Biotechnologie zur Umweltentlastung:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
2003
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Teubner-Reihe Umwelt
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Titel: Biotechnologie zur Umweltentlastung
Autor: Stottmeister, Ulrich
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
1 Umweltbiotechnologie: Eine Fachdisziplin im Wandel. 15
2 Geschichte des Fachgebietes. 17
3 Allgemeine Grundlagen. 21
3.1 Probengewinnung. 21
3.1.1 Proben aus Oberflächenwässern und Grundwasser. 21
3.1.2 Proben aus Sedimenten und subaquatischen Ablagerungen. 23
3.1.3 Proben aus Böden und der ungesättigten Zone. 25
3.2 Visuelle Beobachtungen und Mikroorganismen-Isolation. 28
3.2.1 Makroskopische Beobachtungen. 28
3.2.2 Mikroskopische Betrachtungen. 28
3.2.3 Isolation und Anzucht. 32
3.3 Zuordnung und Identifikation von Mikroorganismen. 37
3.4 Wachstum und Kultivation von Mikroorganismen. 46
3.4.1 Zellvermehrung und Kinetik. 46
3.4.2 Optimierung des Zellwachstums in Reaktoren für flüssige
Medien. 51
3.4.3 Sauerstoffeintrag in Flüssigkeiten. 57
3.5 Kultivierungsverfahren in flüssigen Medien. 60
3.5.1 Verfahren mit konstantem Volumen. 60
3.5.2 Kultivierungsverfahren mit variablem Volumen. 61
3.6 Bioreaktoren für feste Stoffe. 62
3.7 Zusammenstellung: Parameter zur Charakterisierung des
Zellwachstums. 65
3.8 Enzyme und enzymatische Reaktionen. 67
3.8.1 Enzymkinetik. 67
3.8.2 Einteilung der Enzyme. 69
3.8.3 Enzyminhibition. 70
3.9 Anpassung der Mikroorganismen an nicht-optimale Lebens-
bedingungen . 72
3.9.1 Anpassung: Grundvoraussetzung für die Erhaltung der Art. 72
3.9.2 Anpassung an hohe oder niedrige Temperaturen. 74
3.9.3 Anpassung an extreme pH-Bedingungen. 75
10 _Inhaltsverzeichnis
3.9.4 Anpassung an osmotische Bedingungen. 76
3.9.5 Anpassung an Sauerstoffmangel und Sauerstoffstress. 77
3.9.6 Organische Lösungsmittel als Stressfaktoren. 79
3.10 Mikroorganismen in komplexen Systemen. 80
4 Standardverfahren der Umweltbiotechnologie. 87
4.1 Aerobe biologische Abwasserreinigung. 87
4.1.1 Sauerstoffzehrung. 88
4.1.2 Kohlenstoffelimination. 89
4.1.3 Phosphorelimination. 93
4.1.4 Stickstoffelimination. 97
4.1.4.1 Nitrifikation. 97
4.1.4.2 Denitrifikation. 99
4.1.5 Technische Verfahren zur aeroben Abwasserreinigung. 101
4.1.5.1 Das Kanalsystem als Bioreaktor.102
4.1.5.2 Mechanische Verfahren zur Abwasserreinigung.104
4.1.5.3 Tropfkörper-Verfahren. 104
4.1.5.4 Belebtschlammverfahren. 109
4.1.6 Verfahrenskombinationen zur Leistungssteigerung. 120
4.1.6.1 Intensivierung durch zusätzliche Maßnahmen. 121
4.1.6.2 Intensivierung durch Umfunktionierung und Erweiterung.121
4.1.7 Prozessführungsvarianten und Reaktorsysteme. 124
4.1.8 Kleinkläranlagen und Hauskläranlagen.126
4.1.9 Schönung der behandelten Abwässer. 129
4.2 Anaerobe Abwasserreinigung.131
