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Dokumentenidentifikation DE102004020836B3 29.12.2005
Titel Verfahren zur Beseitigung von Schwermetallen aus wässrigen Medien durch kompatible Mucor hiemalis Pilzstämme
Anmelder GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, 80807 München, DE
Erfinder Fritscher, Johannes, 80804 München, DE;
Hoque, Enamul, 81247 München, DE;
Stöckl, Michael, 81737 München, DE
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Anmeldedatum 28.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004020836
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse C12N 1/00
IPC-Nebenklasse C12Q 1/02   C02F 3/34   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft die Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, E10 und E11 sowie deren Verwendung zur Entfernung von Schwermetallen in Grund- und Oberflächenwässern, Kläranlagen, Abwässern und Industrie- und Minenwässern. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Anreicherung von Schwermetallen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft die Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, E10 und E11 sowie deren Verwendung zum Abbau von Schwermetallen in Grund- und Oberflächenwässern, Kläranlagen, Abwässern und Industriewässern. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entfernung bzw. Anreicherung von Schwermetallen.

Die sorptiven Eigenschaften von Pilzen gegenüber Schwermetallen sind vielseitig bekannt. Bevor Pilze Metalle intra- oder extrazellulär aufnehmen, kann das Metall präzipitiert und komplexiert werden oder eine Bindung des Metalls an die Pilzzellwand erfolgen (VENKANTESWERLU et al. 1989). Durch die Bildung von H2S kann eine Komplexierung des metallsulfids in- und außerhalb der Zellwand erfolgen (GADD, G. M. 1993).

Beispielweise kam es in Saccharomyces cerevisiae unter Cu(II)-Belastung zur Ablagerung von Kupfersulfid auf der Zellwand (LIN et al. 1993). In Aureobasidium pullulans wurde Pb(II) durch extrazelluläre polymere Substanzen gebunden (SUH et al. 1998) und Verticillium psalliotae bildete in Cu(II)-haltiger Oberflächenkultur unlösliche Kupferoxalate (MURPHY et al. 1983).

Die Zellwand der Pilze besteht aus diversen Strukturelementen wie Chitin, Chitosan und Glukan. Diese Substanzen besitzen funktionelle Gruppen wie Amino-, Carboxyl-, Hydroxyl-, Phosphat- und Sulfhydryl-Gruppen, die Schwermetalle in einer Metabolismus-unabhängigen Reaktion, die als Biosorption bezeichnet wird, binden können (VOLESKY 1990). Die Zellwand kann eine Schutzfunktion ausüben, da sie auch als Barriere fungieren kann und die Aufnahme von toxischen Metallen kontrolliert (ONO et al. 1988). Die Adsorption erfolgt schnell und ist überwiegend Temperatur unabhängig (MURPHY et al. 1983) Außerdem ist der Prozess vom pH-Wert abhängig. Die Biosorption nimmt oft mit sinkendem pH-Wert ab, da die Protonen mit den Metallen um die Bindungsstellen konkurrieren. Die Zn(II)-Sorption von Rhizopus arrhizus ist bei einem pH-Wert von 7 maximal und nimmt um ca. 70% bis zu einem pH-Wert von 4 stark ab (5). Die Sorption ist zudem reversibel; so desorbieren z.B. Salpetersäure oder Calciumchlorid die adsorbierten Schwermetalle von Aspergillus niger (JAECKEL 2002).

Die Abkürzung mM steht im Folgenden für die Einheit mmol/l.

Der Einsatz von Pilzen in der Abwässerreinigung wurde bereits mittels A. niger nachgewiesen, wobei 75% des Zn(II) aus 150 mM Zn(II) kontaminierten Wässern entfernt wurde (AKHTAR et al. 1995). Nach 90-stündiger Kultivierung von Verticillium marquandii in einem Strohextrakt-Medium, welche metallhaltige Schlacke [0,07 mM Pb(II) und 15,3 mM Zn(II)] enthielt, waren lediglich 0,05 % des Pb(II) und 80% des Zn(II) von dem Myzel aufgenommen.

Die sorptiven Prozesse von Cr(III) an Pilzwänden mit unterschiedlichen Nährstoffzugaben; wurde an Mucor hiemalis getestet (4), wobei der Pilzzellwandaufbau sich jeweils veränderte und damit auch die sorptiven Eigenschaften.

Siehe auch die deutsche Patentschrift DE 101 25 365 C2 (Patenterteilungstag 5.6.2003). Darin ist offenbart, dass der aus H2S-Quellwässern isolierte Pilz Mucor hiemalis f. irnsingii, Stamm EH5 (DSM 14200) toxische Schadstoffe abbauen kann, z.B. Schwermetalle, Klärabfälle, ölhaltige Kontaminationen. In der gesamten Anmeldung findet sich jedoch kein Hinweis auf die speziell abbaubaren Schwermetalle noch darauf, dass der Pilz diese Abbauleistung tatsächlich erbringen kann.

Einige Metall-Ionen reduzierende Bakterien, wie Shewanella oneidensis Stämmen können z.B. eine Reihe von Schwermetallen wie Chrom und Uran in unlösliche Metalloxide verwandeln (HEIDELBERG 2002).

Desulfosporosinus spp. wurde aus Uran-verseuchten Böden isoliert und deren Remediationsmechanismen gegenüber Uran zum weniger giftigen Uranit aufgeklärt (RUGH et al. 1998). In der Rangfolge der Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste steht noch ein wichtiges Schwermetall, Titan an neunter Stelle. Es kommt aber nie in elementarem Zustand in der Natur vor. Als Oxid ist das Metall beispielsweise in den Mineralien Ilmenit FeTiO3, Anatas sowie im Titanit (CaTi[SiO4]O) enthalten.

Die Metalle Silber, Uran und Titan oder ihre Verbindungen, werden in der Allgemeinen Abfallverwaltungsvorschrift über Anforderungen zum Schutz des Grundwassers bei der Lagerung oder Ablagerung von Abfällen in die Stofffamilie mit "schädigende Wirkung" auf das Grundwasser eingeordnet.

Nachteilig für die bisherigen adsorptiven Prozesse war, dass diese meist nur 1 Schwermetall entfernen können. Ein weiterer Nachteil der existierenden biologischen Verfahren besteht darin, dass die Entfernungs-/Adsorptionskapazität der eingesetzten Biosysteme relativ gering ist.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Beseitigung/Anreicherung von Schwermetallgemischen, insbesondere von Gemischen von Al, Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, Ti, U, Au und/oder Ag bereitzustellen.

