Stickstoffelimination in Kläranlagen: neue und bewährte Wege
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|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
München
Ökom-Verl.
2004
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| Edition: | 1. Aufl. |
| Series: | Hochschulschriften zur Nachhaltigkeit
15 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XII, 234 S. Ill., graph. Darst. 24 cm |
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| adam_text | Titel: Stickstoffelimination in Kläranlagen
Autor: Helmer-Madhok, Christine
Jahr: 2004
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abkürzungen........................................ XI
1. Einleitung und Problemstellung................................... 1
2. Leistungsorientierte Bewertung von Organismengruppen in abwasser-
technisch genutzten Mischbiozönosen - Wunsch oder Wirklichkeit?..... S
2.1 Stellenwert angewandter naturwissenschaftlicher Grundlagen-
forschung für die Prozessentwicklung und -Optimierung in
Kläranlagen................................................. 5
2.2 Identifizierung wichtiger Organismengruppen in den belebten
Schlämmen und Biofilmen von Kläranlagen....................... 8
2.3 Charakterisierung der physiologischen Leistungspotentiale von
belebten Schlämmen und Biofilmen in Kläranlagen................. 14
2.4 Identifizierung und leistungsorientierte Bewertung von Organismen-
gruppen in den belebten Schlämmen und Biofilmen von Kläranlagen ... 23
3. Klassische biologische Stickstoffelimination in Kläranlagen............ 31
3.1 Nitrifikation und Denitrifikation................................. 31
3.1.1 Mikrobiologische Grundlagen............................ 31
3.1.2 Einflussfaktoren auf die Prozesse der Nitrifikation und
Denitrifikation........................................ 38
3.2 Grenzen der klassischen Prozesskombination Nitrifikation/Deni-
trifikation bei der Behandlung hoch stickstoffhaltiger Abwässer
mit niedrigem C/N-Verhältnis.................................. 51
3.2.1 Problematische Abwasserarten und begrenzende Faktoren..... 51
3.2.2 Nitritation/Denitritation als angepasste Verfahrensvariante
zur Behandlung hoch stickstoffhaltiger Abwässer mit
niedrigem C/N-Verhältnis............................... 57
4. Stickstoffbilanzdefizite in Kläranlagen.............................. 61
§. „Neue Stoffwechselwege zur biologischen Stickstoffelimination........ 67
5.1 Mikrobiologische Grundlagen.................................. 67
5.1.1 Heterotrophe Nitrifikation / Aerobe Denitrifikation........... 67
5.1.2 Nitrifikation / Denitrifikation durch Ammonium- bzw.
Nitritoxidierer der Nitrobacteriaceae...................... 71
5.1.3 Anaerobe Ammoniumoxidation / Denitrifikation durch
Planctomyceten....................................... 76
5.2 Stand der verfahrenstechnischen Nutzung der „neuen Stoffwechsel-
wege zur Behandlung hoch stickstoffhaltiger Abwässer mit
niedrigem C/N-Verhältnis..................................... 83
5.2.1 NO,-Verfahren....................................... 84
5.2.2 ANAMMOX-Verfahren (SHARON/ANAMMOX)........... 87
5.2.3 Deammonifikation..................................... 90
6. Ziele der praktischen Arbeiten..................................... 97
7. Material und Methoden........................................... 99
7.1 Aufbau und Betrieb der untersuchten Abwasserreinigungsanlagen...... 100
7.1.1 Großtechnik.......................................... 100
7.1.2 Labortechnik.......................................... 105
7.2 Qualitativer und quantitativer Nachweis der N-Umsatzreaktionen....... 109
7.2.1 Aufnahme von Umsatzgeschwindigkeiten und N-Bilanzierung
im Batchversuch....................................... 109
7.2.2 Nachweis der am N-Umsatz beteiligten Stoffwechselleistungen .. 112
7.3 Analytische Methoden und Berechnungen......................... 115
