Das Projekt "Biofilme in Fliessgewaessern als dynamische Komponente bei der Schadstoffsorption; Teilprojekt: Lokalisierung des Sorptionsortes von Schadstoffen im Biofilm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Bauingenieurwesen und Vermessungswesen, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Prüfamt für Wassergüte- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Aufgabenstellung: Der groesste Anteil der Mikroorganismen auf der Erde existiert in immobilisierter Form in Biofilmen. Sie sind in einer Matrix bestehend aus extrazellulaeren polymeren Substanzen (EPS) eingebettet und bedecken grosse Bereiche der Oberflaechen von Sedimenten und Schwebstoffen. Aufgrund ihrer Eigenschaft als Gel-Matrix und der funktionellen Gruppen in der EPS koennen sie die Sorption geloester und partikulaerer Stoffe beeinflussen. Bislang wird dieser Effekt als Teilaspekt des ausgepraegten Einflusses der 'organischen Substanz' nur summarisch beruecksichtigt. Im Biofilm koennen Wasser, geloeste organische und anorganische Substanzen und Partikel in der EPS, in den Zellwaenden und im Cytoplasma sorbiert werden. Diese Orte zeigen ein unterschiedliches Verhalten bzw. unterschiedliche Kapazitaeten gegenueber den Schadstoffen. Die Untersuchung der Sorption von Schadstoffen im Biofilm wird durch das Auftreten von physiologischen Reaktionen nach der Sorption erschwert. Im Verbundprojekt 'Biofilme in Fliessgewaessern als dynamische Komponente bei der Schadstoffsorption' der Universitaeten Muenchen, Karlsruhe und Trier wird im Muenchner Teilprojekt das Sorptionsverhalten der Biofilme untersucht. Projektdurchfuehrung: Im Rahmen des Projekts wird die Sorption von Schwermetallen und ausgewaehlter organischer Schadstoffe an Biofilme untersucht. Diese stammen aus Standard-Aufwuchskoerpern, die im Karlsruher Teilprojekt entwickelt werden. Parallel dazu wird ein Biofilm-Reaktor (Rototoque) im Labor eingesetzt. In diesem Reaktor koennen Biofilme unter bekannten Bedingungen angezuechtet werden. Durch verschiedene Methoden zur Auftrennung und sequentiellen Extraktion wird geprueft, in welchen Kompartimenten des Biofilms (Schleimsubstanzen, Zellmembranen und Cytoplasma) sich die Schadstoffe bevorzugt anreichern und welche Aufnahmekapazitaet die einzelnen Bereiche besitzen. Dadurch soll ein besseres Verstaendnis der Sorptionsmechanismen fuer Schadstoffe ermoeglicht werden. Eine weitere Moeglichkeit den Sorptionsort von Metallen zu bestimmen bietet der Einsatz des confocalen Laser-Scanning-Mikroskops (CLSM). Durch die Anwendung von metallspezifischen Fluoreszenzindikatoren und dem CLSM ist es moeglich, die Lokalisierung der Schwermetalle an intakten Biofilmen durchzufuehren. Unabhaengig von der Biofilmdicke kann mit dem CLSM die Verteilung der Schwermetalle in jeder beliebigen Schichttiefe sichtbar gemacht werden.
Das Projekt "Grundlagen und Optimierung der Sauerstoffzufuhr und des Sauerstoffertrags beim Belebungsverfahren mit Aufwuchskoerpern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Darmstadt, Institut für Wasserversorgung, Abwasserbeseitigung und Raumplanung durchgeführt. Zur Leistungssteigerung und Sanierung werden Belebungsanlagen mit Aufwuchskoerpern ausgeruestet. Der Einbau solcher Festbetten kann Sauerstoffzufuhr und -ertrag der feinblasigen Druckluftbelueftung stark erhoehen und die Betriebskosten entsprechend senken. Die Grundlagen des Einflusses der Einbauten auf den Gasaustausch werden geklaert und die Auswirkung quantifiziert. Wichtige Versuchs- und Messparameter in diesem Zusammenhang sind Blasengroesse und Wassergeschwindigkeitsfaktoren sowie deren Verteilung in Abhaengigkeit von der Luftmenge, von Struktur und Kompaktheit der Aufwuchskoerper, ihrem Volumenanteil und der Anordnung im Belebungsbecken. Ein optimales System der Einbauten wird entwickelt, das die Betriebskosten der Belueftung weitgehend senkt und Schlammablagerungen und Festbettverstopfungen vermeidet. Die Versuche hierzu werden in einer Pilotanlage in technischem Masstab unter Einsatz von zT neuen Messtechniken durchgefuehrt.
