Algen entfernen Schwermetalle aus kontaminiertem Wasser

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Die Aufnahmemöglichkeit von ionischen Komponenten bei Verwendung von unterschiedlichen Biomassen unterscheidet sich von Spezies zu Spezies. Das zeigte sich auch bei den Untersuchungen, die mit verschiedenen Mikroalgen, Zyanbakterien und Makroalgen durchgeführt wurden. Um die Biomassen mit den höchsten Kapazitäten für die ionischen Komponenten zu finden, wurden eine Anzahl von Röhrchen mit einer kleinen Menge an Biomasse gefüllt. Anschließend wurde ein vorgegebenes Probenvolumen mit bekannter Ionenkonzentration in jedes Röhrchen gegeben und ein Batch-Experiment mit einem Überkopfschüttler durchgeführt. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur über Nacht durchgeführt bis sich keine Konzentrationsänderung (Gleichgewichtszustand) mehr in der Lösung zeigte. Die Lösung wurde anschließend von der Biomasse abgetrennt. Danach wurde die Ionenkonzentration (Metallion) in der separierten Lösung mittels Atom-Absorptions-Spektroskopie (AAS) bestimmt.

Durchführung und Charakterisierung

Für die Versuche wurden Algenimmobilisat-Kugeln mit adäquater mechanischer, chemischer und thermischer Stabilität produziert. Diese Teilchen können infolge des entstehenden geringen Druckverlustes beim Durchströmen der Kolonnen mit kontaminiertem Wasser in Festbettkolonnen (s. Abb. 3) eingesetzt werden.

Moderne Methoden zur Bestimmung des Flüssig-Fest-Verteilungsgleichgewichtes durch AAS (s.Abb. 4) und Röntgen-Analyse (s. Abb. 5) [2] wurden zur Charakterisierung der Beladung mit ionischen Komponenten auf der Oberfläche der Biosorbenzien verwendet. Die Ergebnisse konnten dann zur Berechnung der Metallaufnahmekapazität herangezogen werden. Für die Ein-Komponenten-Isotherme wurde die Anpassung der experimentellen Werte mit dem Langmuir-Adsorptions-Modell durchgeführt. Eine gute Korrelation zwischen der Langmuir-Isotherme und den experimentellen Daten wurde erreicht.

Die Röntgen-Fluoreszenz-Spektren (s. Abb. 5) eröffnen die Möglichkeit der Charakterisierung der Beladung (s. Abb. 6) der ionischen Komponenten auf der Oberfläche der Biosorbenzien. Die schwarzen Symbole zeigen das Verteilungsgleichgewicht (Isotherme), das mit der AAS-Analyse bestimmt wurde. Die roten Punkte sind die Ergebnisse bei Verwendung der trockenen Makroalgen-Immobilisate. In diesem Fall wurden zur Charakterisierung Röntgen-Fluoreszenz-Spektren ausgewertet. Die grünen Punkte zeigen Ergebnisse für feuchte gequollene Makroalgen-Immobilisate, die ebenfalls durch Auswertung der Röntgen-Fluoreszenz-Spektren bestimmt wurden. Diese Immobilisate liefern die besten Ergebnisse.

Zusammenfassung und Ausblick

Das Ziel der Untersuchungen bestand darin, günstige immobilisierte Biosorbenzien zu entwickeln. Dazu musste preiswertes Matrixmaterial für die Immobili-sierung zur Verfügung stehen. Weitere Vorhaben sind die Charakterisierung der Biosorbezien durch unterschiedliche analytische Methoden (Porosität, Kapazität, Röntgen-Messungen, Bindungsstruktur). Ebenso sind die mathematische Modellierung der Verteilungsgleichgewichte und der Konzentrations-Zeit-Verläufe bei zyklischer Fahrweise der dynamischen Kolonnen-Experimente Ziel des Forschungsvorhabens.

Die Forschungsarbeiten werden durch das Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), die Bessy GmbH und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.

Literatur

[1] Boyanov, M.I., S.D. Kelly, K.M. Kemner, B.A. Bunker, J.B. Fein, D.A. Fowle (2003). Adsorption of cadmium to Bacillus subtilis bacterial cell walls: A pH-dependent Röntgen absorption fine structure spectroscopy study. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 67, 18, 3299-3311.

[2] Sarret, G., A. Manceau, L. Spadini , J.-C. Roux; J.-L. Hazemann,, Y. Soldo, L. Eybert-Bérard, J.-J. Menthonnex (1998). Structural determination of Zn and Pb binding sites in Penicillium chrysogenum cell walls by EXAFS spectroscopy. Environ. Sci. Technol., 32, 1648-1655.

*Dr. G. Bunke, D. Itzeck, F. Frey und E. Varfalvi, Technische Universität Berlin, Institut für Biotechnologie, 13355 Berlin**Prof. Dr. A. Erko, Helmholtz Zentrum Berlin, BESSY GmbH, 14109 Berlin***Dr. T. Scheytt, Technische Universität Berlin, Institut für Angewandte Geowissenschaften, 13355 Berlin

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