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Betriebsstabile Deammonifikation mit Swinging Redox

Seit dem Jahr 2009 werden an der Technischen Universität München, vom Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft, Untersuchungen zur Deammonifikation im SBR durchgeführt, bei der mittels Intervallsteuerung und spezieller Regelstrategie das gleichmäßige Schwingen des Redoxpotentials (ORP) im Fokus steht. Postuliert wird bei dieser Methode die Unterstützung eines enzymgebundenen Ladungsaustauschs zur Regeneration der Biozönose im wechselnden Milieu von Oxidation und Reduktion. Die ORP-Amplituden zeigen während der aeroben und anoxischen Phasen typische Signale, die mit den Stickstoff-Konzentrationen korrelieren. Als Resümee ist herauszustellen, dass der Prozess mit Kläranlagen-Belebtschlamm und deammonifizierendem Schlamm aus vorangegangenen Untersuchungen angefahren werden kann. Gesamtstickstoff-Abbaugrade von 90 % werden bei einer Betriebs-Temperatur von 30 °C und Belastung von mehr als 380 gN/(m3 d) erreicht. Nach zwei Jahren Betriebserfahrung mit der Behandlung von KA-Zentraten aus Garching und Ingolstadt in mehreren 150 l SBR-Technikumsanlagen wurde von 2010 bis 2012 im Klärwerk Landsberg an einer Pilotanlage mit 20 m3 SBR eine automatische Steuerung entwickelt, die eine betriebsstabile Prozessführung ermöglicht. Seitdem sind im Rahmen von Master- und Studienarbeiten die optimalen Betriebsbereiche zur Deammonifikation im Technikum präzisiert worden. Um Substrat-Hemmung sowie Nitrat-Akkumulation zu vermeiden, ist bei der Prozessregelung strickt auf Konzentrationsgradienten und ORP-Amplituden-Grenzwerte zu achten. Für die Einfahrphase hat sich die Zugabe von einem Viertel Kläranlagen-Zulauf zum Zentrat bewährt, um besonders im Teillastbereich ein ausreichendes Reduktionspotential vorzugeben. Weitere Additive sind im Regelbetrieb nicht erforderlich. Die jüngsten Ergebnisse zeigen, dass bei Voll-Last, das heißt bei einer Abbauleistung von mehr als 360 gN/(m3 d) und Zulaufkonzentrationen von 1.400 mg/l NH4-N, auch die Nitrat-Konzentration im Ablauf auf weniger als 5 % reduziert werden kann. Mit der Online-Messung von ORP, LF und pH ist der Prozess stabil zu führen. Ammonium, Nitrat und TS werden zwei bis dreimal pro Woche gemessen.

Aufbereitung oelhaltiger Schlaemme aus Leichtfluessigkeitsabscheidern in Bioreaktoren

Fuer die Entsorgung oelhaltiger Schlaemme aus Leichtfluessigkeitsabscheidern und Sandfaengen ist entsprechend den Anforderungen der TA-Abfall eine chemisch-physikalische, biologische Behandlungsanlage oder eine Sonderabfallverbrennung vorgesehen. Die von der FH Muenster vorgeschlagene Flotation mit nachfolgender biologischer Aufbereitung der flotativ behandelten Schlaemme soll eine Ablagerung der Schlaemme suf Deponien der Klasse 1 ermoeglichen. Die biologische Autbereitung kann in Mieten und Suspensionsreaktoren erfolgen und ist Gegenstand der Untersuchungen. Fuer den Abbau von durch Flotation vorbehandelten Oelschlaemmen aus Fluessigkeitsabscheidern wird eine Sludge-Airlift-Reaktoranlage eingesetzt. In ersten, auf sechs Wochen festgelegten Versuchen ist in Abhaengigkeit von der eingesetzten Kornfraktion, der zugegebenen Mikroflora sowie den Naehrsubstraten und Detergentien eine Abbauleistung zwischen 85 Prozent und 95 Prozent bei einer anfaenglichen MKW-Belastung von 80.800 mg/Reaktor ereicht worden. Strippverluste werden durch einen Abgaswaescher und die Rueckfuehrung des Waschwassers in den Bioreaktor ausgeglichen. Die eingesetzte, aus den Oelschlaemmen selektierte Mikroftora, wird extern angereichert und dem Prozess zugefuehrt.

