Stickstofikreislauf im Wasser

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1 Stickstofikreislauf im Wasser 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Stickstofiiimsetzungen in natürlichen Gewässern, in der Abwasserreinigung und Wasserversorgung Herausgegeben von: G. Rheinheimer, W Hegemann, J. Raff, I. Sekoulov Mit 175 Bildern und 42 Tabellen R. Oldenbourg Verlag München Wien 1988

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort ' V Verzeichnis der Autoren. :.' VI I. Teil Stickstoffumsetzungen in natürlichen Gewässern 1 1. Einführung.'...' 1 2. Taxonomie der beteiligten Organismen Stickstoff-Fixierung: ;..; Diazotrophe (N 2 -fixierende) Prokaryonten 4 2.1:1.1 Aerobe heterötrophe Stickstoff-Fixierer...:....:...! Mikroaerophile heterötrophe Stickstoff-Fixierer Fakultativ anaerobe StickstoffrFixierer "..' Obligat anaerobe Stickstoff-Fixierer Cyanobakterien Ammonifikation und NH4-Assimilation Ammonifikation NH^-Assimilation Nitrifikation Nitrifizierende Bakterien Lithotrophe Ammoniakoxidanten Lithotrophe Nitritoxidanten Nitratreduktion Nitratassimilation Nitratatmung Denitrifikation Nitratammonifikation Stoffwechsel und Wachstumskinetik Stickstoff-Fixierung Wachstum diazotropher Stämme in Reinkulturen Nitrogenase: Struktur und Funktion Energetik der N 2 -Fixierung Sauerstoff-Schutzmechanismen. 50 3:1.5. Genetik der N 2 -,Fixierung und Ammonium-. assimilation : Ammonifikation und NH4-Assimilation Ammonifikation..._: NH4-Assimilation"..'..'.' Nitrifikation '

3 VIII Inhaltsverzeichnis Anreicherung und Isolierung Wachstum und Vermehrung Lithotrophe Ammoniakoxidanten Lithotrophe Nitritoxidanten Heterötrophe Nitrifikation Biochemie des Stoffwechsels Lithotrophe Ammoniakoxidanten Lithotrophe Nitritoxidanten Heterötrophe Nitrifikation Nitratreduktion f..';.: '.: Assimilatorische Nitratreduktion Nitratatmung Denitrifikation? Nitratammonifikation Einflußfaktoren auf die Stickstoffumwandlungen Stickstoff-Fixierung :'., Temperatur Licht J...; Organischer Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Hemmstoffe Ammonifikation Temperatur...' Stickstoff r / Weitere Einflußfaktoren : Nitrifikation Temperatur Turbulenz :...: :3.3 ' Licht : ph-wert.; Sauerstoff, Organischer Kohlenstoff Hemmstoffe...: Nitratreduktion..'.. -.; Temperatur.;... ; :..;...*.;.;.'...' ph-wert : Sauerstoff...:..:.-<.; Organische Kohlenstoffquelle...: Stickstoff Hemmstoffe ;.. :..-.. :..-,.: J ; Ökologische Aspekte der Stickstoffumsetzungen., Seen. 126

4 Inhaltsverzeichnis IX Stickstoff-Fixierung Ammonifikation : Nitrifikation ' : Nitratreduktion : Flüsse Stickstoff-Fixierung Ammonifikation Nitrifikation Nitratreduktion Küstengewässer Stickstoff-Fixierung Ammonifikation Nitrifikation Nitratreduktion Wechselbeziehungen zwischen den Stickstoffumsetzungen in den Gewässern Modelle zur Erfassung der Stickstoffumsetzungen in Fließgewässern, Entwicklung und Anwendung der Modellrechnungen Wahl des geeigneten Modellansatzes Ziel der Modellanwendung Untersuchungsabschnitt und seine Randbedingungen Verfügbares Datenmaterial Lösungswege verschiedener Modelle Prognostisches Modell Neckar Modell Böhnke/Pöppinghaus Modell Wolf 157 6;3.4 Biozönotisches Modell Vergleich der mathematischen Modellansätze Schlußbemerkung 162 Literaturverzeichnis 163 II. Teil Nitrifikation und Denitrifikation in der Abwassertechnik Allgemeines Stickstoffverbindungen im Abwasser ; ' Ziel und Zweck der Stickstoffelimination Mikrobiologische Grundlagen Übersicht 187

