Pilze filtern Abwasser

Pilze filtern Abwasser

Hormone, Schmerzmittel oder Antibiotika: Sogenannte Xenobiotika gelangen über das Abwasser in die Natur – allein in Deutschland jährlich etwa 300.000 Tonnen. Diese Mikroschadstoffe beeinträchtigen Flüsse, Seen und das ganze Ökosystem erheblich. Wissenschaftler der TU Dresden entwickeln deshalb ein Biofiltersystem auf der Basis von Pilzenzymen. Es soll kritische Chemikalien aus gereinigtem Abwasser entfernen.

Die Arbeitsgruppe Enzymtechnik am Institut für Naturstofftechnik forscht seit zwei Jahren an dem biochemischen Verfahren zur Entfernung von Xenobiotika. „Die bestehenden dreistufigen kommunalen Wasser- und Abwasserreinigungsanlagen sind nur teilweise in der Lage, diese Schadstoffe herauszufiltern“, sagt die Projektleiterin Dr. Anett Werner. „Selbst modernste Anlagen können keine vollständige Reinigung leisten. Manche Mikroschadstoffe wie zum Beispiel Anti-Epileptika können bisher überhaupt nicht rausgefiltert werden. Über das Wasser gelangen sie in die Umwelt und verändern Fische und alle anderen lebenden Organismen. Noch gibt es für diese Stoffe keine gesetzlichen Grenzwerte, doch das wird sich ändern müssen. Dann steht in vielen Klärwerken in Deutschland der Ausbau einer vierten Reinigungsstufe an. In der Schweiz ist das an vielen Stellen schon erfolgt.“

Die Wissenschaftler entwickeln ein Verfahren, das die chemischen Verbindungen der naturfremden Rückstände aufspalten kann. Dieses Biofiltersystem funktioniert auf der Basis von bestimmten Pilzenzymen. Nur Ständerpilze (Basidiomyceten) besitzen diesen Enzym-Cocktail. Sie können ringförmige chemische Verbindungen, wie sie auch die kritischen Xenobiotika besitzen, aufspalten und schließlich entfernen helfen.

15 Substanzen mit Pilzenzymen entfernt

„Wir wollen ein Filtersystem entwickeln, das zumindest einen Teil der Mikroschadstoffe auf natürlichem Weg entfernt“, so Werner. „Dabei helfen uns Pilze, deren Enzyme wie chemische Scheren arbeiten. Die Scheren zerschneiden die Ringstrukturen der Medikamente, dadurch werden sie biologisch abbaubar. Wir isolieren die Enzyme, binden sie an hochporöse metallische Werkstoffe und bauen sie in Filter am Ende der Kläranlagen ein. Sobald die Enzyme nicht mehr arbeiten, werden die Kugeln entnommen, erhitzt und mit neuen Enzymen versehen.“

Für das eigentliche Biofiltersystem mussten die Forscher eine Technologie zur Immobilisierung der Enzyme auf hochporöse Träger konstruieren. Als Trägermaterial haben sie verschiedene Materialien getestet: metallische Hohlkugeln aus einem Sintermaterial, die kaum 4 Millimeter groß sind, Metallschäume, Membranen und Luffa-Schwämme, ein Naturmaterial, das als Naturstoff reichlich und günstig verfügbar ist und nach der Nutzung im Filter auch noch biologisch abgebaut werden kann. Die Fixierung auf einem Träger ist wichtig, damit die Enzyme in einem Filtersystem an Ort und Stelle arbeiten können.

Bisherige Laborversuche haben gezeigt, dass die Enzyme auf metallischen Hohlkugeln selbst nach acht Wochen noch aktiv sind. Diesen Zeitraum wollen die Forscher weiter optimieren. In einer Biofilteranlage müsste das Wasser etwa zwei bis acht Stunden verweilen bis die kritischen Substanzen abgebaut sind. Zudem konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass sich 15 Substanzen mithilfe der Pilzenzyme auf natürlichem Weg aus dem Wasser entfernen lassen – darunter Antibiotika, Schmerzmittel, Blutdrucksenker, Entwässerungsmittel und ein Anti-Epileptikum, für das es bisher keine praktikable technische Lösung gab. Damit entwickeln die Bioverfahrenstechniker der TU Dresden einen wesentlichen Baustein zur nachhaltigen Wassernutzung. In Kürze testen die Wissenschaftler das Biofiltersystem unter Realbedingungen. Zukünftig wollen sie das Verfahren auch für weitere Xenobiotika wie Bisphenol-A, verschiedene Antibiotika und Pestizide optimieren.

Bild: Metallische Hohlkugel mit Pilzenzymen. Die Enzymreaktion (blaue Corona) ist mit einem Farbstoff sichtbar gemacht. © Werner/TUD