Umweltforschung im Brennpunkt - Behandlung von … · 2015-02-18 · BOKU Vienna I Department IFA-Tulln I Institute for Environmental Biotechnology I KE Scherr DAS ... (TEA) für

Seminar

Umweltforschung im Brennpunkt - Behandlung von Teeröl-Standorten 8. Mai - 9. Mai 2014 Redoutensäle, Promenade 39, 4021 Linz

Thema: Das Projekt "HetReMed" – Prinzip, Ziele und Limitationen Referentin: Priv.-Doz. DI Dr. Kerstin E. Scherr

BOKU Vienna I Department IFA-Tulln I Institute for Environmental Biotechnology I KE Scherr

DAS FORSCHUNGSPROJEKT "HETREMED , ZIELE UND LIMITATIONEN

Geobiotechnology & Environmental Chemistry Institut für Umweltbiotechnologie, Department IFA-Tulln Universität für Bodenkultur Wien

Kerstin E. Scherr, Priv.-Doz. DI Dr.


Vorstellung HetReMed

Eckdaten Forschungsprojekt Ziele des Forschungsprojektes Prozesse: I. Nutzung geogener terminaler Elektronenakzeptoren

(TEA) für (bio)chemische Schadstoffoxidation in situ II. Elektronenshuttles, extrazellulärer Elektronentransport

Projektthesen, Herausforderungen und Limitationen Kontext dieser Fachveranstaltung

8. Mai 2014


Eckdaten Projektlangtitel:

In situ Oxidation von Poly- und Heterozyklischen Teeröl-kontaminanten: Einsatz von Red-Ox-Mediatoren (HetReMed)

Laufzeit: 1.3.2011 30.6.2014, Projektvolumen: 530.000,- Fördergeber:

BM f. Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Administration: KPC) Land Oberösterreich

Fördernehmerinnen / Ausführende: Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Umweltbiotechnologie, Scherr / Loibner GUT GRUPPE UMWELT + TECHNIK GmbH, Nahold

8. Mai 2014


Ziele des Forschungsprojektes

Förderung der anaeroben Oxidation von gelösten

(bio)chemische Oxidation in situ PAK: 16-EPA, Heterozyklen, alkylierte PAK (Auswahl)

Erstmals Verschränkung zweier Mechanismen: Verwendung von schlecht wasserlöslichen, geogenen Elektronenakzeptoren (TEA, insb. Fe- und Mn-Verbindungen) für Schadstoffoxidation Förderung der Elektronenübertragung auf TEA mittels Elektronenshuttles (transiente Akzeptoren/donatoren)

Modus: 2-phasige Einschätzung der Machbarkeit: Labor- (Grundlagen) und Felduntersuchungen (Anwendung)

8. Mai 2014


Biochemische Schadstofftransformation

Scherr, 2013

8. Mai 2014


Natürliche Quellen von TEA für Schadstoff-oxidation im Grundwasser

Molekularer Sauerstoff: geringe Wasserlöslichkeit, langsame Nachlieferung Nitrat, Sulphat: gut wasserlöslich, +/- Nachlieferung Eisen- und Mangan- Oxi(hydr)oxide: häufige biologisch RedOx-aktive Mineralien in der Erdkruste (e.g. Canfield, 1997)

Praktisch (wasser-) unlöslich bei pH 7 schlechte Nutzbarkeit durch Mikroorganismen (MO), wenige Ausnahmen, e.g. Geobacter, Shewanella Verbindungen unterschiedlich gut verfügbar, unterschiedliche Mechanismen

Goethit, -FeO(OH) Lepidokrokit, -FeO(OH) de.wikipedia.org\

de.wikipedia.org\

8. Mai 2014


Design by Nature: Strategien für Elektronübertragung auf unlösliche Oxide

a. Elektronentransfer via direktem Kontakt, erleichtert über elektrisch leitende Proteinpili, sog. nano-wires(cv. Geobacter)

b. Indirekter Transfer mittels mikrobiologisch produzierter Chelatoren für z.B. Fe(III) Verfügbarkeitserhöhung

c. Indirekter Transfer über natürlich vorkommende Chelatoren, z.B. Huminstoffe (Lovley et al., 2010)

d. Indirekter Transfer über RedOx-aktive Huminstoffe oder andere (unbekannte) Verbindungen, die als Shuttle wirken

eExtrazelluläre Elektronenshuttles (EES)

http://science.nasa.gov/media/medialibrary/2004/05/18/18may_wastenot_resources/geobacter1.jpg

8. Mai 2014


Extrazelluläre Elektronenshuttles

Elektronenshuttles (RedOx-Mediatoren) reversibel reduzier- und oxidierbare organische Verbindungen 102-104 (?) Aufnahme- und Abgabezyklen Intrazellulär: Enzyme (Atmungskette, Energiestoffwechsel) Extrazellulär: natürlich (zB Huminstoffe) oder künstlich

Hilfsmittel zur Bewältigung räumlicher oder energetischer zwischen Elektronendonor und Akzeptor Bisherige Anwendungen (u.a.)