5 X Inhaltsverzeichnis 2.2 Mikrobielle Lebensgemeinschaften in Kläranlagen Mechanismen der Biofilm- und Flockenbildung Stöchiometrische Betrachtungen Reaktionskinetische Betrachtungen Betrachtungen zur Reaktionstechnik Technische Anwendung der Nitrifikation und Denitrifikation Biofilmverfahren Tropfkörper Verfahrensbeschreibung und betriebliche Erfahrungen Bemessung Scheibentauchkörper zur Nitrifikation Verfahrensbeschreibung Bemessung Konstruktion, betriebliche Erfahrung Kosten Denitrifikation Sonstige Festbettreaktoren Überstaute Festbettreaktoren Schwebebettreaktoren Wirbelbett- und Fließbettreaktoren Sand- und Aktivkohlefilter Belebungsverfahren Verfahren mit kontinuierlicher Beschickung Kohlenstoffabbau und Nitrifikation in einer Lebensgemeinschaft Verfahrensbeschreibung Bemessung - Ermittlung des Volumens Bemessung - Ermittlung der Sauerstoffzufuhr Konstruktion und betriebliche Erfahrung Denitrifikation als zusätzliche Aufgabe Nachgeschaltete Denitrifikation Simultane Denitrifikation ; Vorgeschaltete Denitrifikation Intermittierend beschickte Belebungsanlagen Übersicht } Kohlenstoffabbau und Nitrifikation 314 3;2.2.3 Denitrifikation als zusätzliche Aufgabe Zweistufige Belebungsanlagen Verfahrensbeschreibung Bemessung 324

6 Inhaltsverzeichnis XI Konstruktion und betriebliche Erfahrung ' Kosten 331 Literaturverzeichnis 332 ffl. Teil Entfernung von Ammonium und Nitrat bei der Wasseraufbereitung : 337 /. Allgemeines T Herkunft von Nitrat in Grund-und Oberflächenwässern Herkunft von Ammonium in Grund- und Oberflächen-. wässern Zweck der Stickstoffentfernung bei der Trinkwasseraufbereitung Hygienische Relevanz von Nitrat Bedeutung von Ammonium für die Trinkwasserqualität Verfahren zur Entfernung von Nitrat Physikalisch-chemische Verfahren Umkehrosmose Elektrodialyse Ionenaustauschverfahren Anionenaustausch Teilentsalzungsverfahren Biologische Verfahren Grundlagen der Denitrifikation Verfahrensschema DENIPOR-Verfahren NITRAZUR-Verfahren OTV-Verfahren Aktivkohleverfahren mit aerober Untergrundpassage DENITROPUR-Verfahren Kosten der verschiedenen Verfahren Verfahren zur Entfernung von Ammonium Chemische Verfahren Chlorung Reaktion von Chlor mit Ammonium bzw. mit Ammoniak Chlorzehrungskurve Nebenreaktionen bei der Chlorung Beispiele für Verfahrenskombinationen mit Knickpunktchlorung Oxidation mit Ozon :. 373

7 XII Inhaltsverzeichnis 3.2 Biologische Verfahren Grundlagen der Nitrifikation Verfahrenstechnik der Nitrifikation Beispiele für Verfahren zur biologischen Ammoniumentfernung Das Wasserwerk Dohne Das Wasserwerk Langenau Ammoniumentfernung mit Trockenfiltern Ammoniumentfernung in Wirbelschichtreaktoren ' Nitrifikation im Untergrund Ammoniumentfernung durch Strippen Ammoniumentfernung durch selektiven Ionenaustausch Diskussion und Kosten der Verfahren 386 Literaturverzeichnis 388 Stichwortverzeichnis 391

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