IBÖM2 XenoKat - Entwicklung eines biokatalytisch ... · darunter hochbrisante Stoffe wie...
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Fakultät Maschinenwesen, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik IBÖM2 XenoKat - Entwicklung eines biokatalytisch arbeitenden Biofilters auf Basis zellularer metallischer Werkstoffe für den gezielten Abbau von Xenobiotika TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik, AG Enzymtechnik, Dr. Anett Werner (Projektleitung) ASA Spezialenzyme GmbH, Wolfenbüttel, Dr. Arno Cordes Bundesanstalt für Gewässerkunde Referat Gewässerchemie, Koblenz, Prof. Thomas Ternes Lösungsansatz Erste Ergebnisse Neben dem Einsatz im Klarwasserbereich von Kläranlagen konnten weitere Anwendungsfelder identifiziert werden. Diese lassen sich folgenden Kategorien zuordnen: Wasserbehandlung : Grundwasser, Oberflächenwasser, Sonderabwasser, Sickerwasser, Deponiewasser Chemische Katalyse : gekoppelte, chemische und biochemische Katalyse Problemstellung Anwendung Die Kläranlagen werden mit einer Mixtur von Spurenstoffen konfrontiert, darunter hochbrisante Stoffe wie Antibiotika und Hormone; selbst die modernsten Anlagen der Großstädte können diese Reinigungsleistung nicht schaffen und jährlich kommen ca. 2000 Substanzen neu hinzu. So gelangen weltweit viele Tonnen hochwirksamer Stoffe in die Gewässer, seit Jahren sind sie dort nachweisbar, nicht ohne Folgen für die Ökosysteme. Von Seiten der Politik wurde bereits gehandelt, verschiedene Richtlinien und Verordnungen als Handlungsanweisungen wurden umgesetzt, so gibt es eine Liste prioritärer Stoffe und auch eine Beobachtungsliste für kritische Substanzen (Richtlinie 2013/39/EU). Die sogenannte Vierte Reinigungsstufe von Kläranlagen liefert einen ersten Ansatz zur vollständigen Reinigung der Wässer, diese erfasst verschiedene Technologien auf Basis chemischer, physikalischer und biologischer Verfahren. In Kombination können sie die Xenobiotika deutlich reduzieren, jedoch müssen die Transformationsprodukte betrachtet werden. Der angestrebte Lösungsansatz ist in der Vierten Reinigungsstufe angesiedelt. Es werden Filter auf Basis von Enzymen entwickelt, die einen Teil der Substanzen auf biochemischen Weg entfernen. Verschiedene holzzerstörende Pilze (Basidiomyceten) liefern die Enzyme mit ihrem gigantischen Potential an katalytischen Leistungen. Diese Enzyme werden an der TU Dresden identifiziert und immobilisiert. Im Prozess spalten die Enzyme wie in der Natur die ringförmigen Verbindungen auf, ähnlich einer Schere. Einige Xenobiotika, wie Diclofenac, Ibuprofen, Bisphenol A u.a., können so für den weiteren Abbau enzymatisch vorbereitet werden. Das Trägermaterial für die Enzyme besteht aus beschichteten hochporösen Edelstählen (Hersteller IFAM, Fraunhofer Gesellschaft), daran werden die Enzyme gebunden. Sie werden als Filtermaterial am Ende der Wasserbehandlung eingesetzt. Die metallischen Werkstoffe sind stabil, können dem Wasserkreislauf wieder entnommen und regeneriert werden. Eine mehrfache Nutzung wird angestrebt. Es werden keine zusätzlichen Substanzen in den Wasserkreislauf eingebracht. Kontakt TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik AG Enzymtechnik, Dr. Anett Werner Helmholtzstraße 10, 01062 Dresden [email protected], +49 351 463 32594 Bisphenol A Nonylphenol Iomeprol Glyphosat Sulfamethoxazol 17ß Estradiol Ibuprofen Diclofenac Industriechemikalien Medikamente Agrarchemikalien und andere Antibiotika Röntgenkontrastmittel Hormone Schmerzmittel 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 10 20 30 40 50 60 Bisphenol A [μg/L] Zeit [min] 1000 Kugeln/L 5000 Kugeln/L 10000 Kugeln/L 20000 Kugeln/L 50000 Kugeln/L Erste Untersuchungen mit Laccasen und Peroxidasen aus Pilzen (Cerrena unicolor, Funali trogii, Trametes hirsuta) sowie einem kommerz. Produkt zeigten bei Bisphenol A, Diclofenac und Ibuprofen einen zeitlich vertret- baren Abbau. Ein erstes Modell konnte für Bisphenol A kalkuliert werden. Abbau von Bisphenol A bei Verwendung von immobilisierter Laccase aus Funalia trogii auf metallischen Hohlkugeln (3,4 mm) Förderzeitraum: 01. Mai 2017 bis 30. April 2019 © Werner © Anett Werner © Werner © Werner
