Definitionen Flashcards
(125 cards)
1
Q
Biotische Faktoren?
A
Beute, Feinde, Artgenossen
2
Q
Abiotische Faktoren?
A
Temperatur, Licht, Feuchtigkeit
3
Q
Biotop?
A
Topographisches Gebiet in dem eine Biozönose zu Hause ist
(Adresse); bezieht sich auf einen Organismenverband
4
Q
Biozoenose?
A
~Lebensgemeinschaft: Räumliche und zeitliche Vergesellschaftung
verschiedener Populationen an einem Biotop (Standort)
5
Q
Biom?
A
Auf Grund ähnlicher klimatischer und historischer Gegebenheiten lassen sich mehrere Ökosystem zu größeren Einheiten zusammenfassen (ähnliches äußerese Erscheinungsbild und Funktionszusammenhänge)
6
Q
Habitat?
A
“Adresse” - Lebensraum einer Art, der durch definierte
abiotische Umweltfaktoren charakterisiert ist und sich von umgebenden
Lebensräumen abgrenzt
7
Q
Sessile Organismen?
A
Pflanzen, Korallen - Müssen an die in einem Standort herrschenden Bedingungen und deren Änderungen angepasst sein
8
Q
Mobile Organismen
A
Die meisten Tiere, begeißelte Bakterien und Algen können aktiv die Standorte aufsuchen, die die opitmalsten Standortbedingung aufweisen
9
Q
Ökologische Nische?
A
Beziehungszusammenhang zwischen Organismus und Umwelt (“Planstelle” oder “Beruf”)
Zusammenfassung aller Ressourcen, die ein Organismus zum Überleben benötigt
10
Q
Fundamentalnische?
A
Räume, die auf Grund der Ressourcenverteilung durch eine Art zu besetzen wäre
11
Q
Realnische
A
Räume, die tatsächlich von einer bestimmten Art besetzt werden (Konkurrenzdruck, Ausbreitungspotential)
12
Q
Ökosystem?
A
Ganzheitliches Wirkungsgefüge von Lebewesen und deren anorganischen Umwelt, das zu seinem weiteren Umfeld OFFEN und zu einem gewissen Grad zur SELBSTREGULATION fähig ist. Kleinste Einheit der Ökosystemfoschung.
13
Q
Biosphäre?
A
Zusammenfassung aller Biome der Erde
Bereich der Erde, in denen Lebewesen vorkommen
14
Q
Beispiel für Biome?
A
Tundra, Tropischer Regenwald, Sommergrüner Laub- und Mischwald
15
Q
Autöklogie?
A
Ökologie der Individuen
16
Q
Demökologie?
A
Ökologie der Populationen
17
Q
Synökolgie?
A
Ökologie der Biozönosen
18
Q
Reihenfolge: Biom, Biosphäre, Ökosystem?
A
Ökosystem -> Biom -> Biosphäre
19
Q
Bedeutendste Stoffe für den Stofftransport?
A
H, O, C und N
Ca, K, Mg, P und Fe
20
Q
Stoff und Energiefluss durch die Trophieebenen eines Ökosystems?
A
Produzenten - Energiereiche KH durch Photsynthese (Pflanzen)
Konsumenten - Veramtmung energiereicher KH (K1-K3. Pflanzenfresse, Fleischfresser 1/2 Ord.
Destruenten - Energiereiche org. Verbindungen zu Anrog. Abbauprodukten (Pilze, Bakterien)
Energeifluss nach unten
Materiekreislauf K und D nach P
21
Q
Woher kommt die Energie zum aufbau von organischen Verbindungen durch Lebenwesen hauptsächlich?
A
Sonnenlicht -> Photosynthese
22
Q
Bruttoprimärprodukt?
A
Menge an org. Verb. die druch grüne Pflanzen unter Nutzung von Strahlungsenergie aus anorganischen Stoffen gebildet werden (Pb)
23
Q
Nettoprimärprodukt?
A
Bruttoprimärprodukt unter Abzug der organischen Substanzen, die von den Primärproduzenten veratmet wird. (Pn in g m² a) Pn = Pb - R
24
Q
Biomasse?
A
GEsamtmenge an org. Verb. die von allen Organismen eines Ökosystems produziert wird (Produzenten, Konsumenten und Zersetzern)
25
Nettogleichung der Photosynthese?
6 H20 + 6 CO2 -> 6 O2 + C6H12O6
26
Zwei entscheidende Faktoren für die Photosynthese?