Es ist weiterhin die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kombination von Mikroorganismen mit einer verbesserten Akkumulation/Adsorption von Schwermetallen bereitzustellen.

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Beseitigung bzw. Anreicherung von Schwermetallen (Al, Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, Ti, U, Au, Ag) aus wässrigen Lösungen, mittels der drei physiologisch kompatiblen Mucor hiemalis Pilzstämme EH8, EH10 und EH11. Mucor hiemalis Stamm EH8 wurde bei der DSMZ am 29.03.2004 mit der Hinterlegungsnummer DSM 16290 hinterlegt. Am gleichen Tag erfolgte die Hinterlegung von Mucor hiemalis Stamm EH10 und Mucor hiemalis EH11 bei der DSMZ mit der Hinterlegungsnummer DSM 16291 bzw. Hinterlegungsnummer DSM 16292. Erfindungsgemäß ist es auch denkbar, weitere Pilzstämme der Art Mucor einzusetzen, die aus sulfidischen Quellen isoliert wurden und die vergleichbare Akkumulations/Adsorptionsmuster von Schwermetallen aufweisen. Da die 18S rRNA Gensequenz von M. hiemalis mit der der Pilze Rhizomucor variabilis, Mucor racemosus, Mucor amphibiorum, Mucor indicus, Mucor mucedo, Mucor circinelloides und Mucor racemosus sehr ähnlich ist, können zudem diese Pilze bzw. deren Stämme für das vorliegende Verfahren geeignet sein.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch die Kombination der drei erfindungsgemäßen Pilzstämme die Abbauleistungen jedes einzelnen Pilzes erhalten bleiben und oft sogar verbessert werden. Damit ergab sich überraschenderweise, dass sich die Aktivitäten der einzelnen Pilzstämme nicht nur addieren, sondern synergistisch zusammen wirken.

Zudem konnte nachgewiesen werden, dass durch die Kombination der Pilzstämme eine größere Zahl von Schwermetallen beseitigt oder angereichert werden konnte als mit den einzelnen Pilzstämmen getrennt voneinander.

Die Verfahren sehen auch vor, selektiv einzelne Schwermetalle aus dem wässrigen Medium zu beseitigen oder anzureichern. Die Abbauleistungen finden in einem breiten Temperaturspektrum statt und können auch bei niedrigen Temperaturen erfolgen.

Die Erfindung stellt unterschiedliche Varianten zur Beseitigung bzw. Anreicherung von insgesamt 12 Schwermetallen aus wässrigen Lösungen mittels drei physiologisch kompatiblen Mucor hiemalis Pilzstämmen (EH8, EH10, EH11). Die Verfahren werden 1. mit angekeimten Pilzsporen, 2. mit extrahierten Sporenwänden oder 3. mit Pilzbiofilmen an Trägermedien durchgeführt. Durch die Kombination der drei Pilzstämme kann die Abbauleistung jedes einzelnen Pilzes erhalten und für manche Schwermetalle sogar verbessert werden. Die Erfassungsbreite der Schwermetalle nimmt durch Kombination der Pilzsporen zu (Ag, Au, Ti). Die Abbauleistungen finden in einem breiten Temperaturspektrum statt und können auch bei niedrigen Temperaturen erfolgen.

Bei einem gemeinsamen Einsatz der Pilze zeigt sich, dass die Sorptionsleistungen der einzelnen Pilzstämme erhalten bleiben und der Abbau diverser Schwermetalle simultan erfolgt. Eine Voraussetzung für die Kombination der Pilzstämme ist deren physiologische Kompatibilität auf Assoziation. Diese Kompatibilität kann durch einfache Maßnahmen festgestellt werden, beispielsweise dadurch, dass alle drei Pilze auf festem Malzextrakt-Agar (2/1, w/w)-Medium keine Trennlinien (demarcation line) bilden und keine starken Reaktionen (Flüssigkeitströpfchenbildung) auf der Myzeloberfläche zeigen (siehe 1) (HOQUE2003).

Diese Verfahren können simultan Schwermetalle (Al, Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, Ti, U, Au, Ag) beseitigen und/oder anreichern (Ausschnitt: 2).

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ab 0,3°C bis 55°C durchgeführt werden. Dies mag zunächst erstaunen, da die meisten Pilze nicht bei so niedrigen Temperaturen wachsen und sporulieren, doch da diese Pilze als Grundwasserpilze in Sulfid-Schwefelquellen vorkommen, fand diese Anpassung über einen längeren Zeitraum statt. Zugleich sind die Sporenzellwände unabhängig vom biologischen System einsetzbar.

Die meisten Verfahren mit Pilzmaterial können nur bei höheren Temperaturen aus physiologischen Gründen eingesetzt werden und sind deshalb für Grundwasserschadstoffbeseitigung ungeeignet.

Die vorliegenden Verfahren können beispielsweise auch bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Weiterhin ist es möglich, Anwendungen bei Grundwassertemperaturen effektiv durchzuführen und damit Schwermetalle aus tieferen kälteren Sedimentschichten zu sorbieren (3).

Die Adsorptionsfähigkeit der 3 Verfahren ist im neutralen pH-Bereich am effektivsten. Ändert sich das Säure-Basen-Gleichgewicht hin in Richtung sauren oder alkalischen Bereich, reduziert sich die Adsorptionsleistung kaum. Bei pH-Werten um 4 kann jedoch die Adsorptionsleistung bis zu maximal 10% schlechter werden, da in Abhängigkeit vom Säuregehalt im Medium die Schwermetalle bzw. das biologische Material stärker oxidiert bzw. funktionelle Gruppen mit Protonen maskiert werden (4).

Die geeignete Sporenmenge für die Beseitigung und/oder Anreicherung der genannten Schwermetalle in Abhängigkeit vom Wasservolumen kann rechnerisch bestimmt werden (5).

Jeder Pilzstamm weist ein unterschiedliches Adsorptionsspektrum auf. Dadurch ermöglicht diese Variation des Verfahrens die gezielte Anreicherung von Schwermetallen (Tab. 1; 6).

Die Verfahren zeigen geringe Unterschiede in den Wirkungsspektren gegenüber den einzelnen Schwermetallen. Je nach Problemstellung (ex-situ/in-situ) können diese einzelnen Verfahren effektiv eingesetzt werden (Tab. 2-3).

