Eidg. Anstalt für Wasserversorgung Abwasserreinigung ...

Methan als Ausgangssubstrat für die Denitrifikation von Abwasser durch
bakterielle Mischpopulationen
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Zur Elimination von Nitrat hat sich seit langem die Denitrifikation des geklärten
Abwassers bewährt. Dieser Prozess beruht darauf, dass zahlreiche Bakterienarten
bei mangelnder Verfügbarkeit von freiem Sauerstoff den gebundenen des
Nitrations NO 3 - veratmen, wobei Stickstoff als gasförmiges Endprodukt entweicht.
Als eine für die Denitrifikation notwendige Energie- und Kohlenstoffquelle
drängt sich das billige und leicht verfügbare Methan (Faulturm:) auf, doch
konnten in dieser Richtung bisher kaum Erfolge erzielt werden, weil die methanoxidierenden
Enzyme (Monooxigenasen) nur freien Luftsauerstoff übertragen können.
In Gewässern kommen jedoch "methanotrophe" Bakterien, die das vorhandene
Methan als alleiniges Substrat mit Hilfe von Sauerstoff verwerten können, stets
in Gesellschaft von methanoloxidierenden Organismen vor. Die wichtigste Gattung
dieser Bakterien, die "Hyphomicrobien", sind als effektive Denitrifikanten bekannt
und können die Zwischenprodukte des Methanstoffwechsels, vornehmlich Methanol
und Formiat, die von den Methanotrophen ausgeschieden werden, mit Hilfe
von Nitrat (das zu N 2 reduziert wird) oxidieren. Es ist unser Ziel, nach diesem
Prinzip ein Mischsystem aufzubauen, in welchem einerseits Methan als primäres
Substrat abgebaut wird und anderseits die Hyphomicrobien die genannten Zwischenprodukte
des Methanmetabolismus als geeignetes Substrat für die Denitrifikation
ausnützen können. (Offensichtlich arbeiteten auch P. Harremoes und M.H. Christensen,
Vand.2 (1971), welche diesen Prozess erfolgreich im Labormassstab betreiben
konnten, mit Mischkulturen.)
Als Voraussetzung zu diesen Versuchen konnten wir zahlreiche methanotrophe Bakterien
und Hyphomicrobien isolieren (s. Abb. 4.10). Jetzt werden die Stämme hinsichtlich
ihrer Eignung für den gewählten Prozess untersucht. Die Problematik
dieses Verfahrens liegt u.a. darin, dass die aerobe Methanoxidation und die anaerobe
Denitrifikation nebeneinander ablaufen müssen. Der Prozess ist deshalb
so zu führen, dass die Verfügbarkeit des Luftsauerstoffs einseitig zugunsten
der Methanoxidierer verschoben wird. Neben steuerbaren chemisch-physikalischen
Abb. 4.10
Methanotrophes Bacterium, isoliert
von der Sedimentoberfläche des
Lungernsees. Man beachte die charakteristischen
Membranstrukturen
in der Zelle ( p ), die durch ihre
grosse Oberfläche Aufnahme und Metabolismus
des Methans erleichtern.
Elektronenmikroskopische Aufnahme.
Vergr. ca. 70000x, Dr. H.R. Ebersold,
Lab. f. Elektronenmikroskopie
I, ETHZ.