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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Abwasserreinigungsanlagen als aquatisches Biotop

Frontmatter

Kapitel 1. Mikrobiologie und Ökologie — Was haben sie der Abwassertechnik zu bieten?

Zusammenfassung
In der biologischen Abwasserreinigung machen wir uns die Prozesse zunutze, über die in natürlichen aquatischen Systemen durch mikrobielle Lebensgemeinschaften (Biozönosen) organische und anorganische Abwasserinhaltsstoffe in Biomasse bzw. gelöste und gasförmige Abbauprodukte überführt werden (Selbstreinigung). An diesen Reinigungsprozessen sind vor allem Bakterien beteiligt, das sind einfach organisierte Organismen (Prokaryonten), die sich unter optimalen Bedingungen durch Zweiteilung sehr schnell vermehren können (logarithmisches Wachstum). Außerdem kommen auch höher organisierte Organismen (Eukaryonten) wie einzellige Protozoen wie Wimpertierchen oder auch vielzellige Metazoen wie Würmer vor, die nicht gelöste Substanzen aufnehmen, sondern sich von partikulärem Substrat wie Detritus oder anderen Organismen wie Bakterien ernähren. Daneben liegen auch Viren vor, nicht- organismische Partikel, die zwar genetisches Material enthalten, jedoch nur innerhalb der Zellen anderer Organismen vermehrungsfähig sind.
H. Lemmer

Kapitel 2. Wechselbeziehungen Bakterien-Protozoen Ein Beitrag zur ökosystemaren Betrachtungsweise der biologischen Abwasserreinigung

Zusammenfassung
Will man den gegenwärtigen Stand oder Zukunftsaspekte von Technologien wie z.B. der biologischen Abwasserreinigung einordnen, lohnt sich immer auch ein Blick in die Vergangenheit, da manches erst daraus verständlich wird. Wenn man sich in diesem Zusammenhang ganz allgemein die Entwicklung von Technologien in der Zivilisationsgeschichte vor Augen führt, kann man zwei grundsätzliche Muster unterscheiden:
a)
Die eine Gruppe von Technologien entwickelt sich langsam empirisch nach Versuch und Irrtum und kommt lange Zeit ohne ein wissenschaflich untermauertes Theoriekonzept aus. Dieses wird erst post hoc im Zuge des wissenschaftlichen Erkenntniszuwachses nachgeliefert, was dann aber nochmals entscheidende technologische Verbesserungen bewirken kann. Gerade aus dem Bereich der angewandten Mikrobiologie liegt ja mit der Gärungstechnik ein Musterbeispiel für diese Art von Technologieentwicklung vor. Diese baute in einer jahrtausendelangen Entwicklung bis zum neunzehnten Jahrhundert auf rein empirischen Grundlagen auf. Die nachfolgende wissenschaftliche Durchdringung des Gärungsprozesses erbrachte zwar keine grundsätzlichen Verfahrensneuerungen, sie trug jedoch zweifellos zu bedeutsamen Optimierungen der Verfahren bei.
 
H. Güde

Kapitel 3. Ökologie mikrobieller Biofilme

Zusammenfassung
Die Untersuchung mikrobieller Biofilme begann vor 50–80 Jahren mit den einführenden Arbeiten von Söhngen, Cholodny, Henrici und ZoBell. Dort konnte gezeigt werden, daß die Gegenwart von Oberflächen bakterielle Prozesse beeinflußt. Die Entwicklung von Biofilmen auf Glasobjektträgern wurde mit Hilfe der Lichtmikroskopie beobachtet. Die weitere wissenschaftliche Erforschung mikrobieller Biofilme verlief dann sehr langsam. Erst Ende der 60er bzw. 70er Jahre wurde durch die Arbeiten von Stotzky und Mitarbeitern in Böden und von Marshall und Mitarbeitern im Wasser die Bedeutung mikrobieller Besiedlung von Oberflächen deutlich. Diese Untersuchungen waren der Ausgangspunkt für das intensive Studium der Anheftung von Mikroorganismen an Oberflächen und der Prozesse, die letztlich zur Bildung komplexer Biofilme führen. Mikrobielle Biofilme gewannen zunehmend Beachtung in der Forschung.
L.-A. Meyer-Reil

