Vorlesung 6

• Mikroorganismen gewinnen Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindungen

• Meist aerobe Atmung mit Sauerstoff als Elektronenakzeptor,in wenigen Fällen auch anaerobe Atmung mit anderen oxidierten Verbindungen als Elektronenakzeptor

  
  

• Obligat chemolithotrophe und fakultativ chemolithotrophe Bakterien

• Geringe Energiegewinnung und langsames Wachstum der Mikroorganismen

• Nitrifikanten sind aerobe chemolithotrophe Bakterien, die anorganische Stickstoffverbindungen als Elektronendonoren und CO2 als Kohlenstoffquelle verwenden

• Ammonium NH4 -> Nitrit -> Nitrat

• Stickstoff-Entfrachtung bei biologischen Abwasserreinigungen

• Geringe Energiegewinnung und niedrige Wachstumsrate

• Oxidation von Ammonium zu Nitrat im Boden bewirkt eine Ansäuerung(Salpetersäure) mit Steigerung der Löslichkeit von Mineralien (Kalium, Magnesium, Calcium, Phosphat)

• Nitrat wird im Boden leichter ausgewaschen als Ammonium (Adsorption von NH4+ an Tonminerale)

• Nitrifizierende Bakterien sind indirekt an der Zerstörung von Kalk-und Zementsteinen beteiligt durch Oxidation von Ammonium aus der Atmosphäre zu Salpetersäure

• Bedeutung für die Stickstoff-Entfrachtungbei der biologischen Abwasserreinigung:Umsetzung des in der Belebungsstufe anfallenden Ammoniums zu Nitrat;Entfernung des Nitrats durch Denitrifikation in anaerober Stufe

Verwendung:

• Verminderung der Belastung von Abwässern:organische sauerstoffzehrende Verunreinigungen, Stickstoff-und Phosphatverbindungen mit eutrophierenden EigenschaftenEinzelstoffe mit ökotoxischer Schadstoffwirkung

• Beteiligung von aeroben und anaerob wachsenden Mikroorganismen

Entfernung von Stickstoffverbindungen!

Funktionsprinzip:

• Aerober Abbau von organischen Komponenten bis zu CO2 und H2O

• Biologische Oxidation von Stickstoffhaltigen Verbindungen zu Ammonium

• Nitrifikation in schwach belasteten Belebungsbecken oder in nachgeschalteter Schwachlaststufe nach Hochleistungsstufe

• Chemo-organo-heterotrophe Bakterien in hochbelasteten Anlagen

• Nitrifikation benötigt hohe Belüftungsraten und lange Verweilzeiten

• Denitrifikation in nichtbelüfteten Becken oder Zonen à für hohe Geschw. Wird Zufuhr von organischen Stoffen benötigt (Abwasser/Essigsäure/Methanol)

• Denitrifikation: Nitrat -> N2

  Nachteil: Hohe Betriebskosten durch hohen Belüftungsaufwand und Zugabe von externen Substraten à Lösung: Anaerobe Ammoniakoxidation

Abwasser: durch Gebrauch verändertes abfließendes Wasser (Schmutzwasser) und jedes in die Kanalisation gelangede Wasser (Niederschlagswasser)

Arten von Schmutzwasser:

häusliches Schmutzwasser

gewerbliches Schmutzwasser

kommunales Schmutzwasser

industrielles Schmutzwasser

landwirtschaftliches Schmutzwasser

CSB: chemischer Sauberstoffbedarf

BSB: biochemischer Sauerstoffbedarf

• Verhältnis von BSB und CSB gibt Auskunft über den biologisch abbaubaren Anteil der oxidierbaren Substanzen:BSB/CSB > 0,5 bedeutet gute Behandelbarkeit des Abwassers in der Kläranlage

• N-und P-Verbindungen: C/N-Verhältnis im Abwasser meist niedrig

• pH-Wert, Einzelschadstoffe (Schwermetalle), AOX (halogenierte organische Verbindungen)

• Belebtschlamm besteht aus Kolonien unterschiedlicher Mikroorganismen

  
  

• Direkter Umsetzung von Ammonium zu Stickstoff

• Nitrit als Elektronenakzeptor

• Vorteile:

  Geringere Belüftungsraten notwendig

  Keine externe Substratzufuhr

• Nachteile:

  Prozess instabiler

  Steuerung des Prozesses schwieriger

• Chemische Entfernung durch Phosphatfällung mit Eisen oder Aluminiumsalzen

• Wechsel von aeroben Bedingungen zu anaeroben Bedingungen bewirkt eine Freisetzung von Phosphat à Wiederholter Wechsel bewirkt, dass die Bakterien mehr Phosphat aufnehmen als vorher abgegeben wurde

• 30% wird mit Überschussschlamm entfernt

Stabilisierung von Klärschlamm zur Volumenreduktion, Verbesserung der Entwässerbarkeit, z. T. Hygienisierung, Erhöhung der Lagerfähigkeit:

•Anaerobe Stabilisierung im Faulturm (weit verbreitet)

•Aerob-thermophile Stabilisierung

•Simultan-aerobe Stabilisierung (Belebungsbecken mit hohem Schlammalter)

•Kompostierung von Klärschlamm

•Klärschlammvererdung(z.T. auf Inseln)

• Entfernung durch Sedimentation oder Bakterien-fressende Protozoen

• Reduzierung durch Stabilisierungsverfahren wie Faulung und Kalkung

• Ist an mikrobiologischen Voraussetzungen geknüpft (Abbaubarkeit der Schadstoffe)

• Kostengünstig

• Einsatz vor allem bei Mineralölkontaminationen

• Vorgehensweise:

  1. Charakterisierung des Bodens (Welche Kontamination etc.)

  2. Aufnahme der vor Ort vorhandenen Mikroorganismen

  3. Lebensbedingungen der Mikroorganismen verbessern

In-Situ:

• Ohne Aushub des Bodens

• Durch Bohrlöcher werden Nährstoffe, Luft und Mikroorganismen eingetragen

• Voraussetzungen: gute Bodendurchlässigkeit und Verhinderung der Kontamination des Grundwassers

• Vorteile:

  Geringe Störung der Bodenstruktur und biologischen Funktionalität

  Ökonomische Vorteile bei großen Arealen oder Schadstoffen in großen Tiefen

• Nachteil:

  Höherer Zeitaufwand

Ex-Situ:

• Boden wird ausgehoben und vor Ort oder in Behandlungsanlage gereinigt (Je nach Menge und Zusammensetzung)

• Mieten-Verfahren am häufigsten Verwendet (ähnlich zu Kompostierung)

• Beseitigung:Entfernen des verunreinigten Bodens und Deponieren;

• Sicherungsmaßnahmen (Einkapselung):Belassen der Schadstoffe im Boden, Schließen der Schadstoffausbreitungspfade im Boden oder in andere Medien (Oberflächenabdeckung, grundwasserseitige Einkapselung durch Spundwände), Kontrolle der Schadstoffausbreitung durch regelmäßige Analysen im Umfeld der Altlast (Grundwasser, Bodenluft, Boden)

• MonitoredNatural Attenuation:Belassen der Schadstoffe im Boden, Kontrolle der Schadstoffausbreitung durch regelmäßige Analysen im Umfeld der Altlast

• Enhanced Natural Attenuation:Belassen der Schadstoffe im Boden, Stimulierung natürlicher (biologischer) Reinigungsvorgänge, Kontrolle

• Reinigung:Gezieltes, möglichst schnelles und weitgehende Verminderung der Schadstoffe in dem verunreinigten Boden

gut abbaubar:

Mineralöl-Kohlenwasserstoffe

Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol

begrenzt abbaubar:

Chlorkohlenwasserstoffe

gering kondensierte polyaromatische Kohlenwasserstoffe

Trinitrotoluol

schlecht abbaubar:

höher kondensierte PAK

polychlorierte BIphene (PCB)

Dioxine, Furane

Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT)

·         Bspw. in Biogasanlagen

·         Schwefelwasserstoff H2S à Sulfat

• Schwefellösliche Metallsulfide werden durch mikrobielle Laugung in Lösung (werden wasserlöslich) gebracht und im Anschluss aus der Lösung gewonnen -> Gewinnung von Erzen aus Erzarmen Gesteinen à Gewinnung wirtschaftlich

• Häufig bei Kupfer, Gold, Uran, Cobalt und Nickel

• pH-Wert optimal bei 2-2,5 | optimale Temp. Bei 30°C