StSP Chemikalienbewertung: Einfluss der Klärschlammvorbehandlung auf die Bioverfügbarkeit von Silber
Silber-Nanomaterialien (Ag-NM) werden zunehmend mehr als Bakterizid in Verbraucherprodukten eingesetzt, damit wird die Wahrscheinlichkeit des Umwelteintrags erhöht. Der Klärschlammpfad gilt als bedeutend, da die Ag-NM ausgewaschen werden und in der Kläranlage an Klärschlamm (KS) sorbieren. Dieser wird aufgrund hoher Nährstoffgehalte in vielen Bundesländern als Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt. Der KS durchläuft, bevor er in diese terrestrischen Ökosysteme gelangt, verschiedene Aufbereitungsschritte zur Stabilisierung oder Hygienisierung. Erste Versuche deuten darauf hin, dass die Bioverfügbarkeit durch die Aufbereitung durch Faulung reduziert wird.
Ziel dieser Promotion ist es, den Einfluss verschiedener Klärschlammaufbereitung auf die Bioverfügbarkeit von nanopartikulärem Silber zu untersuchen. Dabei sollen Veränderung der Bodenmikroflora durch die Wirkung von Ag-NM über funktionelle und molekularbiologische Methoden erfasst werden. Die Aussagen sollen auf weitere Nanomaterialien übertragen werden.
In einem dreigliedrigen Ansatz wurde bislang in zwei Versuchen mit Laborkläranlagen Klärschlamm über den Zulauf kontinuierlich mit Ag-NM versetzt und anschließend mit vier praxisrelevanten Verfahren (aerobe Behandlung, Hygienisierung durch Kalkung und Pasteurisierung, Klärschlammfaulung) aufbereitet, bevor die KS in Boden eingebracht wurden. In Langzeitversuchen wurden über 140 Tage verschiedene Stoffumsätze mit unterschiedlichen funktionellen Methoden untersucht. Darüber hinaus wurde in zwei Batchversuchen und einer Kläranlagensimulation der Einfluss des Sulfatgehaltes auf die Sulfidisierung von Ag-NM betrachtet. Untersucht wurden die Böden auf Beeinträchtigungen der Nitrifikationsleistung.
Bei Einlaufkonzentrationen bis zu 1 mg/L zeigten sich keine Effekte auf die Abbaufunktionen in den Kläranlagen. Abgesehen vom Stickstoffumsatz der potentiellen Ammoniumoxidation wiesen die Testsysteme in den Langzeitversuchen keine signifikanten Effekte auf. Die ansteigenden Werte der potentiellen Ammoniumoxidation mit Hemmungen von über 70 % an Tag 140 zeigten, dass die Bioverfügbarkeit der Silbernanomaterialien zunahm. Besonders in den gefaulten Varianten wurden im Vorfeld keine Effekte erwartet, da von einer Sulfidisierung der Ag-NM unter anaeroben Bedingungen ausgegangen wurde. Eine zu geringe verfügbare Schwefelmenge über das synthetische Abwasser wurde als Ursache in Betracht gezogen. Um diese Hypothese zu prüfen wurden zwei Batchversuche mit unterschiedlichen Sulfatzugaben durchgeführt. Sowohl in der aeroben als auch in der gefaulten Behandlung zeigten sich die Nitrifikanten fast vollständig gehemmt. Um einen Einfluss des weniger realitätsnahen Testsystems auszuschließen wurde der Versuch über eine Kläranlagensimulation wiederholt. Bei TEM-EDX-Untersuchungen zeigten sich die Ag-NM im Klärschlamm unabhängig von Sulfatzugabe und Aufbereitungsvariante sulfidisiert, dennoch waren die Nitrifikanten in dem Langzeitversuch bis zu 90 % gegenüber der Kontrolle gehemmt, was dafür spricht, dass die Ag-NM trotz Sulfidisierung bioverfügbar werden oder bleiben. Dies könnte in der schlechten Kristallinität der Ag2S-NM begründet sein. Um den Fragen nachzugehen, ob die hohen Ag-NM-Konzentrationen in der Laborkläranlage eine schlechte Kristallinität bedingen sowie ob auch hochkristallines Ag2S und gut lösliches AgNo3 Effekte hervorrufen sollen zwei abschließende Versuche durchgeführt werden.