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Biologische Behandlung von organischen Stoffströmen > Vorlesung 3 > Flashcards

Vorlesung 3 Flashcards

Grundlagen der biologischen Stoffumwandlung Teil 1

1
Q

Was passiert beim aeroben Abbau bzw. beim Umbau organischer Substanzen?

A
  • Verbleib eines reduzierten Organikanteils
  • Entstehung von H2O, CO2, Wärme
  • Verringerung des Gehalts an pathogenen Mikroorganismen
  • Reduktion von Volumen, Gewicht, Geruchspotential und Wassergehalt?
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2
Q

Zu was können die ablaufenden Prozesse der Kompostierung zugeordnet werden?

A

Die bei der Kompostierung ablaufenden Prozesse sind Bestandteil des natürlichen Stoffkreislaufs.

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3
Q

Welche Organismen des aeroben Stoffabbaus kommen zum Einsatz?

A

Bakterien (u.a. Actinomyceten), Pilze und Metazoen
- Bakterien (insbesondere Actinomyceten) leisten den überwiegenden Teil der Umsetzungsprozesse
- Spezielle Pilzarten setzen schwer abbaubare Verbindungen um (z.B. Lignin, Cellulose)
- Würmer, Insekten und Spinnentiere treten erst in der letzten Phase des Rotteprozesses auf -> Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften des reifen Kompostes

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4
Q

Nenne weitere Rotteorganismen.

A
  • Bakterien
  • Hefen
  • Aktinomyceten
  • Algen
  • Pilze
  • Protozoen
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5
Q

Wie beeinflussen Kompostwürmer das Kompostvolumen?

A

Wurmkompostierung reduziert das Ausgangsvolumen auf bis zu 15%, normale Kompostierung nur auf ca. 35%.

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6
Q

Welche Rolle spielen Mikroorganismen?

A
  • Universelle Ab- und Umbaufähigkeiten im Naturstoffkreislauf aber auch von Xenobiotika (z.B. Dioxine)
  • kein Leben ohne Mikroorganismen (z.B. Darmbakterien)
  • Schluss von Natur- und Stoffkreisläufen
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7
Q

Wie entwickelt sich die Populationen während der Kompostierung?

A

Je nach Wachstumsbedingungen wechseln sich verschiedene Populationen ab

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8
Q

Welche Folgen haben ungünstige Bedingungen bei der Kompostierung?

A

Manche Bakterien (z.T. auch Krankheitserreger) sind in der Lage, unter ungünstigen Bedingungen Dauerformen (Endosporen) zu bilden, mit Resistenz gegenüber
- Austrocknung
- hohe Temperaturen
- Strahlung
- Desinfektion

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9
Q

Welche Aussage erlauben Form und Größe der Bakterien über die Stoffwechselleistungen?

A

Form und Größe erlauben keine Aussage über Stoffwechselleistungen

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10
Q

Welche Formen bilden Kokken?

A
  • Ketten
  • Flächen
  • Pakete
  • Haufen
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11
Q

Welche Formen bilden Stäbchen?

A
  • Ketten
  • Palisaden
  • umhüllte Ketten
  • verzweigte Fäden
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12
Q

Welche Formen bilden Spiralen?

A
  • Vibrio (rigide)
  • Spirille (rigide)
  • Spirochäte (flexibel)
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13
Q

Wie schwanken die Sporenkonzentrationen in Abhängigkeit der Tages- und Jahreszeit?

A

Jahreszeit:
Peak im Juli/August (insgesamt von Ende April bis Anfang Oktober)

Tageszeit:
Zur Mittagszeit am höchsten

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14
Q

Welche Einflussfaktoren gibt es für den biologischen Abbau?

A
  • Wassergehalt (40 - 50% Feuchte)
  • pH-Wert
  • Temperatur
  • Nährstoffe und Spurenelemente
  • Redoxpotential (Oxidation/Reduktion)
  • Abwesenheit von Hemmstoffen
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15
Q

Was sind Enzyme?

A
  • Katalysatoren des Stoffwechsels
  • Bestehend aus Eiweißmolekülen
  • Reaktionen können reguliert werden durch Konzentration des Substrates
  • Reaktionen können gehemmt werden (meist reversibel, jedoch zum Teil auch irreversibel
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16
Q

Was ist die Wasseraktivität und wie setzt diese sich zusammen?

