Problemstellung: | Erhöhte Nitratwerte in Gewässern, insbesondere im Grundwasser, stellen ein globales Problem für die Trinkwasserversorgung dar (Weltgesundheitsorganisation 2011; Mohseni-Bandpi et al. 2013). Aufgrund seiner krebserregenden Eigenschaften und der Gefahr, Methämoglobinämie zu verursachen, basieren die Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft (EWG) auf einem Trinkwassergrenzwert von 50 mg NO3-/l, der auch in der deutschen Trinkwasserverordnung (TrinkwV; Weltgesundheitsorganisation 2011) enthalten ist. Zur Entfernung von Nitrat aus Trinkwasser können verschiedene Aufbereitungstechniken eingesetzt werden, wie Umkehrosmose, Ionenaustausch, Elektrodialyse und biologische Denitrifikation. Die biologische Aufbereitung rückt zunehmend in den Fokus, da sie im Vergleich zu physikalisch-chemischen Verfahren durch die vollständige und selektive Reduktion von Nitrat zu Stickstoff eine hohe Wasserrückgewinnung bei moderaten Kosten bietet (Rezvani et al. 2019). Die biologische Denitrifikation kann in auto- und heterotrophe Denitrifikation unterteilt werden. Die heterotrophe Denitrifikation wird in der Regel in der Abwasserbehandlung eingesetzt. Hier werden biologisch leicht abbaubare organische Kohlenstoffquellen benötigt, die jedoch bei der Trinkwasseraufbereitung aufgrund des beschleunigten schnellen Wachstums von Mikroorganismen ein hygienisches Risiko darstellen können. Die autotrophe Denitrifikation nutzt ausschließlich anorganischen Kohlenstoff wie CO2, weshalb diese Methode für die Trinkwasseraufbereitung, insbesondere für Grundwasser, vorzuziehen ist (Rezvani et al. 2019). In den letzten Jahren werden zunehmend bioelektrochemische Systeme (BES) im Zusammenhang mit der biologischen Denitrifikation diskutiert (Cecconet et al. 2018; Rezvani et al. 2019). |
| Vorgehensweise: | Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines autotrophen denitrifizierenden bioelektrochemischen Systems zur Trinkwasseraufbereitung. Der Schwerpunkt liegt auf der Suche nach geeigneten Kathodenmaterialien und deren Formen, die als Elektronendonatoren und geeignete Lebensräume für Mikroorganismen fungieren können. Der Prozess wird im Hinblick auf seine Stabilität, relevante Randbedingungen und Herausforderungen bei der Umsetzung untersucht. Zunächst wurden einfache Batch-Versuche konzipiert, um wesentliche Einflussparameter zu identifizieren und die grundlegenden Prozesse in einem innovativen Reaktoraufbau zu optimieren. Anschließend wird dieser Versuchsaufbau mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien und variierenden Materialeigenschaften und Formen durchgeführt. Auf Basis der Batch-Ergebnisse soll ein kontinuierliches bioelektrisches Reaktorsystem aufgebaut werden. |