4.2.1 Anaerober Abbau organischer Substanz.131
4.2.2 Voraussetzungen für die technische Nutzung von anaeroben
Prozessen. 134
4.2.3 Methanogene Reinigung von Abwässern der Landwirtschaft,
der Nahrungsgüter- und Genussmittelindustrie.137
4.2.4 Methanogene Reinigung von Abwässern der chemischen
und anderer Industrien. 139
4.2.5 Klärschlammstabilisierung und -hygienisierung. 142
4.3 Biologische Verfahren zur Reinigung von Gasen. 145
4.3.1 Biofilter.146
4.3.2 Biowäscher. 148
Inhaltsverzeichnis 11
5 Bioremediation und natürlicher Abbau und
Rückhalt (natural attenuation).153
5.1 Grundlagen der biotechnologischen Verfahren zur Sanierung
von Altlasten.153
Allgemeines. 153
Kontaminationen in Böden und Sedimenten. 153
Standardtechniken der Bodenreinigung.158
In situ-V erfahren.158
Off site-Verfahren.158
Sediment-Capping. 161
Kontaminationen in Grund- und Oberflächenwässern. 163
„Natural Attenuation" im Grundwasser.168
MtBE (Methyl-tertiärer-butylether) - ein „neuer"
Grundwasserschadstoff.169
Technische Lösungen zur Grundwasserbehandlung.172
„Pump and treat"-Verfahren.172
Permeable reaktive Barrieren.174
„Funnel and gate"-Prinzip. 176
Forschungseinrichtung: Versuchsanlage SAFIRA des UFZ
(Projektbereich Bergbaufolgelandschaften). 177
Altlasten in Deponien. 179
Zukünftige Herausforderungen: Endocrine disrupting
substances (EDS) in Böden und Wasser.180
Phytoremediation.182
Abwasserbehandlung in Pflanzenkläranlagen
P. KuschkundA. Wießner. 182
Einleitung.182
Typen von Pflanzenklärsystemen.182
Pflanzenarten in Pflanzenkläranlagen.184
Gastransport in Helophyten und Sauerstoffabgabe in die
Rhizosphäre. 185
Pflanzliche Nährstoffaufnahme. 187
Abgabe pflanzlicher Kohlenstoffverbindungen.188
Rolle des pflanzlichen Abbaus organischer Schadstoffe.190
Pflanzliche Transpiration.191
Bedeutung des mikrobiellen Schadstoffabbaus.191
Funktion der Bodenmatrix in Pflanzenkläranlagen. 192
Phytoremediation von Schwermetall-belasteten Böden
mitP. KuschkundH. Seidel. 193
Pflanzen zur Entfernung von Schwermetallen aus Böden.193
Akkumulationsmechanismen.194
5.1 .1
5.1 .2
5.1 .3
5.1 .3.1
5.1 .3.2
5.1.4
5.1.5
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5.2.2.2
5.2 .3.1
5.2. .3.2
5.2. .3.3
5.2. .3.4
5.2.3.5
5.2.4
12 Inhaltsverzeichnis
5.2.3 Stickstoffelimination in Wurzelraumanlagen
U. Kappelmeyer. 196
Bewachsene Bodenfilter zur Stickstoffelimination. 196
Einflussfaktoren auf die Nitrifikation im Wurzelraum.199
Einflussfaktoren auf die Denitrifikation im Wurzelraum.204
Mechanismus und Einflussfaktoren der anoxischen Ammonium-
oxidation.205
Stickstoffumsetzung durch die Chemodenitrifikation.206
Konditionierung von Baggerschlämmen mit Pflanzen
A. Zehnsdorf.207
5.3 Mikrobielles Leaching und Sanierung anorganisch belasteter
Böden und Sedimente
H.Seidel.211
5.3.1 Einleitung.211
5.3.2 Bildung unlöslicher Verbindungen.212
5.3.2.1 Biofällung.212