A
  • Wasseraktivität (aW-Wert): Maß an ungebundenem und locker gebundenem Wasser
  • aW-Wert = p/p_0
  • je größer der aW-Wert, desto schneller verderben Lebensmittel
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17
Q

Wie liegt das Wasser im Substrat vor?

A

Wasserfilm um Partikel mit Mikroorganismen und extrazellulären Enzymen

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18
Q

Wie verändert sich der Wassergehalt in Abhängigkeit der Zeit?

A

Der Wassergehalt sinkt mit zunehmendem Fortschreiten der Zeit.

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19
Q

Was passiert bei einem aW-Wert unter 0,6?

A

Kein Wachstum möglich für Mikroorganismen

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20
Q

Welcher pH-Wert ist für die Mikroorganismen optimal?

A

pH-Wert. neutraler Bereich optimal bei 6,5-8,5

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21
Q

Ist die Belüftung wichtig?

A

Ausreichende Belüftung muss u.a. durch Umsetzen gewährleistet sein, da Sauerstoff als Reaktionspartner erforderlich ist

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22
Q

Welche Einflussfaktoren beeinflussen die Temperatur?

A
  • Chemische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials
  • Wassergehalt (aW-Wert)
  • Partikelgröße
  • Sauerstoffversorgung
  • Umsetzhäufigkeit
  • Ableiten von Wärme durch Verdunsten (90%) (Verhindert Selbstentzündung)

gut gemischt ist halb kompostiert

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23
Q

Welche Temperatur ist für Bioprozesse optimal?

A

15-50°C

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24
Q

Was passiert bei zu hohen und was bei zu niedrigen Temperaturen?

A

Zu niedrige Temperaturen:
- Stoffwechselprozesse verlangsamt

Temperaturen über 50-60°C:
- Proteine der meisten Organismen denaturieren

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25
Q

Wie werden die Temperaturbereiche für Mikroorgnaismen eingeteilt?

A

Psychrophil:
- Minimum: -10-0
- Optimum: 15-20
- Maximum: 20-30

mesophil:
- Minimum: 10-25
- Optimum: 20-42
- Maximum: 35-50

thermophil:
- Minimum 30-50
- Optimum: 50-65
- Maximum: 60-95

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26
Q

In welchem Temperturbereich spricht man von Thermotolerant und wann von Strikt/obligat thermophil?

A
  • Thermotolerant: 20-50°C
  • Strikt/obligat thermophil: > 60°C
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27
Q

Wie verändert sich die Verwertbarkeit und die Biozönose (Zusammensetzung) im Laufe der Zeit?

A

Verwertbarkeit:
- nimmt ab, also von leicht nach schwer

Biozönose (Zusammensetzung):
- von spontan nach adaptiv

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28
Q

Wie verändert sich der Milieuzustand im Laufe der Zeit?

A

aerob:
Am Anfang Ammonifikation und Nitrifikation. Später oxidativer Stoffumsatz

anaerob:
Am Anfang Ammonifikation, Denitrifikation und Methanisierung. Später reduktiver Stoffumsatz

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29
Q

Nenne die Hautbestandteile von Biomüll, sowie die enthaltenden Spurenelemente.

A

Hauptbestandteile von Biomüll = Hauptbestandteile von Lebewesen.
- C, O, H, N, P, S, Ca, Mg, K

  • Spurenelemente: Cl, Na, Fe, Mn, Cu
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30
Q

Welche größeren Mengen sind in Bioabfällen enthalten?

A

In Bioabfällen sind größere Mengen an Gerüstsubstanzen (Holz, Cellulose etc.) enthalten

31
Q

Welcher Aspekt ist besonders wichtig, damit der Abbau gewährleistet ist?

A

Ein optimales C/N Verhälntnis ist wichtig.

Nährstoffe stehen z.T. nicht ausreichend für einen weitgehenden biologischen Abbau zur Verfügung (z.B. zu niedriges C:N-Verhältnis)

Keine Ahnung welche Frage dazu passt

32
Q

Was ist die Triebfeder für den Abbau organsicher Verbindugen durch MO?

A

Die Triebfeder für den Abbau organischer Verbindungen ist die Energiegewinnung. Energie, die sie zur Vermehrung benötigen.

33
Q

Wovon ist der Grad des Abbaus abhängig?

A

Bis zu welchem Grad der Abbau erfolgt ist abhängig von
- der Art der abzubauenden Substanz,
- den Organismen,
- den Milieubedingungen.

34
Q

Was entsteht bei einem vollständigen Abbau?