Temperatur und Strahlung
27
CAM - Pflanzen?
Crassulacean Acid Metabolism. CO2 wird in der Nacht aufgenommen und in Form von Äpfelsäure gespeichert. Tagsüber weiter verstoffwechselt. (Sukkulente Pflanzen)
28
Die Nettoprimärproduktion is abhängig von?
Eingestrahlter Energie
Blattflächenindex
Nettoassimilationsrate
Versorgung mit min. Nährstoffen
29
Bedeutung der Photosynthese?
Primärproduktion von Biomasse (10^11 t/a)
CO2 - Fixierung
O2 - Bildung
30
Definition Schadstoffe?
"Stoffe, die durch ihre chemische oder physikalische Wirkung in der Lage sind, Mensch und Umweld zu schaden."
31
Gefahrstoffe Einstufung?
GHS - Globally Harmonised System of Classification and Labelling of Chemicals
32
Gefahrstoffe: H-Sätze?
Hazard Statements: Welche Gefährdung geht vom Gefahrstoff aus?
33
Gefahrstoffe: P-Sätze?
Precautionary Statements: Welche Sicherheitsmaßnahmen sind nötig?
34
Verbleib von Gefahrstoffen in der Umwelt?
Transport - Verdünnung in H2O -> Gleiches Kompartiment
Transfer - Verdunstung -> Wechsel Kompartiment
Transformation: biotisch/abiotisch
Bioakkumulation
35
Abiotische Transformation?
1. Photolyse
2. Hydrolyse
3. Oxidation und Reduktion
36
Biotische Transformation?
1. Alkylierung von Metallen
2. Dechlorierung
3. Mineralisierung
37
Deaktivierung/Aktivierung von Gefahrstoffen?
Transformation führt zu weniger/stärker toxischen Umwandlungsprodukten
38
Beispiele für das "dreckige Dutzend"?
DDT, PCBs, (Hexachlorobenzene)
39
Drei Bereiche der Biosphäre?
Pedosphäre, Hydrosphäre und untere Bereiche der Atmosphäre
40
Zusammensetzung der Erdatmosphäre?
```
~78% N2
~21% O2
~1% Argon
355 ppm CO2
(Neon, Helium, Ozon)
Spurengase CO2 und Ozon schwanken
```
41
Was ist Ozon?
Die dreiatomige Form des Sauerstoffs O3 - sehr reaktiv!
42
Solarkostante
Die Solarkonstante bezeichnet die senkrecht auf eine Fläche
(m2 oder cm2) außerhalb der Atmosphäre treffende Solarstrahlung
(für die Erde 8,22 J · cm-2 · min-1 oder 1,37 kW · m-2)
43
Bedeutung der Sonnenstrahlung?
Energiequelle für alle Lebensvorgänge (Kernfusion!)
| -> Photosynthese..
44
Albedo?
Albedo bezeichnet die in den Weltraum zurückgestrahlte
| Sonnenenergie (ca. 30 %)
45
Globalstrahlung?
Gesamte auf die Erde auftreffende Strahlung wird als
Globalstrahlung bezeichnet (direkte Sonnenstrahlung +
diffuse Himmelsstrahlung)
46
Einteilung UV-Licht?
Kurzwellige Strahlung mit Lambda
47
Sichtbares Licht?
400-700nm Wellenlänge, etwa 45% des eingestrahlten Lichts.
| Wird zur Photosynthese genutzt.
48
Photosynthetischer Wirkungsgrad?
Energiegehalt der synthetisierten organischen Verbindungen / Eingestrahlte Energiemenge: 1 - 5%
49
Infrarotlicht?
Unsichtbares Licht mit Lambda >700nm; 45% des eingestrahlten Lichts
50
Natürlicher Treibhauseffekt?
Teil der von der Erdoberfläche abgestrahltes IR-Licht wird durch Wasserdampf, CO2, CH4,O3... wieder absorbiert -> Erwärmung der Troposphäre.
Erwärmt die Erde um 34°C -> bewohnbar
51
Hydrosphäre
Alle Wasservorkommen der Erde (in allen Aggregatszuständen)
52
Wasserkreisläufe - Faktoren?
Nur 0,77% Süßwasserkreislauf
Wasserkreislauf rehuliert den Enegeriehaushalt der Erde (z.B. Golfstrom)
Faktoren:
Variation der Strahlung auf unterschiedliche Bereiche der Erde
Geringe Wärmeabstrahlung von H2O
Eigenrotation der Erde
53
Vorgänge Süßwasserkreislauf?
