Entwicklung einer halbtechnischen Deponiesickerwasserreinigungsanlage und Analyse des Metaproteoms in Belebtschlamm

Steiner, Christoph GND

Für die Ablagerung von Abfällen wurden seit Beginn der Menschheit Deponien angelegt. Je nach Grad der Abdeckung der Deponie entsteht durch Regen beim Kontakt mit dem Deponiekörper mehr oder weniger Deponiesickerwasser (DSW). Nach der gesetzlichen Grundlage des Anhangs 51 der Abwasserverordnung müssen die Schadstoffe im Deponiesickerwasser (beispielsweise Ammonium) abgebaut werden, um eine Rückführung des gereinigten Deponiesickerwassers in den Wasserkreislauf zu ermöglichen. </br> Die vorliegende Thesis beschäftigt sich mit folgenden Themen: </br> 1. Durch Experimente im halbtechnischen Maßstab konnten die biologischen Prozesse in der Großanlage besser abgebildet werden. </br> 2. Mittels eines zweistraßigen Versuchsaufbaus wurde ermöglicht, die Resultate des Experiments direkt mit einer Kontrollstraße zu vergleichen. </br> 3. Der Einfluss des Phosphatgehaltes im Zulauf der halbtechnischen Versuchsanlage wurde quantifiziert und die Phosphatzugabe konnte optimiert werden. </br> 4. Die Anpassungsfähigkeit der Mikrobiozönose an Vergärungsabwasser wurde in einem langfristigen Versuch im halbtechnischen Maßstab untersucht. </br> 5. Mittels Metaproteomanalyse konnten einige grundlegende biologischen Prozesse des Belebtschlammes analysiert werden. </br> Die Quellen und Analysen, der in der Thesis verwendeten Wässer und die halbtechnische Deponiesickerwasser-Reinigungsanlage (HtF-SWA) wurden charakterisiert. Im ersten Versuch mit der HtF-SWA wurde im Zulauf einer Straße der P-Anteil von 179:1 auf 62:1 erhöht. Im Verlauf des Versuches konnte in der Straße die Abbauleistung von 71,75 % auf 99,20 % gesteigert werden. Des Weiteren wurde in einem langfristigen Versuch erstens eine Mischung von Vergärungsabwasser und Deponiesickerwasser erfolgreich von Schadstoffen gereinigt. Zweitens wurde die Leistungsfähigkeit der HtF-SWA durch am Versuchsende stark erhöhte Volumenströme bewertet. Zusätzlich wurde in der Thesis eine neu kombinierte Methode der Proteinextraktion entwickelt. Durch die erhaltenen Analysenergebnisse konnte das Verständnis der Reinigung von DSW verbessert werden. Neben Proteinen, die direkt mit dem Stickstoffkreislauf in Verbindung stehen, wurden Proteine mit dem Bezug zur Redox-Homöostase oder zu Hitze/Kälte/Stress identifiziert und in den Kontext der Versuchsdurchführung gebracht. Während die Ergebnisse der Proteinextraktion die Basis für weiterführende Untersuchungen bilden, werden die Ergebnisse der HtF-SWA aktuell in einer betrieblichen Anlage umgesetzt.

Landfills of various kinds have been used for the deposition of waste since the beginning of humanity. Depending on the degree of coverage of the landfill, a different proportion of landfill leachate is formed when rainfall seeps through the landfill. According to the legal basis of the German Annex 51 of the waste water regulations, the pollutants in the landfill leachate (e.g. ammonium) have to be removed so that the return of the purified landfill leachate into the water cycle is possible.</br> This thesis deals with the following topics:</br> 1. In experiments on a semi-technical scale, the biological processes of a big scale plant could be better represented.</br> 2. By means of an experimental set-up with two identical lanes, it was possible to compare the results directly with a control experiment.</br> 3. The influence of phosphate concentration in the inflow of the semi-technical plant was quantified and the addition of phosphor could be optimized. </br> 4. The adaptability of the microbiocoenosis to wastewater from a fermentation plant was investigated in a long-term trial on a semi-technical scale.</br> 5. With the help of metaproteomics, some fundamental biological processes of the activated sludge could be analysed.</br> The sources and analyses of the two types of water used in the experiments and in the semi technical landfill leachate purification plant (HtF-SWA) are characterized in the thesis. In the first experiment with the HtF-SWA, the ratio of phosphorus in the inflow in one lane was increased from 179:1 to 62:1. During the experiment, the degradation capacity in this lane was increased from 71,75 % to 99,20 %. In addition, landfill leachate mixed with fermentation wastewater was successfully treated in a long-term trial. Additionally, the improved performance of the process was demonstrated by strongly increased flow rates at the end of the experiment. Furthermore, a newly combined method of protein extraction improved the understanding of the biological part of the process. Proteins directly associated with the nitrogen cycle, proteins related to redox homeostasis and heat/cold/stress proteins were identified and placed in the context of the experiments. While the results of protein extraction form the basis for further investigations, the results of the HtF-SWA are currently being implemented in an operational plant.

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Steiner, C., 2019. Entwicklung einer halbtechnischen Deponiesickerwasserreinigungsanlage und Analyse des Metaproteoms in Belebtschlamm. https://doi.org/10.17185/duepublico/70637
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