Biofilme in Biogasanlagen: Struktur, Einfluss auf die Biogasausbeute und Optimierung technischer Systeme zur Rückhaltung der mikrobiellen Biomasse ; Schlussbericht zum Forschungsverbund BIOGAS-BIOFILM
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Potsdam-Bornim
Leibniz-Inst. für Agrartechnik
2015
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| adam_text | Titel: Biofilme in Biogasanlagen
Autor: Klocke, Michael
Jahr: 2015
Inhalt
Abkürzungsverzeichnis......................................................................................7
Vorwort.................................................................................................................9
Zusammenfassung............................................................................................11
I Hintergrund..............................................................................................13
1.1 Aufgabenstellung................................................................................................13
1.2 Voraussetzungen zur Durchführung des Vorhabens...........................................14
1.3 Planung und Ablauf des Vorhabens....................................................................15
1.4 Stand der Wissenschaft und Technik..................................................................17
1.4.1 Mikrobiologie der Biomethanisierung..................................................................17
1.4.2 Ein Modellsystem zur Anreicherung von mikrobieller Biomasse: Die
Bildung von Granules..........................................................................................19
1.4.3 Methanogene Biofilme in Anaerobsystemen.......................................................21
1.4.4 Ansiedlung und Rückhaltung mikrobieller Biomasse bei der Vergärung
nachwachsender Rohstoffe.................................................................................22
1.4.5 Kultivierungsunabhängige molekulargenetische Verfahren zur Erfas-
sung der mikrobiellen Diversität..........................................................................23
1.4.6 Fluoreszenz-mikroskopische Verfahren zur Aufklärung von Biofilm-
strukturen............................................................................................................24
1.4.7 Offene Fragen und Ziele des Forschungsvorhabens..........................................26
1.4.8 Patentsituation....................................................................................................26
1.4.9 Verwendete Literatur...........................................................................................26
1.5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen.................................................................31
II Ergebnisse...............................................................................................32
11.1 Wissenschaftlich-technische Ergebnisse............................................................32
11.1.1 Aufbau und Betrieb von Biogasreaktoren im Labormodell..................................32
CSTR System: Effekt einer schrittweisen Erhöhung der Raumbelas-
tung.....................................................................................................................33
Exkurs Methodenetablierung: Etablierung eines spezifischen Q-PCR-
Assays und Primersets zum Nachweis von Methanococcales............................40
Bioleaching System: Effekt der schrittweisen Erhöhung der Raumbe-
lastung ...............................................................................................................42
11.1.2 Etablierung der konfokalen Laser Scanning Mikroskopie zur FISH
Analytik von Biogasfilmen...................................................................................49
11.1.3 Erfassung der mikrobiellen Biodiversität in Biofilmen..........................................53
Archaeelle Biodiversität im CSTR System bei konstanter Raumbelas-
tung .....................................................................................................................54
Archaeelle Biodiversität im Bioleaching System bei konstanter Raum-
belastung....!........................................................................................................63
Analyse des mikrobiellen Metagenoms anhand zweier ausgewählter
Biofilmproben aus dem Bioleaching System.......................................................75
11.1.4 Entwicklung von neuen Oligonukleotidsonden zur mikroskopischen
Analyse von Biofilmen.........................................................................................82
11.1.5 Materialstudien zur Entwicklung von neuen Füllkörpern.....................................84
11.1.6 Betrieb von optimierten Reaktorsystemen...........................................................97
Biofilmbildung auf magnetischen Aufwuchsträgem im CSTR System
bei kontinuierlicher Raumbelastung....................................................................97
Biofilmbildung auf magnetischen Aufwuchsträgem im Bioleaching Sys-
tem bei kontinuierlicher Raumbelastung...........................................................105
Biofilmbildung auf magnetischen Aufwuchsträgem im CSTR System
bei kontinuierlicher Steigerung der Raumbelastung bis zum Eintritt ei-
ner Überlastung.................................................................................................113
11.1.7 Biofilme in einer großtechnischen Forschungsanlage.......................................130
11.1.8 Zusammenfassung der Ergebnisse...................................................................138
11.1.9 Literaturverzeichnis zur Ergebnisdarstellung.....................................................146
11.2 Wichtigste Positionen des zahlenmäßigen Nachweises....................................150
11.3 Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit..............................150
11.4 Nutzen und Verwertbarkeit der Ergebnisse.......................................................150
11.4.1 Publikationsstrategie.........................................................................................150
11.4.2 Wirtschaftliche Anschlussfähigkeit....................................................................151
11.4.3 Wissenschaftliche und technische Anschlussfähigkeit......................................152
11.5 Fortschritte auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen......................153
11.6 Veröffentlichungen ...........................................................................................154
Verzeichnis der Abbildungen.......................................................................................155
Verzeichnis der Tabellen.............................................................................................158
In der Reihe Bornimer Agrartechnische Berichte sind bisher erschienen....................160
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