Das Projekt "Ueber die Herkunft von Ammonium im Wasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Fachrichtung Medizinische Mikrobiologie und Hygiene durchgeführt. In einigen Veroeffentlichungen der letzten Jahre wird die Bildung von Ammonium aus Nitrat in Frage gestellt. Wir haben aus je einer Erd- und Talsperrensedimentprobe 60 verschiedene Staemme von nitratammonifizierenden Bakterien erhalten. Von den Bakterien, die unter anaeroben Bedingungen aus Nitrat Ammonium bilden, sind diejenigen zu trennen, die Nitrat unter Bildung von N2 oder N2O denitrifizieren. Verschieden von beiden Prozessen ist die Ammoniumbildung aus organischen, stickstoffhaltigen Verbindungen (Ammonifikation). Nitratammonifizierende Bakterien koennen auch Nitrit und teilweise Hydroxylamin unter anaeroben Bedingungen reduzieren. Sowohl bei der Denitrifikation als auch bei der Nitratammonifikation kann aus organischer Substanz Ammonium gebildet werden.
Das Projekt "N2O- und CH4-Fluesse aus N-limitierten und N-geduengten Waldoekosystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. In dem Teilvorhaben 'N2O- und CH4-Fluesse aus N-limitierten und N-geduengten Waldoekosystemen der mittleren Breiten' sollen ueber einen Zeitraum von 3 Jahren im Rahmen von Intensiv-Freiland Messkampagnen zu den vier Jahreszeiten die N2O- und CH4-Spurengasfluesse aus Boeden eines Fichtenbestandes im Schwarzwald bei Villingen quantifiziert werden. Ueber die Bedeutung von Waldoekosystemen der mittleren Breiten als Quelle bzw. Senke fuer klimarelevante Spurengase bestehen erhebliche Kenntnisdefizite. Hinzu kommt, dass in bisher durchgefuehrten Untersuchungen die durch Intensiv-Landwirtschaft sowie Industrie und Verkehr verursachte N-Belastung der Waldoekosysteme der mittleren Breiten und deren Auswirkung auf die N- und C-Spurengasfluesse nicht oder nicht hinreichend beruecksichtigt wurde. Aus diesem Grund werden im vorliegenden Vorhaben die N2O- und CH4 Spurengasfluesse einer N-geduengten mit denen einer N-limitierten Versuchsflaeche verglichen, um Aussagen ueber die Auswirkungen erhoehten N-Eintrags auf die Hoehe der Ouell- bzw. Senkenstaerke dieser naturnahen Oekosysteme fuer N2O bzw. CH4 treffen zu koennen. In begleitenden Laboruntersuchungen sollen die an der N2O-Emission beteiligten mikrobiellen Prozesse identifiziert sowie die Zusammensetzung der an den N2O-Emissionen beteiligten Bodenmikroorganismen-Populationen erfasst werden. N-Mineralisationsraten sollen mit Wurzel-Aufnahmeraten von Fichten fuer Ammonium und Nitrat in Abhaengigkeit von N-Angebot in Beziehung gesetzt und mit den N20-Emissionen verglichen werden. Unter Einsatz molekularbiologischer Methodiken geklaert werden, ob heterotrophe Nitrifizierer, die in diesen Waldboeden die Nitrifikation katalysieren und damit zumindest teilweise fuer die beobachtete N2O-Emission verantwortlich sind, ueber dieselben bzw. vergleichbare Enzymsysteme verfuegen wie die autotrophen Nitrifizierer.
Das Projekt "Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie, Forschungseinheit Marine Geosysteme durchgeführt. The aim of this project is to test the hypothesis that nitrogen fixation is stimulated in organic-rich surface sediments of marine oxygen minimum zones (OMZ s) and represents an important link between nitrogen and sulfur cycling via N2-fixing sulfate-reducing bacteria. A multidisciplinary set of methods (microbial rate measurements, nifH-gene analyzes, 15N-labelling, HISH-SIMS, CARD-FISH, porewater geochemistry) will be applied to sediments from different OMZ s (off Peru, off Mauretania, Koljø Fjord).