Den Organismen und Populationsstrukturen abwasserbürtiger Biozönosen auf der Spur

Frontmatter

Kapitel 4. Klassische Methoden zur Charakterisierung von Abwasserbakterien — Grenzen und Möglichkeiten

Zusammenfassung
Abwasser ist jedes nach häuslichem oder gewerblichem Gebrauch veränderte, insbesondere verunreinigte abfließende oder auch von Niederschlägen stammende und in die Kanalisation gelangende Wasser. Zumeist enthält es Bestandteile in gelöster, kolloidaler, fein- und grobdisperser Form. Im häuslichen Abwasser finden sich im wesentlichen organische, biologisch abbaubare Schmutzstoffe. Dagegen lassen sich in gewerblichen und industriellen Abwässern darüber hinaus häufig auch biologisch nicht abbaubare, zum Teil auch toxische Substanzen nachweisen. Weiterhin kann Abwasser verschiedene Salze, etwa Pflanzennährstoffe, enthalten, die in Gewässern (z.B. im Vorfluter) als Eutrophierungsfaktoren wirken können. Übersichten über Herkunft und Zusammensetzung des in öffentlichen Kläranlagen behandelten Abwassers und Fremdwassers, deren technische Behandlung und hygienische Relevanz sind den entsprechenden Lehrbüchern zu entnehmen [1–3]. Bei der Beschreibung komplexer Prozesse wie der der biologischen Abwasserreinigung, spielt die ökologische Sichtweise eine wesentliche Rolle, wobei unter Ökologie definitions-gemäß die Wissenschaft vom Stoff- und Energiehaushalt der Biosphäre und ihrer Untereinheiten (z.B. Ökosysteme) sowie von den Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Organismen, zwischen Organismen und den auf sie einwirkenden Umweltfaktoren sowie zwischen den einzelnen unbelebten Umweltfaktoren verstanden werden soll [4].
P. Kämpfer

Kapitel 5. Hyphomicrobium spp.im Klärwerk und im abwasserbelasteten Gewässer

Zusammenfassung
Häufig können in Belebtschlammflocken hyphen- und knospentragende Bakterien beobachtet werden (Abb. 5.1). Meistens sind dies Vertreter der Gattung Hyphomicrobium. Aufgrund der besonderen Morphologie der Zellen werden sie taxonomisch der Gruppe der prosthekaten Bakterien zugeordnet [1], auch „dimorphic prosthecate bacteria“ genannt [2]. Andererseits gehören sie durch ihre physiologischen Eigenschaften zur großen Gruppe der Methylotrophen, genauer zu den fakultativ methylotrophen Bakterien [3,4,5]. Da Hyphomikrobien vornehmlich in oligotrophen Standorten gefunden und von diesen isoliert wurden [6, 7], ist ihr Auftreten im Belebtschlammbecken [8] sehr bemerkenswert. Der Einsatz der externen Kohlenstoffquelle Methanol zur gezielten Denitrifikation ist kostengünstig und gewinnt zunehmend an Bedeutung in der Abwasserbehandlung. Die Zufuhr von Methanol führt zu einem erheblichen Anstieg der Zahl von Hyphomikrobien in der Belebtschlammflocke [9] und in Biofilmen [10]. Solche Veränderungen in der Zusammensetzung der Bakterien-gemeinschaft im Klärwerk sind verfahrenstechnisch von großer Bedeutung. Eine Aufklärung der natürlichen Diversität der dominanten Bakteriengruppen ist hierbei sehr wichtig, um Verschiebungen in der Zusammensetzung der beteiligten Populationen beschreiben und verfolgen zu können. Deshalb wurden in einer einjährigen Studie im Klärwerk Plön (Schleswig-Holstein) und im Kleinen Plöner See, in den die Kläranlage einleitet, die Diversität und die Populations-dynamik von Hyphomicrobium spp.
C. G. Gliesche, P. Hirsch, N. C. Holm

Kapitel 6. Durchflußzytometrische Untersuchung von Belebtschlamm mit rRNA-gerichteten Oligonucleotidsonden

