Bakterien und Mikroorganismen, die an der Wasseraufbereitung beteiligt sind

Wofür werden Bakterien verwendet?

Die biologische Abwasserbehandlung ist die weltweit am weitesten verbreitete Methode der Abwasserentsorgung. Bei dieser Technologie werden verschiedene Arten von Bakterien und anderen Mikroorganismen zur Entgiftung und Reinigung von verschmutztem Wasser eingesetzt. In der Mikrobiologie spielen diese Organismen eine entscheidende Rolle, indem sie organische Abfälle als Nahrungs- und Energiequelle für ihr Wachstum und ihre Vermehrung nutzen.

Die Bedeutung der Abwasserbehandlung ist sowohl für die menschliche Gesundheit als auch für den Umweltschutz von entscheidender Bedeutung. Denn durch den Einsatz dieser Bakterien wird die Verschmutzung auf einer kleinen Fläche – der Kläranlage – schneller gereinigt. Ein Fluss zum Beispiel hat seinen eigenen Klärungsprozess, ähnlich dem, was in der Natur passiert. Die derzeitigen Mengen an Verschmutzung sind jedoch zu hoch und können den natürlichen Kreislauf stören. Durch die Kultivierung dieser Mikroorganismen verhindern Kläranlagen die Eutrophierung der Flüsse und beugen der Verbreitung von Krankheiten vor.

Häusliche Abwässer und Industrieabwässer sind die Hauptquellen von Grauwasser, das behandelt werden muss. Der Einsatz von Mikroorganismen in diesem Zusammenhang ermöglicht eine effektive Wiederverwertung von Abwasser und trägt so zu einer gesünderen Umwelt bei. Diese Mikroorganismen oder Mikroben, sind in der Tat biologische Reinigungsmittel, die für diesen Prozess wesentlich sind.

Wie Sie vielleicht schon bemerkt haben, sind Bakterien das Herzstück des Verfahrens. Eine Kläranlage kann daher mit einem Bauernhof verglichen werden, auf dem Mikroorganismen in großem Maßstab zur Entgiftung und Wiederverwertung von Abwasser gezüchtet werden, was ihre Bedeutung in unserer modernen Gesellschaft veranschaulicht.

Wo sind diese Bakterien vorhanden?

Überall, vom Wasser, das in der Kläranlage ankommt, bis zu seinem Ausgang. Die in den Klärbecken festgelegten Betriebsparameter beeinflussen die Entwicklung verschiedener mikrobieller Strukturen und der Arten, aus denen sie sich zusammensetzen. Diese artenreiche Ansammlung von Mikroorganismen erreicht im Gegensatz zur Verwendung von Einzelkulturen ein höheres Maß an biologischem Abbau auf einer breiten Palette von Substraten. Dies ist der Hauptfaktor, der auf die Qualität des behandelten Abwassers einwirkt.

Normalerweise wimmelt es von diesen Organismen und sie aggregieren in freien Kulturen zu einem flockenähnlichen Gebilde, das als Flocke bezeichnet wird. Diese Flocken, die mit bloßem Auge sichtbar sind, enthalten lebende und tote Zellen von Bakterien, Pilzen, Protozoen und Stoffwechselprodukten. Sie lagern sich um schwebendes organisches Material an, von dem sie sich ernähren. Dies ist zum Beispiel bei Belebtschlamm der Fall. Außerdem entwickeln sich bei fixierten Kulturen etwas ähnliche Biofilme auf den Kontaktflächen. Beispielsweise sind Biofilter und Bioscheiben fixierte Kulturen.

Einige Fabriken verfügen über UV-Reaktoren zur Entgiftung und zur Beseitigung der im Wasser verbliebenen Mikroben. Andere verwenden die Injektion von Chlor, bevor das Wasser in einen Fluss geleitet wird. Dies ist zum Beispiel in Australien und Neuseeland der Fall.

Wer sind diese Mikroorganismen?

