Zusammenfassung

Polymere werden in zahlreichen geotechnischen und geoökologischen Anwendungen eingesetzt, um Bentonit zu ersetzen oder dessen Leistung zu verbessern, z. B. in Stützflüssigkeiten, in tonbasierten Barrieren, als Schmiermittel und zur Steuerung von Festigkeitseigenschaften im maschinellen Tunnelbau.
Polymere unterliegen während ihrer Lebensdauer einem Abbau, der eine stetige Veränderung ihrer Eigenschaften und der Zusammensetzung des Polymers impliziert. In Böden kann der Abbau des Polymers durch mechanische und chemische Beanspruchungen oder biologische Aktivitäten verursacht werden, wodurch das Kurz- und Langzeitverhalten des Ton-Polymer-Verbundwerkstoffs beeinflusst wird. Ein biologischer Abbau von Polyacrylamid wurde sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen beobachtet. Das Wissen über die beteiligten Mikroorganismen (Bakterien und Pilze) ist bisher sehr gering. In der Literatur sind bislang nur putative Stoffwechselwege für den Abbau von Polyacrylamid dargestellt. Ferner sind einige der möglichen Abbauprodukte für den Menschen toxisch, z. B. Acrylamidmonomere. Ein umfassendes Verständnis des Polymerabbaus ist daher essentiell für den zuverlässigen Einsatz von Polymeren in Lösung und für die Modifikation von Bentonit.
Das DFG-Projekt erfolgt in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Bodenmechanik, Grundbau und Umweltgeotechnik (RUB, Prof. Dr. Wichtmann), welcher die bodenmechanischen Analysen durchführt. Der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik befasst sich mit der Untersuchung zum biologischen und chemischen Abbau von anionischen Polymeren in aktiven und nicht aktiven Böden, d.h. Bentonit und Sand. Synthetische Polymere (Polyacrylamid) und Biopolymere (Carboxymethylcellulose), die typischerweise für Stützanwendungen und modifizierte Tonbarrieren verwendet werden, werden untersucht.
Aufgrund des geringen Kenntnisstandes über die am Polymerabbau beteiligten Mikroorganismen, werden zunächst Anreichungskulturen von Polyacrylamid-abbauenden Bakterien hergestellt. Vielversprechende Kulturen werden isoliert und versucht über molekularbiologische Methoden zu klassifizieren. Ferner werden die mikrobiellen Hauptgruppen in den Bodenproben mittels 16S rDNA Amplikonanalyse identifiziert. Aufgrund dieser beiden Analysen sollen Assays für die quantitative real-time-PCR (qPCR) zur Quantifizierung der Polymer-abbauenden Bakterien angewendet bzw. neu entwickelt werden.
Die chemischen Produkte des Polymerabbaus werden mit Hilfe von Wasserdampf aus der wässrigen Phase abgetrennt und durch anschließende Titration analysiert. Die genauen Bedingungen der Wasserdampfdestillation werden in Vorversuchen definiert, so dass die Amine und der Ammoniak quantitativ isoliert werden, um die Bestimmungen mit einer möglichst hohen Präzision durchzuführen.