Zusammenfassung
Die Artenvielfalt, Häufigkeit und Aktivität von Mikroorganismen in ihrer natürlichen Umwelt sind zentrale Fragen der mikrobiellen Ökologie. Neue Methoden, die Mikroskopie und Durchflußzytometrie mit zell– und molekularbiologischen Techniken verbinden, können darauf meist schneller, zuverlässiger und umfassender Antwort geben als klassische Kultivierungsmethoden. Hier wird gezeigt, wie mit Hilfe von Durchflußzytometrie und fluoreszenzmarkierten, rRNA-gerichteten Oligonudeotidsonden Mikroorganismen in Belebtschlamm schnell und weitgehend automatisiert identifiziert und charakterisiert werden können.
G. Wallner, R. Amann

Kapitel 7. Die Anwendung von in situ-Hybridisierungssonden zur Aufklärung von Struktur und Dynamik der mikrobiellen Biozönosen in der Abwasserreinigung

Zusammenfassung
Trotz der enormen Bedeutung und des jahrzehntelangen Einsatzes des Belebtschlammverfahrens mit zahlreichen technischen Verbesserungen (Prozeßführung, Belüftungs- und Regeltechnik) ist über die eigentlich aktive Komponente, die Bakterienflora des Belebtschlamms, immer noch sehr wenig bekannt. Bisher wurden für „Florenanalysen“ im Belebtschlamm vor allem klassische, kultivierungsabhängige Standardmethoden (PC: „Plate count“ oder MPN: „most probable number“) verwendet [11, 23, 68]. Die Aussagekraft solcher Kultivierungsverfahren ist aufgrund ihrer Selektivität in Bezug auf bestimmte Mikroorganismen stark eingeschränkt [86]. Plattierungsverfahren repräsentieren darum weniger die tatsächliche bakterielle Populationsstruktur des Belebtschlamms, als vielmehr den Selektionsdruck der verwendeten Medien und Kultivierungsbedingungen. So können sogar mit für die Analyse von Belebtschlamm optimierten Medien und Kultivierungsbedingungen nur zwischen 0,85 [64] und 14% [86] der durch Direktzählung ermittelten Gesamtzellzahl erfaßt werden. Dieses Phänomen ist Mikrobiologen seit langer Zeit bekannt. Heute ist es unumstritten, daß die Mehrzahl der im Mikroskop sichtbaren Bakterienzellen des Belebtschlamms lebt, jedoch auf Kultivierungsmedien keine sichtbaren Kolonien ausbildet. Gründe hierfür sind sowohl die Flockenbildung der Bakterien im Belebtschlamm, die eine vollständige Zellvereinzelung bei Kultivierungsverfahren verhindert und somit zu einer Unterschätzung der Zahl aktiver Bakterien bei der Lebendkeimzahlbestimmung führt, als auch die für viele Bakterien ungeeigneten Kultivierungsbedingungen. Zusätzlich kann das Auftreten von lebenden, aber nichtkultivierbaren Bakterienformen („viable but non-culturable“), die durch natürliche oder künstliche Streßfaktoren induziert werden [19, 41, 73], zu einer Unterschätzung der aktiven Bakterienzahl bei Verwendung kultivierungsabhängiger Verfahren führen.
M. Wagner, R. Amann

Kapitel 8. PCR-Fingerprint-Verfahren zur Analyse von Mikroorganismen-Populationen

Zusammenfassung
Techniken für die Identifizierung von Mikroorganismen sind die Basis für autökologische Studien. Die traditionellen mikrobiologischen und biochemischen Verfahren beruhen auf der Charakterisierung einer Reihe mehr oder weniger leicht erkennbarer Eigenschaften von Reinkulturen, also auf der teilweisen Beschreibung des Phänotyps eines Mikroorganismus. Für die Identifizierung von Bakterien stehen bewährte Methoden zur Verfügung; standardisierte Medien und Reagenzien sowie Teststreifen sind kommerziell erhältlich. Darüber hinaus sind Automaten verfügbar (z.B. BIOLOG oder Vitek), mit denen zahlreiche biochemische Eigenschaften von Mikroorganismen gleichzeitig getestet werden können. Derartige Systeme sind jedoch bevorzugt auf medizinische Anwendungsbereiche zugeschnitten und können bei Anwendung mit Mikroorganismen aus der Umwelt schwer zu interpretierende oder irreführende Resultate liefern [1–3]. Sie beruhen auf Datenbanken, in denen die Eigenschaften einer begrenzten Zahl von Referenzstämmen enthalten sind. Nur diese lassen sich zur Zeit mit den Identifizierungsautomaten relativ sicher nachweisen. Die Erweiterungen der entsprechenden Datenbanken können u.U. sehr aufwendig sein.
H.-V. Tichy, P. Wiesner, R. Simon