Parameter, die das Wachstum von Mikroorganismen beeinflussen

Zunächst einmal muss man, bevor man die verschiedenen Arten von Mikroorganismen versteht, die Parameter verstehen, die ihr Wachstum beeinflussen. In der Mikrobiologie wird untersucht, wie Bakterien und Mikroben auf diese für ihr effektives Wachstum wichtigen Faktoren reagieren. Erstens spielt der geografische Standort eine entscheidende Rolle für die Zusammensetzung des verschmutzten Wassers, das in der Anlage behandelt wird. Zweitens hat die Art des Beckens, in dem die Reinigungsbakterien gezüchtet werden, einen erheblichen Einfluss auf ihr Wachstum. Drittens beeinflussen die Eigenschaften des häuslichen Abwassers die mikrobielle Zusammensetzung und die erforderlichen Dekontaminationsprozesse. Schließlich verändern die Betriebsparameter des Systems, wie Belüftung und Rühren, das Wachstum der Mikroorganismen. Diese Faktoren führen zu quantitativen Veränderungen zwischen autotrophen und heterotrophen Bakterien, die das Ausmaß der Behandlung beeinflussen. So hängt beispielsweise das Recycling von Grauwasser von der Wirksamkeit dieser gut ausbalancierten und kontrollierten mikrobiologischen Prozesse ab. Es ist hilfreich, die Namen der verwendeten Methoden darzulegen, um ihre spezifische Anwendung besser zu verstehen.

Bakterien in Kläranlagen

In kommunalen Kläranlagen herrschen gramnegative Bakterien, insbesondere Proteobakterien, vor, die zwischen 21 und 65 % der Mikroorganismen ausmachen. Die Mikrobiologie zeigt, wie die reichlich vorhandene Klasse Betaproteobacteria eine große Rolle bei der Entfernung von organischen Elementen und Nährstoffen spielt. Andere wichtige Abzweigungen umfassen Bacteroidetes, Acidobacteria, Chloroflexi und tragen zur Dekontaminierung von verschmutztem Wasser bei. Die zahlreichsten Bakterienarten, die als mikrobielle Reiniger gelten, sind Tetrasphaera, Trichococcus, Candidatus Microthrix, Rhodoferax, Rhodobacter und Hyphomicrobium. Jeder Name dieser Bakterien veranschaulicht ihre Bedeutung und ihre entscheidende Rolle beim Recycling von Haushaltsabwässern. Diese Beispiele zeigen, wie Mikroorganismen zur Reinigung von Grauwasser beitragen, und legen ihren Nutzen für die Umwelt offen.

Andere Mikroorganismen: Pilze und Archäobakterien

Unter den Pilzen, die in der Mikrobiologie untersucht werden, sind die Ascomyceten mit 6,3 bis 7,4 % der Mikroorganismen am häufigsten vertreten. Es ist interessant zu beobachten, wie diese Pilze auf verschmutzte Umgebungen reagieren. Archäobakterien, die oft als natürliche Reiniger angesehen werden, insbesondere die Euryarcheota, machen etwa 1,5% der vorhandenen Mikroorganismen aus. Die Bedeutung dieser Mikroorganismen ist in unterschiedlichen Umgebungen und bei Dekontaminationsprozessen von entscheidender Bedeutung. Diese Mikroben spielen eine lebenswichtige Rolle, vor allem in Gegenwart von Ammoniak und Sauerstoff, wo Nitrosomonas stark vertreten ist. Unter den Beispielen für spezifische Mikroorganismen taucht der Name Nitrosomonas aufgrund seiner Schlüsselrolle beim Recycling häufig auf. Diese Mikroorganismen tragen auch zur Behandlung von Grau- und Haushaltswasser in verschiedenen Kontexten bei. Es ist sinnvoll, diese Prozesse darzustellen, um ihre ökologische Bedeutung besser zu verstehen.

Der Einfluss der Temperatur und der geografischen Lage

Die Temperatur beeinflusst das Vorkommen bestimmter Arten, und auch die geografische Lage wirkt sich auf die Zusammensetzung der Arten aus. In der Mikrobiologie ist es wichtig zu verstehen, wie diese Faktoren das verschmutzte Wasser und seine Behandlung beeinflussen. In der Industrie erklärt sich die Dominanz spezifischer Mikroorganismen durch ihre Fähigkeit, Bestandteile von Industrieabwässern biologisch abzubauen. Diese Mikroorganismen fungieren als natürliche Reinigungsmittel, deren Bedeutung für die Dekontaminierung von verschmutztem Wasser von entscheidender Bedeutung ist. Die Fähigkeit, sich an unterschiedliche Umgebungen anzupassen, ermöglicht diesen Mikroben ein effektives Recycling von Grauwasser. Heimische Arten, die diesen Bedingungen ausgesetzt sind, demonstrieren ihre Nützlichkeit bei der Aufbereitung von Industrieabwässern. Beispielsweise kann das Verständnis der Namen der angepassten Arten die Dekontaminationsprozesse verbessern.