Evapotranspiration (Verdunstung) ->Endergon
Kondensation -> Exergon
Niederschläge
Festland: Abfluss, Rücklage. Verbrauch
54
Definition Klima?
Unter Klima versteht man die Summe der Witterungserscheinungen
in der erdnahen Atmosphäre über einen
größeren Zeitraum hinweg.
55
Charakterisierung des Klimas?
Das Klima wird im wesentlichen durch die Klimaelemente
(Temperatur, Verfügbarkeit und Menge an Wasser) und deren
Verlauf charakterisiert (Winter - Sommer oder Regen -
Trockenzeit, Wind, Abstand zum Meer).
56
Zonobiom Äquatorial?
```
Klima: äquatorial: mit Tageszeitenklima,
meist immerfeucht
Vegetation: immergrüner tropischer
Regenwald, jahreszeitliche
Aspekte fast fehlend
Boden: äquatoriale Braunlehme,
ferralitische Böden-Latosole
```
57
Zonobiom Tropisch?
Klima: tropisch: mit Sommerregenzeit und kühler Dürrezeit (humid-arid)
Vegetation: tropischer laubabwerfender Wald oder Savannen
Boden: Rotlehme oder Roterden, fersiallitische Savannenboden
58
Zonobiom Mediterran?
Klima: mit Winterregen und Sommerdürre (aridhumid)
Vegetation: Hartlaubgehölze (Sklerophylle), gegen
längeren Frost empfindlich
Boden: mediterrane
59
Mesoklima?
Unterzone des Makroklimas mit homogenen
Klimaverhältnissen (evtl. entstanden durch anthropogenen
Einfluss)
60
Mikroklima?
Mikroklima wird durch landschaftliche Gegebenheiten bestimmt
(z.B. Südhang, Nordhang, Mikroklima unter einer Baumkrone
oder im Windschatten eines Gebäudes)
61
Klimatypisierung?
Niederschlagsverteilung von entscheidender Bedeutung:
• Humides Klima: Niederschlagshöhe > Verdunstungshöhe
z.B. Regen- und Tropenwälder
• Arides Klima: Niederschlagshöhe
62
Atmosphärisches Fenster?
Hauptanteil des von der Erdoberfläche abgestrahlten Lichtes wird
direkt in den Weltraum emittiert (8 - 13 μm) = atmosphärisches
Fenster.
63
Anthropogene CO2-Emission
• Verbrennung fossiler Brennstoffe
• Brandrodung, Entsorgung von landwirtschaftlichen
Abfällen, Produktion von Kohle und natürliche Buschfeuer
• 81 % der Biomasseverbrennung wird in den Tropen durchgeführt
• Etwa 40 % der jährlichen anthropogen verursachten C-Emission ist
auf die Biomasseverbrennung zurückzuführen
64
Industrieemissionen
Unter dem Begriff Industrieemissionen werden vielfältige Verfahren
zusammengefasst, bei denen fossile Brennstoffe verbrannt werden
(industrielle Prozesse, Transport, Heizen öffentlicher und industrieller
Gebäude usw.)
65
Folgen der Erderwärmung?
• Globaler Meeresspiegelanstieg im letzten Jahrhundert ca. 10-20 cm
• Zunahme des Niederschlags im 20. Jahrhundert ca. 0,5 - 1% pro
Dekade in mittleren und höheren Breiten. (Abnahme in den
Subtropen)
• Schneebedeckung in mittleren
und höheren nördlichen Breiten
hat seit Ende der 60er Jahre um
ca. 10% abgenommen, gleichzeitig
Rückgang der Berggletscher
66
Prognosen zur Erderwärmung?
• „business-as-usual“-Modell: Weiterhin jährlicher Anstieg von
Treibhausgasen um 1 %; Verdoppelung des CO2-Gehalts bis 2030
=> Anstieg der Temperatur um 1,5 - 3,5 °C; bis 2100 Anstieg auf
1,5 - 5,8°C
• Stabilisierung: CO2-Konzentration steigt bis 2100 auf über 500
ppm; Temperatur steigt pro Dekade um 0,2°C
• Kontrollierte Reduktion: Temperaturerhöhung pro Dekade um
0,13°C
67
Auswirkung der Erderwärmung?
* Meeresspiegel ?
* Verschiebung der Klimazonen ?
* Wasservorräte ?
* Naturkatastrophen ?
* Krankheiten ?
68
Drei Stichworte zum Klimaschutz?