Das Projekt "Teilvorhaben 1: N2-Umsetzer und MALDI-TOF/MS Analytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V., Abteilung Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Die Gewinnung von Biogas aus nachwachsenden Roh- und landwirtschaftlichen Reststoffen ist wesentlicher Baustein einer nachhaltigen und CO2-neutralen Energieerzeugung. Verantwortlich für den anaeroben Abbau der Biomasse zu Biogas ist eine komplexe und dynamische Mikroflora bestehend aus einer Vielzahl von Bakterien und Archaeen. Die Mehrheit der beteiligten Mikroorganismen ist ebenso wie ihre Stoffwechselleistungen bislang nicht wissenschaftlich untersucht. Die Kenntnis der Biogas-Mikrobiologie wird jedoch als Schlüssel für die weitere technologische Optimierung der Biogasproduktion angesehen. Zur Aufklärung der mikrobiologischen Zusammenhänge gewinnen Hochdurchsatztechnologien zur DNA-Analyse zunehmend an Bedeutung. Jedoch sind die hiermit erhaltenen Datenmengen bislang nur ansatzweise auswertbar, da es häufig an Referenzdaten mangelt. Um die Hochdurchsatz-DNA-Analytik auch für die Biogasforschung zu erschließen, soll im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine Referenzdatensammlung für das Kern-('core') Mikrobiom von Biogasanlagen aufgebaut werden. 1. Auswahl und Beprobung von repräsentativen Biogasanlagen; 2. Etablierung neuartiger Verfahren zur Isolierung von Mikroorganismen aus Biogasreaktoren und Gewinnung von Isolaten; 3. Sequenzierung der Genome der Isolate und bioinformatische Auswertung; 4. Aufbau einer Referenzdatenbank für den Kernbestand an Mikroorganismen; 5. Etablierung einer zeitnahen Diagnostik des Reaktorzustandes mittels MALDI-TOF MS
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Binnenfischerei e.V., Potsdam-Sacrow durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die experimentelle Entwicklung eines innovativen, auf Basis eines Moving Bed Biofilm- Reaktors (MBBR) in Kombination mit einem Luftwäscher arbeitenden Verfahrens zur Elimination von Ammoniak und Aerosolen aus der Stallluft bei Haltung landwirtschaftlicher Nutztiere. MBBR haben sich in Kreislaufsystemen zur Aufzucht aquatischer Organismen sowie in der kommunalen Klärtechnik als leistungsfähige Wasseraufbereitungskomponenten bewährt. Es ist zu erwarten, dass ein hinreichend dimensionierter Luftwäscher neben Ammoniak auch Aerosole aus der Stallluft eliminiert, die einerseits zu einer hinreichenden Versorgung der Nitrifikanten und Denitrifikanten im MBBR mit den neben Ammonium/Ammoniak/Nitrit/Nitrat benötigten Nährstoffen führt. Sich im Füllkörperbett des MBBR ansiedelnde heterotrophe Bakterien werden andererseits zur Mineralisation der organischen Substanz aus Aerosolen führen und sie somit ebenfalls im Ablaufwasser bzw. Sediment des MBBR binden. Gelingt die praktische Umsetzung, stellt die Innovation einen Beitrag zur Reduzierung von Emissionen aus der Nutztierhaltung dar. Aufgrund der geringen Platzansprüche des angestrebten Verfahrens ist es vorgesehen, Luftwäscher und MBBR innerhalb der Stallhülle zu platzieren und die Stallluft kontinuierlich durch das System zu rezirkulieren. Das Konzept kann somit auch dazu beitragen geringe Ammoniak- und Aerosolkonzentrationen innerhalb des Stalles zu realisieren. Durch diese Verbesserung der Stallluftqualität kann auch ein Beitrag zu mehr Tierwohl in der Nutztierhaltung und zu einem verbesserten Arbeitsschutz erbracht werden. Der MBBR soll so ausgelegt werden, dass auch Betriebszustände mit intermittierenden Denitrifikationsphasen gefahren werden können. Hierdurch besteht gegenüber konventionellen Luftwäschern die Möglichkeit der Überführung von Ammoniak in nach Umweltgesichtspunkten unproblematischen gasförmigen Stickstoff.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Agrartechnologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die experimentelle Entwicklung eines innovativen, auf Basis eines Moving Bed Biofilm- Reaktors (MBBR) in Kombination mit einem Luftwäscher arbeitenden Verfahrens zur Elimination von Ammoniak und Aerosolen aus der Stallluft bei Haltung landwirtschaftlicher Nutztiere. MBBR haben sich in Kreislaufsystemen zur Aufzucht aquatischer Organismen sowie in der kommunalen Klärtechnik als leistungsfähige Wasseraufbereitungskomponenten bewährt. Es ist zu erwarten, dass ein hinreichend dimensionierter Luftwäscher neben Ammoniak auch Aerosole aus der Stallluft eliminiert, die einerseits zu einer hinreichenden Versorgung der Nitrifikanten und Denitrifikanten im MBBR mit den neben Ammonium/Ammoniak/Nitrit/Nitrat benötigten Nährstoffen führt. Sich im Füllkörperbett des MBBR ansiedelnde heterotrophe Bakterien werden andererseits zur Mineralisation der organischen Substanz aus Aerosolen führen und sie somit ebenfalls im Ablaufwasser bzw. Sediment des MBBR binden. Gelingt die praktische Umsetzung, stellt die Innovation einen Beitrag zur Reduzierung