7.4 Mikroskopische Untersuchungen................................. 119
7.5 Mikrobiologische Untersuchungen mittels fluoreszenter in situ
Hybridisierung (FISH) und vergleichender 16S rDNA- und
amoA-Sequenzanalysen........................................ 119
7.6 Untersuchungsprogramme an den verschiedenen Anlagen............. 122
7.6.1 Scheibentauchkörper der Sickerwasserreinigungsanlage
Mechernich........................................... 122
7.6.2 Labortechnische Moving-bed Anlage...................... 125
7.6.3 Sequenzing Batch Reaktor (SBR) 126
7.6.4 Moving-bed Anlage der Sickerwasserremigungsanlage
Mechemich........................................... 128
8. Ergebnisdarstellung und -diskussion................................ 131
8.1 Untersuchungen zur Deammonifikation am Scheibentauchkörper
der Sickerwasserreinigungsanlage Mechernich...................... 132
8.1.1 Dokumentation der Stickstoffelimination über die Walzen
entlang der Fließrichtung des Abwassers.................... 132
8.1.2 N-Umsatzgeschwindigkeiten und N-Bilanzierung............. 133
8.1.3 Erste Charakterisierung der N-Umsatzreaktionen bei der
Deammonifikation...................................... 135
8.1.4 Bedeutung der Ammoniakkonzentration bei der
Deammonifikation...................................... 138
8.2 Untersuchungen zur Deammonifikation an der labortechnischen
Moving-bed Anlage........................................... 141
8.2.1 Einfluss von Sauerstoff auf die Deammonifikation............ 141
8.2.2 Identifikation an der Deammonifikation beteiligter
Stoffwechselleistungen.................................. 143
8.2.3 Modellvorstellung und Stöchiometrie der Deammonifikation----- 147
8.3 Untersuchungen zur anaeroben Ammoniumoxidation als Teilreaktion
der Deammonifikation im Sequenzing Batch Reaktor (SBR)........... 151
8.3.1 Charakterisierung der Stickstoffelimination.................. 153
VIII
8.3.2 Quantitative und strukturelle Entwicklung der Biomasse
im SBR.............................................. 156
8.3.3 Weitergehende Charakterisierung der Mischbiozönose durch
Batchversuche zur Nitrifikation und Denitrifikation........... 160
8.3.4 Nachweis der stattfindenden Stickstoffumsatzreaktionen
und weiterer Stoffwechselpotentiale mittels
15N-Isotopenmarkierung................................ 164
8.3.5 Abgleich der ermittelten SBR-Charakteristika mit
Literaturdaten zu ANAMMOX........................... 168
8.4 Mikrobiologische Untersuchungen............................... 169
8.4.1 Fluoreszente in situ Hybridisierung (FISH) zur
Charakterisierung deammonifizierender Mischbiozönosen..... 170
8.4.2 Phylogenetische Klassifizierung an der Deammonifikation
beteiligter anaerober Ammoniumoxidierer.................. 176
8.5 Verifikation der Modellvorstellung zur Deammonifikation an der
Großtechnik................................................. 179
8.5.1 Nachweis der postulierten Reaktionsabfolge der
Deammonifikation mittels N-Isotopenmarkierung........... 180
8.5.2 Abhängigkeit der Deammonifikationsgeschwindigkeit
von der Biofilmmorphologie............................. 184
9. Schlussfolgerungen für die verfahrenstechnische Nutzung
der Deammonifikation zur Behandlung hoch stickstoffhaltiger
Abwässer mit niedrigem C/N-Verhältnis............................ 189
9.1 Geeignete Verfahrenstechniken zur engen räumlichen Vergesell-
schaftung von klassischen aeroben Ammoniumoxidierern und
ANAMMOX-Bakterien....................................... 189
9.2 Wichtige Einflussfaktoren auf den Prozess der Deammonifikation ..... 196
9.3 Bewertung der Deammonifikation im Vergleich zu anderen Verfahren .. 199
10. Bewertung und Weiterentwicklung des Untersuchungskonzeptes........ 203
11. Zusammenfassung............................................... 207
12. Literatur....................................................... 211
IX
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