Effizienz- Wir machen aus weniger mehr.
Suffizienz - Wir nehmen nur, was wir wirklich brauchen.
Substitution - Wir stellen auf erneuerbare Ressourcen um.
69
Ansätze zur Steigerung der Energieeffizienz?
Kraft-Wärme-Kopplung
| Erhöhung des Wirkungsgrads von KW
70
Was versteht man unter CCS?
Reduktion von CO2 durch CCS: Carbon Capture and Storage
71
Kyoto Protokoll 1997?
Emmisionsreduktionsziel: - 5,2% CO2, Methan, N2O...
Zeitkorridor: 1990->2008-2012
Inkrafttreten: mindestens 55 Staaten ratifizieren und min 55% der 1990 von Industrieländern ausgestoßenen CO2-Em ist abgedeckt.
72
Feinstaub Problematik?
• Jährlich sterben 10.000 – 19.000 Menschen vorzeitig an den
Rußpartikeln aus Auspuffrohren
• Feinstaub (Partikelgröße
73
Dobson-Einheit?
:Komprimierung allen Ozons über einer bestimmten Fläche bei 0°C und 1 atm. Formt einen Quader von 3mm dicke ~ 300 DU
(Benannt nach dem Forscher der die Bodenmessung von amtosphärischen Ozon standartisierte)
74
Biofilter? Vor- und Nachteile?
Beim Biofilter werden Abluftinhaltstoffe am
Biofiltermaterial adsorbiert, diffundieren in die
wässrige Phase und werden dort um- bzw. abgebaut.
Der Filter regeneriert sich so durch biologische
Aktivität.
+ einfache Bauweise &geringer apparativer Aufwand
- geringe biolog. Aktivität - hoher Flächenbedarf & inhomogene Zusammensetzung
75
Biowäscher? Vor- und Nachteile?
Absorption der Schadstoffe durch die Wasserphase und
anschließende mikrobielle Umwandlung sind örtlich
getrennt => entkoppelt
+ hohe Abbaulesitung, weitgehend automatisierbar
- höherer personeller und apparativer Aufwand
76
Entscheidende Faktoren zu biologischen Abluftreinigung?
wasserlöslich
biologisch abbaubar
keine toxische Wirkung
77
Auswirkung des Sauren Regens auf Wälder?
Nadelvergilbung (Vergilben und Absterben älterer
Triebe)
• Kronenverlichtung (Lamettasyndrom)
• Hungertriebe
• Zunahme der Beblätterung im unteren Bereich (Buche)
78
Boden Definition
Ein Boden ist ein Naturkörper, bei dem ein Gestein an der
Erdoberfläche unter bestimmten klimatischen Bedingungen,
einer bestimmten streuliefernden Vegetation und
Population von Bodenorganismen durch bodenbildende
Prozesse (Verwitterung und Mineralbildung, Zersetzung und
Humifizierung, Gefügebildung und Stoffumlagerungen)
umgeformt wird (Scheffer/Schachtschnabel; 1984)
79
Lithoswphäre?
Die festen Bestandteile der Erde (Erdkruste) werden unter
| dem Begriff Lithosphäre zusammengefasst
80
Pedosphäre?
```
Nur die oberste Schicht von etwa 5 m Tiefe ist mit lebenden
Organismen durchsetzt (Pedosphäre)
```
81
Boden Relevanz?
Wohnort und Lebensraum (Biotop) einer
vielfältigen Pflanzen- und Tierwelt, Teil
anderer Biotope und Ökosysteme
• Schutzschicht und natürlicher Filter für Grund- und Trinkwasser
• Produktionsgrundlage für die Land- und
Forstwirtschaft und den Gartenbau
• Spielzeug, Spielmaterial, Spielfläche und Erholungsraum
für Kinder
82
Bodenbestandteile: Korngröße und Porengröße?
```
Sandiger Boden: große Poren,
wasserdurchlässig, nährstoffarm
Lehmiger Boden: günstiger
Wasser- und Stoffgehalte,
nährstoffreich
Toniger Boden: Feinporen,
starke Wasserbindung, schlecht
durchlüftet
Lehm: Mischung aus Sand, Schluff und Ton zu gleichen
Teilen
```
83
Bodenbildung - Humifizierung und Mineralisierung?
• Vegetationsdecke mit entsprechender Fauna Nach Absterben
zunächst mechanische Zerkleinerung (Asseln, Regenwürmer)
• Kleine Partikel werden durch Bodenfauna und Flora weiter in
molekulare Komponenten abgebaut
84
Humus - Bedeutung?
