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Industrial Bioprocesses > Waste Water Treatment > Flashcards

Waste Water Treatment Flashcards

1
Q

Warum wird Waste Water behandelt?

A

Um den Input von Stickstoff (Nitrogen) und Phosphat (PO4 3-) in die Umgebung zu verhindern

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2
Q

Was wäre die Folge von N und P in der Umwelt?

A
  • N und P führen zur Eutrophierung von Gewässern
  • Algenblüten decken das Licht für andere Wasser Wasserpflanzen und werden nach dem Absterben zersetzt
    Verringerung des Sauerstoffgehalts → tote Zonen
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3
Q

Seit wann gibt es Wastewater treatment systems?

A

seit 1900s, erstes System in Berlin 1878
Durchschnittlich 120 l Abwasser pro Person und
Tag
ca. 2,5 €/m^3 Behandlungsgebühren

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4
Q

Was ist Phosphor und wo wird es in Deutschland am meisten gebraucht

A
  • Key-Element in biologischen Prozessen unverzichtbar als Düngemittel in Agrar
  • Mining ist schädlich für die Umwelt&raquo_space; ist eine ENDLICHE Resource
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5
Q

In welcher Form kommt Stickstoff (N) im Wasser vor und durch welche Prozesse passiert die N-Eleminierung?

A

Form: Urea (aus Urin, das meiste), Amino nitrogen or heterocyclic nitrogen
Prozesse: ammonification, nitrification and denitrification

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6
Q

Wie wird Urea ammonified in der Kanalisation (sewer)?

A

durch Urease-formende Bakterien:
NH2-CO-NH2 + H2O →
2 NH3 (Ammonia/Ammoniak) + CO2

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7
Q

Wie wird weiter Ammoniumstickstoff (ammonium nitrogen) gebildet?

A

Durch Protein Degradierung und Deamination von Aminosäuren
protein → peptides→ amino acids → fatty acids + NH4

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8
Q

Welche Reaktion ist die Nitrifikation?

A

NH4 → NO2 → NO3

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9
Q

Welche Reaktion ist die Denitrifikation

A

NO3 → N2

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10
Q

Ist NH4 toxisch für Fische?

A

Ja (at 0.2 mg/L)

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11
Q

Was sind die biologischen Prinzipien der Nitrifikation?

A
  • Ammonium-oxidizing bacteria (AOB), which oxidize ammonium with oxygen to nitrite:
    NH4+ + 1.5 O2 →
    NO2− + 2 H+ + H2O
    mit: Nitrosomonas, Nitrosococcus
  • Nitrite-oxidizing bacteria (NOB) which oxidize nitrite with oxygen to form nitrate:
    NO2− + 0.5 O2 →
    NO3−
    mit: Nitrobacter, Nitrococcus
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12
Q

Was dient bei der Nitrification as Substrat und was als Kohlenstoffquelle?

A

Substrat: Stickstoff (Electrons used to establish proton gradient and reducing equivalents for growth)

Kohlenstoffquelle: CO2 (Wood-Ljungdahl-pathway)

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13
Q

Wie wachsen Nitrifiers?

A

Nitrifikanten wachsen autotroph mit CO2 → geringe Wachstumsraten und Zellausbeuten (im Vergleich zu heterotrophen Abwasser Bakterien)

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14
Q

Ist bei der Nitrifikation eine hohe Belüftungsrate notwendig?

A

Ja, ökonomische rFaktor, 16L Luft pro 1 mol Ammoniak zu N2

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15
Q

Welche Condition ist bei der Denitrifikation notwendig?

A

Anoxische Bedingungen erforderlich (kein O2 → N als terminaler Elektronenakzeptor

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16
Q

Was wird als Kohlenstoffquelle genutzt und was sind die fakultativen anaeroben MOs?

A

Quelle: methanol, acetate or COD are used as electron donors / substrates

MOs: Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes

17
Q

Wie erfolgt die Reduktion von NO3 zu N2?

A

Reduktion von NO3 zu N2 über einstufige Reaktionen und zugehörige Enzyme:
𝑁𝑂 3− + 2 𝐻+ + 2 𝑒−
→ 𝑁𝑂 2− + 𝐻2𝑂

𝑁𝑂 2− + 2 𝐻+ + 𝑒− →
𝑁𝑂 + 𝐻2𝑂

2 𝑁𝑂 + 2 𝐻+ + 2 𝑒− →
𝑁 2𝑂 + 𝐻2𝑂

𝑁 2𝑂 + 2 𝐻+ + 2 𝑒− →
𝑁 2 + 𝐻2𝑂

18
Q

Was sind PAO?

