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Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft

Abteilung Biologische Abluftreinigung (ALR)

Die Abteilung Biologische Abluftreinigung unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. K.-H. Engesser befasst sich schwerpunktmäßig mit der Umweltmikrobiologie, der Analytik von Biosystemen und Biozönosen, dem Abbau von Chemikalien in Wasser, Boden und Luft, nicht-thermischen Abluftreinigungsverfahren sowie der dazugehörigen Gasanalytik.

Wir beschäftigen uns in Forschung und Lehre mit der Umweltmikrobiologie und ihrem technischen Einsatz in der biologischen Abluftreinigung. Dabei geht es um den bakteriellen Abbau von Umweltschadstoffen, die Verfahrensentwicklung für Abluftprobleme und die Lösung analytischer Aufgaben.

Die eigenständige Abteilung Biologische Abluftreinigung ist Teil des Lehrstuhls Abfallwirtschaft und Abluft des Institutes für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft und wird seit 1992 von Herrn Prof. Dr. K.-H. Engesser geleitet.

Biologische Abluftreinigung

In der biologischen Abluftreinigung wird sich die Fähigkeit von Mikroorganismen zu Nutze gemacht, Chemikalien als Nahrung zu verwenden, sie in unschädliche Stoffe umzuwandeln und sich dabei zu vermehren. Auf Trägermaterial angesiedelt, werden sie mit der zu reinigenden Abluft umströmt und mit einer Beregnungsanlage mit Wasser versorgt. Dabei bestimmt die Wasserlöslichkeit der Abluftkomponenten das Reinigungsverfahren: Biofilter, Biotricklingfilter oder Biowäscher.

Typische Anwendungsfälle sind die Reinigung von lösemittelhaltigen Ablüften, wie sie aus Lackierereien, Beschichtungsanlagen und Gießereien freigesetzt werden, genauso wie die Geruchseliminierung aus Kompostierungsanlagen oder Klärschlammtrocknungen sowie die Entschwefelung bei der Biogasaufreinigung.
Biologische Systeme können miteinander oder mit anderen nicht-biologischen Abluftreinigungsverfahren kombiniert werden, wie mechanischen Abscheidern, Nass- oder chemischen Wäschern, Adsorbern, Kondensatoren und Plasmaverfahren.

Je nach Anwendungsfall sind unterschiedliche Bauweisen (Container, Kolonne, geschlossen, offen), Trägermaterialien (inert: Polymer-Füllkörper, Schäume; organisch: Holzhack, Kokosfaser) und Feuchtigkeitsregimes möglich bzw. nötig.

Biologische Verfahren eignen sich besonders gut für Ablüfte mit Temperaturen zwischen 25-35 °C und geringer bis mäßiger Beladung (mehrere 100 mg/m³).

Umweltmikrobiologie

Die Umweltmikrobiologie beschäftigt sich mit der Erforschung und Nutzung von Mikroorganismen zur Vermeidung, Entsorgung und Reinigung zivilisatorischer Emissionsströme. Einsatzgebiete sind die Abluft- und Abwasserreinigung, die Bodensanierung sowie die Behebung negativer ökologischer Auswirkungen des Eintrags von Schadstoffen.

Biologischer Abbau von Schadstoffen

Das zentrale Element ist die Erforschung der Grundlagen des biologischen Abbaus von Umweltschadstoffen, wie sie in industriellen Ablüften vorkommen, und weiteren Stoffen aus anderen Umweltbereichen, wie z.B. Treibstoffadditiven, Weichmachern und Medikamentenrückständen. Stoffbezogen handelt es sich hierbei um Aromaten (vor allem halogenierten, Heterozyklen, Benzoesäurederivaten, PAKs), Alkane (zyklische und verzweigte), Schwefelorganika sowie Etherverbindungen.

Die Abbauuntersuchungen finden sowohl im mesophilen wie auch im unteren thermophilen Bereich, in aeroben sowie anaeroben Milieus oder unter extremen Bedingungen, wie z.B. hypersalinen Verhältnissen, statt. Die Leistungsträger bei diesen Abbauvorgängen sind neben Hefen und Pilzen vor allem Bakterien, die isoliert, identifiziert und charakterisiert werden. Die dabei auftretenden Fragestellungen werden auf genetischer und enzymatischer Ebene angegangen.

Biotransformation

Bei der Biotransformation geht es um die Darstellung von chemischen Verbindungen durch Biosynthese, welche durch herkömmliche chemische Methoden nur unter hohem Energieeinsatz, schlechter Ausbeute oder niedriger Reinheit gewinnbar sind. Die Forschung befasst sich dabei mit der Gewinnung und Nutzung von Ganzzellkatalysatoren oder daraus isolierter Enzyme und Enzymgruppen zur Produktion von Wertstoffen - vorzugsweise unter Einsatz von Sekundär- oder nachwachsenden Rohstoffen.

Analytik

Gasanalytik

Die Auswahl geeigneter Abluftreinigungsverfahren, die Evaluierung der Reinigungsleistung bei bestehenden Systemen aber auch die Frage des partiellen oder vollständigen Schadstoffabbaus in der Abluftreinigungsanlage erfordert eine fundierte Erfassung des Emissionsspektrums.

Die Ermittlung der jeweils auftretenden Fracht in Gas-, Flüssig- und Festphase sowie die Identifizierung der Abluftinhaltsstoffe im Emissionsspektrum erfolgt mittels Flammenionisationsdetektoren (FID), Gaschromatographen mit Massenspektrometer (GC-MS, Headspace-GC-MS, GC-MS-Olfaktometer), Gaschromatographen mit selektiven gekoppelten Detektoren (GC-PFPD-PDD-MS), Fourier-Transform-Infrarotspektrometrie (FTIR), Flüssigkeitschromatographie (HPLC-UV/VIS, IC), Aufschlussverfahren (z.B. TOC) sowie weiteren nasschemischen Nachweismethodiken.

Keimanalytik und Biozönosenanalyse

Technische und natürliche Systeme enthalten und emittieren selbstverständlich unterschiedlichste Keime, die in bestimmten Fällen von medizinischer und technischer Relevanz sein können. In diesem Zusammenhang ist die Analyse der Zusammensetzung der Biozönose aus verschiedenen Umweltkompartimenten und technischen Anlagen von großer Bedeutung.

Die gesetzliche Maßgabe hierzu ist mit der Novellierung der BioStoffV, der 42. BImSchV, der VDI-Richtlinie 3478 sowie des Anhangs 9 der TA-Luft 2019 gegeben. Zum Einsatz kommen hierbei verschiedene Detektoren und Probennahmesysteme, wie Impinger, Kaskadenimpaktor, Schlitzimpaktor und Streulichtphotometer, sowie genetische Werkzeuge (PCR, 16S-Klonierung, Sequenzierung).

Kontakt

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Prof. Dr.

Karl-Heinrich Engesser

Abteilungsleitung "Biologische Abluftreinigung" (ALR)