Mikrobielle Aggregate sind komplexe Strukturen, die aus einer grossen Anzahl von Organismen bestehen und in vielen Lebensräumen angetroffen werden. Aufgrund ihrer Komplexität können sie verschiedene metabolische Eigenschaften aufweisen. Die Abwassereinung zieht Vorteile aus diesen Eigenschaften, muss aber auch mit Unwägbarkeiten, die mit dem Ausbeuten von lebenden Organismen einhergehen, fertig werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einigen fundamentalen Aspekten von mikrobiellen Aggregaten in der Abwassereinigung wie ihre Architektur, Physiologie und die Diversität der enthaltenen Mikroorganismen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Methoden zur Bestimmung von Biovolumina und Heterogenitätsfaktoren von Belebschlammflocken entwickelt. Verwendet wurde zu diesem Zweck eine Kombination von Konfokaler Laser Scanning Mikroskopie und digitaler Bildanalyse. Chemische Analysen von extrazellulären polymeren Substanzen und einer Quantifizierung der mikrobiellen Population mittels Fluoreszenz in situ Hybridisierung komplettierten diese Techniken. Anhand dieser Methoden wurden Belebschlammflocken mit unterschiedlichen Absetzeigenschaften von drei Abwassereinigungsanlagen untersucht. Die Messergebnisse zwischen den verschiedenen Flockenarten variierten deutlich. Auffallend war, dass die fraktale Dimension von Flocken mit schlechtem Absetzverhalten stets geringer war als von denen mit gutem Absetzverhalten. Des weiteren konnten klare Veränderungen in der mikrobiellen Populationszusammensetzung der unterschiedlichen Flockenarten festgestellt werden. Zum ersten Mal wurde die Populationszusammensetzung von aeroben granulärem Schlamm bestimmt. Dieser zeichnet sich durch sehr gute Absetzbarkeit in Kombination mit Nitrifikation und effizienter Phosphateliminierung aus. Die Anwendung des rRNA Ansatzes zeigte, dass Bakterien, die nahe mit Zoogloea ramigeraT verwandt sind, die Matrix dieser Granula bilden und ca. 90% der Gesamtpopulation darstellen. Andere Bakterien, überwiegend Gammaproteobacteria, waren in deutlich geringerer Zahl in diese Matrix eingebettet. Weitere Experimente müssen zeigen, ob es möglich ist allochthone Stämme von Mikroorganismen mit verschiedenen physiologischen Eigenschaften in diesen Granula anzusiedeln. Das würde die Verwendung dieser Granula als inoculum für Bioaugmentationsanwendungen erlauben. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Eliminierung von Ammonium in Abwassereinigungsanlagen. Um die Eutrophierung von Gewässern zu vermeiden, ist die Oxidation von Ammonium zu Nitrit einer der vordringlichsten Prozesse in der Abwassereinigung. In dieser Arbeit wurde mit Methoden, die auf komplettierten 16S rRNA and amoA Gen Datensätzen beruhten, die Diversität von aeroben Ammoniak Oxidierern in verschiedenen nitrifizierenden Reaktoren beobachtet. Dadurch konnten dominante ammoniakoxidierende Bakterien in verschiedenen Abwassereinigungsanlagen identifiziert werden. Weitere Analysen werden zeigen, ob die Diversität von Ammoniak Oxidierern einen Einfluss auf die Prozessstabilität hat. Um mehr über die Diversität und Lebensräume von den kürzlich entdeckten, aber nicht kultivierbaren, anaeroben ammoniumoxidierenden Bakterien, die Ammonium mit Nitrit unter anaeroben Bedingungen zu Luftstickstoff oxidieren, zu erfahren, wurde eine auf dem rRNA Gen basierende Methode zum Nachweis von anaeroben ammoniumoxidierenden Bakterien entwickelt und auf Umweltproben angewandt. Dabei zeigte sich eine unerwartete Diversität anaerober ammoniumoxidierender Bakterien auf Gattungsebene in der Ordnung der Planctomycetales. Zudem konnte das vorher noch unbekannte anaerobe ammoniumoxidierende Bakterium Candidatus Kuenenia stuttgartiensis beschrieben werden. Um mehr Information über die in situ Physiologie der anaeroben ammoniumoxidierenden Bakterien zu erhalten, wurden Oligonukleotidsonden, die die Spacerregion zwischen dem 16S und 23S rRNA Gen (ISR) erfassen, konstruiert und erfolgreich bei Fluoreszenz in situ Hybridisierung angewendet Die ISR wird relativ schnell abgebaut und ist nur in aktiven Zellen detektierbar. Mit dem ISR Ansatz konnte der hemmende Effekt von Sauerstoff auf die anaeroben ammoniumoxidierenden Bakterien demonstriert werden. In zukünftigen Experimenten werden diese Methoden hilfreich sein, um Abwassereinigungsreaktoren mit anaerober Ammonium Oxidationsaktivität während der Startphase zu beobachten.
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Mikrobielle Aggregate sind komplexe Strukturen, die aus einer grossen Anzahl von Organismen bestehen und in vielen Lebensräumen angetroffen werden. Aufgrund ihrer Komplexität können sie verschiedene metabolische Eigenschaften aufweisen. Die Abwassereinung zieht Vorteile aus diesen Eigenschaften, muss aber auch mit Unwägbarkeiten, die mit dem Ausbeuten von lebenden Organismen einhergehen, fertig werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einigen fundamentalen Aspekten von mikrobiellen Aggregaten i...
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