• Für den Boden als Ökosystem ist der Humus von essentieller
Bedeutung
- Schutz vor Erosion (Regen- und Winderosion)
- Enthält Schleim- und Klebstoffe, die dem Erdreich eine körnige
Struktur verleihen
- Ernährung nützliche Bodenorganismen (z.B. Regenwürmer)
- Regulation der Bodentemperatur (Senkung im Sommer,
Erhöhung im Winter)
- Nährstoffversorgung der Pflanzen
- Schwammartige Wasserspeicherung und Begrenzung der
Verdunstung auf ein Minimum
- Freisetzung organischer Säuren (Mineralienfreisetzung in
alkalischen Böden)
- Speicherung von Ammoniak/anderen Stickstoffverbindungen
85
Wassertransport: Das Wasserpotential?
• Wasserpotenzial y (psi) = Messgröße der Wasserverfügbarkeit
eines wasserhaltigen Systems oder ein Maß für das Bestreben
eines Systems Wasser abzugeben
• Bezugsgröße: Wasserpotenzial y von reinem Wasser bei 25°C und
1 atm = 0
• Die Wasserpotenzialdifferenz y hat die Dimension einer Energie
pro Volumen (J/m3) oder einer Kraft pro Fläche (N/m2 = Pa = 10-5
bar)
• Wasser fließt immer vom Ort des höheren (weniger negativen) zum
Ort des niedrigeren (negativeren) Potenzials
86
Bodenformen - Einteilung?
```
• Landböden (terrestrische Böden)
• Grundwasser- und Überflutungsböden (semiterrestrische
Böden)
• Unterwasserböden (subhydrische Böden)
• Moorböden
```
87
Symbiose Pflanze - Pilz?
```
• starke Vergrößerung der
Wurzeloberfläche (verbesserte
Nährstoff und Wasseraufnahme)
• Schutz vor Stress (pH-Wert,
Schwermetalle, Krankheitserreger)
• Stickstoff, aber v.a. Phosphat wird
von den Pilzen akkumuliert und
an die Pflanze weitergegeben
• Pilz wird von der Pflanze mit
energiereichen organischen
Verbindungen (Glucose) und
Vitaminen versorgt
```
88
Drei Formen der Mycorrhiza?
```
1. Ektomycorrhiza: Pilzfäden (Hyphen) wachsen nur in die
Zellzwischenräume zwischen den Wurzeln ein
• endotrophe Mycorrhizen
werden z.B. bei allen Orchideen
und Ericaceae gefunden
3. Vesikuläre arbuskuläre
Mycorrhiza: Hyphen bilden
bäumchenförmige bzw.
blasenförmige Strukturen in
den Zellen
```
89
N2 -Fixierung - Definition?
• Stickstoff kommt in größeren Mengen auf der Erde nur in der
Atmosphäre vor
• Nur Bakterien sind in der Lage atmosphärischen Stickstoff zu
binden und in eine für Organismen nutzbare Form zu überführen
(N2-Fixierung)
90
Edaphon?
Bodenorganismen werden unter dem Begriff Edaphon zusammengefasst. Befinden sich v.a. in den oberen 5-10cm des Bodens.
91
Rhizosphäre?
• Rhizosphäre: Durch lebende Wurzeln beeinflusster
Teil des Bodens ( etwa 3 mm um die Wurzeln herum)
• Geprägt durch Stoffe die von den Pflanzen
abgegeben werden
• 5 – 50 fach höhere Organismendichte als im übrigen
Boden
92
Wie beeinflussen Wolken das Albedo?
Da eine Wolke für gewöhnlich eine höhere Albedo hat, als der Erdboden neben ihr, reflektiert sie mehr Strahlung zurück ins Weltall, als die Oberfläche dies in Abwesenheit von Wolken tun würde. Sie ermöglichen daher das Eindringen von weniger Sonnenlicht, das die Atmosphäre aufheizt.
93
Albedo?
Albedo ist das Rückstrahlvermögen von diffus reflektierenden, also nicht selbst leuchtenden Oberflächen
94
Was Versteht man unter Stickstoff-Fixierung und warum ist diese wichtig?
• Stickstoff kommt in größeren Mengen auf der Erde nur in der
Atmosphäre vor
• Nur Bakterien sind in der Lage atmosphärischen Stickstoff zu
binden und in eine für Organismen nutzbare Form zu überführen
(N2-Fixierung)
95
Bodengenese/entstehtung?
