Tisztítsa meg a szennyvizet gombás enzimekkel
Egyre több vegyszer kerül a víz körforgásába, amelyet a szennyvíztisztító telepek közös tisztítási szakaszai nem tudnak kiszűrni. Egy kutatócsoport ezért új gombás enzimeken alapuló szűrőt fejleszt ki, amely elősegíti a xenobiotikumok lebontását.
Németországban több mint 9000 állami szennyvíztisztító gondoskodik arról, hogy a szennyvíz biológiailag tisztuljon, és hogy a helyi vizeket a lehető legkevésbé szennyezzék nitrogénvegyületekkel. A háztartási és ipari szennyvízben azonban egyre több úgynevezett xenobiotikum, azaz kémiailag szintetizált vegyület található, amely a természetben nem fordul elő. Ide tartozik számos mezőgazdasági vegyszer, gyógyszer vagy röntgen kontrasztanyag, valamint ipari vegyi anyagok, például a biszfenol A.
Biokatalizátorok az aktív szén és az ózon helyett
A legtöbb szennyvíztisztító manapság három tisztítási fázissal dolgozik: először a durva, majd az egyre finomabban elosztott szennyeződéseket, például a homokot és a zsírt távolítják el mechanikusan. Ezt biológiai tisztítás követi, amelynek során a mikroorganizmusok lebontják a szerves anyagokat - különösen a nitrogénvegyületeket. A lefelé haladva a harmadik, kémiai tisztítási szakasz, amelyben olyan anyagokat csapnak le, mint a foszfát. A xenobiotikumok a hagyományos szennyvíztisztító telepekben alig vagy egyáltalán nem távolíthatók el. Pontosan itt érkezik Anett Werner, a Drezdai Műszaki Egyetem enzimtechnológiai munkacsoportjának vezetője "Xenokat" projektje. "Mindig nyomanyagokról beszélünk, de valójában évente több tonna fájdalomcsillapító diklofenák jut az úgynevezett tiszta vízen keresztül a vízbe, három tisztítási szakasz nem elegendő" - mondja Werner.
Werner szerint egy ideje tárgyalják a szennyvíztisztító telepek negyedik tisztítási szakaszát. "Már léteznek olyan megközelítések, amelyek aktív szénnel vagy ózonozással rendelkeznek, de ezek ökológiai egyensúlya gyenge, és nem tudnak mindent megtenni" - mondja Werner. A biotechnológus ezért egy immobilizált enzimeken alapuló szűrőtechnikával kívánta kiegészíteni a problémát. A Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) támogatta őket az „Új termékek a biogazdaságért” ötletversenyen. A "Xenokat" közös projektet összesen mintegy 676 000 euróval finanszírozták 2017 májusa óta.
Fémes üreges gömbök hordozóként
Werner csapata borsó méretű üreges fémgömböket hordozza a tisztítóenzimek hordozóanyagaként, amelyeket egy másik BMBF kutatási projekt részeként hoztak létre. "Ezekre az üreges gömbökre kerestük az alkalmazásokat, és itt lépett pályára a munkacsoport második fő oszlopa: a fehér rothadásgombákból származó enzimek" - mondja Werner. Egy kilenc hónapos felderítő szakasz részeként, amelyhez a BMBF 60 000 euróval járult hozzá, a Szövetségi Hidrológiai Intézet elemző szakértőit vonta fedélzetére. Ipari partnerként megnyerhette az ASA Spezialenzyme GmbH biotechnológiai vállalatot is.
A borsó nagyságú, fémes üreges golyók hordozóanyagként szolgálnak a fehér rothadásgombák enzimjeihez. Egy új tisztítási szakaszban a gombaenzimeknek feltételezhetően kiszűrik a tiszta vízből származó xenobiotikumokat, amelyek egyre nagyobb mennyiségben fordulnak elő.
Összekötött kompetenciák
A partnerek közösen benyújtottak egy projektvázlatot az „Új termékek a biogazdaság számára” ötletpályázatra. A sikeres értékelés után a drezdai kutatók most hagyhatják, hogy ötletük tovább érlelődjön a kétéves megvalósíthatósági szakaszban. „Az előző években sok kolléga jelentkezett, és nekem ajánlották az ötletpályázatot. És nagyon lelkes vagyok a nagyon egyszerű pályázati eljárásért is ”- mondja Werner. "Ami minden bizonnyal hozzájárult a pályázat sikeres benyújtásához, az a kompetenciák összevonása."
