VSA Berufsprüfung 2020 1
Berufsprüfung 2020 1
Berufsprüfung 2020 1
Zeichnen Sie ein schematisches Längsschnittbild einer Bakterienzelle mit den wichtigsten Strukturen.
Alle Bakterien bestehen aus der
Zellwand (Zw),
der Cytoplasma-Membran (Cm),
dem Cytoplasma (Cp) oder Zellsaft,
dem Chromosomenfaden (N) (Erbmaterial) sowie
den Ribosomen (Rb), wo die Eiweiss-Synthese, speziell der Aufbau der Enzyme (siehe weiter unten) erfolgt.
Weitere, weniger häufige, Strukturen sind:
Geisseln (Ge),
Pili (Pi),
Kapseln (Ka) oder Schleimhüllen.
Im Zellinnern sind manchmal sogenannte Plasmide (Pl) enthalten. Dabei handelt es sich um zusätzliches Erbmaterial.
In vielen Bakterien können nach entsprechender Anfärbung bei Betrachtung im Lichtmikroskop Zellleinschlüsse festgestellt werden. Worum handelt es sich und wozu dienen sie den Mikroorganismen.
Wichtige Zellinhaltsstoffe sind die Speicherstoffe. Diese erlauben den Mikroorganismen, bei ungenügendem Nahrungsangebot zu überleben.
Als Speicherstoffe kommen vor: Glykogen (Gly), Poly-β-Hydroxy-Buttersäure (PHB), Polyphosphatkörner (Po) sowie Fetttröpfchen (Li) und Schwefeleinschlüsse (S). Nach Anfärben mit speziellen Farbstoffen können sind unter dem Lichtmikroskop je nach Bakterium verschiedene Einschlüsse festgestellt werden.
Welches sind die sechs wichtigsten Elemente, die in der Biomasse der Bakterien enthalten sind?
Stimmt es, dass sich die Bakterien bei optimalen Nährstoffbedingungen durch Ausscheidung eiartiger Nachkommen, sogenannte Schwarmbakterien, vermehren können?
NEIN
Die Bakterien vermehren sich in der Regel ungeschlechtlich (keine weiblichen und männlichen Zellen) durch gewöhnliche Zweiteilung.
Wie wirkt sich die UV-Strahlung auf Mikroorganismen aus?
Die Chromosomenverdopplung ist sehr störungsanfällig. Gifte oder auch UV-Strahlung können diesen Prozess stark stören: es kommt zu Fehlern bei der Verdopplung, die Organismen sterben ab oder werden zumindest stark geschädigt.
Was bedeutet exponentielles Wachstum bei den Bakterien?
Das heisst, dass sich die Zellen pro Zeiteinheit verdoppeln.
Worin unterscheiden sich Blähschlamm und Schwimmschlamm? Stimmt die Behauptung, dass Schwimmschlamm immer einen hohen Belebtschlamm-Index aufweist?
Belebtschlamm, der fädige Bakterien enthät, weist eine lockere Flockenstruktur auf. Der Schlamm setzt sehr schlecht ab, er wird deshalb als Blähschlamm bezeichnet. Bei hohem Anteil von fädigen Bakterien ist der Belebtschlamm-Index stark erhöht (> 150 ml/g TS-Gehalt).
Schwimmschlamm: Neben den Gaseinschlüssen ist die wasserabstossende (fettliebende) Oberfläche von Nocardia zusätzlich für das Aufschwimmen verantwortlich. (Bildung des gefürchteten braunen Schaums)
Was verstehen Sie unter Biokatalysatoren
Auch Enzyme oder Fermente genannt, umgesetzt.
Sie bewirken, dass die biochemischen Prozesse auch bei Raumtemperatur ablaufen.
Erklären Sie die Wirkungsweise der Enzyme.
In Gegenwart von Enzymen muss weniger Aktivierungsenergie aufgewendet werden. --> Reaktionsbeschleuniger
Nennen Sie Faktoren, welche die Enzymaktivität beeinflussen.
