 | 2005-06-16 | Norddeutsche Mischwerke Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur mikrobiologischen Dekontamination von mit Schadstoffen belastetem Straßenaufbruch |
EP1537919A3 (de) * | 2003-11-18 | 2005-07-20 | Norddeutsche Mischwerke GmbH & Co.KG | Verfahren zur mikrobiologischen Dekontamination von mit Schadstoffen belastetem Strassenaufbruch |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |