Umweltbiotechnologie:
Gespeichert in:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
<<G.>> Fischer
1997
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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Inhaltsverzeichnis
1 Grundmechanismen des Stoffwechsels und der Energiegewinnung. 1
1.1 Grundprinzipien des Stoffwechsels. 1
1.1.1 Mechanismen der ATP-Synthese. 3
1.1.2 Der Leistungsstoffwechsel. 9
1.1.3 Die Zelle als Bioreaktor. 12
1.2 Der Energiestoffwechsel. 14
1.2.1 Aerobe Mineralisierung organischer Verbindungen. 14
1.2.2 Der chemolithotrophe Stoffwechsel . 20
1.2.3 Anaerobe Mineralisierung organischer Verbindungen. 23
1.3 Der Baustoffwechsel. 32
1.3.1 Biosynthese kleiner Zellbausteine. 32
1.3.2 Biosynthese von Biopolymeren. 34
1.4 Regulation des Stoffwechsels. 35
1.4.1 Regulation der Enzymaktivität. 35
1.4.2 Regulation der Enzymsynthese. 36
2 Abbau von Natur- und Fremdstoffen. 39
2.1 Abbau von Biopolymeren. 39
2.1.1 Hydrolytischer Abbau durch Exoenzyme. 39
2.2 Abbau von Alkanen und verwandten Verbindungen. 45
2.2.1 Wachstum von Mikroorganismen mit (^-Verbindungen. 45
2.2.2 Prinzipien des Abbaus von Alkanen und Lipiden. 45
2.2.3 Abbau von alicyclischen Kohlenwasserstoffen. 49
2.3 Aromatische Verbindungen als Wachstumssubstrate. 50
2.3.1 Prinzipien des Abbaus. 50
2.3.2 Ringspaltung und Assimilation einkerniger aromatischer Verbindungen. 50
2.3.3 Die Problematik mehrkerniger und polycyclischer aromatischer Verbindungen . 52
2.3.4 Abbau von
Lignin
und Humusbildung. 56
2.3.5 Anaerober Abbau aromatischer Verbindungen. 59
2.4 Abbau von Fremdstoffen. 60
2.4.1 Persistierende organische Stoffe in der Umwelt. 60
2.4.2 Persistenz und Fremdstoffcharakter synthetischer Stoffe. 62
2.4.3 Cometabolismus. 63
2.4.4 Abbau von Fremdstoffen durch Reinkulturen. 68
2.4.5 Maßgeschneiderte Bakterien für den Fremdstoffabbau. 74
2.5 Einsatzaspekte von Labororganismen. 77
3 Verfahrenstechnische Grundlagen suspendierter Systeme und Biofilme beim Abbau
organischer Natur-und Fremdstoffe. 81
3.1 Vergleich immobilisierter und freisuspendierter Mikroorganismensysteme. 81
3.1.1 Vergleich der Stoffwechseleigenschaften. 81
3.1.2 Störungen und Schutz vor toxischen Einflüssen. 82
3.1.3 Verfahrenstechnischer Vergleich. 83
Inhaltsverzeichnis
3.2 Entstehung und Eigenschaften von Biofilmen. 85
3.2.1 Induktionsphase. 86
3.2.2 Logarithmische Akkumulation (Wachstumsphase) . 86
3.2.3 Plateau-Phase. 87
3.2.4 Zusammensetzung und Aufbau von Biofilmen. 87
3.3 Anwendungsbereiche für suspendierte Systeme und Biofilme. 90
3.3.1 Trinkwasseraufbereitung. 91
3.3.2 Abwasserreinigung. 92
3.3.3 Bodensanierung. 92
3.3.4 Abluftreinigung. 92
4 Abbaukinetik und Persistenz von Fremdstoffen in Böden. 97
4.1 Böden als Lebensräume
par excellence.
97
4.2 Organische Substanz als Regulativ der Biozönosen. 98
4.2.1 Besiedlung nach organischer Substanzverteilung. 98
4.2.2 Biodiversität und Syntrophismus. 98
4.3 Omnipotenz der Lebensgemeinschaften. 99
4.3.1 Katabolische Flexibilität durch organismische Vielfalt und Akklimation. 99
4.3.2 Ökophysiologische Sequenz der Mineralisationsprozesse. 100
4.3.3 Ökophysiologische Sukzession durch Einsatz alternativer Elektronenakzeptoren . . 101
4.4 Organische Natur- und Fremdstoffe. 103
4.5 Belastbarkeit. Selbstreinigungsvermögen und relative Persistenz. 104
4.6 Kinetik der Abbauprozesse. 105
4.6.1 Zusammenhänge zwischen Abbaukinetik, Substratkonzentration und
Populationsveränderung. 105
4.6.2 Mineralisationskinetik bei wechselnder Populationsdichte und Substratkonzen¬
tration . 106
4.6.3 Kompartimentierung der Abbaukinetik von Fremdstoffen. 108
4.6.4 Umsetzungen nach einer Reaktion nullter Ordnung. 109
4.6.5 Abbauprozesse nach einer Reaktion erster Ordnung. 111
4.7 Vergleich des metabolischen und cometabolischen Abbaus. 112
4.7.1 Merkmale des metabolischen und cometabolischen Abbaus. 112
4.7.2 Akklimation an xenobiotische Verbindungen. 114
4.8 Natürliche und unphysiologische substanzbedingte Persistenzfaktoren. 114
4.9 Einfluß von Bodeneigenschaften und -bedingungen. 169
4.9.1 Immobilisierung und Bioverfügbarkeit. 117
4.9.2 Adaption und Kreuzadaption. 120
4.9.3 Wechselwirkungen mit anderen Umweltchemikalien. 121
4.9.4 Höhe der applizierten Ausgangskonzentration. 122
4.9.5 Einfluß von Temperatur und Feuchtigkeit. 124
4.9.6 Belüftung. Bearbeitung. Nährstoffversorgung und Cosubstrat. 128
4.9.7 Bioaugmentation. 130
4.9.8 Naß. Trockenwechsel. 131
5 Biotechnologische Verfahren zur Behandlung fester Abfallstoffe. 139
5.1 Ausgangsstot'fe. 139
5.1.1 Zusammensetzung und Abbaubarkeit. 139
5.1.2 Physikalische Parameter. 140
Inhaltsverzeichnis
XI
5.1.3 Potentielle Schadstoffe. 144
5.1.4 Einfluß des Einzugsgebietes und des Sammelsystems. 145
5.2 Biologische Grundmechanismen. 147
5.2.1 Kompostierung. 147
5.2.2 Anaerobe Prozesse. 149
5.3 Anlagentechnik. 142
5.3.1 Kompostierungsverfahren. 153
5.3.2 Vergärungsverfahren. 169
5.4 Kosten. 186
5.4.1 Kompostierungsverfahren. 187
5.4.2 Gärverfahren. 188
5.5 Emissionen. 189
5.5.1 Kompostierung. 189
5.5.2 Gärverfahren. 193
5.6 Endprodukte. 194
5.6.1 Kompost. 194
5.6.2 Biogas. 196
5.7 Zusammenfassung. 199
6 Biotechnologie der Abwasserbehandlung. 203
6.1 Einleitung. 203
6.1.1 Historische Entwicklung der Abwasserbehandlung. 203
6.1.2 Bedeutung der Abwasserbehandlung für die Gewässerökologie. 204
6.1.3 Entwässerung und Kläranlage als Gesamtsystem . 204
6.1.4 Schwerpunkte der Abwasserbehandlung seit 1985. 205
6.2 Abwasserbehandlung. 208
6.2.1 Gesetzliche Anforderungen. 208
6.2.2 Abwasseranfall und Abwasserbeschaffenheit. 209
6.2.3 Grundlagen. 210
6.2.4 Abwasserreinigung mit dem Belebungsverfahren. 215
6.2.5 Abwasserreinigung mit Festbettreaktoren. 224
6.3 Bedeutung und Probleme der Abwasserbehandlung mit naturnahen Verfahren . 231
6.3.1 Abwasserteiche. 231
6.3.2 Pflanzenkläranlagen. 237
6.4 Ausblick . 243
7 Biotechnologische Verfahren der Schlammbehandlung. 247
7.1 Einleitung. 247
7.2 Schlammanfall und Eigenschaften. 248
7.3 Gesetzliche Anforderungen (Klärschlammverordnung). 252
7.4 Ziele der Schlammbehandlung. 253
7.4.1 Schlammstabilisierung. 255
7.4.2 Hygienisierung. 257
7.5 Allgemeine Grundlagen. 257
7.5.1 Biologische Vorgänge bei der Stabilisierung. 257
7.5.2 Prozeß- und Einflußgrößen . 260
7.5.3 Reaktionskinetik. 261
XII Inhaltsverzeichnis
7.5.4 Bemessungsansätze. 264
7.5.5 Inbetriebnahme von Anlagen. 268
7.6 Anlagen und Prozeßführung. 270
7.6.1 Anaerobe Stabilisierung. 270
7.6.2 Aerobe Stabilisierung. 273
7.7 Kosten der Schlammstabilisierung. 275
8 Verfahren zur Entfernung anorganischer Wasserinhaltsstoffe
in der biologischen Trinkwasseraufbereitung. 279
8.1 Einleitung. 279
8.2 Herkunft der anorganischen Wasserinhaltsstoffe. 279
8.2.1 Verwitterung der Erdkruste. 279
8.2.2 Einflußnahme des Menschen. 279
8.3 Klassifizierung der Rohvvässer. 280
8.4 Klassifizierung der Inhaltsstoffe. 281
8.5 Normen und Richtlinien, Anforderungen an die Qualität. 281
8.5.1 Zusammenstellung der einschlägigen Normen und Vorschriften. 281
8.5.2 Gesundheitliche Gefährdung durch Wasserinhaltsstoffe. 283
8.5.3 Gesundheitliche Gefährdung durch Mikroorganismen. 283
8.6 Verfahren in der Wasseraufbereitung. 285
8.6.1 Chemisch-physikalische Verfahren in der Wasseraufbereitung. 286
8.6.2 Ammoniumentfernung durch Nitrifikation. 288
8.6.3 Nitratentfernung durch Denitrifikation. 291
8.6.4 Eisen- und Manganentfernung aus Trinkwasser durch biologische Enteisenung
und Entmanganung. 299
8.7 Nachbehandlung der Wässer zur Erreichung von Trinkwasserqualität. 309
8.7.1 Veränderung der Wasserqualität durch die biologischen Aufbereitungsverfahren . . 310
8.7.2 Desinfektionsverfahren. 311
8.7.3 Entfernung von Mikroorganismen aus dem Trinkwasser. 311
8.7.4 Behandlung und Entsorgung der anfallenden Abwässer und Schlämme. 312
8.7.5 Kosten der Aufbereitung. 313
8.8 Perspektiven für den Einsatz biologischer Verfahren
in der Trinkwasseraufbereitung. 313
9 Fremdstoffabbau in der Luft. 317
9.1 Einleitung. 317
9.2 Gesetzliche Anforderungen zur Luftreinhaltung. 319
9.2.1 ßundesimmissionsschutzgesctz. 319
9.2.2 Maximale Arbeitsplatzkonzentrationen (MAK-Werte). 322
9.5 Verfahren der biologischen Abluftreinigung. 325
9.5.1 Grundlagen der Verfahren. 323
9.3.2 Biofilter. 332
9.3.3 Biowäscher. 340
9.3.4 Neuentwicklungen von biologischen Abluftreinigungsverfahren. 345
9.4 Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung biologischer Verfahren. 347
Sachregister. 551 |
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