Das Projekt "Integration von Aufwuchskoerpern in Belebungsanlagen zur Verbesserung der Schlammindices und zur Erhoehung der Sedimentationsleistung von Nachklaerbecken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Die Auftretenswahrscheinlichkeit von Schwimm- und Blähschlammphänomenen korreliert mit der Verfahrenstechnik der Anlage. Hierbei handelt es sich mehrheitlich um Schwachlastanlagen mit Bio- P Elimination und Denitrifikation. Da diese Verfahrenskombination die heute mehrheitlich realisierte Technologie darstellt, ist die Lösung dieses Problems eine der wenigen im Bereich der kommunalen Abwasserreinigung verbleibenden offenen Fragen. Da die Ursachen trotz zahlreicher Bemühungen bislang im Detail unverstanden sind, werden heute vielfältige Maßnahmen zur Gegensteuerung diskutiert und erprobt. Diese Versuche zielen entweder auf die Verbesserung der Absetzbarkeit der Belebtschlämme - durch korrigierende Maßnahmen wie etwa die Zugabe von flockenbeschwerenden Chemikalien/Materialien oder die Vorschaltung sogenannter Selektoren - und/oder auf die Verbesserung der Abscheideleistung der Nachklärbecken. Bekanntermaßen bereitet die Abtrennung von Biomasse bei Festbettreaktoren -aufgrund der günstigeren, die Absetzbarkeit erleichternden Flockenstruktur/ Flockendichte- kaum Probleme. Ferner ist der spezifische Volumenbedarf der Nachklärung bei Festbettreaktoren deutlich geringer als bei Belebungsanlagen. Darüber hinaus steigt die Bio-P-Elimination -unter sonst gleichen Bedingungen- mit dem TS-Gehalt an. Vor diesem Hintergrund ist es nur naheliegend eine Kombination beider Verfahrenstechniken (eine Symbiose aus sessiler, auf Bewuchskörpern fixierter Biomasse und suspendiertem Belebtschlamm) in Betracht zu ziehen. Im Rahmen des Vorhabens werden drei halbtechnische Anlagen (festsitzende, schwimmende Bewuchskörper und konventionelle Anlage als Referenz) betreut, deren Ergebnisse verglichen und mittels einer Simulation verifiziert. Um die sessilen Mikroorganismen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Bio-P-Elimination beurteilen zu können, ist die Verfahrensführung derart ausgelegt, daß sie aeroben als auch anaeroben Millieubedingungen ausgesetzt werden. Die Ergebnisse sollen folgende Arbeitshypothesen bestätigen: Aufwuchskörper können auch in kontinuierlich durchflossen Belebungsanlagen mit Bio-P Elimination erfolgreich eingesetzt werden. - Der Schlammindex wird deutlich verringert und damit die Absetzbarkeit entsprechend verbessert. - Aufgrund der verringerten Rücklaufschlammförderung (entsprechend des Anteils der sessilen Biomasse) wird die Betriebsstabilität der Nachklärung nachhaltig verbessert. - Die Nachklärung wird in zweierlei Hinsicht entlastet: aufgrund der Verbesserung der Schlammindices als auch aufgrund der reduzierten Rücklaufschlammförderung. - Je nach hydraulischer und stofflicher Ausgangsbelastung wird Kapazität in unterschiedlichem Maße in der Nachklärung freigesetzt. (Text gekürzt)