Mikrobielle Brennstoffzellen Reduktion von Explosivstoffen (RDX) Anaerobe Oxidation von cis-DCE (InnoSan, Scherr et al., 2011)

8. Mai 2014


Schadstoffoxidation nanowires und EES

8. Mai 2014

Scherr, 2012.


Projektthese

Natürliche, geogene TEA schlecht wasserlöslich, jedoch in signifikanten Mengen im Untergrund vorhanden

nur durch wenige Organismen biochemisch nutzbar Selektive Steigerung der Verfügbarkeit von schlecht löslichen geogenen Oxiden als TEA für die (bio)chemische Schadstoffoxidation mittels RedOx-Mediatoren bzw. Shuttles

Übertragung von schadstoffbürtigen Elektronen auf geogene Oxide: chemisch oder biochemisch

Steigerung der anaeroben Schadstoffoxidation mit geringem substöchiometrisch) möglich

8. Mai 2014


8. Mai 2014

Mögliche Rollen von Elektronenshuttles

Scherr, 2012.

Biochemische Schadstoffoxidation (akzeptorlimitiert)

Chemische Schadstoffoxidation

Biochemische Schadstoffoxidation (donorlimitiert)

8. Mai 2014


Herausforderungen und Limitationen

Verfahrensgrundlagen: Untersuchung in komplexer = realistischer Umgebung

Schadstoffmatrix statt Einzelsubstanz Mikroorganismengemeinschaften statt Reinkulturen Historisch kontaminierter Aquifer statt Nährmedien

Auswahl geeignete(s) Shuttle(s) Wirksamkeit, Toxizität, Kosten

Prognose der Feldperformance Umsetzung an Altlast in Pilotmaßstab

Standortmodell, Infrastruktur, Analysenmethoden,.. 8. Mai 2014


Danksagung

KPC: Dr. Regine Patek Land Oberösterreich: Dr. Wolfgang Lantschbauer Lebensministerium: DI Harald Kasamas UBA: DI Helmut Längert-Mühlegger SV des Landes: Dr. Bertha, Ing. Trautenberger, Ing. Hofmann BH LL: Dr. Wolfsgruber 8. Mai 2014


Danksagung: wiss. Input und Mitarbeit

Diana Backes, Michaela Bauer, Kurt Brunner (TU Wien), Eva Edelmann, Pat Evans (CDM, US), Gertrud Kadlec, Imre Kaiser, Claudia Keplinger, Luna Lancellotti, Tserennyam Lundaa (Mongolian State Univ., MN), Elke Marian, Gerhard Mayer, Karin Müllern, Silvia Pfeifer, Marcus Pruckner, Matthias Rothberger, Alan Scarlett (Univ. Plymouth, UK), Amandine de Schaetzen (UL Brussels, BE), Daniel Scheiblhofer, Michael Schober, Marion Sumetzberger-Hasinger, Viktoriya Vasilieva, Franz Wolfsberger, Xiangsheng Zhang (Yangsheng College, CN) 8. Mai 2014


Fachtagung 8. Mai 2014 Vormittag: Einführung

Teerölaltlasten in Österreich (DI Längert-Mühlegger) Transformationsreaktionen für PAK (Prof. Loibner) Toxikologie und Abbau von Heterozyklen (DI Müller)

Nachmittag: Fragen und Antworten aus der Forschung Ergebnisse des Forschungsprojektes HetReMed (Dr. Nahold, PD Scherr) PAK-Abbau unter nitratreduzierenden Bedingungen (DI Schritter) Einschätzung der Abbauaktivität in situ (Dr. Bombach) Toxikologie (Dr. Wruss) Diskussion (alle)

Abendprogramm 8. Mai 2014


Fachtagung 9. Mai 2014

Vormittag I: Sanierungspraxis Sanierung Kokerei Linz (DI Angermayer, Dr. Gnjezda) Sanierung Gaswerk Simmering (Dr. Schöberl)

Vormittag II: Standortcharakterisierung und Eisenreduktion Ergänzende Untersuchungen Stainach (Dr. Unterbrunner, Dr. Nahold) Isotopenmethoden (Dr. Eisenmann) Fe(III)-Nanopartikel (Dr. Bosch)

Mittag: Diskussion & Ende der Veranstaltung

8. Mai 2014


Kontakt

Priv. Doz. DI Dr. Kerstin E. Scherr [email protected] Ao. Univ. Prof. Andreas P. Loibner [email protected] University of Natural Resources and Life Sciences Vienna (BOKU) Geobiotechnology and Environmental Chemistry, Institut für

Umweltbiotechnologie, Department IFA-Tulln, Konrad Lorenz Strasse 20, A- 3430 Tulln, Austria

www.ifa-tulln.ac.at Dr. Manfred Nahold [email protected] GUT GRUPPE UMWELT + TECHNIK GmbH, Plesching 15, 4040 Linz www.gutlinz.at 8. Mai 2014

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