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N. Hejda:
"Erkennung und Qualifizierung von Hemmstoffeinflüssen durch die Nitrifikations-Aktivitätsmessung mittels Laugenverbrauch";
Betreuer/in(nen): H. Kroiss, K. Svardal; E226 - Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, 2002.

Als mikrobiologische Nitrifikation wird die Oxidation von Ammonium zu Nitrat durch Mikroorganismen bezeichnet. Sie stellt heute den für Bemessung und Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen maßgebenden Prozess dar.
Die beteiligten Bakterien, die Nitrifikanten, reagieren auf verschiedenste Umwelteinflüsse, besonders aber auf viele Abwasserinhaltsstoffe der Industrie, sensibler als ihre robusteren kohlenstoffabbauenden Pendants und sie wachsen nach toxischen Ereignissen viel langsamer an. Es interessieren daher Methoden, die Hemmstoffeinleitungen in die Reinigungsanlagen frühzeitig erkennen können, um noch Zeit für Abwehrmaßnahmen zu haben, bzw., die eine gegebene kurzzeitige Einleitung rasch anzeigen, damit durch intensive chemische Untersuchungen die Herkunft der Stoffe ermittelt werden kann.

Die Nitrifikation selber verläuft in zwei Schritten in denen zuerst Ammonium zu Nitrit und anschließend Nitrit zu Nitrat oxidiert wird. Beide Schritte verbrauchen Sauerstoff und der erste setzt Wasserstoffionen frei. Diese Eigenschaft wurde in den Versuchen dazu verwendet, die Aktivität der Bakterien kontinuierlich zu bestimmen, indem der pH-Wert gemessen und mittels automatisierter Laugendosierung konstant gehalten wurde.

Die Möglichkeit des Echtzeiteinblickes in das Geschehen wurde durch die Verwendung von Aufwuchskörpern für die Ansiedelung der Bakterien erschlossen. Frei schwimmender Schlamm konnte sich bei den verwendeten Versuchsverhältnissen mit 2,5-fachem Wassertausch in 24 Stunden nicht im Reaktor halten. Dem Zulaufwasser wurde auch das Substrat für die Nitrifikanten in Form von Ammonchlorid zugesetzt sodass das Substrat immer im Überschuss in den Reaktor einfließt, aber auch bei dauerhaften Hemmereignissen den kritischen Wert für eine Hemmung der Nitrobakter nicht überschreitet.
In verschiedenen Versuchsserien wurde dem Reaktor stoßweise CSB-Substrat, ein bekanntermaßen nitrifikationshemmendes Abwasser und schließlich ATH zugesetzt. Aus Ablaufproben, Ablaufmengen, Laugenverbrauch und den bekannten Zulaufmengen wurden Stickstoffbilanzen erstellt, welche anhand von Stichproben überprüft wurden.

Die Versuche zeigten, dass die Methode zur Erkennung von Hemmereignissen sehr gut geeignet ist. Für die Qualifizierung der Hemmstoffe fehlen aber noch Referenzwerte und Beurteilungskriterien.

The aerobic process in which bacteria transform Ammonia to Nitrate is the so called nitrification. Today this process is the definite criteria for assessment and operation of wastewater treatment plants.
The bacteria which nitrify are much more sensitive to environmental influences than others, which use organic carbon for their metabolism. Especially industrial wastewaters can cause big troubles in this case.
Because of this, there is an interest in methods, which can detect traces of inhibitoring substances in the wastewater before reaching the treatment plant. If this is possible countermeasures and intensive chemical investigations can applied in order to prevent severe treatment problems and to find out the responsible charger.

The Nitrification is a two stage process. In the first step ammonia is metabolised to nitrite which is metabolised to nitrate in a second step. Both steps consume oxigen and the first of them produces hydrogen ions. This characteristic was used to measure the activity of the bacteria continuously by the addition of a sodium hydroxide solution when the pH value is controlled at a present level.
The possibility of real time measuring was given by the use of plastic bodies on which the bacteria could adhere. Suspended bio mass would be wasted of a continuous fermentation at a mean hydraulic detention time of ~ 10 h. The influent only contained anorganic nutrients. Ammonia for the nitrification was added in the form of ammoniachloride. The dosage was controlled in a way that ammonium was neighter the inhibitory limit.
In several biological tests organic substrate, an inhibitory wastewater and finally ATU were tested. Nitrogen balances were made for each test with downpipe tests, measures of the downpipe water volume, sodium hydroxide consumption and the branch value. This balances were verified by random tests.

The tests have shown that the used method is able to detect of short term inhibitory effects on the nitrification process. For qualification of inhibitors further research on reference substrates and the establish of criteria is needed.