Die Beseitigungsleistungen des bekannten Pilzes Mucor hiemalis f. hiemalis zeigen nur vereinzelt Reaktionen auf Schwermetalle. Vor allem können Chrom und Blei an den Zellwänden adsorbiert werden und in geringen Mengen Cadmium und Zink (Tab. 3). Die in den Verfahren verwendeten Pilzstämme aus Sulfid-Schwefelquellen zeigen gegenüber diesem terrestrischen Pilzstämmen eine deutlich verbesserte Beseitigungsleistung und verfügen über die Eigenschaft zusätzliche Schwermetalle zu binden. In der Kombination der Pilzstämme (Pilzmix) kann diese Entfernungsleistung sogar von 8 Schwermetallen um 3 Schwermetalle (Ti, Ag, Au) erweitert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, über mehrere sich wiederholende Verfahrensschritte die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung zu unterschreiten bzw. einzuhalten. So kann ein mit 1000 mg/L Schwermetallen belastetes Wasser im ersten Schritt auf ca. 100 &mgr;g Schwermetall/L innerhalb von 48 h gereinigt werden. Wird dieser Schritt erneut im 2. Schritt angewandt, so können die Trinkwassergrenzwerte erreicht und oft sogar unterschritten werden (Tab. 4).

Da adsorptive Prozesse meistens an lebendiger Biomasse Anwendung finden, besteht der Vorteil dieser Verfahren darin, dass die Abbauleistung bei extrahierten Pilzzellwänden ohne die üblichen Probleme der Funktionsänderungen bei Zellwachstum oder Ausbreitung der Sporen im Wasserkörper oder Fremdbesiedlung oder eventuelle endogene Toxinbelastung, durchgeführt werden können.

Die Präparation der unlöslichen Pilzzellwände für den Einsatz der Schwermetallbeseitigung bzw. Anreicherung findet z.B. in 6 Schritten statt: Zuerst werden die Sporen in einer Bligh-Dyer-Lösung (Dichlormethan:Methanol:Wasser = 1:2:0,8; Bligh & Dyer 1959) (4 h) eingeweicht (2) (Schritt 1), anschließend werden die Lipid-Proteine mit einer Methanol-Dichlormethan-Lösung (3:1) wegwaschen (Schritt 2). Danach folgt die Befreiung von weiteren Proteinen mit einer 1% SDS-Lösung (12 h) (Schritt 3) und 1 M NaCl (12 h) (Schritt 4). Dann werden die hydrophilen Komponenten mit Wasser entfernt (12 h) (Schritt 5) und mit Aceton das Haftwasser wieder entfernt (Schritt 6) (10). Die so präparierten Zellwände werden in der Luft oder in einem Exsikator getrocknet.

Eine kostengünstigere Alternative zu diesem Extraktionsverfahren wäre, dass Myzel in der Luft zu trocknen bis es braun wird und dann die Schritte 3–6 durchzuführen, wobei der dritte Schritt mit heißer 1% SDS Lösung (50–60°C) durchgeführt werden kann.

Die Vorteile dieses Zellwandverfahrens für die Beseitigung von Schwermetallen sind: 1. weitgehende Unabhängigkeit von Temperaturen für den Einsatz in wässrigen Lösungen; 2. für die gleiche Beseitigungsleistung wird weniger Material (Sporen, Zellwand) benötigt (2); 3. von extrahierten Sporenwänden können biologische Risiken minimiert bzw. ausgeschlossen werden.

Die Beseitigung von Schwermetallen folgt jeweils einer ähnlichen Kinetik und kann in 2 Phasen unterteilt werden. Die Phase 1 dauert weniger als 10 Stunden, dabei kann oft mehr als die Hälfte der Schwermetalle beseitigt werden, wobei der Kurvenverlauf exponentiell ist. Die Phase 2 kann durch eine stetige aber langsame Abbaukinetik der Schwermetallbelastung beschrieben werden. Insgesamt wurde jeweils über einen Zeitraum von 48 Stunden gemessen (7-12). Dabei werden (a) die Einzelstämme mit dem Pilzmix (1:1:1/w:w:w), (b) die effektivsten Pilzstämme pro Schwermetall mit dem Pilzmix, und (c) die drei Verfahrenstechniken (1. aktivierte Sporen, 2. extrahierte Sporenwände, 3. Pilzbiofilm auf Trägermaterial) mit dem bekannten Pilz Mucor hiemalis f. hiemalis verglichen. Als Kontrolle dient Münchner Leitungswasser. Der Vergleich der Wirkungsweisen von Verfahren 2 und 3 zeigt deutlich, dass Sporenzellwände gegenüber Pilzbiofilmen auf Trägermaterial (Blähton) effektiver Schwermetalle entfernen (12).

Als Trägermaterial für das lebende Pilzmyzel wird für dieses Verfahren Blähton, in gebrochener Form in Korngrößen zwischen 4–8 mm verwendet. Der Blähton wird 6 h lang in dem Flüssignährmedium vorgesättigt. Als Nährmedium wird PBS pH 7,4 eingesetzt. Anschließend werden die Sporen der 3 Stämme in das Flüssigmedium zugegeben und 1 Woche bei 25 °C auf dem Schüttler bewegt (13a, b).

Für die Anwendung dieser Verfahren 1 (aktivierte Sporen) und 3 (Pilzbiofilm auf Trägermaterial) können Filtergewebe z.B. Nylon mit einer Maschenweiter ≤ 5 &mgr;m verwendet werden. Dabei können die Sporen die Gewebewand nicht durchpassieren, das schwermetallbelastete Wasser kann jedoch ungehindert durch das Gewebe dringen. Dadurch werden die Abbauleistungen nur geringfügig (≤5%) vermindert (14a, b, c).

Die Pilzzellwände des Verfahrens 2 können auf eine dünne, wasserpermeable Matrix aufgebracht werden, damit kann in-situ, je nach Wasserkörper ein geeignetes großes Filtersystem verwendet werden.

Die drei Pilzstämme vertragen im Gegensatz zu anderen Schwermetall-adsorbierenden Pilzarten H2S. Schwefelhaltige Kontaminationen treten des öfter in Kläranlagen auf. Die für den Abbau von Schadstoffen eingesetzten Mikroorganismen sind oft nur bedingt tolerant gegenüber H2S, dadurch kann die eigentliche Abbauleistung deutlich vermindert werden. Hingegen können die Stämme EH8, EH10, EH11 sowohl unter aeroben, reduzierenden als auch Sulfid-/H2S-haltigen Wässern adsorptiv Metalle binden (FRITSCHER et. al. 2003).