Kapitel 9. Reaktionstechnische Untersuchungen zur konjugativen Übertragung des TOL-Plasmids pWWO in Suspension und im Biofilm

Zusammenfassung
In industriellen Kläranlagen wird die Abbauleistung gegenüber Fremdstoffen entscheidend durch das stoffwechselphysiologische Potential der vorhandenen Bakterienpopulation bestimmt. Der hohe Anteil verschiedener schwer abbaubarer Substanzen, wie alkylierte und/oder halogenierte mono- und polycyclische Aromaten, im Abwasser kann nur durch das Zusammenwirken mehrerer Spezies in einer komplex zusammengesetzten Mischpopulation mineralisiert werden. Da die genetische Ausstattung der autochthonen Bakterien begrenzt ist, wurde wiederholt versucht, durch den Zusatz hochspezialisierter oder auch genetisch veränderter Organismen neue Abbaueigenschaften in das System einzubringen. Wie Untersuchungen in Laborkläranlagen zeigten, werden jedoch die durch eine solche Bioaugmentation frei gesetzten Spezies sehr schnell von der vorhandenen Population verdrängt oder entwickeln unter den vorliegenden Substratbedingungen keine Stoffwechselaktivität [1, 2]. Die Etablierung der neuen metabolischen Leistung setzt somit meist die Übertragung ihrer genetischen Information an die autochthonen Bakterien voraus, damit die Abbauleistung nicht alleine vom Vorhandensein des Spezialstamms abhängt. Obwohl die molekularbiologischen Vorgänge der natürlichen Genübertragung, wie z.B. der Konjugation, weitgehend untersucht sind [3], ist über die Kinetik und die reaktionstechnischen Einflüsse auf diesen Genfluß im mikrobiellen System wenig bekannt.
C. Dössereck, M. Reuss

Kapitel 10. Viren in der Abwasserreinigung

Zusammenfassung
Die Geschichte der Virusökologie ist geprägt von Studien, bei denen das Vorkommen von Viren in Gewässern hauptsächlich auf den Einfluß des Menschen zurückgeführt wurde. Höhere Viruskonzentrationen konnten nur durch Einleitungen gereinigter oder ungereinigter kommunaler Abwässer in Flüsse und Seen erklärt werden. Inzwischen hat sich die Blickrichtung in gewissem Sinne umgekehrt. Man weiß heute, daß Viren in sehr hohen Konzentrationen zur Mikrobenwelt eines gesunden und unbelasteten Gewässers dazugehören, wie auch Bakterien, mikroskopisch kleine Algen und räuberische Einzeller. Neue Forschungsarbeiten haben einen Einblick in die ökologischen Wechselwirkungen von Viren mit dieser Mikrobenwelt eröffnet. Diese Zusammenhänge sind auch für die mikrobiologischen Vorgänge innerhalb von Kläranlagen bedeutsam. Daher wird im folgenden nicht nur auf pathogene (krankheitserregende) Viren aus dem Abwasser und auf virale Indikatoren für den Grad fäkaler Verunreinigungen eingegangen, sondern auch auf Viren, die keine direkte Wirkung auf den Menschen haben, aber den Prozeß der Abwasserreinigung beeinflussen können. Es wird neben einer groben Einführung in die Virologie zur Abwasserreinigung auch ein kurzer Überblick der aktuellen Virusökologie gegeben.
K. P. Hennes

Aktivitäten der Mikroorganismen des Abwassers

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Kapitel 11. Bestimmung der stoffwechselaktiven Bakterien im Belebtschlamm

