DE4422246C1

DE4422246C1 - Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Leder

Info

Publication number: DE4422246C1
Application number: DE4422246A
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof Dr Kuemmel; Ute Dr Merrettig-Bruns; Volker Dipl Bio Knappertsbusch; Helmut Dipl Ing Wiehn; Karl Prof Dr-Ing Schmidt
Original assignee: UMSICHT INST UMWELT SICHERHEIT
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2014-06-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Leder, insbesondere von rohem, gegerbtem und/oder zugerichtetem Leder, Lederprodukten, Leder abfällen oder Lederresten mit thermophilen Mikroorga nismen.

Bei der Herstellung von Lederartikeln und durch die Beseitigung von Altleder (z. B. Schuhe) fallen erheb liche Mengen zu entsorgenden Leders an. Dieser Leder abfall wird bisher ähnlich wie Hausmüll entsorgt, d. h. der Abfall wird entweder deponiert oder ver brannt (Verband der Deutschen Schuhindustrie). Infol ge des Inkrafttretens der TA Siedlungsabfall (1. Juni 1993) wird die Deponierung von Materialien mit hohem organischen Anteil stark eingeschränkt, der Lederab fall muß demnach hauptsächlich durch thermische Ver fahren entsorgt werden. Thermische Behandlungsverfah ren können jedoch zum Ausstoß ökologisch bedenklicher Verbrennungsprodukte führen, sind sehr aufwendig und kostenintensiv und stoßen auch auf Akzeptanzschwie rigkeiten in der Bevölkerung.

Es existieren bisher auch keine speziellen Verfahren zum biologischen Abbau von gegerbten Lederresten bzw. -abfällen. In der Literatur gibt es lediglich Beiträ ge zur Zersetzung von Leder während des Gerbungspro zesses. Die mikrobielle Zersetzung wird dabei haupt sächlich auf die Stoffwechselaktivität von Pilzen zurückgeführt,wobei das Temperaturoptimum im meso philen Bereich (ca. 30-40°C) zu finden ist (Rehm, H.J.: Einführung in die industrielle Mikrobiologie, 2. Aufl., Berlin: Springer, 1980, S. 697).

Aus Hagenauer (Fachkunde für lederverarbeitende Beru fe, Essen: Ernst Meyer, 1982, S. 58) ist weiter be kannt, daß die bei der Herstellung verwendeten Gerb stoffe beim mikrobiellen Abbau von Leder hinderlich sind, da durch die Gerbung u. a. ein mikrobieller An griff auf das Leder verhindert werden soll. Insbeson dere die zur Gerbung vielfach verwendeten Chromsalze wirken auf Mikroorganismen toxisch; in chromgegerbten Leder kann bis zu 6% CR(III)-Salz enthalten sein.

Neben den konventionellen Methoden zum Entfernen von Leder ist demnach aus dem Stand der Technik bisher kein weiteres Verfahren bekannt, das es erlaubt, Le der umweltschonend und kostengünstig abzubauen.

Ausgehend hiervon, ist es die Aufgabe der vorliegen den Erfindung, ein Verfahren zum Abbau von Leder bzw. Leder enthaltenden Materialien, insbesondere von ro hem, gegerbtem und/oder zugerichtetem Leder, Leder produkten, Lederabfällen oder Lederresten vorzuschla gen, wobei nahezu ausschließlich ungefährliche Zer setzungsprodukte entstehen sollen.

Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zei gen vorteilhafte Weiterbildungen auf.