A
  • Phosphat speichernde Organismen (PAO) spielen eine entscheidende Rolle
  • PAOs nehmen viel Phosphat als Poly-Phosphat auf (bis zu
    bis zu 20-30 %/CDW → Luxusaufnahme; normale Zellen haben etwa 1-2 % P-Gehalt)
19
Q

Was sind die 3 Speichermoleküle in PAOs?

A

Poly-P, glycogen and PHB

20
Q

Wann nehmen oder geben Zellen (PAO) PO4?

A

Aerob: P-Aufnahme, PHB-Verbrauch, Glykogen Elektronenakzeptor

Anaerob: P-Freisetzung, PHB-Speicherung, Glykogen Elektronen- und C-Donator, Aufnahme von VFA (COD)

21
Q

Was sind Wastewater Parameter und ihre Bedeutung?

A
  • BOD = Biochemical Oxygen demand: amount of O2 required by MOs to break down organic matter
  • BOD5 test: amount of oxygen in mg/l consumed by bacteria and all other microorganisms present in the water at a temperature of 20°C within five days
  • TSS= Total suspended solids: 120-400 mg/L (at inlet)
  • MLSS = Mixed liquor suspended solids; typically, 2-4 g/L (MLSS↑: space↓, air requirement + clarification capacity ↑)
  • DO = Diss. O2; Must be sufficient (2mg/L); too high → wastes energy; too low → insufficient BOD removal + anaerobic → smelly
  • HRT = Hydraulic retention time 4-24 h
  • SRT = Solids retention Time (2-8 days); time MOs are in the process
22
Q

Welches Equipment gehört zur Wastewater Anlage?

A
  • Clarifier (Slow moving current, Gravitational settling of particles, Bottom rake to discharge sludge; surface skimmer to remove scum, Clarified water moves to biological treatment, Different shapes possible)
  • Aeration system (Surface aeration: Cheap, medium aeration, Fine bubble: More expensive, good aeration, Up to 60 % of plant costs for aeration)
  • Pumpen
  • Anaerobic Tank
  • Aerobic Tank
23
Q

WASTWATER TREATMENT PLANT SELBER MALEN!!

A

in Notability

24
Q

Was wird gemacht um einen P (Phosphor) Niederschlag zu erreichen?

A
  • Wenn die EBPR nicht ausreicht, werden Salze zur Fällung genutzt
  • Fe2+, Al2+, Ca2+ werden genutzt → wirtschaftlicher Faktor
  • Je nach Endkonzentration 4-8 mal mehr Salz als P
  • Klärschlamm-Verordnung und P-Finitheit erfordern bestmögliche Rückführung von Phosphor
  • Ausgefällter P wird mit Klärschlamm abgetrennt und weiterverarbeitet
25
Q

What about the Sludge (Klärschlamm)?

A
  • Schlamm wird zunächst anaerob verdaut → Biogas
    Produktion → Einbindung in das kommunale Netz oder Energieerzeugung für die Kläranlage
  • Der Schlamm wird eingedickt und entwässert, z.B. durch
    Zentrifugen oder Scheibentrocknern
  • Monoverbrennung oder Einspeisung in Kraftwerke
    oder Zementherstellung
  • Energetisch aufwendig, für kleine Anlagen nicht erschwinglich → Zentralisierung der Verbrennung
  • Elektrizitäts- und Wärmeerzeugung → kommunales (municipal) Netz
  • P-Rückgewinnung aus Klärschlamm extrem wichtig → laufendes Forschungsthema
26
Q

Was ist der letzte Building-Block einer WWTP?

A

Disinfection
- Ozon, UV-Bestrahlung, Chlorierung, Filtration oder Kombinationsverfahren sind die wichtigsten Verfahrensschritte
- UV-Licht bei 254 nm unter Ausnutzung der Absorptions Kurve der DNA → Aufbrechen von Bindungen und Deaktivierung
- Ozon wird aufgrund seiner reaktiven Natur eingesetzt → Reaktion mit Mikroverunreinigungen und pathogenen Keimen; Erzeugung durch UV-Licht oder Elektroschock
- Zusätzliche Filtration über Membranen oder Sand
Sandbetten (“Schönungsteiche”) möglich

Industrial Bioprocesses (11 decks)

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