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den unterschiedlichsten Wässern in Bezug auf deren Nährstoff- bzw. Salzgehalt sowie Leitfähigkeit durchgeführt werden, ohne Beeinträchtigung der Entfernungseigenschaften. Die Abbauleistungen wurden in destilliertem Wasser, Münchner Leitungswasser, Klärabwässern und Schwefelwasserstoffhaltigen Wässern, ohne ersichtliche Leistungsminderung überprüft.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur für das Auffinden von Schwermetallen, sondern auch von Edelmetallen, wie z.B. Silber, Gold, Titanium im Monitoring eingesetzt werden. Das heißt, die Pilzstämme nach Verfahren 1–3 können für eine Kartierung nach Schwer-/Edelmetallen in einem Gebiet, jeweils in die Bach- oder Flussläufe (z.B. auf Folien oder in Filtern) eingebracht werden und nach einiger Zeit (z.B. nach 3 Tagen) wieder herausgenommen und nach anhaftenden Schwer-/Edelmetallen hin analysiert werden.

Darüber hinaus kann dieses Verfahren für die Entgiftung von Wässern aus Mülldeponien und Industrieabfällen/-abwässern eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die folgenden Aspekte und Ausführungsformen gerichtet:

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung die Pilzstämme Mucor hiemalis Stamm EH8 (DSM 16290), EH10 (DSM 16291) und EH11 (DSM 16292). Der Begriff „Pilzstamm", wie hier verwendet, umfasst auch alle Bestandteile des Pilzes, wie sie in der Natur auftreten oder durch geeignete Verfahren erzeugt werden, d.h. Sporen, insbesondere aktivierte bzw. angekeimte Sporen, Mycel, Pilzzellen, isolierte Pilzzellwände, Pilzbiofilme etc.

Die Gewinnung der Sporen aus Medien-Platten erfolgt beispielsweise zuerst durch Abheben des Myzels vom Nährmedium und anschließendem Zerkleinern in 1 cm große Stücke. Durch eine 5 min. Ultraschallbehandlung in einem Wasserbecken werden die Sporen aus dem Myzel herausgeschüttelt und anschließend die breiige Biomasse durch ein Sieb (0,5 mm Maschenweite) durchpüriert, um die Sporen von dem restlichen Myzel und den Medienresten zu trennen. Die Sporen werden in destilliertem Wasser oder PBS (pH 7,4 [PBS=phosphat buffered saline]) mehrmals suspendiert und abzentrifugiert (4000 xg), und somit gewaschen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden beispielsweise aktivierte Sporen verwendet. Die Aktivierung wird durch 12 Stunden lange Ankeimung bei 30 °C im Wärmeschrank z.B. in einer Nährlösung (PBS, pH 7,4, PBS= phosphate buffered saline; C-, N-limitierte Medien oder C-, N-reiche Medien, cf. KIRK et al. 1978) erreicht.

Der Vorteil der Verwendung isolierter Pilzzellwände (totes, unlösliches Material) besteht darin, dass die Abbauleistung ohne die üblichen Probleme der Funktionsänderungen bei Zellwachstum oder Ausbreitung der Sporen im Wasserkörper oder Fremdbesiedlung oder eventuelle endogene Toxinbelastung durchgeführt werden können. Die Präparation der Pilzzellwände für den Einsatz der Schwermetallbeseitigung bzw. Anreicherung findet z.B. durch nachfolgendes Verfahren in 6 Schritten statt: Zuerst werden die Sporen in einer Bligh-Dyer-Lösung (Dichlormethan:Methanol:Wasser = 1:2:0,8; Bligh & Dyer 1959) (4 h) eingeweicht (2) (Schritt 1), anschließend werden die Lipid-Proteine mit einer Methanol-Dichlormethan-Lösung (3:1) wegwaschen (Schritt 2) Danach folgt die Befreiung von weiteren Proteinen mit einer 1% SDS-Lösung (12 h) (Schritt 3) und 1 M NaCl (12 h) (Schritt 4). Dann werden die hydrophilen Komponenten mit Wasser entfernt (12 h) (Schritt 5) und mit Aceton das Haftwasser wieder entfernt (Schritt 6) (10). Die so präparierten Zellwände werden in der Luft oder in einem Exsikator getrocknet.

Eine kostengünstigere Alternative zu diesem Extraktionsverfahren wäre, das Myzel in der Luft zu trocknen bis es braun wird und dann die Schritte 3–6 durchzuführen, wobei der dritte Schritt mit heißer 1% SDS Lösung (50–60°C) durchgeführt werden kann.

Die Vorteile dieses Zellwandverfahrens für die Beseitigung von Schwermetallen sind: 1. weitgehende Unabhängigkeit von Temperaturen für den Einsatz in wässrigen Lösungen; 2. für die gleiche Beseitigungsleistung wird weniger Material (Sporen, Zellwand) benötigt; 3. von extrahierten Pilzzellwänden können biologische Risiken minimiert bzw. ausgeschlossen werden. Die Zellwände können auch aus Pilzzellen außer Sporen ohne/mit Aktivierung gewonnen werden.

Zur Gewinnung der Pilzbiofilme werden die Sporen im C-, N-reichen Nährmedium (cf. KIRK et al. 1978) 3 Tage lang auf Blähton wachsen gelassen. Die Qualitätskontrolle des Biofilms auf Blähton nach 3 Tagen erfolgte mittels Stereomikroskop.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden/Beseitigen von Schwermetallen in/aus wässrigen Medien, das die Schritte umfasst,

  • a) mindestens einen der Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 oder EH11 und/oder dessen Bestandteile mit einem schwermetallhaltigen flüssigen Medium für eine Zeitspanne in Kontakt zu bringen, die ausreicht, zumindest einen Teil der Schwermetalle aus dem flüssigen Medium durch Aufnahme durch den Pilz und/oder dessen Bestandteile zu entfernen, und
  • b) den mindestens einen Pilz und/oder dessen Bestandteile und das flüssige Medium voneinander zu trennen.

Bei dem zu behandelnden flüssigen Medium handelt es sich insbesondere um wässrige Lösungen/Waschlösungen/Sickerwasser aus Mülldeponien, Industrieabfällen/-abwässer, und kontaminierte Wässer aus Minen.

