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Verhalten von Silbernanopartikeln im Abwasser

 

Silbernanopartikel, die in diversen kommerziell erhältlichen Produkten genutzt werden, können mit dem Gebrauch dieser Produkte ins Abwasser und damit in Kläranlagen gelangen. Ralf Kaegi und sein Team untersuchten den Verbleib und wichtige Umwandlungsprozesse von Silbernanopartikeln in Abwasserkläranlagen.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Silbernanopartikel werden aufgrund ihrer antimikrobiellen Wirkung immer häufiger in Konsumprodukten wie Textilien und Kosmetika aber auch für medizinische Anwendungen genutzt. Beim Gebrauch dieser Produkte werden Silbernanopartikel freigesetzt und gelangen so unter anderem in Abwassersysteme und damit in die Kläranlagen. Je nachdem, wie sich die Partikel in der Kläranlage verhalten, können sie entweder die Kläranlage passieren und so in Oberflächengewässer gelangen oder sie reichern sich im Klärschlamm an. Mit seinem Forschungsteam untersuchte Ralf Kaegi das Verhalten und Umwandlungsprozesse von Silbernanopartikeln in Abwasserkanalisationen und -kläranlagen sowie in urbanen Oberflächengewässern. Die antimikrobielle Wirkung des Silbers könnte wichtige biologische Prozesse von Kläranlagen beeinträchtigen. Es ist jedoch bekannt, dass Silbernanopartikel diese toxische Wirkung verlieren, sobald sie eine Verbindung mit Sulfiden eingehen. Deshalb untersuchte die Forschungsgruppe, ob sich Silbernanopartikel mit Sulfiden verbinden, die natürlicherweise im Abwasser vorkommen. Da Abwässer häufig mit Ozon behandelt werden, um verbleibende Schadstoffe zu eliminieren, wurde ausserdem geprüft, ob diese Ozonung die Sulfidierung von Silbernanopartikeln beeinflusst.

Resultate

Silbernanopartikel wurden einer Kanalisationsleitung zugegeben. Dann wurden an verschiedenen Sammelpunkten entlang der 5 km langen Kanalisation Wasserproben entnommen und auf den Gehalt von Silbernanopartikeln analysiert. Die Experimente zeigten, dass Silbernanopartikel welche via Abwasser in die Kanalisation gelangen, sehr effizient zur Kläranlage transportiert werden und nur ein unwesentlich kleiner Teil der Partikel an den Wänden der Kanalisationsrohre hängen bleibt. Im Abwasser verbinden sich die Silbernanopartikel sehr schnell mit anderen Partikeln und enden zu 95% im Klärschlamm, der in der Schweiz verbrannt wird. Mit Röntgenabsorptionsspektrometrie konnte die Gruppe nachweisen, dass sich die Silbernanopartikel sowohl auf dem Weg durch die Kanalisation und die Kläranlage als auch in Oberflächengewässern sehr schnell mit Sulfiden verbinden. Wird Abwasser mit Ozon behandelt, oxidiert Silbersulfid und es werden Silberionen freigesetzt. Diese Silberionen fallen allerdings rasch als Silberchloride aus, was die Konzentration freier Silberionen im behandelten Abwasser wiederum reduziert. Zusammengefasst zeigt das Projekt verschiedene Mechanismen auf, mit denen Silbernanopartikel sehr effizient aus dem Abwasser eliminiert werden oder als Verbindungen enden, die eine stark reduzierte Toxizität haben. Erst in Experimenten, in denen unrealistisch hohe Konzentrationen von Silbernanopartikeln verwendet wurden, wurde ein toxischer Effekt des mit Ozon behandelten Abwassers beobachtet. Weitere Experimente mit verschiedenen Arten von Nanopartikeln und von Nanopartikeln unterschiedlicher Grössen und Beschichtungen lassen darauf schliessen, dass Kläranlagen eine sehr effiziente Barriere für verschiedene Arten von (metallischen) Nanomaterialien darstellen.

Bedeutung

Das Projekt schafft ein verbessertes Verständnis der physikalischen und chemischen Prozesse, welche das Verhalten und den Verbleib von Silbernanopartikeln in Kläranlagen bestimmen und liefert damit eine wichtige Basis für die Entwicklung und Regulierung von Kläranlagen, z.B bezüglich der Verwendung von Klärschlamm als Düngemittel oder der Ozonbehandlung von Abwässern.

Originaltitel

Behavior of silver nanoparticles in a wastewater treatment plant

Projektleitung

  • Dr. Ralf Kägi

Weitere Gesuchstellende

  • Prof. Eberhard Morgenroth
  • Dr. Andreas Voegelin

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Dr. Ralf Kägi Eawag Überlandstrasse 133
Postfach 611
8600 Dübendorf +41 44 823 50 45 ralf.kaegi@eawag.ch