Enzyme benötigen optimale Bedingungen für ihre maximale Aktivität:
pH-Wert, Temperatur, Salz-Konzentration.
Welche Eigenschaften weisen Enzyme auf?
- Enzyme sind Biokatalysatoren, welche die biochemischen Prozesse beschleunigen.
- Enzyme werden nicht „verbraucht“.
- Enzyme sind substratspezifisch, sie können nur bestimmte Verbindungen umwandeln und nur einzelne Reaktionsschritte katalysieren.
- Der Aufbau (Synthese) der Enzyme benötigt viel Energie.
- Enzyme können durch Endprodukte und Substrate gehemmt werden.
- Enzyme benötigen optimale Bedingungen für ihre maximale Aktivität: pH-Wert, Temperatur, Salz-Konzentration.
- Enzyme benötigen Aktivatoren und Spurenstoffe wie Zink, Kupfer, Mangan usw.
- Enzyme werden durch Gifte gehemmt: Quecksilber, Cyanid usw.
Wieviele Mikroorganismenarten sind mindestens notwendig, um im Faulraum aus Propionat, Methan und Kohlendioxid zu bilden?
4 Stufen
Weshalb können gewisse Abwasserinhaltsstoffe erst nach einer gewissen Zeit der Anpassung des Belebtschlammes biologisch abgebaut werden?
- Organismen, die den schwer abbaubaren Stoff abbauen können, sind in der Biozönose in geringer Zahl vorhanden. Sie erhalten mit der Zeit bei ständiger Anwesenheit dieses Stoffes einen Wachstumsvorteil und vermehren sich schneller als die übrige Biozönose.
- Es ist bereits ein grosser Anteil der Biozönose vorhanden, die grundsätzlich zum Abbau des besagten Substrats befähigt ist. Durch Aufbau der notwendigen Enzyme werden die Mikroorganismen mit der Zeit fähig, das neue Substrat mit schneller zu verwerten. Während des Aufbaus dieser Enzyme ist die stete Anwesenheit dieser schwer abbaubaren Verbindung und einer weiteren gut verwertbaren organischen Verbindung erforderlich.
Weshalb reinigt man in vielen Fällen Industrieabwasser gemeinsam mit häuslichem Abwasser?
Cometabolismus:
Der Cometabolismus wird beispielsweise ausgenutzt, um Industrieabwässer, die schwer abbaubare Substanzen wie Umweltchemikalien enthalten, mit Siedlungsabwässern in einer gemeinsamen ARA zu reinigen. Die Mikroorganismen werden sozusagen „überlistet“, indem ihnen neben den gut abbaubaren häuslichen Abwasserinhaltsstoffen schwerer abbaubare Stoffe ohne Nutzen für die Mikroorganismen „unterschiebt“, die sie nicht als nutzlos erkennen können.
Erklähre Biologische Phosphorelimination (Bio-P)
Sämtliche Lebewesen benötigen für ihr Wachstum Phosphor (ca. 2–3 % der Trockenbiomasse). Verschiedene Bakterienarten vermögen unter speziellen Bedingungen grosse Mengen an Phosphor als Reservestoff im Zellinnern anzuhäufen. Bis 25 % ihrer Trockenbiomasse besteht aus Poly-Phosphat (Ketten aus ortho-Phosphat-Molekülen), welches den Mikroorganismen als Phosphor- und Energiespeicher dient.
Welches sind die Vorteile der anaeroben Ammonium-Oxidation? (Anammox) Gibt es auch Nachteile?
Das sind Bakterien (Planctomyceten), die Ammonium unter anaeroben Bedingungen in komplizierten Reaktionen direkt in Stickstoffgas umwandeln können (Anammox-Reaktion).
- keine C-Quelle nötig, O2 nur erforderlich, wenn nicht genug Nitrit vorhanden ist, z. B. bei der Faulwasserbehandlung
- Die Anammox Bakterien wachsen sehr langsam und sind sehr empfindlich auf Störungen.