Zusammenfassung
Die Bestimmung der Stoffwechselaktivität ist ein zentrales Anliegen der Ökologie der Abwasser-Mikroorganismen, da der Abbau von organischen Wasserinhaltsstoffen und die Stoffumsatzrate nur durch physiologisch aktive Organismen bestimmt werden. In der Regel wird die Aktivität von Mikroorganismen im Abwasser über die summarische Bestimmung von Stoffumsatzraten und Biomasseparametern charakterisiert. Diese summarischen Kenngrößen ermöglichen keine Aussagen über die Verteilung der Stoffwechselaktivität in den einzelnen Populationen. Für das Verständnis der Populationsdynamik und der Stoffumsatzraten im Abwasser ist zunächst die Erfassung der physiologisch aktiven Mikroorganismen auf zellulärer Ebene eine wesentliche Voraussetzung. Die gleichzeitige Identifikation der stoffwechselaktiven Mikroorganismen über Gensonden, um die wirklichen Akteure und deren Bedeutung für die Stoffumsetzung im Abwasser zu charakterisieren, stellt in einem weiteren Schritt eine wichtige Aufgabe der Ökologie dar.
T. Griebe, G. Schaule, J. Secker, H.-C. Flemming

Kapitel 12. Die Bedeutung von Biofilmen und Flocken für die Nitrifikation in aquatischen Biotopen

Zusammenfassung
Biofilme und Flocken gelten neben Sedimenten als Zentren des mikrobiellen Stoffumsatzes in aquatischen Biotopen. Für ihre Entstehung sind extrazelluläre polymere Substanzen (EPS), die von zahlreichen Mikroorganismen in erheblichen Mengen ausgeschieden werden, von großer Bedeutung. Sie dienen als Kittsubstanzen und führen zur Bildung schleimiger Aggregate, die sich leicht an Oberfächen anheften. Durch Sekundärbesiedlung dieser Matrix kommt es schnell zur Ausbildung vielfältiger, mikrobieller Lebensgemeinschaften, die in der Lage sind, eine breite Palette von Substraten in komplexen Metabiosen sehr effizient umzusetzen. Ein klassisches Beispiel dafür, wie die Leistungsfähigkeit solcher Lebensgemeinschaften praktisch genutzt werden kann, ist der Einsatz natürlicher oder künstlicher Biofilme bzw. Flocken in der Abwasseraufbereitungtechnik. Nitrifizierende Bakterien spielen dabei schon seit langer Zeit eine wichtige Rolle. Die an diesem Prozeß beteiligten Organismen sind in der Lage, das teilweise in großen Mengen anfallende Ammonium zu beseitigen, und sie leisten durch die Umwandlung des toxischen Ammoniaks in Nitrat auch einen wichtigen Beitrag zur möglichen Stickstoffeliminierung durch Denitrifikation. In den folgenden Kapiteln werden einige Aspekte der Nitrifikation in Biofilmen und Flocken näher betrachtet. Dabei wird in erster Linie auf die zur Zeit vorliegenden Erkenntnisse über natürliche Systeme eingegangen.
H.-P. Koops, B. Böttcher, P. Dittberner, G. Rath, G. Stehr, S. Zörner

Kapitel 13. Neue Wege vom Ammonium zum Stickstoff

Zusammenfassung
Im Stickstoffkreislauf stellt Ammonium bzw. Ammoniak die am stärksten reduzierte Stufe des Stickstoffs dar. Ammonium wird von nitrifizierenden Bakterien über Nitrit zum Nitrat oxidiert. Beide Verbindungen können von denitrifizie-renden Bakterien zu molekularem Stickstoff reduziert werden. In der Abwasserreinigung werden nitrifizierende und denitrifizierende Bakterien eingesetzt, um die anorganische Stickstoffracht zu vermindern. Dabei ergeben sich unter anderem Probleme, weil die Nitrifikation nach der klassischen Definition ein obligat aerober Prozeß ist, während Denitrifikation nur in Abwesenheit von Sauerstoff ablaufen kann. Dementsprechend müssen in der Praxis beide Prozesse unter verhältnismäßig großem Aufwand zeitlich oder räumlich getrennt werden. In den letzten Jahren wurde mehrfach beschrieben, daß sowohl die Nitrifikanten als auch die Denitrifikanten über einen vielseitigeren Stoffwechsel verfugen, als lange Zeit angenommen. Es wurde unter anderem nachgewiesen, daß viele Denitrifikanten auch in Gegenwart von Sauerstoff weiter denitrifizieren können [1, 2] und das Nitritoxidanten der Gattung Nitrobacter in der Lage sind, Nitrat anaerob zu reduzieren [3,4]. Diese neuen Kenntnisse haben bislang keinen Eingang in die Praxis gefunden. Einer der Gründe dafür könnte in der Tatsache liegen, daß die Ammoniakoxidanten, wie z. B.Vertreter der Gattung Nitrosomonas, nach wie vor als obligat aerobe, lithoautotrophe Bakterien angesehen werden. Diese Organismen sind für den ersten Schritt der Umwandlung von Ammonium zu molekularem Stickstoff verantwortlich.
D. Zart, I. Schmidt, E. Bock

