Die NMR Diffusionsmessungen haben gezeigt, daß nur ca. 0,01Prozent der Wassermoleküle in einem Biofilm durch direkte Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen und der Polymer-Matrix des Biofilms in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt werden. Weit über 99Prozent des Wassers muß daher aufgrund der Mischungsentropie, sowie eventuell durch Kapillareffekte, festgehalten werden. Weil Biofilme mit unterschiedlichen Polymeren unterschiedliche Mengen Wasser festhalten können, möchten wir untersuchen, ob und welche strukturellen Eigenschaften des Alginats die Wasserrückhaltung bestimmen. Für mehrere gut definierte Alginate soll die festgehaltene Menge Wasser gravimetrisch und kalorimetrisch bestimmt und mit der über NMR quantitativ bestimmten Netzwerkdichte der Alginate korreliert werden. Ferner soll untersucht werden, ob die Netzwerkdichte von der chemischen Struktur (z.B. Zahl der Acetylgruppen, Copolymersequenz der Polysaccharide, Salze) beeinflußt wird. In Nachfolge der NMR-Wasserdiffusionsexperimente soll durch die Diffusion von Nährstoffen, wie Phosphat und Nitrat, untersucht werden. Falls bei diesen Substanzen, analog zum Wasser, langsam und schnell diffundierende Fraktionen gefunden werden, soll auch hier ihr jeweiliger Anteil mit der NMR-Netzwerkdichte korreliert werden.
Das Ziel dieses Projektes ist die Herstellung einer strukturierten Keramik mit gerichteten Kapillaren. Dabei wird der Effekt der gerichteten Strukturierung durch Gelierung von Aliginaten mit Anorganikzusatz ausgenutzt. Das Projekt wird gemeinsam mit dem Laboratorium fuer Oberflaechenchemie der Universitaet Regensburg bearbeitet. Gegenstand der Untersuchungen sind verschiedene Trocknungsmethoden der Gelproben, um trotz grosser Schwindung rissfreie strukturierte Keramik mit enger Poren- und Kapillarengroessenverteilung zu erhalten. Die Kapillaren besitzen einen Durchmesser von ca. 10 mym. Untersuchte Werkstoffsysteme sind unter anderem TiO2 und Kalziumphosphat. Ein Einsatzgebiet dieser neuartigen Entwicklung koennte die Filtration sein.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen mit Hilfe einer Laboranlage unter anderem folgende Fragestellungen und Aufgaben bearbeitet werden: Wie kann die Einarbeitungsphase von Festbettreaktoren beschleunigt werden? Ist ein schnellerer Aufwuchs durch Aufrauhen der Traegermaterialoberflaeche, beispielsweise durch Sandstrahlen moeglich? Kann der Aufwuchs beschleunigt werden, indem ein biologisch gut abbaubares Substrat auf das Traegermaterial aufgebracht wird? Hat das Ladungsverhalten von Flockungshilfsmitteln einen Einfluss auf die Flockenstruktur und die Biofilmbildung? Hilft die Zugabe von Kalk und Alginaten bei der Biofilmbildung? Welche Konzentrationen muessen im Substrat eingestellt werden? Fuer Kampagnenbetriebe ist es von Interesse, die Abwasserbehandlungsanlage innerhalb weniger Tage wieder zu aktivieren. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, wie die optimale Ausser- und Inbetriebnahme erfolgen muss. Sollte der Methanreaktor moeglichst schnell oder langsam abgekuehlt bzw aufgeheizt werden? Ist es fuer die neuerliche Inbetriebnahme bei Kampagnenbeginn von Bedeutung, ob oder welche Abwasserbelastung waehrend der Ruhezeit in der Fluessigphase herrschte? Spielt die Qualitaet des Substrates, dh der Versaeuerungsgrad, fuer die Wiederinbetriebnahme eines Methanreaktors eine Rolle? Bei langsamem Abkuehlen des Methanreaktors wird das noch nicht abgebaute Substrat versaeuert, da die Versaeuerung durch fakultative Bakterien auch bei geringen Temperaturen erfolgt. Welche Auswirkungen haben hohe Konzentrationen organischer Saeuren bei der Wiederinbetriebnahme? Welche Form der schrittweisen Belastungssteigerung bei der Inbetriebnahme eines Fest...
Die bakterielle Anheftung an Oberflaechen mit nachfolgender Biofilmbildung ist an aquatischen Standorten weitverbreitet und kann in technischen Systemen zu Betriebsstoerungen und hygienischen Problemen fuehren. Eine besondere Rolle bei der Biofilmbildung spielen extrazellulaere polymere Substanzen (EPS), meist Polysaccharide, die von den Bakterien ausgeschieden werden und zur Stabilitaet des Biofilms gegenueber physikalischen, chemischen und biologischen Einwirkungen beitragen. Anhand des im Wasser und Boden weit verbreiteten Bakteriums Pseudomonas aeruginosa soll untersucht werden, inwieweit die Bildung von EPS dieser Bakterien an der Resistenz gegenueber chemischen Desinfektionsmitteln ursaechlich beteiligt ist. Dazu sollen aus dem Aufwuchs aquatischer Standorte isolierte schleimbildende, sogenannte mucoide Staemme von P aeruginosa mit nicht-schleimbildenden Staemmen verglichen werden. Der Schleim mucoider Staemme von P aeruginosa enthaelt als charakteristisches EPS das saure Polysaccharid Alginat. Als Desinfektionsmittel werden Chlor und Wasserstoffperoxid verwendet. Im einzelnen sind folgende Untersuchungen vorgesehen: 1) Isolierung und Charakterisierung von freien und an Oberflaechen angehefteten P aeruginosa-Staemmen aus den Bereichen des aufbereiteten Trinkwassers, des Schwimmbeckenwassers, des Brauchwassers und natuerlicher Gewaesser. 2) Vergeichende Untersuchungen des Ueberlebens von P aeruginosa in An- und Abwesenheit von Alginatschleimbildung von suspendierten und an Aufwuchsmaterial (Aktivkohle, Metalloberflaechene) angehefteten Bakterien in Abhaengigkeit von Desinfektionsmittelkonzentration, Einwirkdauer, pH-Wert, Temperatur usw.