Welches ist die optimale Zusammensetzung von Abwasser bezüglich Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor?
C : N : P = 100 : 5 : 1
CSB : Kjeldahl-N : Phosphor = 100 : 5 : 1 (in mg/l)
(BSB 5 : Ammonium-N : Phosphor = 50 : 4 : 1 (in mg/l)
Wie kann ein zu hohes Kohlenstoff zu Stickstoff-Verhältnis im ARA-Zufluss durch das ARA-Betriebspersonal positiv beeinflusst werden?
Schwankende Zusammensetzung, Stossbelastung oder plötzliches Wegbleiben von gewissen Abwasserinhaltsstoffen verhindern.
Nenne den Betriebsparameter einer einstufigen anaerob mesophilen Faulung:
Aufenthaltszeit Schlamm
grösser 20 Tage
Die anaerobe Faulung, die in Faultürmen stattfindet, gliedert sich grundsätzlich in 4 Stufen: Welche?
- Hydrolysephase: Aufspaltung von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen in ihre Bruchstücke und polymere Substanzen.
- Versäuerungsphase: Versäuerung zu H2, CO2, organische Säuren, Essigsäure und Alkoholen.
- Acetogene Phase: Umwandlung zu Essigsäure und geringen Mengen Methan.
- Methanogene Phase: Durch Methanbakterien wird Essigsäure abgebaut und Methan produziert.
250 l Wasser
71 % der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Es sind dies etwa 1'650'000'000 km 3 Wasser.
Diese Menge teilt sich auf in:
- Meere 83.51 %
- Nicht förderb. Grundw. 15.4 %
- Polareis 1.007 %
- Flüsse 0.015 %
- Förderbares Grundw. 0.015 %
- Atmosphäre 0.0008 %
Ab 30mg/l
Inhaber der Abwasseranlage, an welche der Betrieb angeschlossen ist
indem man den Schlammtrockenrückstand bei 550 °C verascht.
Auf was sollte man beim Filtrat der Rückläufe aus der Schlammeindickung achten? Dadurch beträgt die übliche zusätzliche Feststoffbelastung der ARA?
- Möglichst keine Feststoffe enthalten
- zusätzliche Feststoffbelastung zur ARA ca. 1%
Es sind dies die häuslichen, industriellen und gewerblichen Abwässer.
Protonen, Neutronen, Elektronen
Aus welchen Stickstoffverbindungen setzt sich der Gesamtstickstoff einer Abwasserprobe zusammen?
Summe aus organischem Stickstoff, Ammonium, Ammoniak, Nitrat, Nitrit
Aus welchen Stickstoffverbindungen setzt sich der Total Kjedahl Stickstoff einer Abwasserprobe zusammen? (TKN)
Summe aus organischem Stickstoff und Ammonium NH4+
ca. aus 2/3 seines Körpergewichts. (In allen Körperflüssigkeiten wie Schweiss, Tränen, Blut und Urin ist Wasser enthalten.)
Bauliche-Massnahmen gegen Schaumbildung in der Faulung sind?
- Absenken Niveau
- Beschickung über Zyklon
- Zerschlagen von Schaum (Brauchwasser auf Schaum)
- Schaumsonde Entschäumer
Bedeutung: Ständige Wasser-Führung ?
Abflussmenge Q 347 , die grösser als Null ist.
Die Abflussmenge Q 347 ist eine der Grundlagen für die Festsetzung von Mindestrestwassermengen. Zur Bestimmung des Q347 braucht es Messungen oder geeignete Abschätzungen
Bei der Abwasser- und Schlammbehandlung sollte der pH-Wert bestimmte Werte nicht über- resp. unterschreiten. Was für Schäden, Betriebsstörungen oder Veränderungen erwarten Sie, wenn dies trotzdem geschieht?
- Angriffe an Bauten aus Beton bei zu tiefem pH-Wert.
- Angriffe an Metallwerkstücke aus Aluminium, Zink usw. bei zu hohem pH-Wert.
- Optimale Abbauleistung bei der biologischen Abwasserreinigung im neutralen pH-Bereich.
- Verlangsamung des Faulprozesses bei zu tiefem pH-Wert.
Bei der Abwasserreinigung wird in den verschiedenen Behandlungsstufen Stickstoff umgewandelt und eliminiert. In welchen Behandlungsstufen wird Stickstoff eliminiert?
Bei der Bestimmung von organischen Verbindungen im Abwasser werden sogenannte Summenparameter verwendet. Welche kennen Sie?
- CSB = Chemischer Sauerstoffbedarf; mg O2/l
- BSB =Biochemischer Sauerstoffbedarf; mg O2/l
- TC = Gesamtkohlenstoff; mg C/l
- TIC = Gesamter anorganischer Kohlenstoff; mg C/l
- TOC = Gesamter organisch gebundener Kohlenstoff; mg C/l
- DOC = Gelöster organisch gebundener Kohlenstoff mg C/l
Stapelung der Rückläufe und dosierte Beigabe im Zulauf.
50 bis 150 mg/l
Die Nitrifikanten benötigen für Ihren Stoffwechsel deutlich mehr Substrat. Folglich bilden Sie deutlich weniger Biomasse. Nur etwa 4% der Bakterien im Belebtschlamm sind Nitrifikanten.
Beim aeroben Verfahren entsteht mehr Überschussschlamm (rund 10x mehr) als beim anaeroben Verfahren. (in diesem Fall in der Faulung)
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Cartes-fiches
Gewässerschutzverordnung
Wo werden auf kommunalen ARA’s Fällungsmittel zudosiert? Wie heissen die Fachbegriffe hierfür?
Vorfällung: vor Vorklärung
Simultanfällung: vor, resp. in Belebungsbecken oder in den Schlammrücklauf
Nachfällung: nach Nahklärbecken
im generellen Entwässerungsplan GEP
Anwesenheit des Schwefelbakteriums Beggiatoa, das für den Wachstum vom Schwefelwasserstoff und Sauerstoff benötigt.
Worauf deutet ein starker Geruch des Faulschlammes nach faulen Eiern hin?
Bildung von Schwefelwasserstoff. Bei tiefem pH und Mangel an Eisen wird flüchtiger Schwefelwasserstoff (H2S) freigesetzt.
dass alle Ableitungen an die richtigen Kanäle angeschlossen werden
Bundesverfassung
Aus den Eiweissen (=Proteinen)
Woraus setzt sich in der Regel Faulgas zusammen? Nennen Sie die Mengenanteile in absteigender Reihenfolge?
Methan CH4,
Kohlendioxid CO2,
Stickstoff N,
Wasserstoff H,
Schwefelwasserstoff H2S
Von der Abwassermenge und Abwasserzusammensetzung
Zähle drei mögliche Ursachen für eine Schaumbildung im Faulraum auf?
- Versäuerung Faulraum (plötzlicher Temperaturanstieg, schlechte Umwälzung)
- Bildung von Biotensiden durch Fettabbau im Faulraum
- Hydrophobe (wasserabstossende) Fadenbakterien im Frischschlamm
Zähle Möglichkeiten der Gasverwertung auf?
- Kombinierte Öl/Gasbrenner (Wärme)
- Gasmotoren / Gasturbinen (El. Energie)
- Verkauf von Klärgas an Dritte
Als Flockungsmittel
Zur Überprüfung eines einzelnen Ereignisses oder Zustandes Beurteilung der Streuung von einer Sammelprobe um den Probemittelwert Bestimmung instabiler Parameter wie z.B. Konzentration an gelösten Gasen
Kontrollschächte und Putzöffnungen
Was ist die Viskosität?
