Mikrobielle und photolytische Abbauprozesse von Benzothiazolen in Wasser und Abwasser

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine analytische Methode für den Nachweis von Benzothiazolen entwickelt. Da Bakterien oft eine große Rolle bei der Transformation von organischen Stoffen in Wasser spielen, wurde der Bio-Abbau (anaerob/aerob) der Verbindungen untersucht. Desweitern wurde das photolytische Abbauverhalten der Verbindungen untersucht. Die polaren Benzothiazole wie Benzothiazol Sulfonsäure (BTSA) und Hydroxybenzothiazol (OHBT) können mit guten Wiederfindungsraten über polare Polymer-Phasen (EN-Phase) extrahiert werden. Die andere Analyten zeigten gute Wiederfindungen auf Silicagel-Kartuschen. Aufgrund der hohen Kapazität wurden RP 18 und EN Material für eine sequentielle Fest-Phasen-Extraktion der Benzothiazole gewählt. Geringfügig niedrigere Wiederfindungsraten wurden für die Extraktion der Benzothiazole aus komplexer Matrix (Kläranlagenzu- und ablauf) festgestellt. Mischkulturen aerober Bakterien können Benzothiazole als Kohlenstoff-, Stickstoff- und Energiequelle nutzen. In separaten Batch-Tests mit Mischkulturen aerober Bakterien wurde das Verhalten von Benzothiazol (BT), Hydroxybenzothiazol (OHBT), Mercaptobenzothiazol (MBT) und Methylthiobenzothiazol (MTBT) untersucht. BT und OHBT können in wässrigen Medien mikrobiell in verhältnismäßig kurz Zeit abgebaut werden. MTBT erwies sich unter analogen Bedingungen als stabil. MBT wird unter aeroben Bedingungen zu MTBT methyliert. In einem Sequencing Batch Reactor (SBR) konnten Benzothiazol Sulfonsäure (BTSA), Methylthiobenzothiazol (MTBT) und geringe Mengen an Dithiobisbenzothiazol (MBTS) nachgewiesen werden. Anaerobe Behandlungen zeigten keine Transformation von Hydroxybenzothiazol, während Methylthiobenzothiazol zum Teil abgebaut wurde. Mercaptobenzothiazol wurde zum Teil metabolisiert zu Hydroxybenzothiazol. Benzothiazol Sulfonsäure wurde zum Teil umgewandelt zu Hydroxybenzothiazol. OHBT konnte erst nach 5 Wochen zusammen mit anderen unbekannten Substanzen nachgewiesen werden. Bezüglich Thiocyanomethylthiobenzothiazol (TCMTB), ist OHBT neben MBT somit ein wichtiger Metabolit. Unter photolytischen Bedingungen sind Mercaptobenzothiazol und methylthiobenzothiazole nicht stabil. In Wasser und Abwasser konnten zwei stabile Photoprodukte, Benzothiazol (BT) and Hydroxybenzothiazol (OHBT), nachgewiesen werden.In the present study, an analytical method for the determination and extraction of benzothiazoles in water and wastewater was developed. Because bacteria are important agents in transforming most organic compounds, their specific roles in biotransformation of benzothiazole compounds in water was explored. The biodegradability of these compounds by using aerobic and anaerobic conditions was investigated. Additionally, the photochemical degradation of benzothiazoles was studied. The polar benzothiazole compounds such as benzothiazole sulfonic acid (BTSA) and hydroxybenzothiazole (OHBT) are well recovered from the polar polymer phases. The other analytes show good recoveries on the silicagel-cartridges. Based on their high capacity, RP 18 and EN were chosen for a sequential solid phases-extraction of benzothiazoles. The recovery rates of the solid-phase extraction (SPE) from sewage treatment plants effluents and influents are slightly decreased compared to those obtained with tap water but remained acceptable and are full satisfied. Aerobic mixed cultures are capable of utilising benzothiazoles as a sole source of carbon, nitrogen and energy. Benzothiazole (BT), hydroxybenzothiazole (OHBT), mercaptobenzothiazole (MBT) and methylthiobenzothiazole (MTBT) were investigated in separate batch tests. Benzothiazole and hydroxybenzothiazole can be microbially degraded in water in a relatively short time, whereas methylthiobenzothiazole was proved to be stable under aerobic conditions. Mercaptobenzothiazole was methylated to methylthiobenzothiazole. By using the Sequencing Batch Reactor (SBR), mercaptobenzothiazole was transformed to benzothiazole sulfonic acid (BTSA), methylthiobenzothiazole (MTBT) and traces of dithiobisbenzothiazole (MBTS). Anaerobic treatment revealed no transformation of hydroxybenzothiazole whereas, methylthiobenzothiazole was partly degraded. Mercaptobenzothiazole was partly metabolised to BT and BTSA was partially transformed to OHBT, which was not observable earlier than 5 weeks together with other unknown substances that were not identified. Concerning thiocyanomethylthiobenzothiazole (TCMTB), BT is beside MBT an important metabolite. Under photolytic conditions in water and wastewater, both mercaptobenzothiazole and methylthiobenzothiazole revealed the formation of two stable photoproducts: benzothiazole (BT) and hydroxybenzothiazole (OHBT)