Einteilung der Bakterien nach der Art ihrer Sauerstoffgewinnung

In der Mikrobiologie werden Bakterien danach klassifiziert, wie sie den für ihr Überleben notwendigen Sauerstoff in verschmutztem Wasser erhalten. In der Abwasserbehandlung gibt es drei Arten von Bakterien: aerobe, anaerobe und fakultative Bakterien. Diese Bakterien fungieren als biologische Reiniger, die für eine wirksame Dekontaminierung und das Recycling von häuslichem Grauwasser unerlässlich sind. Ihre Bedeutung liegt in ihrer Fähigkeit, sich an unterschiedliche Umgebungen anzupassen, um schädliche Mikroben zu beseitigen. Bei den Beispielen für diese Bakterien spiegelt jeder Name ihre spezifische Funktion im Reinigungsprozess wider. Es ist sinnvoll, diese Prozesse zu erläutern, um ihre entscheidende Rolle bei der Abwasserreinigung besser zu verstehen.

Ihre Auswirkungen und Behandlungsmöglichkeiten

Das Vorhandensein schlechter Bakterien oder das Fehlen guter Stämme kann in verschmutzten Aufbereitungssystemen zu Problemen führen. Diese Probleme umfassen :

Geringe Biogasausbeute des anaeroben Fermenters: Schlechte Bakterien in der Mikrobiologie können die Effizienz der Biogasproduktion verringern und so die Wiederverwertung organischer Stoffe gefährden.
Schlechte Flockung und Sedimentation:Dies kann zu einer schlechten Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten führen und die gesamte Dekontamination des Systems beeinträchtigen.
Überschuss an Fadenbakterien: Kann zu Flotationsproblemen und verstopften Geräten führen, wodurch die Anlagen dem Risiko eines Ausfalls ausgesetzt sind.
Phosphorüberschuss: Kann zu einer Eutrophierung der aufnehmenden Gewässer führen, wodurch die Bedeutung von Umweltpräventionsmaßnahmen untergraben wird.
Geringe Effizienz bei der Entfernung von Stickstoff (NH4, NO3) : Verursacht eine Wasserverschmutzung mit hohen Nährstoffwerten, die sich auf aufbereitetes Grau- und Haushaltswasser auswirkt.
Production d’odeurs désagréables : Générées par des bactéries indésirables, illustrant comment un déséquilibre microbien peut impacter l’environnement.
Übermäßiger Verbrauch von chemischen Reagenzien: Um mikrobielle Ungleichgewichte auszugleichen.
Schaumproduktion in einem anaeroben Fermenter: Kann zu Funktionsstörungen und Kapazitätsverlusten führen und die Behandlung von Haushaltsabwässern einschränken.

Es gibt in der Regel drei Möglichkeiten, eine gute Behandlung wiederherzustellen. Erstens, indem man die Betriebseinstellungen ändert und wartet, bis sich die richtigen Stämme wieder in der verschmutzten Umgebung ansiedeln. Zweitens, indem man die vorhandenen Mikroorganismen vollständig eliminiert, wenn die erste Lösung nicht funktioniert hat. Die dritte Möglichkeit besteht darin, ausgewählte, gezüchtete und vermehrte Bakterien zu injizieren, um die vorhandenen unerwünschten Bakterien wieder zu besiegen. Dieser Dekontaminationsprozess ist sinnvoll, um die Wirksamkeit der Aufbereitungssysteme und den Schutz der Umwelt zu gewährleisten.

Häufige Anwendungen

Die mikrobielle Biotechnologie bietet innovative wissenschaftliche Anwendungen von großem ökologischem und wirtschaftlichem Interesse. Sie nutzt natürliche Dekontaminationsprozesse effektiv, um die Verschmutzung von verschmutztem Wasser zu behandeln. Diese Methode ist wesentlich kostengünstiger als herkömmliche physikalisch-chemische oder mechanische Techniken und zeigt die Bedeutung nachhaltiger Lösungen.