Erfindungsgemäß wird das wie oben definierte Verfahren in einem Temperaturbereich von 0,3–55 °C mit isolierten Pilzzellwänden und 0,3–50 °C mit lebendigem Pilzmyzel, Pilzzellen etc. durchgeführt. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Verfahren bei Raumtemperatur (15–25 °C, am meisten bevorzugt 21 °C) durchgeführt.

Wie bereits oben angesprochen ist es jedoch auch möglich, die Verfahren bei Grundwassertemperatur (5–12 °C) durchzuführen, wodurch sich ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Pilzes ergibt. Hierdurch kommt insbesondere eine Dekontaminierung von Grundwasser und anderen Arealen unter Freilandbedingungen und zudem unabhängig von der jeweiligen Klimazone und den Jahreszeiten in Betracht.

Erfindungsgemäß wird mindestens ein Schwermetall aus der Gruppe, die aus Al, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U und Ti besteht, aus dem flüssigen Medium entfernt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die drei Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und EH11 kombiniert eingesetzt. Hierdurch ergeben sich die oben erwähnten synergistischen Wirkungen, wodurch die Schwermetalle Al, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U und Ti simultan aus dem flüssigen Medium entfernt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch mit jeder denkbaren Untergruppe der genannten Schwermetalle erfolgreich durchführbar, und schließt nicht aus, dass andere, nicht getestete Schwermetalle, auch von wässrigem Milieu entfernt bzw. angereichert werden können.

Als Bestandteile der erfindungsgemäßen Pilzstämme werden insbesondere Sporen und/oder angekeimte/aktivierte Pilzsporen und/oder gekeimte Pilze und/oder extrahierte Pilzwände und/oder lebendiges Pilzhyphenzellen und/oder Pilzbiofilm des Pilzstammes Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und/oder EH11 eingesetzt.

Das oben aufgeführte Verfahren kann zusätzlich einen weiteren Schritt umfassen, wobei der (die) vom flüssigen Medium abgetrennte Pilz(e) und/oder dessen Bestandteile in einer geeigneten Vorrichtung verbrannt werden, worauf entweder Schwermetalle aus der Asche zurück gewonnen/recycled werden oder die Asche deponiert wird.

Wie bereits oben ausgeführt bzw. wie auch in den folgenden Beispielen dargelegt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem breiten pH-Spektrum durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann so in einem pH-Bereich von 3–11, vorzugsweise bei pH 4-9, aber noch mehr bevorzugt bei pH 6–8, am meisten bevorzugt bei pH 7 durchgeführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das flüssige Medium einer wiederholten Behandlung durch das erfindungsgemäße Verfahren unterzogen. Insbesondere findet diese Ausführungsform Anwendung, wenn das flüssige Medium Trinkwasser ist oder daraus Trinkwasser gewonnen werden soll und dann über mehrere sich wiederholende Behandlungen die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung (2003) bezüglich der Schwermetalle Al, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U und/oder Ti erfüllt oder unterschritten werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden der mindestens ein Pilz (Art oder Stamm) und/oder deren Bestandteile auf Trägermaterial aufgezogen.

Als Träger- oder Aufwuchsmaterial z.B. für Pilzmyzel wird Blähton verwendet (siehe auch die gleichzeitig mit dieser Anmeldung am 28.4.2004 eingereichte DE Patentanmeldung „Verfahren zur Beseitigung von Schwermetallen, insbesondere Quecksilber, aus wässrigen Medien durch den Pilz Mucor hiemalis Stamm EH8" von J. Fritscher, E. Hoque, M. Stöckl, Az 17002, auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird). Als Trägermaterial für das lebende Pilzmyzel eignet sich insbesondere Blähton, z.B. in gebrochener Form in Korngrößen zwischen 4-8 mm. Der Blähton z.B. wird 6 h in dem Flüssignährmedium vorgesättigt. Als Nährmedium kann PBS pH 7,4 eingesetzt werden. Anschließend werden die Sporen in das Flüssigmedium zugegeben und 1 Woche bei 25 °C auf dem Schüttler bewegt.

Für die Verwendung aktivierter Sporen und von Pilzbiofilmen können Filtergewebe, z.B. Nylon mit einer Maschenweite ≤3 &mgr;m, verwendet werden. Dabei können die Sporen die Gewebewand nicht durchpassieren, das schwermetallbelastete Wasser kann jedoch ungehindert durch das Gewebe dringen. Dadurch werden die Schwermetallbeseitigungsleistungen nur geringfügig (≤5%) vermindert.

Die (isolierten) Pilzzellwände können z.B. auf eine dünne, wasserpermeable Matrix (Trägermaterial) aufgebracht werden, um ein größenmäßig geeignetes Filtersystem je nach Wasserkörper für in situ Einsatz herzustellen bzw. verwenden zu können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in aeroben/anaeroben, reduzierenden, sulfidischen oder H2S-belasteten Wässern durchgeführt.

Die Pilzbestandteile sind insbesondere auch in Kombination miteinander einsetzbar. Dabei können

  • a) aktivierte Sporen
  • b) aktivierte Hyphenzellen
  • c) isolierte Pilzzellwände und
  • d) Pilzbiofilm auf geeignetem Trägermaterial,
von einander getrennt und/oder nacheinander und/oder gleichzeitig verwendet werden.

Die Gesamtdauer des Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,5–100 h, besonders bevorzugt 2–40 h. Hier wird insbesondere auf die Beispiele verwiesen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren, durch das Edelmetalle bzw. Schwermetallerze aufgefunden werden. Dabei kann der mindestens eine Pilz oder deren Kombination oder deren Bestandteil(e) gemäß obiger Definition, vorzugsweise auf einem Trägermaterial, in die zu untersuchenden Wasserläufe/Erzschicht eingebracht und nach einer geeigneten Zeitspanne wieder herausgenommen und nach anhaftenden Spuren von Edelmetallen oder Schwermetalle hin analysiert wird. Diese Zeitspanne beträgt 1–5, vorzugsweise 2–4, am meisten bevorzugt 3 Tage.