Evolutionary Adaptation of Protein Turnover in White Muscle of Stenothermal Antarctic Fish: Elevated Cold Compensation at Reduced Thermal Responsiveness

Protein turnover is highly energy consuming and overall relates to an organism's growth performance varying largely between species, e.g., due to pre-adaptation to environmental characteristics such as temperature. Here, we determined protein synthesis rates and capacity of protein degradation in white muscle of the cold stenothermal Antarctic eelpout (Pachycara brachycephalum) and its closely related temperate counterpart, the eurythermal common eelpout (Zoarces viviparus). Both species were exposed to acute warming (P. brachycephalum, 0 °C + 2 °C/day; Z. viviparus, 4 °C + 3 °C/day). The in vivo protein synthesis rate (Ks) was monitored after injection of 13C-phenylalanine, and protein degradation capacity was quantified by measuring the activity of cathepsin D in vitro. Untargeted metabolic profiling by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to identify the metabolic processes involved. Independent of temperature, the protein synthesis rate was higher in P. brachycephalum (Ks = 0.38–0.614 %/day) than in Z. viviparus (Ks= 0.148-0.379%/day). Whereas protein synthesis remained unaffected by temperature in the Antarctic species, protein synthesis in Z. viviparus increased to near the thermal optimum (16 °C) and tended to fall at higher temperatures. Most strikingly, capacities for protein degradation were about ten times higher in the Antarctic compared to the temperate species. These differences are mirrored in the metabolic profiles, with significantly higher levels of complex and essential amino acids in the free cytosolic pool of the Antarctic congener. Together, the results clearly indicate a highly cold-compensated protein turnover in the Antarctic eelpout compared to its temperate confamilial. Constant versus variable environments are mirrored in rigid versus plastic functional responses of the protein synthesis machinery.

Entwicklung von grosstechnischen Verfahren zur biologischen Abluftreinigung

Es werden grosstechnische Verfahren zur biologischen Abluftreinigung entwickelt. Je nach Eigenschaft der Luftschadstoffe kommen Biowaescher, Biofilter oder Kombinationen aus beiden zur Anwendung. Hauptmerkmale der Linde-Verfahren sind: Einsatz schadstoffspezifischer Startkulturen, die im Labor geprueft und identifiziert werden. Dadurch werden sehr kurze Anfahrzeiten und hohe Abbauleistung sowie stabile Betriebszustaende erreicht. Die Startkulturen sind hygienisch unbedenklich. Der Einsatz geordneter Traegermaterialien in den Absorbern beziehungsweise Biofiltern bringt viele Vorteile, wie minimalen Druckabfall der Abluft; dadurch geringen Energiebedarf, homogene Durchstroemung mit guter Raumausnutzung, einfaches Befeuchtungs- und Konditionierungssystem zur Betriebsstabilisierung bei hoher Leistung, kompakte Bauweise, hohe Standzeit der Absorberpackung, Moeglichkeit zur Abreinigung der Absorberpackung durch Wasserstrahl oder Spuelen. Hohe Flexibilitaet in der baulichen Gestaltung, zum Beispiel Hochbauweise. Bei Biowaeschern hat sich der Einsatz des Linpor(xp=R)-Traegermaterials bewaehrt. Die Biomasse kann damit zu 90 Prozent im Reaktorteil konzentriert und immobilisiert werden. Dadurch verringert sich der Durchsatz von Mikroorganismen durch den Absorber und die volumetrische Abbauleistung wird um den Faktor vier erhoeht.

Mikrobieller Abbau von polychlorierten Phenolen

Isolierung von Chlorphenol-abbauenden Mikroorganismen. Charakterisierung der Abbauleistung. Untersuchungen zum Abbauweg (insbesondere von 2,4,6-Trichlorphenol). Isolierung und Identifizierung von Metaboliten. Reinigung und Charakterisierung von Enzymen aus dem Abbauweg.

Die gepackte Saeule in der aeroben Abwasserreinigung

Zur Reinigung von Abwaessern mit hohen organischen Schadstoffkonzentrationen werden aerobe Hochlastreaktoren eingesetzt. Dabei wird die Leistungssteigerung mit unterschiedlichen Verfahrens- und Reaktortechniken erzielt. Alle Systeme haben gemeinsam, dass bei intensiver Durchmischung mit hoher Turbulenz durch Scherkraefte grosse Phasengrenzflaechen zwischen Substrat/Sauerstoff und Bakterien/Sauerstoff erzeugt werden. Dies verbessert sowohl den Sauerstofftransport als auch den Stoffuebergang. Nach diesen Prinzipien arbeitet auch der Umlaufreaktor mit gepackter Saeule, die aus speziell geformten Keramikteilen besteht. Modelluntersuchungen mit synthetischem Abwasser zeigen, dass dieser Reaktor die Abbauleistung bekannter Hochlastreaktoren erreicht, aber weniger Energie und keine beweglichen Teile benoetigt.