5.3.2.2 Biotransformationen.213
5.3.2.3 Biosorptionen.214
5.3.2.4 Stabilisierungen.214
5.3.3 Solubilisierungen von Schwermetallen durch Mikroorganismen . 215
5.3.3.1 Mikrobielle autotrophe Solubilisierung.216
5.3.3.2 Mikrobielle heterotrophe Solubilisierung.224
5.3.3.3 Solubilisierung durch Metallophore.225
6 Nutzung biotechnologischer Prinzipien bei
komplexen Entsorgungs- und Sanierungsaufgaben .237
6.1 Altholzentsorgung durch Kompostierung
H.Ulbricht.237
6.1.1 Holzschutz und Holzschutzmittel.237
6.1.2 Möglichkeiten der Altholzverwertung.240
6.1.2.1 Deponierung. 240
6.1.2.2 Verbrennung.241
6.1.2.3 Stoffliche Verwertung.243
6.1.3 Überblick über die Kompostierung. 244
6.1.3.1 Kompostierung von Grünschnitt- und Bioabfällen.244
6.1.3.2 Beeinflussung der Kompostierung.246
6.1.4 Mikrobieller Abbau von PAK. 257
6.1.5 Festlegung von Schadstoffen in Huminstoffen.259
6.1.6 Kompostierung von unbelastetem und belastetem Holz.262
6.1.6.1 Allgemeine Übersicht.262
6.1.6.2 Kompostierung in Laboranlagen.265
Inhaltsverzeichnis 13
6.2 Nachhaltige biologische Sanierung TNT-kontaminierter
Bodenmaterialien
J.Michels.273
6.2.1 Einführung.273
6.2.2 TNT-spezifische Rüstungsaltlasten.274
6.2.3 Herstellung von TNT.275
6.2.4 Toxikologie von TNT.277
6.2.5 Sanierung TNT-kontaminierter Standorte.277
6.2.5.1 Sanierungsoption: Biologische Verfahren.277
6.2.5.2 Biologischer Abbau von Nitroaromaten.278
6.2.5.3 Metabolisierung und Mineralisierung von TNT.280
6.2.5.4 Immobilisierung und Humifizierung von TNT.283
6.2.5.5 Nachhaltigkeitsuntersuchungen an biologischen Sanierungs-
verfahren für TNT-kontaminierte Bodenmaterialien.285
6.2.6 Ausblick.287
7 Prävention durch biotechnologische Prozessschritte
und -verfahren.295
7.1 Einführung.295
7.2 Fallbeispiel 1: Enzymatische Herstellung von 7-Aminocephalo-
sporansäure.298
7.3 Fallbeispiel 2: Möglichkeiten der Prävention bei der biotech-
nologischen Zitronensäuresynthese.300
7.3.1 Produktionsverfahren mit Aspergillus niger.300
7.3.2 Umweltprobleme des Aspergillus-Verfahrens. 301
7.3.3 Alternative Verfahren der Zitronensäurebildung mit Hefen.303
7.4 Fallbeispiel 3: Mikrobiologisch hergestellte 2-Oxocarbon-
säuren als Synthesebausteine für neue Heterocyclen.306
7.4.1 Optimierung der 2-Oxoglutarsäure-Synthese.308
7.4.2 Optimierung der 2-Oxogluconsäure-Synthese. 308
7.4.3 Isolation der Fermentations-Produkte.308
7.5 Bewertung der Umweltverträglichkeit von biotechnologi-
schen Prozessen: Biotechnologie für die Umwelt.310
8 Ausblick.315
9 Monographien und Lehrbücher.319
14_Inhaltsverzeichnis
10 Auswahl europäischer Umweltforschungs-
einrichtungen mit biotechnologischer Kompetenz.323
10.1 Außeruniversitäre Forschung in Deutschland. 323
10.2 Universitäre Forschung in Deutschland.324
10.3 Umweltforschungsinstitute in Europa.325
Sachregister.335 |
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