MIneralisierug von leicht abbaubaren Komponenten zu CO2, H20, NH3,..
Humifizierung schwer abbaubarer Komponenten (Zellulose) zu "Huminstoffen"
96
Einteilung der Organischen Fraktionen des Bodens?
```
Organische Fraktion des Bodens (Humus) lässt sich in tote
unzersetzte Substanz (Streu) und ab-/umgebaute organische
Substanz unterscheiden (Huminstoffe)
```
97
Humus - Bedeutung?
Für den Boden als Ökosystem ist der Humus von essentieller
Bedeutung
- Schutz vor Erosion (Regen- und Winderosion)
- Enthält Schleim- und Klebstoffe, die dem Erdreich eine körnige
Struktur verleihen
- Ernährung nützliche Bodenorganismen (z.B. Regenwürmer)
- Regulation der Bodentemperatur (Senkung im Sommer,
Erhöhung im Winter)
- Nährstoffversorgung der Pflanzen
98
Nennen Sie 2 Luftschadstoffe, die als Säurebildner bezeichnet
werden, mit den zugehörigen Emissionsquellen. Wie gelangen sie in
den Boden? Welche Schadwirkung entfalten sie dort.
(= organische Schadstoffe)
```
• Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW)
Petrochemie
• Kontaminationsmöglichkeit bei Förderung,
Verarbeitung, Transport und
Einsatz
```
```
• Polycyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
(PAK); Kohlechemie
• Entstehung bei Gewinnung von
Leuchtgas (CH4, H2, CO) und Koks in
Gaswerken
• Verwendung als Holzschutzmittel
(Bahnschwellen)
```
99
Welches Sanierungsverfahren für ein mit Blei kontaminiertes Altlastenareal? Begründung?
Phytoremediation:
"In Situ" Verfahren
Bodensanierung durch Einsatz von Pflanzen.
Phytoextraktion und -degradation
Rhizospährendegradation ~Abbau org. Schadstoffe in wurzelnähe
100
Vorgehensweise Bodensanierung (Schritte)
1. Erfassung der Verdachtsflächen
2. Prüfung auf Gefahren
3. Untersuchungen (chem., geolog,)
4. Sanierungsziel (setzen)
5. Sanierungsverfahren
101
Welches Sanierungsverfahren für ein mit PAK kontaminiertes Altlastenareal? Begründung?
Bodenwäsche (chem-physik)
Für fast alle Schadstoffe geeignet:
Schadstoffe werden mechanisch und mit Hilfe von Lösungsvermittlern von den Bodenkolloiden entfernt -> Schadstoffe in der Feinstofffraktion und im Spülwasser konzentriert.
ca 60-125€/t
102
Thermisches Verfahren zur Bodensanierung?
Schadstoffe werden durch therm Energie in die Gasphase überführt und dort gereinigt.
103
Bodensanierung durch Mietentechnik?
Miete ~ zu einem Haufen aufgeschütteter Boden (off Site)
1. Trockenmiete ~ einmal optimale Bodenfeuchte
2. Nassmiete ~ Ständige Berieselung, Sickenwasser reinigen
Ziel: Schadstoffabbau beschleunigen bzw. ermöglichen -> Anzahl der Destruenten erhöhren + Spezialkulturen!
z.B. für MKW (Mineralölkohlenwasserstoffe)
104
Bioreaktor?
• abgegrenzter Raum bzw. Apparat, in dem in Anwesenheit
und unter Mitwirkung eines Biokatalysators (häufig
Mikroorganismen) eine Stoffumwandlung stattfindet
• Bereitstellung möglichst optimaler Bedingungen für
Wachstum und Produktbildung
=> Steuerung von Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff,
Substratkonzentration, Durchmischung, Sauerstoffeintrag,
105
Feststoff Bioreaktor Arten?
Einteilung nach dem Bauprinzip:
- Drehtrommel- bzw. Drehrohrreaktoren
Drehtrommel mit fest eingebauten Mischeinrichtungen
- Wannen- und Röhrenreaktoren
festes (statisches) Reaktorgehäuse und mobile Mischeinrichtungen
- Flachbettreaktoren
ein oder mehrere flache Container (stapelbar => mobil einsetzbar)
- vereinzelt auch andere Typen (z.B. vertikale Reaktoren)
106
Suspensionskultur Bioreaktoren?