Überraschenderweise konnte die Anmelderin zeigen, daß bei Einwirkung von thermophilen, mit molekularem Sau erstoff versorgten Mikroorganismen auf Leder oder le derhaltige Materialien ein rascher und weitgehend biologischer Abbau der Lederstruktur erfolgt. Dabei entstehen zunächst Zwischen- und Spaltprodukte, die in an sich bekannten, aerob und/oder anaerob geführ ten, biologischen Behandlungsprozessen in unschädli che Endprodukte, meist Bestandteile natürlicher Stoffkreisläufe, überführt werden. Erfindungswesent lich ist demnach der Einsatz von thermophilen mit molekularem Sauerstoff versorgten Mikroorganismen. Derartige Mikroorganismen sind z. B. in H. G. Schle gel, Allgemeine Mikrobiologie, G. Thieme Verlag Stuttgart 1992, Seite 197, ausführlich beschrieben. Weitere derartige Mikroorganismen sind in Bergey′s Nanual Of System Bacteriology, Vol. 2 und Vol. 4, Eds.: S.T. Williams u. a., Williams & Wilkins, Balti more, 1989, aufgeführt. Die Erfindung umfaßt grund sätzlich alle aus dem Stand der Tech nik bekannten thermophilen Mikroorganismen. Beispiele hierfür sind Bacillus stearothermophilus, Thermoacti nomyces vulgaris, Thermus aquaticus, Bacillus coagu lans, Bacillus licheniformis, Bacillus schlegelii, Thermoactinomyces thalpophilus, Thermoactinomyces sacchari, Thermoactinomyces dichotomicus, Thermoacti nomyces intermedius.

Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die thermo philen Mikroorganismen Mischkulturen sind, die als Impfkultur eingesetzt werden. Ganz besonders bevor zugt ist es, wenn die thermophilen Mischkulturen aus dem Inneren eines Komposthaufens stammen. In diesem Fall werden die thermophilen Mischkulturen während der thermophilen Phase (im Temperaturbereich von 40 bis 80) gewonnen. Als Komposthaufen können alle Kom posthaufen eingesetzt werden, sofern sie organisches zersetzungsfähiges Material enthalten. Beispiele hierfür sind Grünabfalle, Lebensmittelabfälle (Grüne Tonne, Biotonne), Mist.

Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, daß das Le der bzw. lederhaltige Material entweder im mit Wasser befeuchtetem Zustand oder in wäßriger Suspension ab gebaut wird. Wichtig hierbei ist, daß so viel Feuchte enthalten ist, daß die Mikroorganismen sich entwic keln können. Der Abbau erfolgt dabei in einem Temperaturbereich von 55 bis 80°C, bevorzugt bei ca. 60°C. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, daß der Abbau pH-kontrolliert, und zwar in einem pH-Bereich zwischen 5 und 10, besonders bevorzugt im pH-Bereich zwischen 7 und 9, durchgeführt wird. Der pH kann dabei gegebenenfalls durch Zugabe von Säure bzw. Lauge eingestellt werden.

Die Dauer des Abbaus ist dabei von den Verfahrenspa rametern wie pH, Temperatur und Feuchtigkeit abhän gig. In allen Fällen war der Abbau spätestens nach ca. 3 Wochen beendet. Es sind jedoch deutlich kurze Abbauzeiten (wenige Tage) bei Optimieren und Kon stanthalten von pH-Wert und Temperaturen möglich.

Entgegen den bisherigen Erkenntnissen aus dem Stand der Technik, aus denen ja in den Beiträgen zur Zer setzung von Leder während der Gerbungsprozesse be kannt ist, daß nur ein sehr ungenügender Abbau von Leder mit Mikroorganismen erfolgt, konnte nun die Anmelderin erstmalig zeigen, daß bei der Verwendung von thermophilen mit Sauerstoff versorgten Mikroorga nismen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Masse und das Volumen des lederhaltigen Materials innerhalb von wenigen Tagen um bis zu 90% vermindert wird. Gleichzeitig erfolgt, beispielsweise bei der Behand lung von chromgegerbtem Leder, eine Anreicherung der anorganischen Inhaltsstoffe, die als festes Chrom(III)-Oxid oder Chrom(III)-Salze anfallen und so einer weiteren Aufbereitung bzw. Rückgewinnung zuge führt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb ganz besonders bevorzugt für gegerbtes Leder anwendbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert.

Ausführungsbeispiel Anreicherung der thermophilen Mischkultur

Die thermophile Mischkultur stammte aus einer Probe, die bei der Kompostierung von Grünabfällen in einer Komposttrommel während der Hochtemperaturphase (60°C) entnommen wurde. Die Kompostprobe wurde in einem Mineralsalzmedium suspendiert, dem als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle gemahlenes, chromge gerbtes Leder zugesetzt wurde. Der pH-Wert wurde auf ca. 8 eingestellt, die Inkubation erfolgte in Erlen meyerkolben in einem Schüttelwasserbad bei 60°C. Das Wachstum der Mikroorgansimen wurde mikroskopisch kon trolliert und die Ansätze mehrfach überimpft. Abioti scher Abbau konnte durch Sterilkontrollen ausge schlossen werden. Nach mehreren Subkulturen konnte man davon ausgehen, daß ausschließlich das Leder als Kohlenstoff- und Energiequelle von den Mikroorgansi men genutzt wurde.

