Projekt 14492/01

Ökologischer Nitratabbau an versalzenem Mauerwerk mittels Denitrifikation und biologischer Entsalzungskompresse zum Schutz umweltgeschädigter national wertvoller Kulturgüter

Projektdurchführung

Deutsches Zentrum für Handwerk und Denkmalpflege Propstei Johannesberg Fulda (ZHD) e. V.
Propstei Johannesberg
36041 Fulda

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Versuche zielten auf die Erarbeitung von wissenschaftlichen Grundlagen für eine neu zu entwickelnde Methode der Mauerwerksentsalzung ab, welche substanzschonend, energiesparend, schnell, preiswert und ohne Einsatz umweltschädigender Substanzen arbeiten soll. Es bot sich die Ausnutzung mikrobieller Stoffwechselvorgänge an, weil es sich bei den Umsätzen um natürlich ablaufende Prozesse handelt, welche lediglich in geeignete Bahnen zu lenken sind.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Vorauswahl der verwendeten Ziegel erfolgte nach der Porosität, verbunden mit ausreichend hohem Wasseraufnahmekoeffizienten, um Ver- und Entsalzung der Probekörper generell zu ermöglichen. Es kamen Ziegelscheiben-Pakete zum Einsatz, welche Nitratsalze in verschiedenen Konzentrationen sowie Bakteriennährstoffe enthielten. Die Untersuchungen erfolgten in zwei unterschiedlichen Teilversuchen. Im ersten Teilversuch wurden zwölf verschieden konstruierte Textil-Folien-Verbunde (Textile Trägerschicht: Polyester- oder Viskose-Nadelvlies; Folienschutzschicht: Polypropylen-Folie mit oder ohne Perforierung) mit denitrifizierenden Bakterienstämmen beimpft und auf einige der versalzenen Ziegelpakete aufgelegt. Die Probekörper wurden im Labor unter Raumbedingungen belassen, dabei war für eine stetige Wasserzufuhr von unten und ein feuchtwarmes Mikroklima gesorgt (Wanne mit feuchtem Sand, Folienauflage).
Im zweiten Teilversuch wurden einige der Ziegelpakete ohne Textilauflagen mit Bodenfiltrat (natürliche Bakterienmischung) direkt beimpft und in einem semianaeroben Klimaschrank untergebracht.
Monatlich erfolgte eine Entnahme von Ziegel- und Textilproben sowie die quantitative Analyse der wichtigsten Ionen (u.a. NO3-, NO2-, NH4+, photometrisch) und der denitrifizierenden Bakterien (durch Ermittlung des Nitratverbrauchs unter optimierten Bedingungen). Außerdem wurden die mechanischen Eigenschaftsparameter der Textil-Folien-Verbunde vor Versuchsbeginn und nach den Entsalzungs-Versuchen ermittelt, um Aussagen zu deren Abbauverhalten zu erzielen und die Resistenz gegenüber Salzen und bakterieller Aktivität und eine Wiederverwendbarkeit richtig einschätzen zu können.


Ergebnisse und Diskussion

Beim Teilversuch mit den sog. textilen Kompressen (Textil-Folien-Verbunde) zeigten sich bereits nach 33 Tagen ein Nitratabbau um 50 %, unabhängig davon, ob die Textilschicht aus einem Viskose- oder Polyesternadelvlies bestand. Damit scheinen beide Textilien als inerte Träger für Bakterien geeignet zu sein. Es zeigte sich, dass die Perforierung der Folie auf den Textilverbunden keinen Einfluss auf den Entsalzungserfolg hatte. Die Zahlen der nachgewiesenen Denitrifikanten in allen Proben waren mäßig bis hoch, was ebenfalls für einen Erfolg der Versuche spricht. Alle Proben waren während des Versuchsverlaufes ausreichend durchfeuchtet, was für eine zufriedenstellende Bakterienaktivität unerlässlich ist.
Die mechanische Beständigkeit der textilen Trägermaterialien gegenüber chemischen und biologischen Einflüssen erwies sich bei den Polyesterkompressen als sehr zufriedenstellend, die Festigkeit nahm während des Versuchsverlaufs nicht oder nur geringfügig ab. Die Viskose-Kompressen zeigten sich gegenüber der bakteriellen Aktivität als nicht beständig, hier nahm die Festigkeit bis 44 % ab. Unter dem Gesichtspunkt der Umweltentlastung durch Verwendung von Mehrwegprodukten erscheinen synthetische Fasern demnach besser geeignet zu sein.
Der Teilversuch zur Entsalzung im semianaeroben Klimaschrank ohne textile Kompressen als Bakterienträger brachte hinsichtlich des Nitratabbaus keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Es wird vermutet, dass aufgrund des ungünstigen Feuchte-Regimes die bakterielle Aktivität stark herabgesetzt war. Ein zufriedenstellender Nitratabbau war somit in der vorgegebenen Zeit nicht möglich, obwohl die mikrobiologische Analyse eine ausreichende Zahl von Denitrifikanten ergab.
Insgesamt ist das Ziel, die ersten Grundlagen für eine umweltschonende Entsalzungsmethode zu erarbeiten, erreicht worden. Es konnten lohnenswerte Materialien und Vorgehensweisen aus einer Vielzahl von Möglichkeiten herausgearbeitet werden. Ebenso zeigte sich, welche Vorgehensweise als nicht oder nur bedingt einsetzbar anzusehen ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden anlässlich des 3. Dahlberg-Kolloquiums Mikroorganismen und Bauwerksinstandsetzung im September 2001 in Wismar erstmalig vorgestellt. Darüber hinaus wurde von den Kooperationspartnern OMPG Rudolstadt und Hochschule Wismar die Produktidee, textile Materialien als Träger für immobilisierte Mikroorganismen und mit zusätzlicher Wasser- und Salztransportfunktion zur schnellen, zerstörungsfreien und umweltschonenden Entfernung von Salzen aus kontaminierten Medien einzusetzen, als Gebrauchsmuster beim Deutschen Patent- und Markenamt angemeldet.


Fazit

Insgesamt ist das Vorhaben zufriedenstellend verlaufen. Es konnte eine inhaltlich stichhaltige Basis für die Vorgehensweise in weiterführenden Forschungsprojekten erarbeitet werden.
Es ist im Anschluss an die hier dargestellten Untersuchungen ein FuE-Projekt geplant, welches sich mit der Anwendbarkeit der Methode hinsichtlich der naturwissenschaftlichen und technologischen Parameter befasst. Ebenso soll eine Strategie zur Markteinführung des zu entwickelnden Produktes erarbeitet werden.