Kapitel 14. Lachgas (N2O)-Freisetzung aus Belebungsbecken von Kläranlagen in Abhängigkeit von den Abwassereigenschaften

Zusammenfassung
Den kommunalen Kläranlagen Deutschlands werden jährlich Stickstoffmengen in der Größenordnung von ca. 0,4 bis 0,5 Tg (Tg = Teragramm; 1 Tg = 1012g) zugeführt. Mit dem gereinigten Abwasser verlassen ca. 0,24 Tg N a−1 wieder die Kläranlagen. Während Kohlenstoff beim heutigen Stand der Technik zu ca. 90% aus den Abwässern entfernt wird, variiert die N-Elimination zwischen 30 und 70% [1, 2]. Gewünschtes Endprodukt bei der biologischen und weitergehenden Abwasserreinigung kommunaler und gewerblicher/industrieller N-Frachten ist N2. Mit der Rückführung des inerten N2 in die Atmosphäre ist der Stickstoffkreislauf wieder geschlossen. Neben molekularem Stickstoff (N2) entsteht jedoch bei der biologischen Abwasserreinigung auch Lachgas (N2O) [3,4,5,6,7,8]. Verantwortlich hierfür sind nach heutigen Erkenntnissen sowohl nitrifizierende als auch denitrifizie-rende mikrobielle Prozesse, doch können weitere Mechanismen z. B. Chemodeni-trifikation nicht ausgeschlossen werden. Lachgas hat eine atmosphärische Lebensdauer von 100 bis 200 Jahren und kann langfristig zum Treibhauseffekt in der Atmosphäre sowie zur Ozonzerstörung in der Stratosphäre beitragen [9,10,11]. Auf molarer Basis ist das Treibhauspotential von N2O ca. 200 mal höher als das von CO2. Die geschätzten N2O-Emissionen aus natürlichen Quellen betragen global ca. 4–10 Tg und aus anthropogenen Quellen ca. 1–6 Tg pro Jahr. In der Troposphäre steigt die N2O-Konzentration jährlich um etwa 0,25% und liegt heute bei ca. 300 ppb (ppb = parts per billion) [9].
E. Sümer, G. Benckiser, J. C. G. Ottow

Kapitel 15. Stoffumsetzungen und Bakterienpopulationen in belüfteten Abwasserteichanlagen

Zusammenfassung
Aus ökonomischen und ökologischen Gründen werden im ländlichen Raum vielfach belüftete Abwasserteichanlagen als dezentrale, naturnahe Abwasserreinigungsverfahren eingesetzt. Die Vorteile von belüfteten Abwasserteichen werden darin gesehen, daß sie kostengünstig und wartungsarm sind, eine hohe Reinigungsleistung bei hoher Prozeßstabilität aufweisen, ein großes Pufferungsvermögen gegenüber Belastungsschwankungen und Stoßbelastungen besitzen, die Mitbehandlung von Regenwasser erlauben sowie eine einfache Schlammbehandlung möglich machen [1].
H.-J. Lorch

Kapitel 16. Polyphosphatspeichernde Bakterien und Weitergehende biologische Phosphorentfernung in Kläranlagen