A

Findet ein vollständiger Abbau der organischen Verbindungen statt (Mineralisation), sind die Endprodukte CO2, H2O und Mineralsalze

35
Q

In welche Energiequellen für Mikroorganismen können unterschieden werden?

A

Phototroph: Strahlungsenergie der Sonne

Chemotroh (organotroph): organische Verbindungen

Chemotroph (litotroph):
anorganische Verbindungen

36
Q

Welche Oxidationsmittel gibt es bezüglich des Abbaus des Komposts?

A
  • aerob: O2-Luft
  • anoxisch: anorganische Sauerstoffverbindungen
  • anaerob: organsiche Verbindungen
37
Q

Welche C-Quellen gibt es?

A
  • autotroph: CO2
  • heterotroph: organsiche Verbindungen
38
Q

Wobei handelt es sich bei der Kompostierung? Aerober oder anaerober Prozess?

A

Bei der Kompostierung handelt es sich um aerobe Prozesse

39
Q

Was versteht man unter Mineralisierung?

A

Abbau von Humus zu mineralischen Endprodukte

40
Q

Was versteht man unter Humifizierung?

A

Zersetzung der abgestorbenen organischen Substanz im Boden, Bildung von Huminstoffen

41
Q

Was ist bei der Kompostierung insbesdondere von Bedeutung?

A

Bei der Kompostierung sind insbesondere chemo-organo-heterotrophe Organismen von Bedeutung

42
Q

Was dient als Energiequelle, Kohlenstoffquelle und Elektrodonator für chemo-organo-heterotrophe Organismen?

A

Organische Verbindungen (gelöster organsicher Kohlenstoff)

43
Q

Nenne Beispiele für chemo-organo-heterotrophe Organismen.

A
  • aerobe Bakterien
  • Pilze
  • Denitrifizierende Bakterien
  • Desulfurizierende Bakterien
44
Q

Durch welche Organismen werden organische Substanzen abgebaut? Gib ein Beispiel für eine solche Substanz an.

A

Abbau durch chemo-organo-heterotrophe Organismen

Beispiel: C6H12O6 wird zu 6 CO2 und 6 H2O, sowie -2826 kJ/mol

45
Q

Welche Rolle spielt Glucose beim aeroben Stoffwechsel?

A

Glucose als Modellsubstrat, da
- Eingangsstoffe der Kompostierung vor allem pflanzlichen Ursprungs und
- Kohlenhydrate Hauptprodukte der Photosynthese sind (Stärke und Zellulose)

46
Q

Nenne die drei Stufen in denen der vollständige Abbau organsicher Substanzen bis zum CO2 und H2O erfolgt.

A

Der vollständige Abbau organischer Substanzen bis zum CO2 und H2O erfolgt in 3 Stufen:
- Zerlegung großer Moleküle durch Hydrolyse mittels Enzymen
- Oxidation des organischen Kohlenstoffes und Wasserstoffentzug
- Oxidation des Wasserstoffs mit einem externen Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff)

47
Q

Welche Schritte werden bei der Kompostierung durchgeführt, um Stickstoff und Distickstoffmonoxid herzustellen?

A

Ammonifikation: Ammonium -> Ammoniak

Nitrifikation (Aerob): Ammoniak -> Stickstoffdioxid/Nitrat-Stickstoff

Denitrifikation (Anaerob): Stickstoffdioxid/Nitrat-Stickstoff -> Distickstoffmonoxid/Stickstoff

48
Q

In welches Produkt wird Lignin umgewandelt? Nenne Beispiele für Kohlenstoffquellen.

A

Lignin wird zu Huminstoffe

Kohelnstoffquellen wären z.B.: Zucker, Polysaccharide (Cellulose)

49
Q

In welchem Verhältnis sollten C und N in der Biomasse stehen?

A

C:N = 6:1

50
Q

Was ist die Ammonifikation?

A

Freisetzung von NH4 aus organischen Stickstoffverbindungen (Proteinen) und Harnstoff

51
Q

Nenne eine Reaktion, bei der NH4+ freigesetzt wird.

A
  • CO(NH2)2 + H2O -> 2 NH3 + CO2
  • NH3 + H2O + CO2 -> NH4+ + HCO3-

Es handelt sich hier um zwei Reaktionen, die NH4+ als Endprodukt haben

52
Q

Welche Kohlenstoffquelle wird bei der Nitrifikation genutzt und wie hoch ist die Energieausbeute?