Sodann kann das erfindungsgemäße Verfahren auch gezielt zur Anreicherung von Metallen, z.B. Edelmetallen wie Gold, verwendet werden:

In jüngster Zeit hat die biologisch unterstützte Goldgewinnung erhebliche Bedeutung erhalten. Die biologische Laugung des Begleitminerals Arsenopyrit erlaubt die Nutzung ansonsten ökonomisch nicht ausbeutbarer Vorkommen bei erheblich verringerter Umweltbelastung durch Cyanide. Das Problem besteht herkömmlich darin, dass Gold nicht wirkungsvoll und umweltfreundlich getrennt bzw. angereichert werden kann. Im Gegensatz kann bei den hier angeführten Verfahren der Cyanid-Gold-Komplex aus der wässrigern Lösung entfernt werden. Zusätzlich kann gezielt das Gold an den Pilzzellwänden angereichert werden.

Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines oder mehrerer der Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und EH11 zum Auffinden/Entfernen von Schwermetallen in Grund- und Oberflächenwässern, Kläranlagen, Abwässern, Industrieund Minenwässern.

Ein letzter Aspekt der Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Auffinden/Entfernen von Schwermetallen in einem flüssigen Medium, die folgende Bestandteile umfasst:

  • a) einen Zulauf für mit Schwermetallen verunreinigtes flüssiges Medium;
  • b) einen Ablauf für gereinigtes flüssiges Medium; und
  • c) eine oder mehrere Filterschichten mit durch die Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und/oder EH11 oder deren Bestandteilen beschichteten Trägermaterialien, die aufeinander folgend zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordnet sind;

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist über die Schichten ein Filtersystem zum Vorfiltern des Wassers vorgeschaltet. Siehe z.B. 16.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen und Tabellen näher beschrieben.

Die Abbildungen und Tabellen zeigen:

1: Kompatibilitätstest je zwei Stämme zueinander sowie alle drei Stämme auf einer Nährmedienplatte. Es findet jeweils keine Gegenreaktion statt. Kompatibilitätstest: Je zwei Pilzstämme wachsen aufeinander zu. Die Tests geben Auskunft, ob diese Pilze gemeinsam in Verfahren angewendet werden können. Mucor hiemalis Stämme EH8, EH10, EH11 wachsen auf Malz-Extrakt-Agar Medium. Das Bild wurde nach der Berührung der Myzelfronten aufgenommen.

2: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Spore nach dem Verfahrenseinsatz gegenüber 4 Schwermetallen (Al, Cd, Pb, Cr). Die Elementzusammensetzung der Flocken wird mittels Röntgenemissionsspektroskopie überprüft. a: Röntgenemissionsspektrum zeigt 4 Schwermetalle (Al, Pb, Cd, Cr) auf der Sporenwandoberfläche; b: Rasterelektronenmikroskopisches (REM) Bild einer Spore mit Schwermetallen (Flocken), die als Schicht auf der Sporenoberfläche sich stabil anheften.

3: Temperaturabhängige Wachstumsanalysen des jeweiligen Stammes EH8, EH10, EH11 von Mucor hiemalis lassen eine breite Anwendung zu. Alle drei Stämme wachsen bei Grundwassertemperaturen (8–12°C) gut, da sie aus Schwefelquellen mit ähnlichen Temperaturen isoliert wurden. Wachstum der Myzele bei unterschiedlichen Temperaturen. Die aktivierten Sporen, pilzlichen Zellwände und Biofilme können auch oberhalb 30°C (bis 55°C) Schwermetalle sorbieren.

4: Stabilitätstest der Sporen im saueren und basischen pH-Bereich. Die Pilzsporen adsorbieren die Schwermetalle am besten bei einem pH-Wert um 7. Stabilitätstest von Sporen zur Biosorption von Schwermetallen an pilzlichen Zellwänden und des Pilzmyzels in einem pH-Bereich von 4–9.

5: Graphische Darstellung der einzusetzenden Sporenmenge (g) in Abhängigkeit von der zu reinigenden Wassermenge (L). Es zeigt sich eine lineare Abhängigkeit. Graphische Darstellung der geeigneten Zugabe von Sporenmaterial (Y in g) im Filter in Abhängigkeit vom reinigenden Wasservolumen (X), berechnet für je 1000 &mgr;g/L Schwermetall-Kontamination nach der Formel Y= – 0,1077110238 + 0,9802739316 X (r2 =1). Pilzsporenmix: Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11 (1:1:1/w:w:w)

6: Übersichtsdarstellung der Schwermetalladsorptionsleistungen von drei beteiligten Pilzstämmen einzeln und im Gemisch Pilzmix. 3 Übersicht der effektivsten Schwermetall-Sorptionsleistungen der 3 Pilzstämme und deren Kombination im Pilzmix (EH8, EH10, EH11; 1:1:1/w:w:w). Die Interaktionen (grüne Fläche) zwischen den Stämmen schafft die Voraussetzung zur weiteren Adsorption von Schwermetallen (Ag, Au, Ti).

7: Adsorptionskinetik der drei Pilzstämme bei einer Ausgangsbelastung von 1000 &mgr;g/L Schwermetall, mit Bezug zur TWV. Kinetik der Sorption von Schwermetallen (Al, Cd, Ni, Co, Cr, Cu) durch die einzelnen Mucor hiemalis Pilzstämme (Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11)und die Kombination (Pm = Pilzmix aus Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11) bei einer Ausgangsbelastung von je 1000 &mgr;g/L Schwermetall. Trinkwasserverordnungsgrenzwerte sind durch gestrichelte Linien dargestellt.

8: Adsorptionskinetik der leistungsfähigsten Pilzstämme im Vergleich zu dem Pilzmix (1:1:1/w:w:w). Sorptionskinetik von Blei und Zink durch die drei Pilzstämme (Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11) von Mucor hiemalis im Vergleich zum Pilzmix (Pm = Pilzmix aus Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11). Der Trinkwasserverordnungsgrenzwert von Blei ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

9: Kinetik der Sorption durch die drei Pilzstämme zur simultanen Beseitigung von Schwermetall-Mix bei einer Ausgangsbelastung von 1000 &mgr;g/L Schwermetall, mit Bezug zur 7WV. Sorptionskinetik der Schwermetalle durch die leistungsfähigsten Pilzstämme (Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11).