Zusammenfassung
Kommunale Kläranlagen mit biologischen Reinigungsstufen sind bisher meist darauf ausgerichtet und optimiert worden, eine möglichst vollständige Entfernung der organischen Schmutzstoffe aus dem Abwasser zu gewährleisten. Ein großes, weltweites Problem sind aber meist immer noch die anorganischen Nährstoffe, die mit dem nur unvollständig gereinigten Abwasser in natürliche Gewässer gelangen. Durch den erhöhten Zufluß an Stickstoff und Phosphor kann es zu einer Störung des ökologischen Gleichgewichts in Seen, langsam fließenden Flüssen und Talsperren, aber auch den Meeren kommen. Eine zu gute Versorgung mit den anorganischen Nährsalzen führt zu einer Eutrophierung der Gewässer. Es kann eine „Algenblüte“, eine Massenentwicklung von Algen, ausgelöst werden. Bekannte Folgen sind: Schaum- und Schleimbelästigung an Badestränden und eine Toxinbildung durch Cyanobakterien, die zu Haut- und Atemproblemen beim Menschen und zu Todesfällen bei Tieren führen kann. Die O2-Atmung der Algen bei Nacht und besonders die spätere Biomassezersetzung verursachen in den Gewässern u.a. Sauerstoffmangel, so daß es zu Fischsterben kommt. Ein O2-Mangel bewirkt sekundär auch eine Reduktion von Nitrat zum giftigen Nitrit oder eine Phosphatfreisetzung aus dem Sediment. Die Bereitung von Trinkwasser aus eutrophierten Gewässern erfordert außerdem einen sehr hohen Reinigungsaufwand. Es ist deshalb eines der wichtigsten Ziele in der heutigen Abwassertechnik, neben der Beseitigung der organischen Schmutzstoffe auch die anorganischen Nährsalze Stickstoff und Phosphor weitgehend zu entfernen.
G. Schön

Physikalische Probleme durch Abwasserbakterien

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Kapitel 17. Ursachen und Bekämpfung von Blähschlamm

Zusammenfassung
Hohe Anforderungen an die Reinigungsleistung von Abwasserreinigungsanlagen führten in den letzten Jahrzehnten dazu, daß neben der Elimination von Kohlenstoffverbindungen zunehmend auch die Entfernung der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor erforderlich wurde. Da zur Stickstoffelimination meist der Weg über die Nitrifikation und Denitrifikation beschritten wird, werden Belebungsanlagen heute einerseits in einem bis zu zwei Zehnerpotenzen niedrigeren Schlammbelastungsbereich gefahren als zu Beginn der Abwasserreinigung, andererseits werden anoxische, d.h. sauerstofffreie, nitrathaltige Zonen in das Fließschema eingeführt. Zur biologischen Entfernung von Phosphor, der bisher allerdings noch meist über chemische Fällung eliminiert wird, werden anaerobe Zonen zwischengeschaltet.
H. Lemmer

Kapitel 18. Biologische Ursachen von Schaum und Schwimmschlamm in Belebungsanlagen sowie mögliche Gegenmaßnahmen

Zusammenfassung
In den letzten Jahren ist in der biologischen Abwasserreinigung immer häufiger die Bildung viskoser, stabiler Schäume auf Belebungsbecken zu beklagen. In der Nachklärung schäumender Anlagen kommt es häufig zur Entwicklung von Schwimmschlamm, d.h. zum teilweisen Aufschwimmen des abgesetzten Schlammes und damit zum Schlammabtrieb in das Gewässer. Oft ergeben sich in diesen Anlagen auch in den Faulräumen unerwünschte Schaumbildung und Flotationseffekte.
H. Lemmer

Kapitel 19. Schaum in Faulbehältern

Zusammenfassung
Über Schaumbildung auf den Oberflächen von belebten Schlämmen in Abwasserreinigungsanlagen wird schon seit ungefähr 25 Jahren aus den USA, Frankreich, England und Australien berichtet [1, 2, 3, 4]. Diese immer wieder beschriebenen Störungen von Abwasserreinigungsprozessen sind aber auch ein Problem im Bereich der anaeroben Schlammstabilisierung gewesen. Wenn in früheren Jahrzehnten überlastete Faulbehälter Schwierigkeiten machten, so lag dies entweder in einem instabilen anaeroben Abbau (Anreicherung von organischen Säuren) oder an spezifischen Schäumen (durch einseitige Substrate). Heute stellt sich die Situation jedoch ganz anders dar. Die vermehrten Berichte über Probleme mit Schaum im Faulbehälter kommen meist von Kläranlagen, die zur weitergehenden Abwasserreinigung mit biologischer Phosphorelimination und Nitrifikation ausgestattet wurden. In diesen eher unterbelasteten Kläranlagen bilden sich die Schäume sowohl auf den Oberflächen des belebten Schlammes im Belebungsbecken als auch im Faulbehälter aus.
S. Kunst, S. Knoop

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