von Emissionen aus der Nutztierhaltung dar. Aufgrund der geringen Platzansprüche des angestrebten Verfahrens ist es vorgesehen, Luftwäscher und MBBR innerhalb der Stallhülle zu platzieren und die Stallluft kontinuierlich durch das System zu rezirkulieren. Das Konzept kann somit auch dazu beitragen geringe Ammoniak- und Aerosolkonzentrationen innerhalb des Stalles zu realisieren. Durch diese Verbesserung der Stallluftqualität kann auch ein Beitrag zu mehr Tierwohl in der Nutztierhaltung und zu einem verbesserten Arbeitsschutz erbracht werden. Der MBBR soll so ausgelegt werden, dass auch Betriebszustände mit intermittierenden Denitrifikationsphasen gefahren werden können. Hierdurch besteht gegenüber konventionellen Luftwäschern die Möglichkeit der Überführung von Ammoniak in nach Umweltgesichtspunkten unproblematischen gasförmigen Stickstoff.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kunststoff-Spranger GmbH durchgeführt. Vorhabenbeschreibung: Ziel des Vorhabens ist die experimentelle Entwicklung eines innovativen, auf Basis eines Moving Bed Biofilm- Reaktors (MBBR) in Kombination mit einem Luftwäscher arbeitenden Verfahrens zur Elimination von Ammoniak und Aerosolen aus der Stallluft bei Haltung landwirtschaftlicher Nutztiere. MBBR haben sich in Kreislaufsystemen zur Aufzucht aquatischer Organismen sowie in der kommunalen Klärtechnik als leistungsfähige Wasseraufbereitungskomponenten bewährt. Es ist zu erwarten, dass ein hinreichend dimensionierter Luftwäscher neben Ammoniak auch Aerosole aus der Stallluft eliminiert, die einerseits zu einer hinreichenden Versorgung der Nitrifikanten und Denitrifikanten im MBBR mit den neben Ammonium/Ammoniak/Nitrit/Nitrat benötigten Nährstoffen führt. Sich im Füllkörperbett des MBBR ansiedelnde heterotrophe Bakterien werden andererseits zur Mineralisation der organischen Substanz aus Aerosolen führen und sie somit ebenfalls im Ablaufwasser bzw. Sediment des MBBR binden. Gelingt die praktische Umsetzung, stellt die Innovation einen Beitrag zur Reduzierung von Emissionen aus der Nutztierhaltung dar. Aufgrund der geringen Platzansprüche des angestrebten Verfahrens ist es vorgesehen, Luftwäscher und MBBR innerhalb der Stallhülle zu platzieren und die Stallluft kontinuierlich durch das System zu rezirkulieren. Das Konzept kann somit auch dazu beitragen geringe Ammoniak- und Aerosolkonzentrationen innerhalb des Stalles zu realisieren. Durch diese Verbesserung der Stallluftqualität kann auch ein Beitrag zu mehr Tierwohl in der Nutztierhaltung und zu einem verbesserten Arbeitsschutz erbracht werden. Der MBBR soll so ausgelegt werden, dass auch Betriebszustände mit intermittierenden Denitrifikationsphasen gefahren werden können. Hierdurch besteht gegenüber konventionellen Luftwäschern die Möglichkeit der Überführung von Ammoniak in nach Umweltgesichtspunkten unproblematischen gasförmigen Stickstoff.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MARTIN Membrane Systems AG durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung eines innovativen biologischen Abwasserreinigungssystems mit funktionsdifferenzierten Biofilmreaktoren. Für die technische Entwicklung und Erprobung wird eine halbtechnische Versuchsanlage erstellt und betrieben. Parallel wird ein Bemessungsansatz entwickelt. Für das System werden neben einer weitestgehenden Elimination der Stickstoffverbindungen investive und energetische Vorteile gegenüber bisher üblichen Prozessen erwartet. Im Rahmen des zweijährigen Forschungsvorhabens wird eine halbtechnische Versuchsanlage geplant, erstellt und betrieben, an der das innovative biologische Reinigungssystem untersucht wird. Die Neuerung besteht darin, die Heterotrophen und die Nitrifikanten durch gezielte Abdeckung der unterschiedlichen Sauerstoffansprüche und Bereitstellung geeigneter Aufwuchsmaterialien nach ihrer Funktion räumlich zu differenzieren und damit die aufzuwendende Belüftungsenergie zu reduzieren. Es ist ein Betrieb der Versuchsanlage in drei Phasen vorgesehen: Sommerbetrieb, Winterbetrieb und Optimierungsbetrieb. Während in den ersten zwei Phasen der Prozess erstmalig unter verschiedenen Randbedingungen erprobt wird, dient die anschließende Optimierungsphase dazu, einen dauerstabilen Betriebszustand des Systems zu erreichen. Die relevanten Daten werden in allen Versuchsphasen erfasst, aufbereitet und ausgewertet. Mit dieser Datenbasis wird die notwendige Voraussetzung für eine Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen und für die Entwicklung eines Bemessungsansatzes geschaffen. Parallel zur Optimierungsphase wird ein Bemessungsansatz für das innovative Reinigungssystem entwickelt. Diese Verknüpfung von technischer Entwicklung und Bereitstellung theoretischer Grundlagen ermöglicht eine Übertragbarkeit des Verfahrens auf gleichartige oder ähnliche Anlagen und ist die Voraussetzung für eine marktreife Entwicklung.