Einteilung nach dem Verfahrensprinzip:
- Rührreaktoren
statisches Gehäuse und Rührsystem
- Schlaufenreaktoren und Wirbelschichtreaktoren
Kreislaufführung der Suspension
- zahlreiche Modifikationen und Einzelentwicklungen
107
Neue Trends der Bodensanierung?
• „Biosparging“
• Luft-Methanmischung wird durch horizontale Leitungen in die
kontaminierte Bodenzone gepumpt
• Trichloroethylen (TCE) wird von Methan-oxidierenden Bakterien
(z.B. Methylosinus trichosporium) zu CO2 und Salz umgewandelt
• Vollständiger Abbau von TCE innerhalb von 2 Jahren
• „Biostimulation“
• Lactat wird in den Boden injiziert =>
Stimulation von Eisenoxidierern, die
Chrom (VI) zu Chrom (III) reduzieren
können
• PCB-Abbau
• Enzyme werden durch PCB-Abbauprodukte
inhibiert => Einzelne Enzyme
kloniert (Protein-Engineering)
108
Wasser - Das Öl des 21. Jahrhunderts?
```
• Wasser eine der bedeutendsten Grundlagen der
Lebensvorgänge auf der Erde
• Eine Milliarde Menschen haben keinen
geregelten Zugang zu Trinkwasser, Abwasser
von 2,4 Milliarden Menschen wird
unsachgemäß entsorgt und 95 % aller
Großstädte leiten ihr Schmutzwasser
ungereinigt in Flüsse, Seen und Meere
• Privatisierung des Wassermarktes
schreitet unaufhaltsam voran
• Wasserpreise werden massiv staatlich
subventioniert und sind nicht
kostendeckend
```
109
Trinkwasserverordnung (EG-Richtlinie 83/98)?
• "Zweck der Verordnung ist es, die menschliche Gesundheit vor den
nachteiligen Einflüssen, die sich aus der Verunreinigung von Wasser
ergeben, das für den menschlichen Gebrauch bestimmt ist, durch
Gewährleistung seiner Genusstauglichkeit und Reinheit .... zu
schützen."
110
Abwasserinhaltstoffe
| Charakterisierung nach Wirkung:?
```
Zehrstoffe:
-Sauerstoffzehrung
-Alle abbaubaren organischen Stoffe und
Ammonium
Nährstoffe:
-Überdüngung der Gewässer
-Stickstoff (N) und Phosphor (P)
Schadstoffe:
-hemmende oder toxische Wirkung
- breites Wirkspektrum
Störstoffe:
-stören in Kanal und Kläranlage und im
Gewässer
-Sand, Öle und Fette, grobe Teile
```
111
BSB?
Biologischer Sauerstoffbedarf
~ häufig benutzter Summenparameter
BSB5: Maß für die BIOLOGISCH abbaubaren organischen Inhaltsstoffe im Abwasser
112
CSB?
Chemischer Sauerstoffbedarf:
Bestimmung ist gesetzlich vorgeschrieben
Maß für die GESAMTMENGE an organischen Inhaltsstoffen
113
CSB/BSB Verhältnis Aussage?
CSB/BSB ~ Abbaubarkeit der organischen Abwasserinhaltstoffe
10 praktisch nicht biologisch abbaubar und / oder durch
Anwesenheit toxischer Stoffe weitgehend gehemmter
biologischer Abbau
114
Warum betreibt man Sandfang (bei der Abwasserreinigung)?
* Sandablagerungen im Belebungsbecken
* erhöhter Verschleiß durch Abrasion
* Verstopfungen
* allgemein erhöhter Materialverschleiß.
Prinzip:
• Verringerung der Fließgeschwindigkeit zum
Absetzen von (mineralischen) Feststoffen
• Geschwindigkeit: 0,3 m/s
115
Funktion eines Vorklärbeckens?
Funktion:
• feine, ungelöste organische Bestandteile werden entfernt
• Schwerkraftabscheidung bei sehr geringer Fließgeschwindigkeit
•Primärschlamm wird der Schlammbehandlung zugeführt
116
Aufgabe der Biologischen Stufe der Abwasserreinigung?
* Aufgabe:
* Kohlenstoffelimination und Verringerung der Sauerstoffzehrung
* Stickstoffelimination
* Phosphorelimination
* Elimination schädlicher Kohlenwasserstoffe
• Verfahren:
• Belebtschlammverfahren: Mikrobielle Konsortien in Suspension
• Festbettverfahren: Mikrobielle Konsortien auf Trägern
immobilisiert
117
Was versteht man unter Fracking?
