Produktion von Polyhydroxyalkanoaten aus nährstoffreichen Vakuumtoilettenabwässern und Küchenabfällen

von Florian Ye

290 Seiten, Taschenbuch

Kurzbeschreibung des Verlags

Kurzfassung PHA sind mikrobiologisch abbaubare Polymere und können aus Sekundärrohstoffen herge- stellt werden. Schwarzwasser aus Vakuumtoiletten und Küchenabfälle sind aufgrund ihres Kohlenstoffgehalts potenziell geeignete Substrate. Hohe Nährstoffgehalte und eine kom- plexe Substratmatrix stellen jedoch Hürden dar, da diese nach der Literatur die PHA-Pro- duktion inhibieren. Die Kombination mit Verfahren zur Nährstoffrückgewinnung ist eine viel- versprechende Technologie, um diesem Problem zu begegnen. In dieser Dissertation wurden sowohl nährstoffreiche als auch nährstoffreduzierte Substrate in einem dreistufigen Prozess aus anaerober Versäuerung, Biomasseslektion und PHA-Akkumulation untersucht. Dabei war das Ziel herauszufinden unter welchen Betriebsbedingungen eine PHA-Produktion aus Schwarzwasser und Küchenabfällen möglich ist. In der anaeroben Versäuerung werden komplexe organische Moleküle bakteriell zu organi- schen Säuren umgewandelt, die als Substrat für die PHA-Produktion dienen. In Batchversu- chen mit Schwarzwasser und Küchenabfällen wurden der pH-Wert, die Temperatur und die Konzentration der Küchenabfälle variiert, um die geeigneten Betriebsparameter für hohe Versäuerungsgrade und eine Beeinflussung des Produktspektrums zu finden. Die höchsten Versäuerungsgrade von 53% konnten bei einer Konzentrationen der Küchenabfälle von 62,5 g/L im mesophilen und pH-ungeregelten Betrieb erzielt werden. Essigsäure war in allen Versuchen dominierend, durch den pH-Wert konnte das weitere Produktspektrum jedoch beeinflusst werden. Bei pH 5 fand eine Lösungsmittelgärung statt, bei pH 6 eine Buttersäu- regärung und bei pH 8 eine Propionsäuregärung. Dadurch können die produzierten PHA be- reits teilweise in der Versäuerung beeinflusst werden. Die Selektion einer Bioasse, die reich an PHA-produzierenden Bakterien ist, kann durch ein Feast-Famine-Regime erreicht werden. Während eines zeitlich begrenzten Substratüber- schusses können diese Bakterien Energie als PHA speichern und haben während des darauf- folgenden längeren Substratmangels einen Selektionsvorteil. Als Substrat kamen hier so- wohl nährstoffreiche als auch nährstoffreduzierte Substrate zum Einsatz. Mit beiden Subs- traten konnte erfolgreich eine PHA-produzierende Biomasse selektiert werden. Mit nähr- stoffreduzierten Substraten gelang es im besten Fall innerhalb von 8 Tagen 71% PHA-Produ- zenten mit PHA-Zellgehalten von bis zu 67% zu erreichen, im Gegensatz zu 38% Zellgehalt mit nährstoffreichem Substrat. Eine vorausgehende Nährstoffrückgewinnung ist für die Bi- omasseselektion somit von Vorteil, auch wenn gezeigt werden konnte, dass hohe Nährstoff- konzentrationen der PHA-Produktion nicht entgegenstehen. In der PHA-Akkumulation erfolgt ein dauerhafter Substratüberschuss, der die selektierten Bakterien zur PHA-Produktion anregt. In zahlreichen Versuchen kamen nährstoffreiche, nährstoffreduzierte und nährstofffreie reale und synthetische Substrate aus Schwarzwasser und Küchenabfällen zum Einsatz. Die Nutzung des gleichen Substrats wie in der Biomasse- lektion führte zu PHA-Zellgehalten von bestenfalls 45% und PHA-Konzentrationen von 449 mg/L. Durch ein phosphorfreies Substrat konnte der PHA-Zellgehalt weiter auf 60% gestei- gert werden. Die PHA-Konzentration war mit 1.085 mg/L jedoch in einem zwar stickstoffre- duzierten jedoch phosphorreichen Substrat am höchsten. Die Skalierung des Prozesses auf einen halbtechnischen Maßstab war mit 47% PHA-Zellgehalt ebenfalls erfolgreich.

• Reihe: Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen
• Themen: Geowissenschaften, Geographie, Umwelt, Planung
• ISBN: 9783959742542
• Sprache: Deutsch
• Erscheinungsdatum: 12.06.2026
• Größe: 21 x 14.5 cm
• Verlag: RPTU Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern Landau