Das Projekt "Verbreitung und Leistung neuer, N2-bindender Bakterienbiotypen im Boden und Wurzelbereich von Kultur- und Wildpflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft Braunschweig-Völkenrode, Institut für Bodenbiologie durchgeführt. In den letzten Jahren sind in der Rhizosphaere von Graesern, Getreiden und auch dicotylen Pflanzen durch neue Isoliermethoden neue Biotypen N2-bindender Bakterien entdeckt worden. Ihre N2-Bindung (Acetylenreduktion) erfolgt bei verminderter 02-Konzentration und nur in Gegenwart geringer Mengen von organisch gebundenem N oft unter Verwendung spezifischer C-Substrate (z.B. C4-Dicarbonsaeuren). In der Rhizosphaere tropischer Graeser und Getreide mit C4-Photosynthese und der des Reises wurde z.T. nach Impfung mit solchen Bakterien N2-Bindung auch nach maessigen Mineralduengergaben beschrieben. Es soll die Verbreitung solcher Bakterien in der Rhizosphaere unserer Kultur- und haeufigen Wildpflanzen ermittelt und ihre Oekologie untersucht werden, um eventuell auch in gemaessigtem Klima durch Impfung einen Teil des Duengerstickstoffs durch die N2-Bindung der Rhizosphaere zu ersetzen.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft e.V. an der RWTH Aachen University durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung eines innovativen biologischen Abwasserreinigungssystems mit funktionsdifferenzierten Biofilmreaktoren. Für die technische Entwicklung und Erprobung wird eine halbtechnische Versuchsanlage erstellt und betrieben. Parallel wird ein Bemessungsansatz entwickelt. Für das System werden neben einer weitestgehenden Elimination der Stickstoffverbindungen investive und energetische Vorteile gegenüber dem Belebungsverfahren erwartet. Im Rahmen des zweijährigen Forschungsvorhabens wird eine halbtechnische Versuchsanlage geplant, erstellt und betrieben, an der das innovative biologische Reinigungssystem untersucht wird. Die Neuerung besteht darin, die Heterotrophen und die Nitrifikanten durch gezielte Abdeckung der unterschiedlichen Sauerstoffansprüche und Bereitstellung geeigneter Aufwuchsmaterialien nach ihrer Funktion räumlich zu differenzieren und damit die aufzuwendende Belüftungsenergie zu reduzieren. Es ist ein Betrieb der Versuchsanlage in drei Phasen vorgesehen: Sommerbetrieb, Winterbetrieb und Optimierungsbetrieb. Während in den ersten zwei Phasen der Prozess erstmalig unter verschiedenen Randbedingungen erprobt wird, dient die anschließende Optimierungsphase dazu, einen dauerstabilen Betriebszustand des Systems zu erreichen. Die relevanten Daten werden in allen Versuchsphasen erfasst, aufbereitet und ausgewertet. Mit dieser Datenbasis wird die notwendige Voraussetzung für eine Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen und für die Entwicklung eines Bemessungsansatzes geschaffen. Parallel zur Optimierungsphase wird ein Bemessungsansatz für das innovative Reinigungssystem entwickelt. Diese Verknüpfung von technischer Entwicklung und Bereitstellung theoretischer Grundlagen ermöglicht eine Übertragbarkeit des Verfahrens auf gleichartige oder ähnliche Anlagen und ist die Voraussetzung für eine marktreife Entwicklung.
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