A gombás enzimek feltörhetik a xenobiotikumokat
Werner a gombákból, az úgynevezett Basidiomycetes-ből származó enzimek kivonásának és előállításának szakembere. Ide tartoznak a fát romboló fehér és barna rothadásgombák is. Csak ezek a Basidiomycetes képesek hasítani a fapép lignint. Werner ismeri azokat a tenyésztési körülményeket, amelyek mellett a gombák előállítják az enzimeket és felszabadítják a környező tápközegbe. Werner csapatát különösen az úgynevezett lakkázok, peroxidázok és peroxigenázok érdeklik. Ezek az enzimek képesek megszakítani a gyűrűs szerkezetű kémiai vegyületeket. Ezáltal ezek a biokatalizátorok ideálisak a szennyvízből származó xenobiotikumok lebontására.
70 anyag keverése a lebomlási tesztben
A laboratóriumban a lakkák képességeit 70 különböző anyagot tartalmazó analit keverékkel tesztelik, beleértve az élelmiszer-adalékanyagokat, gyógyszereket és ezek átalakulási termékeit. "Úgy gondolhat rá, mint egyfajta szűrőoszlopra" - mondja Werner. Ezután a kutatók az üreges fémgömbökön alkalmazott enzimeket hozzáadják az analit keverékhez, és megvizsgálják a lebomlási folyamatot. „Támogatást kapunk a Stadtentwässerung Dresden-től is, ahonnan nagy mennyiségű vízelvezetést és adatokat kaptunk. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy az enzimek lebomlási potenciálját korán, valós körülmények között teszteljük. ”- magyarázza Werner.
Csatlakoztassa az enzimeket a fémgolyókhoz
Az enzimek immobilizálása a fémgolyókon nagyon fontos lépés, amely nélkül a szennyvízben lévő lakkokat egyszerűen elmosnák. Az első kontrolltesztek azonban már megmutatták, mennyire összetett ez az alapvető lépés: „Annak érdekében, hogy ellenőrizzük, mennyire hatékony a szennyező anyagok laktázaink általi lebomlása, különféle saját és kereskedelemben kapható enzimeket használtunk összehasonlítás céljából. De az enzimek érzékenyek, és néhányuk immobilizálás után már nem volt aktív ”- magyarázza Werner.
A sok cinkelés után Wernernek és csapatának végül sikerült beágyaznia az enzimeket egy mátrixba. Ezután a keveréket nagyon vékonyan lehet felvinni a fémfelületekre. A gombalakkázokkal rendelkező enzimgyöngyök célja az, hogy a bioaktív bevonat több hétig tartson. „Ezután a fém hordozótestek eltávolíthatók, hővel tisztíthatók és végül bevonhatók. Ennek a cserének csak néhány óráig kell tartania ”- mondja Werner.
Első gyakorlati teszt a szennyvíztisztító telepen
Mielőtt azonban ez megtörténne, még mindig két fő mérföldkő van: Ez év végén Drezdában workshopot tartanak a téma szakértőivel, amelyen a következő lépéseket tárgyalják. Ezenkívül 2018 őszén egy drezdai szennyvíztisztító telepen egy kis szűrőt kell beépíteni a fémes hordozóanyagokkal és az enzimekkel. Werner szerint ez „akkor egy első kis gyakorlati teszt lenne. Szeretnénk látni, hogy a golyók hogyan viselkednek, és mennyi ideig aktívak az enzimek. ”Mielőtt azonban nagy önkormányzati szennyvíztisztító telepekben felhasználhatók lennének, még mindig számos műszaki fejlesztésre van szükség - mondja Werner. Az összes projektpartner deklarált célja az, hogy elősegítse a negyedik tisztítási szakaszban a bioalapú technológia és a speciális szennyvíz fejlesztését egy utólagos projektben. A különböző módszerek kombinációját is figyelembe kell venni.