OECD 311 Anaerobe biologische Abbaubarkeit organischer Verbindungen in Faulschlamm: Messung der Gasproduktion

Der Standard „OECD 311 Anaerobe biologische Abbaubarkeit organischer Verbindungen in Faulschlamm: Durch Messung der Gasproduktion“, der im Rahmen der OECD-Leitsätze für verantwortungsvolles Geschäftsgebaren multinationaler Unternehmen (OECD-Leitsätze) veröffentlicht wurde, beschreibt eine Screening-Methode zur Bewertung der potenziellen anaeroben biologischen Abbaubarkeit organischer Chemikalien unter bestimmten Bedingungen.

Gewaschener Gärschlamm mit geringen Konzentrationen an anorganischem Kohlenstoff (bis zu 10 mg/l) wird etwa zehnfach auf eine Gesamtfeststoffkonzentration von 1 g/l bis 3 g/l verdünnt und mit 20 bis 100 mg C/l Prüfsubstanz in geschlossenen Behältern bei 35 °C ± 2 °C bis zu 60 Tage lang inkubiert. Die Aktivität des Schlamms wird durch parallele Blindproben gemessen. Zur Kontrolle des Verfahrens wird eine Referenzsubstanz (Phenol, Natriumbenzoat, Polyethylenglykol 400) mitgetestet.

Mindestens drei Prüfgefäße werden für die Prüfsubstanz, Blindproben, Referenzsubstanz, Hemmproben und Druckkontrollkammern vorbereitet. Der durch die Kohlendioxid- und Methanproduktion in den Gefäßen entstehende Druckanstieg im Gasraum wird gemessen. Anorganischer Kohlenstoff wird am Ende des Tests gemessen. Die durch den biologischen Abbau der Prüfsubstanz entstehende Kohlenstoffmenge (anorganischer Kohlenstoff plus Methan) wird aus der Nettogasproduktion und der Netto-IC50-Bildung in der Flüssigphase berechnet, die die Blindprobenwerte überschreitet. Der Grad der biologischen Abbaubarkeit wird aus dem insgesamt produzierten IC50 und Methan-C50 als Prozentsatz der gemessenen oder berechneten Menge an Kohlenstoff berechnet, die als Prüfsubstanz zugegeben wird.

Der OECD-Standard 311 bewertet die potenzielle anaerobe biologische Abbaubarkeit organischer Chemikalien unter Bedingungen, die denen in anaeroben Faulbehältern, wie sie beispielsweise in Kläranlagen herrschen, ähneln. Dieser Test ist entscheidend für die Bewertung der Umweltauswirkungen von Chemikalien, insbesondere von Tensiden in Wasch- und Reinigungsmitteln, indem er ihre Fähigkeit zur biologischen Abbaubarkeit in einer sauerstofffreien Umgebung bestimmt.

Dieser Test, eine von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) entwickelte Standardmethode, dient der Bewertung der Abbaubarkeit organischer Verbindungen durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen, wie sie beispielsweise in Klärschlammfaulbehältern, Sedimenten oder im Grundwasser auftreten. Im Gegensatz zu aeroben Bioabbautests (z. B. der OECD-301-Reihe), die den Abbau in Gegenwart von Sauerstoff bewerten, konzentriert sich der OECD-311-Standard auf anaerobe Umgebungen, in denen Methan und Kohlendioxid die primären Endprodukte des Abbaus sind. Dieser Test ist besonders wichtig für die Einhaltung von Vorschriften wie dem Umweltzeichen der Europäischen Union, das die biologische Abbaubarkeit von Tensiden sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen vorschreibt.

Diese Testmethode dient als Screening-Tool zur Bestimmung der vollständigen anaeroben biologischen Abbaubarkeit, d. h. der vollständigen Zersetzung einer Verbindung in einfachere Moleküle wie Methan, Kohlendioxid und Wasser. Sie eignet sich für eine Vielzahl organischer Verbindungen, darunter wasserlösliche und wasserunlösliche Substanzen wie Reinigungsmittel, Tenside, Industriechemikalien und Polymere.