Hydraulic Fracturing ist eine Methode zur Erzeugung, Weitung und Stabilisierung von Rissen im Gestein einer Lagerstätte im tiefen Untergrund, mit dem Ziel, die Permeabilität der Lagerstättengesteine zu erhöhen. Dadurch können darin befindliche Gase oder Flüssigkeiten leichter und beständiger zur Bohrung fließen und gewonnen werden.
118
Fracking Technik?
Beim Hydraulic Fracturing wird eine Flüssigkeit (Fracfluid), die auch ein Stützmittel enthalten kann, in eine meist mehrere hundert bis maximal etwa 3000 Meter tiefe Bohrung gepresst um das Gestein aufzubrechen. -> künstliche Risse: Oberflächenvergrößerung + Permeabilität
119
Fractfluide?
Stützmittel - Stabilisierung der Risse
Geling Agent/Gele - Erhöhung der Viskosität
Schaumbildner - Transport und Ablagerung
Biozide! - Verhinderung von Bakterienwachstum und Biofilmen, SH-Bildung verhindern
Lösungsmittel, Crosslinker, pH-Puffer, Reibungsminderer
120
Potentielle Umweltschäden von Fracking?
1. Verunreinigung des oberflächennahen, für die Trinkwassergewinnung genutzten Grundwassers mit Fracfluiden und den darin enthaltenen Chemikalien durch Lecks in der Verrohrung
2. Verunreinigung von Oberflächengewässern durch die nach dem Frack-Vorgang wieder am oberen Ende der Bohrung austretenden Fracfluide (Backflow)
3. Migration von Stoffen aus der Lagerstätte in andere Schichten
4. Unfälle beim Abtransport des Brauchwassers
5. Vibrationen beim Bohren und regelmäßigen Fracken
+ Mikrobeben -> größere Beben?!
121
Ph-Eliminierung bei der Abwasserreinigung
3g Phosphar/ (Einwohner * Tag) -> 6mg Zulauf
EU-Richtlinie: 2mg Ablaufwert
Chemische Fällung mit Salzen Fe(3+). Al(3+)
70% "Marktanteil"
Biologischer Abbau durch Anreicherung in Bakterien -> Ph mit Biomasse entfernen
(Geschickter Wechsel durch Aerobem und Anaerobem SW)
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N-Eliminierung bei der Abwasserreinigung
N ist 4-7% der Biomasse ->
-Ammoniak und Nitrit als Fischgifte
-Ammonium wegen seines Sauerstoffbedarfes
-Nitrat im Trinkwasser
Denitrifikation durch Umwandlung von NO3- in gasförmigen N20, N2.
Bakterien unter Anoxischen Bedingungen -> unbelüftete Bereiche im Belebtschlammverfahren
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Belebtschlammverfahren?
• Vorgeklärtes Abwasser wird mit Belebtschlamm versetzt und im
Belebungsbecken ständig umgewälzt und zwangsbelüftet
• Abbauende Biozoenose bleibt in Form von kleinen Flocken im
Abwasser in der Schwebe
• Die Belüftung ist sehr kostenintensiv O2-Gehalt im
Belebungsbecken wird streng kontrolliert
• Belebungsverfahren ist biotechnologisch ein kontinuierlicher Fermentationsprozess Schlammrückführung sorgt für hohe Biomassekonzentration und adaptierte Biozoenose
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Schlammalter im Belebtschlammverfahren?
Schlammalter =
(vohandene / abgeführte) Schlammmenge
Gibt Rückschlüsse auf die mikrobiologische Zusammensetzung
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Tropfkörperverfahren (in der Abwasseraufbereitung)
Prinzip Selbstreinigung im Gewässer
• 2 - 5 m hoch mit Hartkoks oder Lavaschlacke
gefüllt ( Überschussschlamm durch Abspülen
unter Druck entfernt)
• Auf der Oberfläche bildet sich ein Biofilm, in dem
sich auch bacteriophage Ciliaten, Insektenlarven
und Würmer finden
• Neben den klassischen Tropfkörperfiltern kommen auch Biofilter,
Tauchkörperanlagen und Wirbelbett-/Fließbettverfahren zum Einsatz
-> Vorteile:
• Technischer Aufwand + Betriebskosten gering; einfach
Prozesssteuerung geringe Betriebskosten
• Geringere Biomasseproduktion
-> Nachteile:
• 5 x geringere Abbauleistungen (O2-Limitation)
• Empfindlich