10: Kinetik der drei Verfahrenstechniken zur Beseitigung bzw. Anreicherung von den Schwermetallen Uran, Silber, Zink, Titanium und Gold bei einer Ausgangsbelastung von 1000 &mgr;g/L Schwermetall. Sorptionskinetik dreier Verfahrenstechniken zur Beseitigung von diversen Schwermetallen (Al, Cd, Cr, Co, Pb, Ni) innerhalb von 48 Stunden bei Zugabe von jeweils 1000 &mgr;g/L Schwermetall. Münchner Leitungswasser dient als Kontrolle (H2O). Mucor hiemalis f. hiemalis wurde mit dem Pilzsporen-Mix (Pm) aus den Stämmen Mh EH8, Mh EH10 und Mh EH11, den Pilzmix-Sporenzellwänden und dem Pilzmix als Biofilm auf Trägermaterial (Pm + Trägermat.) verglichen. Die Trinkwasserverord-nungsgrenzwerte sind durch gestrichelte Linien dargestellt.

11: Sorptionskinetik der drei Verfahrenstechniken zur Beseitigung von Schwer-metallen (U, Zn, Ag, Ti, Au) innerhalb von 48 h bei Zugabe von jeweils 1000 &mgr;g/L Schwermetall. Münchner Leitungswasser dient als Kontrolle (H2O). Mucor hiemalis f. hiemalis (Mhh) wird mit dem Pilzsporen-Mix (Pm=1:1:1/ w:w:w) aus den Stämmen Mh EH8, Mh EH10 und Mh EH11, den extrahierten Zellwänden vom Pilzmix (PmZw) und den Pilzbiofilmen auf Trägermaterial (Pm+Trägermat.) verglichen.

12: Kinetik der simultanen Schwermetalladsorption von 12 unterschiedlichen Schwermetallen zweier Verfahren, 1. Pilzbiofilme auf Trägermedium und 2. extrahierte Pilzzellwände. 1. Kinetik der simultanen Schwermetallsorption von Al, Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U und Ti mittels Biofilm des Pilzmixes (Stämme: Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11; 1:1:1/w:w:w) kultiviert auf Trägermaterial (Blähton). 2. Kinetik des simultanen Schwermetallabbaus von (Al, Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U, Ti) mittels Zellwänden des Pilzmixes (Stämme: Mh EH8, Mh EH10, Mh EH11).

13: Trägermaterial (13a) vor und (13b) nach der Besiedlung mit einem Pilzbiofilm aus drei unterschiedliche Pilzstämmen. a: Das Trägermaterial (Blähton angerauht ∅ 3-7 mm) dient zur Anzucht eines Pilzbiofilms zur Entfernung von Schwermetallen aus dem Wasser. b: Anzucht vom Pilzbiofilm auf Blähton nach 1 Woche im Flüssigmedium.

(vergrößerte Darstellung)

14: Beispiel eines geeigneten Filtergewebes für den Einsatz zur Beseitigung von Schwermetallen aus Wässern. Beispiel vom Filtergewebe für den Einsatz von Sporen oder Myzelbiofilm auf Trägermaterial. Bild a: Stereomikroskopische Aufnahme eines geeigneten Filtergewebes mit 3 &mgr;m Maschenweite z.B. Typ PA-3 Nyloblot; Material: Nylon. Bild b: Detailaufnahme des Filtergewebes, wobei das belastete Wasser ungehindert das Gewebe durchpassieren kann. Bild c: Die aktivierten Pilzsporen > 3 &mgr;m (eingekreist) bleiben im Gewebefilter zurück

15: Beispiele für ex-situ Verfahrensanwendungen mit PVC-Behältern oder Tanks.

  • 1.a–c: Filtergewebe für den Einsatz des Verfahrens mit Pilzbiofilmen
  • 2.: Anlagen für den Einsatz des Verfahrens für 500 L
  • 3.: Transportable Gefäße für den Einsatz des Verfahrens für 40 L und 25 L Volumen

16: Beispiel eines Anlagenmodells für einen ex-situ Einsatz in unterschiedlichen Dimensionen, mittels Stockwerk-Reinigungsdurchlaufverfahren. Beispiel für ein biologisches Filtersystem (ex-situ) unter Verwendung von Pilzbiofilmen oder aktivierten Sporen oder Pilzzellwänden zur Beseitigung von Schwermetallen aus dem Wasser.

Tab. 1: Vergleich der Endkonzentrationen der drei Pilzstämme mit dem kombinierten Pilzmix (1:1:1/w:w:w). Durch die Kombination der Pilze zum Pilzmix kann die Beseitigungsleistung nochmals optimiert werden und die Anzahl der Schwermetalle, die beseitigt oder angereichert werden sollen, um weitere 4 Schwermetalle erweitert werden. Vergleich der Endkonzentrationen der Schwermetalle von den 3 Pilzstämmen mit der Kombination der kompatiblen Pilze (Pilzmix 1:1:1/w:w:w).

Tab. 2: Vergleich der Beseitigungsleistung des bekannten Pilzes Mucor hiemalis und den drei erfindungsgemäßen Verfahren. Vergleich der Schwermetall-Sorptionsleistungen (Endwerte, &mgr;g/L) vom Pilzmix (Sporen, Zellwände, Biofilme) mit dem bekannten Pilzstamm M. hiemalis f. hiemalis (DSM 2655) nach 48 h Inkubation. Es wurden drei verschiedene Verfahren zur Beseitigung von Schwermetallen getestet.

Tab. 3: Prozentualer Abbau der Schwermetalle bei einer Belastung von je 1000 &mgr;g/L Schwermetall. Prozentuale Werte der Beseitigung von Schwermetallen nach 48 h (vergl. Tab. 2).

Tab. 4: Vergleich der Beseitigungsleistungen der drei Verfahren mit unterschiedlichen Schwermetallkonzentrationen in Bezug zu den Grenzwerten der aktuellen Trinkwasserverordnung (TWV). Vergleich zwischen den Grenzwerten (&mgr;g/L) der deutschen Trinkwasserverordnung (Jahr 2003) und der Abbauleistung der Pilzsporenzellwände je nach Belastung von Schwermetallen.

Die Entfernung von Schwermetallen aus einem wässrigen Milieu wird anhand der Kombination von unterschiedlichen Pilzstämmen Mucor hiemalis EH8, EH10 und EH11 verdeutlicht.

Durch diese Verfahren können in den unterschiedlichsten Anlagendimensionen Schwermetalle aus wässrigen Lösungen beseitigt werden (1516). Vorraussetzung für eine effektive Reinigung des Wassers ist die Verweildauer von mindestens 10 h, um über 50 % der Schwermetalle zu entfernen. Dafür können unterschiedliche Behälter (Beispiele: 15-2, 15-3) oder Anlagen verwendet werden.