Langzeitverhalten einer naturnahen Klaeranlage fuer haeusliches Abwasser

Die naturnahe Klaeranlage Schattweid reinigt seit 1986 das haeusliche Abwasser des Oekozentrums. Seit dieser Zeit wird die Anlage kontinuierlich wissenschaftlich begleitet und war daneben auch Ort einiger Sonderuntersuchungen. Die Rahmenbedingungen fuer den Betrieb sind damit sehr gut bekannt. Die Anlage gehoert heute zu den am laengsten und besten untersuchten naturnahen Klaeranlagen in Europa. Die Langzeitforschung soll ermoeglichen, Aussagen ueber die Lebensdauer und die Veraenderung der Abbauleistung zu erarbeiten. Bei der N-Elimination wurde eine Verbesserung von ca 50 Prozent (1986) auf ueber 80 Prozent (1993) festgestellt. Auch SCB-Abbau und Nitrifikation verbessern sich weiterhin. Beim P-Rueckhalt ist mit einer Erschoepfung zu rechnen, die sich aber bisher noch nicht abzeichnet.

Nebenwirkungen von Herbiziden auf Mikroorganismen des Bodens

Bei der hohen biologischen Aktivitaet von Unkrautbekaempfungsmitteln und angesichts des nicht unerheblichen Anwendungsumfanges in intensiven Ackerbau- und Gemuesebaubetrieben taucht die Frage nach den Nebenwirkungen von Herbiziden gegen Mikroorganismen des Bodens auf. Falls solche Wirkungen im laufe der Untersuchungen festgestellt werden sollten, wird angestrebt, diese Erkenntnisse in den Rahmen der amtlichen Pflanzenschutzmittelpruefung zur Vermeidung von schaedlichen Auswirkungen auf die Umwelt einzubauen. Vorrangige Untersuchungsziele sind derzeit der Einfluss von Herbiziden auf die Bodenfruchtbarkeit (CO2-Produktion) und die Abbauleistung der Mikroorganismen (Strohmineralisierung).

Einfluß von atmosphärischer CO2-Konzentration und pflanzlicher Artdiversität auf bodenlebende Nematoden und Mikroarthropoden eines Mesobrometums

Erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen führen über vermehrtes Wurzelwachstum und vermehrte Abgabe von Wurzelexudaten zu einer intensivierten Verlagerung von Kohlenstoff in den Boden. Diese zusätzlichen Energiequellen für die Bodenmikroflora gestatten theoretisch erhöhtes mikrobielles Wachstum und erhöhte Aktivität und vermögen daher bodenbiologische Prozesse (Abbau des Bestandesabfalls, Nährstoffmineralisierung) massiv zu beeinflussen. In vielen Untersuchungen konnte dieses erwartete Anwachsen der mikrobiellen Biomasse und Aktivität jedoch nicht festgestellt werden. Möglicherweise wird die erhöhte mikrobielle Biomasse unter bestimmten Umständen effizient von bakterien- und pilzfressenden Bodentieren genutzt und der erhöhte C-Input in den Boden in tierischer Biomasse festgelegt. Untersuchungen zur Reaktion der Bodenfauna auf erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen fehlen allerdings nahezu völlig. In unserem Projekt verfolgen wir die Reaktion microbivorer Organismen (Mikroarthropoden und Nematoden) in zwei vom Institut für Botanik der Universität Basel in einem Halbtrockenrasen bei Nenzlingen (CH) durchgeführten mehrjährigen CO2-Anreicherungsexperimenten.

Bepflanzte Bodenfilter (Pflanzenklaeranlagen)

Untersuchung von in der Steiermark vorhandenen bepflanzten Bodenfiltern (Pflanzenklaeranlagen) im Hinblick auf die Frage, warum es bei scheinbar gleich gebauten und gleich belasteten Anlagen unterschiedliche Abbauleistungen gibt.

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