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Fakultät Maschinenwesen, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik
IBÖM2 XenoKat - Entwicklung eines biokatalytisch arbeitenden Biofilters auf
Basis zellularer metallischer Werkstoffe für den gezielten Abbau von Xenobiotika TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik, AG Enzymtechnik, Dr. Anett Werner (Projektleitung)
ASA Spezialenzyme GmbH, Wolfenbüttel, Dr. Arno Cordes
Bundesanstalt für Gewässerkunde Referat Gewässerchemie, Koblenz, Prof. Thomas Ternes
Lösungsansatz
Erste Ergebnisse
Neben dem Einsatz im Klarwasserbereich von Kläranlagen konnten weitere Anwendungsfelder identifiziert werden. Diese lassen sich folgenden Kategorien zuordnen:
Wasserbehandlung : Grundwasser, Oberflächenwasser, Sonderabwasser, Sickerwasser, Deponiewasser
Chemische Katalyse : gekoppelte, chemische und biochemische Katalyse
Problemstellung
Anwendung
Die Kläranlagen werden mit einer Mixtur von Spurenstoffen konfrontiert,darunter hochbrisante Stoffe wie Antibiotika und Hormone; selbst diemodernsten Anlagen der Großstädte können diese Reinigungsleistungnicht schaffen und jährlich kommen ca. 2000 Substanzen neu hinzu. Sogelangen weltweit viele Tonnen hochwirksamer Stoffe in die Gewässer,seit Jahren sind sie dort nachweisbar, nicht ohne Folgen für dieÖkosysteme. Von Seiten der Politik wurde bereits gehandelt,verschiedene Richtlinien und Verordnungen als Handlungsanweisungenwurden umgesetzt, so gibt es eine Liste prioritärer Stoffe und auch eineBeobachtungsliste für kritische Substanzen (Richtlinie 2013/39/EU).Die sogenannte Vierte Reinigungsstufe von Kläranlagen liefert einenersten Ansatz zur vollständigen Reinigung der Wässer, diese erfasstverschiedene Technologien auf Basis chemischer, physikalischer undbiologischer Verfahren. In Kombination können sie die Xenobiotikadeutlich reduzieren, jedoch müssen die Transformationsproduktebetrachtet werden.
Der angestrebte Lösungsansatz ist in der Vierten Reinigungsstufeangesiedelt. Es werden Filter auf Basis von Enzymen entwickelt, die einenTeil der Substanzen auf biochemischen Weg entfernen. Verschiedeneholzzerstörende Pilze (Basidiomyceten) liefern die Enzyme mit ihremgigantischen Potential an katalytischen Leistungen. Diese Enzyme werdenan der TU Dresden identifiziert und immobilisiert.Im Prozess spalten die Enzyme wie in der Natur die ringförmigenVerbindungen auf, ähnlich einer Schere. Einige Xenobiotika, wieDiclofenac, Ibuprofen, Bisphenol A u.a., können so für den weiterenAbbau enzymatisch vorbereitet werden.
Das Trägermaterial für die Enzyme besteht aus beschichtetenhochporösen Edelstählen (Hersteller IFAM, Fraunhofer Gesellschaft),daran werden die Enzyme gebunden. Sie werden als Filtermaterial amEnde der Wasserbehandlung eingesetzt. Die metallischen Werkstoffe sindstabil, können dem Wasserkreislauf wieder entnommen und regeneriertwerden. Eine mehrfache Nutzung wird angestrebt. Es werden keinezusätzlichen Substanzen in den Wasserkreislauf eingebracht.
Kontakt
TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Bioverfahrenstechnik
AG Enzymtechnik, Dr. Anett Werner
Helmholtzstraße 10, 01062 Dresden
[email protected], +49 351 463 32594
Bisphenol A
Nonylphenol
Iomeprol
Glyphosat
Sulfamethoxazol
17ß Estradiol
Ibuprofen
Diclofenac
Industriechemikalien Medikamente Agrarchemikalien und andere
Antibiotika Röntgenkontrastmittel Hormone Schmerzmittel
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1000 Kugeln/L 5000 Kugeln/L 10000 Kugeln/L 20000 Kugeln/L 50000 Kugeln/L
Erste Untersuchungen mit Laccasen und Peroxidasen aus Pilzen (Cerrenaunicolor, Funali trogii, Trametes hirsuta) sowie einem kommerz. Produkt zeigten bei Bisphenol A, Diclofenac und Ibuprofen einen zeitlich vertret-baren Abbau. Ein erstes Modell konnte für Bisphenol A kalkuliert werden.
Abbau von Bisphenol A bei Verwendung von immobilisierter Laccase aus Funalia trogii auf metallischen Hohlkugeln (3,4 mm)
Förderzeitraum:
01. Mai 2017 bis 30. April 2019
© Werner
© Anett Werner
© Werner© Werner