Beispiele für Filtergewebe zur Herstellung von Behältern für aktivierte Sporen oder Pilzbiofilme sind in 15-1 gegeben. Die Filtermaschenweite sollte ≤ 3 &mgr;m betragen, da sonst das biologisch aktive Material mit der wässrigen Lösung nach außen transportiert werden könnte.

Die erfindungsgemäßen Verfahren wurden bereits an Deponiesickerwässern getestet, es galten die gleichen Bedingungen wie in der Sorptionskinetik ermittelt wurden. Ebenso wurden die Verfahren an belastetem Trinkwasser (bis 100 &mgr;g/L Schwermetalle), destilliertem Wasser (deionisiert) und Abwässern (1000 – 10000 &mgr;g/L Schwermetalle) erfolgreich getestet.

Die zu beseitigenden Schwermetalle sollte im dem wässrigen Medium in ionischer gelöst Form vorliegen, andernfalls können diese in vorhergehenden Schritten (physikalischchemische und/oder biologischen Verfahren, z.B. mittels acedophilen Bakterien) in Lösung gebracht werden.

Ist die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bedingungen der Trinkwasserverordnung bezüglich der Schwermetallkonzentrationen zu erfüllen, können dieses Verfahren auch mehrmals hintereinander geschaltet mit jeweils neuem Pilzmaterial durchgeführt werden. Mittels Regressionsanalysen ist dann zu berechnen, welche Menge an Pilzsporen/zellwände wie oft verwendet werden müssen, um den gewünschten Erfolg zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für das Auffinden von Edelmetallen oder anderen Schwermetallen eingesetzt werden. Die Pilzstämme werden dabei nach Verfahren 1–3 oder als gepresste Pellets für eine Kartierung nach Edelmetallen in einem Gebiet jeweils in die Bach- oder Flussläufe (z.B. auf Folien oder in Filtern) eingebracht und nach einiger Zeit (z.B. nach 3 Tagen) wieder herausgenommen und nach anhaftenden Spuren von Edelmetallen/Schwermetallen analysiert.

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Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Auffinden/Beseitigen von Schwermetallen in/aus wässrigen Medien, das die Schritte umfasst,

    a) ein Gemisch der Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und EH11 oder deren isolierten Pilzzellwänden mit einem schwermetallhaltigen flüssigen Medium für eine Zeitspanne in Kontakt zu bringen, die ausreicht, zumindest einen Teil der Schwermetalle aus dem flüssigen Medium durch Aufnahme durch das Gemisch der Pilze oder deren isolierten Pilzzellwänden zu entfernen, und

    b) das Gemisch der Pilze oder deren isolierte Pilzzellwände und das flüssige Medium voneinander zu trennen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das in einem Temperaturbereich von 0,3–55 °C bei isolierten Pilzzellwänden und 0,3–50 °C bei Pilzmyzel durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, das bei einer Temperatur, vorzugsweise 21 °C, durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, das bei einer Temperatur von 5–12 °C durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–4, durch das mindestens ein Schwermetall aus der Gruppe, die aus Al, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U und Ti besteht, aus dem flüssigen Medium entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, wobei Sporen und/oder angekeimte/aktivierte Pilzsporen und/oder gekeimte Pilze und/oder lebendiges Pilzhyphenzellen und/oder Pilzbiofilme eines Gemisches der Pilzstämme Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und EH11 eingesetzt werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–6, wobei die vom flüssigen Medium abgetrennten Pilze verbrannt werden, worauf entweder Metalle aus der Asche zurück gewonnen/rezykliert werden oder die Asche deponiert wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–7, das in aeroben/anaeroben, reduzierenden, sulfidischen oder H2S-belasteten Wässern durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–8, wobei das Verfahren in einem pH-Bereich von 3–11, vorzugsweise bei pH 4–9, noch mehr bevorzugt bei pH 6–8, am meisten bevorzugt bei pH 7 durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–9, wobei das flüssige Medium einer wiederholten Behandlung unterzogen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das flüssige Medium Trinkwasser ist und über mehrere sich wiederholende Behandlungen die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung (2003) bezüglich der Schwermetalle Al, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Au, U und/oder Ti erfüllt oder unterschritten werden.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–11, bei dem die Pilze auf Trägermaterial aufgezogen werden.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–12 unter gleichzeitiger Verwendung von

    a) aktivierten Sporen

    b) aktivierten Hyphenzellen

    c) isolierten Sporenwänden und

    d) Pilzbiofilm auf geeignetem Trägermaterial.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–13, wobei die Gesamtdauer des Verfahrens 0,5–100 h, vorzugsweise 2–40 h beträgt.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–14, durch das Edelmetalle oder andere Schwermetalle aufgefunden werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Pilze; vorzugsweise auf einem Trägermaterial, in die zu untersuchenden Wasserläufe eingebracht und nach einer geeigneten Zeitspanne wieder herausgenommen und nach anhaftenden Spuren von Edelmetallen oder anderen Schwermetallen hin analysiert werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Zeitspanne 1–5, vorzugsweise 2–4, am meisten bevorzugt 3 Tage beträgt.
  18. Verwendung eines Gemisches der Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und EH11 oder deren isolierter Pilzzellwände zum Auffinden/Entfernen von Schwermetallen in Grund- und Oberflächenwässern, Kläranlagen, Abwässern, Industrie- und Minenwässern.
  19. Gemisch der Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8 (DSM 16290), EH10 (DSM 16291), EH11 (DSM 16292) oder deren

    a) aktivierte Sporen

    b) aktivierte Hyphenzellen

    c) isolierte Sporenwände oder

    d) Pilzbiofilm auf geeignetem Trägermaterial.
  20. Filtervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, die folgende Bestandteile umfasst:

    a) einen Zulauf für mit Schwermetallen verunreinigtes flüssiges Medium;

    b) einen Ablauf für gereinigtes flüssiges Medium; und

    c) eine oder mehrere Filterschichten mit durch ein Gemisch der Pilze Mucor hiemalis Stamm EH8, EH10 und EH11 oder deren isolierte Pilzzellwänden beschichteten Trägermaterialien, die aufeinander folgend zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordnet sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei vor/nach den Schichten ein Filtersystem zum Vor-/Nachfiltern des Wassers vor-/nachgeschaltet ist.
Es folgen 12 Blatt Zeichnungen






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