Abbauuntersuchungen

Die Abbauuntersuchungen mit chromgegerbtem Leder er folgen in einem 2 l-Rührfermenter (Fa. Braun, Meisun gen) in Mineralsalzmedium bei thermophilen Bedingun gen (60°C) und ca. pH 8. Das Arbeitsvolumen betrug 1,5 l und die Ledereinwaage 3 bis 7% (Trockensub stanz). Die Ledercharakteristik ist Tabelle 1 zu ent nehmen. Der pH-Wert wurde konstant gehalten und mit Natronlauge bzw. Salzsäure reguliert. Die Konzentra tion an Gelöstsauerstoff wurde kontinuierlich gemes sen und mit Hilfe der Rührerdrehzahl bei Bedarf gere gelt. Die Rührerdrehzahl betrug 500^-1, bei Unter schreiten der Gelöstsauerstoffkonzentration von 10% wurde die Drehzahl automatisch erhöht. Alle 2 bis 3 Tage wurden der Fermentationsbrühe Proben entnommen, der Feststoff von der Flüssigkeit durch Zentrifuga tion getrennt und der Gehalt an Ammonium, Nitrit, Nitrat und TOC in der Flüssigkeit bestimmt.

Analyse des eingesetzten Leders
Parameter
Analysenwert
Wassergehalt\|14,1%
Glührückstand	7,4%
TOC	51,1%
Chromgehalt	3,0%

Nach einer Inkubationszeit von 2 Wochen wurde der Versuch beendet, da kein weiterer Sauerstoffverbrauch mehr festzustellen war. Es wurden die noch vorhande nen Lederpartikel durch Sieben der Fermentationsbrühe gesammelt und die Trockensubstanz, der Glühverlust, der TOC und der Chromgehalt ermittelt. Der fein sus pendierte Feststoff in der Fermentationsbrühe wurde durch Membranfilter filtriert und ebenfalls die Trockensubstanz bestimmt. Zur Chrombestimmung wurden Proben mit suspendiertem Feststoff eingedampft und wie Feststoffproben behandelt. In der feststofffreien Flüssigkeit wurde der TOC, der Gehalt an Ammonium, Nitrit, Nitrat und der Chromgehalt analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Ergebnisse des Lederabbaus im Fermenter

In der Fermentationsbrühe waren nur noch wenige Le derpartikel vorhanden, der meiste Feststoff lag in fein suspendierter Form vor. Es war demnach eine starke Volumenreduzierung des ursprünglich eingesetz ten Leders erfolgt. Anhand der Trockensubstanz des übriggebliebenen Gesamtfeststoffs wurde ein Massever lust von 80% ermittelt. Gleichzeitig fand eine starke Anreicherung von Chrom im Feststoff statt, insbeson dere im suspendierten Anteil mit ca. 24% Chromgehalt.

Durch anschließende mesophile Prozeßführung konnte mit einem äußerst chromtoleranten geeigneten Inokulum eine erheblich weitere TOC-Reduzierung im Fermenta tionsüberstand um ca. 60% auf etwa 700 mg/l erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zum Abbau von Leder, insbesondere von rohem, gegerbtem und/oder zugerichtetem Leder, Lederprodukten, Lederabfällen oder Lederresten, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls vorzerkleinerte Leder oder leder haltige Material in befeuchtetem Zustand oder in wäßriger Suspension thermophilen, mit Sauerstoff versorgten Mikroorganismen bei einer Temperatur zwischen 55°C und 80°C ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermophilen Mikroorganismen Mischkulturen sind, die als Ino kulum eingesetzt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermophilen Mischkulturen aus der thermophilen Phase der Kompostierung gewonnen sind.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der thermophilen Mikroorganismen bei einem pH-Wert zwischen 5 und 10 erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung bei einem pH-Bereich zwischen 7 und 9 erfolgt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem thermophi len Abbau ein zusätzlicher Abbau unter mesophilen Bedingungen erfolgt.