Wie sich Bakterien von herkömmlichen Behandlungsmethoden unterscheiden, liegt in ihrer Fähigkeit, einfache natürliche Prozesse zu nutzen. Sie fungieren als natürliche Reinigungsmittel, die Verschmutzungen behandeln, ohne neue Kontaminationen zu schaffen. Meist sind für ihren Einsatz ein Bioreaktor und wichtige Nährstoffe erforderlich, damit sie sich in großer Zahl vermehren können. Die Dosierung ist einfach und erfordert nur eine kurze Betriebszeit, was für eine schnelle Behandlung von Haushaltsabwässern nützlich ist. Diese Systeme können auch für das Recycling von Grauwasser angepasst werden, wodurch zukünftigen Problemen mit Verunreinigungen vorgebeugt wird. Diese Vorteile darzulegen ist entscheidend, um die Bedeutung der Integration solcher Technologien in die moderne Infrastruktur zu verstehen.

Beschleunigung des Fabrikstarts / Schnelle Aussaat einer mobilen Station

Die Besiedlung eines Mediums mit den für die Entgiftung notwendigen Bakterien und Mikroorganismen dauert in der Regel zwischen 4 und 8 Wochen. Auch hier ist es die Temperatur, die diese Wachstumszeit am stärksten beeinflusst.

Es gibt Möglichkeiten, diese Zeit auf etwa eine Woche zu verkürzen, und zwar durch die Impfung mit ausgewählten und vermehrten Bakterien. Hier gibt es zwei Hauptvorteile:

Verkürzung der Zeit bis zur Inbetriebnahme einer Kläranlage
Beschleunigung der Inbetriebnahme einer mobilen Verarbeitungseinheit (z. B. bei einer Havarie in der Hauptanlage)

Die Technik besteht darin, eine geschickte Mischung aus einem geeigneten Substrat und ausgewählten Bakterien, die sich sehr schnell ansiedeln sollen, umzuwälzen. Unter diesen günstigen Bedingungen bilden die Bakterien schnell Flocken oder Biofilme. Nach einigen Tagen ist das Medium bereit für die Einleitung des Abwassers.
Wir haben eine Reihe von Bakterien ausgewählt, mit denen Sie Ihre Anlage unter normalen Bedingungen mit Wassertemperaturen zwischen 12 und 30 °C innerhalb einer Woche in Betrieb nehmen können.

Die Dimensionierung ist auf der Seite Mikrobiologische Optimierung verfügbar.

Korrigieren Sie das Vorhandensein von unerwünschten Bakterien

In Belebtschlamm-Anlagen ist das Vorhandensein von Fadenbakterien ein echtes Problem. Zunächst besteht die Lösung darin, so viel Schlamm wie möglich zu entfernen und die Belüftung zu erhöhen. Es kann mehrere Tage dauern, bis das Milieu von den guten Bakterien zurückerobert wird. Wenn das nicht funktioniert, kann man die Bakterien mit Chlor abtöten. Das Problem ist, dass dabei alle Bakterien abgetötet werden. Und dann dauert es einige Wochen, bis die normalen Bedingungen wieder erreicht sind. Während die meisten Betreiber weiterhin Chlor injizieren, befürworten wir die Injektion von dedizierten Bakterien. Wie bei der beschleunigten Inbetriebnahme einer Anlage führt die massive Zugabe dieser guten Populationen dazu, dass das Gleichgewicht in den Teichen schnell wiederhergestellt wird. Hier ist zum Beispiel eine Illustration zur Entfernung von Schwimmstoffen in einer Kläranlage. Die Dimensionierung ist auf der Seite Mikrobiologische Optimierung verfügbar.

Eliminierung von Krankheitserregern

Die mikrobiologische Qualität des aufbereiteten Wassers ist entscheidend für die öffentliche Gesundheit und den Schutz der Umwelt. Bei der Abwasseraufbereitung ist die Entfernung von Krankheitserregern wie Bakterien, Viren und Protozoen ein wesentlicher Schritt, um sicherzustellen, dass das Wasser für die Wiederverwendung oder die Einleitung in die Umwelt sicher ist.