A
  • Kohlenstoffquelle CO2
  • gerine Energieausbeute
53
Q

Wie viel Ammonium wird durch autotrophe und wie viel Glucose durch heterotrophe Bakterien umgesetzte?

A

Autotrophe Bakterien:
- 30 g Ammonium / 1 g Zelltrockenmasse

Heterotrophe Bakterien:
- 2 g Glucose / 1 g Zelltrockenmasse

54
Q

Gib die Reaktionsgleichung der Oxidation von Ammonium an.

A
  1. Oxidation von Ammonium zu Nitrit (Nitritation)
    - NH4 + 1,5 O2 -> NO2- + H2O + 2H+
  2. Oxidation von Nitrit zu Nitrat (Nitratation)
    - NO2- + 0,5 O2 -> NO3-
55
Q

Welche Bakteriengruppen sind bei der Nitrifikation beteiligt?

A
  1. Nitritbakterien: Gruppe NITROSO -> 20 Arten
  2. Nitratbakterien: Gruppe NITRO -> 7 Arten
56
Q

Wie viel mol molekularer Stickstoff entsteht aus 1 mol Ammonium?

A

0,5 mol Stickstoff

57
Q

Erläutere die Gleichung der Reduktion von Nitrat.

A

5 CH3OH + 6 NO3 -> 5 CO2 + 3 N2 + 6 OH- + 7 H2O

Mit folgenden Stufen:
NO3 -> NO2 -> NO -> N2O -> N2

58
Q

Welche Bakteriengruppen sind an der Denitrifikation beteiligt?

A
  • Pseudomonas
  • Hyphomicrobium
  • Paracoccus
  • Thiobacillus u.a.
59
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Stärke.

A

Vorkommen:
- Speichersubstanz in Samen und Wurzeln

Abbaubarkeit:
- schnell; Aerobe Bacillus- und Clostridien-Arten

60
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Cellulose.

A

Vorkommen:
- Zellwandsubstanz höherer Pflanzen

Abbaubarkeit:
- schwer; aerob: Pilze, anaerob: Clostridien

61
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Xylan.

A

Vorkommen:
- Reserve- oder Stützsubstanz

Abbaubarkeit:
- schwer (besser als Cellulose); viele MO

62
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Fruktane.

A

Vorkommen:
- In manchen Pflanzen neben oder anstelle von Stärke

Abbaubarkeit:
- gut

63
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Mannan.

A

Vorkommen:
- Wandsubstanz verschiedener niederer Pflanzen (z.B. Hefe)

Abbaubarkeit:
- Relativ leicht abbaubare Hemicellulose

64
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Pektin.

A

Vorkommen:
- Intrazellulär; in jungem Pflanzengewebe

Abbaubarkeit:
- viele Pilze und Bakterien

65
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Lignin.

A

Vorkommen:
- Nach Cellulose und Hemicellulose am meisten vertreten

Abbaubarkeit:
- Sehr resistent; einige Pilze und Bakterien

66
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Chitin.

A

Vorkommen:
- Stützsubstanz bei Pilzen und im Tierreich

Abbaubarkeit:
- Viele Bakterien und Pilze

67
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Protein.

A

Vorkommen:
- Bestandteil des Zellplasmas

Abbaubarkeit:
- Leicht; Pilze und Bakterien

68
Q

Vorkommen und Abbaubarkeit von Fett und Wachs.

A

Vorkommen:
- Pflanzen und Tiere

Abbaubarkeit:
- Gut; Pilze und Bakterien, vorwiegend anaerob

69
Q

Was ist das wichtigste Zwischenprodukt beim aeroben und anaeroben Abbau?

A

Pyruvat

70
Q

Woraus besteht Lignocellulose?

A
  • 45 % Cellulose
  • 30 % Hemicellulose
  • 25 % Lignin
71
Q

Was versteht man unter Lignifizierung?

A

Verholzung

72
Q

Wozu dient Lignin?

A

Hauptquelle der Huminsäuren (Grund für die Braunfärbung des Amazonas)

73
Q

Sortiere die folgenden Stoffe absteigend nach ihrer Abbaubarkeit: Gras, Holz, Stroh

A

Gras > Stroh > Holz

74
Q

Wie beeinflusst der Ligningehalt die Abbaubarkeit?

A

Je höher der Ligningehalt, desto niedriger die Abbaubarkeit.

Biologische Behandlung von organischen Stoffströmen (10 decks)

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