Der OECD 311-Test basiert auf der Norm „ISO 11734 Wasserqualität – Bewertung der „endgültigen“ anaeroben biologischen Abbaubarkeit organischer Verbindungen in Faulschlamm – Methode zur Messung der Biogasproduktion“, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelt wurde, und umfasst die folgenden grundlegenden Schritte:

• Testmedium: Als Inokulum wird gewaschener Faulschlamm aus einer Kläranlage verwendet, der hauptsächlich zur kommunalen Abwasserbehandlung eingesetzt wird. Der Schlamm wird auf eine Gesamtfeststoffkonzentration von 1 g/l bis 3 g/l verdünnt und enthält geringe Mengen an anorganischem Kohlenstoff (bis zu 10 mg/l), um Interferenzen zu minimieren.
• Testbedingungen: Schlamm wird mit Testsubstanzen in Konzentrationen von 20 bis 100 mg C/L in geschlossenen Behältern bei einer kontrollierten Temperatur von 35 °C plus/minus 2 °C bis zu 60 Tage lang inkubiert. Dieser Zeitraum simuliert die Bedingungen eines anaeroben Faulbehälters.
• Kontrollen und Referenzen: Um die Genauigkeit sicherzustellen, umfasst der Test:
  • Blindproben zur Messung der Basisgasproduktion aus Schlamm.
  • Referenzsubstanzen (z. B. Phenol, Natriumbenzoat oder Polyethylenglykol 400) zur Überprüfung der Aktivität des Schlamms.
  • Hemmungskontrollen zur Beurteilung, ob die Testsubstanz die mikrobielle Aktivität hemmt.
  • Druckkontrollräume zur Überwachung der Gasproduktion.
• Messung: Der biologische Abbau wird durch Überwachung des Anstiegs des Porendrucks durch die Produktion von Kohlendioxid und Methan gemessen. Die Menge an anorganischem Kohlenstoff in der flüssigen Phase wird am Ende des Tests ebenfalls gemessen. Das Ausmaß des biologischen Abbaus wird als Prozentsatz des insgesamt produzierten Kohlenstoffs (anorganischer Kohlenstoff und Methan) im Verhältnis zum Kohlenstoffgehalt der Testsubstanz berechnet.

Der OECD-Test 311 wird häufig in regulatorischen Rahmenwerken zur Beurteilung des Umweltverhaltens von Chemikalien eingesetzt. Er ist besonders wichtig für:

• Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: In den Ländern der Europäischen Union wird dieser Test zum Nachweis der anaeroben biologischen Abbaubarkeit für Umweltzeichen-Zertifizierungen, beispielsweise von Tensiden in Reinigungsmitteln, akzeptiert.
• Umweltrisikobewertung: Hilft bei der Bewertung der Persistenz von Chemikalien in anaeroben Umgebungen wie Sedimenten, Grundwasser oder anaeroben Faulbehältern.
• Produktentwicklung: Hersteller von Chemikalien, Wasch- und Reinigungsmitteln nutzen diese Tests, um sicherzustellen, dass ihre Produkte den Umweltstandards entsprechen.

Obwohl der OECD-Test 311 ein wirksames Screening-Tool ist, weist er einige Einschränkungen auf:

• Testdauer: Der Standardzeitraum von 60 Tagen erfasst möglicherweise nicht das volle Abbaupotenzial langsam biologisch abbaubarer Verbindungen.
• Variabilität des Inokulums: Die mikrobielle Zusammensetzung des Schlamms kann je nach Quelle variieren, was die Reproduzierbarkeit beeinträchtigen kann.
• Keine Voradaptation: Der Test verhindert eine Voradaptation des Impfstoffs an die Testsubstanz, die zu längeren Verzögerungsphasen (bis zu 20 Tagen oder mehr) führen kann und möglicherweise nicht reale Szenarien widerspiegelt, in denen angepasste Mikroben vorhanden sind.
• Screening-Charakter: Als Screening-Test simuliert OECD 311 komplexe Umweltbedingungen möglicherweise nicht vollständig und für endgültige Ergebnisse sind möglicherweise weitere Tests erforderlich.

Der OECD-Standard 311 ist daher ein wichtiges Instrument zur Bewertung der anaeroben Abbaubarkeit organischer Verbindungen und liefert wichtige Daten für die Bewertung von Umweltrisiken und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Durch die Simulation der Bedingungen in anaeroben Faulbehältern trägt er dazu bei, sicherzustellen, dass Chemikalien, insbesondere Tenside, in anaeroben Umgebungen nicht verbleiben. Trotz seiner Einschränkungen bleibt der Test ein Eckpfeiler der Umweltsicherheitsprüfung. Die Methoden werden kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert, um den modernen regulatorischen und wissenschaftlichen Anforderungen gerecht zu werden.

Unsere seit vielen Jahren tätige Organisation, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt, verfügt über ein Team erfahrener Fachkräfte und eine breite Infrastruktur, um Tests, Messungen und Analysen in den unterschiedlichsten Bereichen für Unternehmen aller Branchen durchzuführen. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß dem OECD-Standard 311 an: „Anaerobe biologische Abbaubarkeit organischer Verbindungen in Faulschlamm: Messung der Gasproduktion.“