Krankheitserreger im Abwasser können schwere Krankheiten verursachen, wenn das Wasser nicht richtig aufbereitet wird. Hier sind einige gängige Methoden, um diese gefährlichen Mikroorganismen zu entfernen:

Chlorierung: Durch die Zugabe von Chlor ins Wasser werden Krankheitserreger abgetötet. Diese Methode kann jedoch chemische Rückstände hinterlassen und potenziell schädliche Nebenprodukte erzeugen.
UV-Desinfektion: Die Verwendung von ultraviolettem (UV-)Licht ist eine wirksame Methode, um Mikroorganismen abzutöten, ohne chemische Rückstände zu hinterlassen. UV-Desinfektionssysteme, wie sie von 1h2o3 angeboten werden, nutzen die keimtötende Wirkung von UVC-Strahlen, um im Wasser vorhandene Mikroben, Viren, Bakterien, Pilze und Algen zu beseitigen.
Ozonisierung: Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das Mikroorganismen durch Oxidation abtötet. Diese Methode ist wirksam, erfordert jedoch eine komplexe Verwaltung und höhere Betriebskosten.

Verbesserung der Verarbeitungsleistung

Durch die Entfernung von Fetten und Ölen, die für die Verschlechterung der Umwelt verantwortlich sind

Lipophile Bakterien sind auf den Abbau von tierischen und pflanzlichen Fetten und Ölen in städtischen Kläranlagen und in industriellen Aufbereitungsanlagen spezialisiert. Diese Bakterien lassen sich leicht an alle derzeit verwendeten Aufbereitungssysteme anpassen.

Auf dem Markt gibt es Produkte wie völlig natürliche Bakterien und Enzyme, die aufgrund ihrer Fähigkeit, Fett und Schlamm zu lösen und zu verdauen, entwickelt und ausgewählt wurden. Einige Bakterien sind so sehr auf den Abbau von Fetten spezialisiert, dass sie hohe Belastungen bis zu 300.000 mg/L CSB abbauen können.

Die Dimensionierung ist auf der Seite Mikrobiologische Optimierung verfügbar.

Indem Sie die Präsenz guter Bakterien erhöhen

Wie zu erwarten, ist die Technik, bei der eine Mischung aus einem geeigneten Substrat und ausgewählten Bakterien injiziert wird, immer noch am effektivsten. So ermöglicht die sehr schnelle Allokation dieser im Medium eine Verbesserung der Reinigungsleistung bei den folgenden Systemen :

Belebtschlamm (feinblasige Belüftung)
Natürliche und künstliche Lagunen und Teiche
Biofiltres
Bakterienbetten
Biologische Scheiben

Die Dimensionierung ist auf der Seite Mikrobiologische Optimierung verfügbar.

Durch Hinzufügen von Bakterien für die Behandlung von kaltem oder warmem Wasser

Die meisten Mikroorganismen entwickeln sich im Allgemeinen schneller bei hohen Temperaturen, bis max. 38°C. Bei Temperaturen unter 12°C wird ihr Wachstum jedoch sehr langsam, bei Temperaturen unter 5°C sogar fast vollständig eingestellt. Diese niedrigen Temperaturen werden häufig erreicht, wenn sich die Kläranlagen in geografischen Gebieten wie Kanada oder Nordeuropa befinden. Bei der Schneeschmelze müssen diese Bakterien die Verschmutzung verarbeiten, obwohl sie sich in kaltem Wasser befinden. Die wichtigste Gegenmaßnahme besteht darin, die Größe der Anlage deutlich zu erhöhen, um den Mangel an mikrobieller Aktivität zu beheben. Diese Lösung ist jedoch sehr teuer. Im Gegenteil: Bei einigen industriellen Prozessen entsteht Wasser mit einer Temperatur von über 38°C. Die häufigsten Bakterien können unter diesen Bedingungen nicht überleben. Aus diesem Grund gibt es wirksame Bakterienmischungen für die Behandlung verschiedener Wasserarten. So kann man z. B. vor einem kalten Ereignis den biologischen Reaktor mit speziell für diese Bedingungen ausgewählten Bakterien besetzen. Diese Bakterien werden dann die bereits vorhandenen Populationen überwältigen und eine effektive Behandlung unter diesen schwierigen Bedingungen gewährleisten. Wir verfügen über eine Auswahl an Bakterien, die für diese schwierigen Bedingungen geeignet sind:

kalten Gewässern (zwischen 1°C und 12°C),
Warme Gewässer (zwischen 30°C und 50°C oder mehr)

Die Dimensionierung ist auf der Seite Mikrobiologische Optimierung verfügbar.

Werkzeuge zur Dimensionierung

In der Rubrik Tools finden Sie alle mathematischen und zahlenmäßigen Informationen, die Sie benötigen, um ein Projekt zu dimensionieren.