Viskosität (= Zähflüssigkeit)
Gemessen wird die Viskosität in sog. Viskosimetern.
Einheit der dynamischen Viskosität
η: [Ns/m 2]
Was ist eine Lösung (Stoff)?
Definition:
Lösungen sind homogene Mischungen von einem oder mehreren Stoffen in einem Lösungsmittel.
Was versteht man unter Konzentration?
Die Konzentration ist eine Angabe über die Menge eines gelösten Stoffes in einem bestimmten Volumen oder in einer bestimmten Masse einer Lösung.
Was ist die Molarität?
Stoffmengenkonzentration (Molarität) [mol/l]
Molarität:
Anzahl Mole einer gelösten Substanz in 1 Liter Lösung
Was verstehen Sie unter dem Begriff "Mikroorganismen"?
Unter dem Begriff Mikroorganismen werden tierische, pflanzliche und andere belebte Organismen verstanden, die so klein sind, dass sie von blossem Auge als Einzelwesen nicht mehr feststellbar sind.
In wieviele Reiche ist die belebte Natur eingeteilt?
Die fünf Reiche der belebten Natur:
- Tiere
- Pilze
- Pflanzen
- Protisten (=Protozoen)
- Bakterien
Sind die Viren ein Zwischending zwischen Algen und Bakterien?
Die Viren sind keine eigentlichen Lebewesen, sondern sind für ihre Vermehrung auf tierische, pflanzliche, Protisten- oder Bakterienzellen angewiesen. Die Viren sind wesentlich kleiner als Bakterien. Viren sind eher als komplizierte, in vielen Fällen hochgiftige organische Verbindungen anzusehen.
Stimmt die Behauptung, dass die wenigsten Bakterien Schädlinge sind, das heisst, bei Menschen, Tier und Pflanzen Krankheiten verursachen?
Üblicherweise werden unter dem Begriff „Bakterien“ krankmachende (=pathogene) Keime verstanden, die bei Menschen, Tieren und Pflanzen Schädigungen verursachen. Diese reichen von der einfachen Halsentzündung über Masern bis zu den gefürchteten Krankheiten wie die Pest, Cholera, Ruhr und Typhus.
Nennen Sie Beispiele, wo Bakterien eine positive Rolle spielen
Der Nutzen der Bakterien für den Menschen, die Tiere und Pflanzen überwiegt bei weitem.
Die Herstellung von Milch- und Käseprodukten und Sauerkraut mit Milchsäurebakterien, die Produktion von Essig mit Essigsäurebakterien, Brot, Wein, und Bier mit Hefe (einem Pilz) und viele andere Lebensmittelproduktionsprozesse.
Weshalb wird in der Belebtschlammstufe in der Regel eine grosse Menge Überschussschlamm gebildet?
Länge und Durchmesser der Bakterien betragen in vielen Fällen weniger als ein Tausendstel Millimeter (1/1000 mm = 1 µm = 1 Mikrometer). Ihr Volumen beträgt nur 1 bis wenige µm 3 . Bei kleinen Organismen ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen sehr gross.
Diese riesige Oberfläche ermöglicht einen sehr hohen Stoffumsatz, was die beeindruckende Abbauleistung des Belebtschlammes erklärt. Wegen dieses hohen Stoffumsatzes ergeben sich bei den Mikroorganismen eindrückliche Zuwachsraten
Welches sind die Hauptquellen der Bakterien im Zulauf zur ARA?
Die Fäkalien sind neben den Bodenabschwemmungen (Erde, Gülle) eine Hauptquelle der Mikroorganismen im Zufluss der ARAs.
Welches sind die Kohlenstoff-Hauptquellen für den Aufbau des Zellgerüsts bei den Bakterien?
Die meisten Bakterien benötigen organische Substanz, z. B. totes organisches Material wie Kadaver, abgestorbene Pflanzenteile oder organische Abwasserinhaltsstoffe (DOC, TOC).
Nennen Sie ein Belebtschlammbakteriurn, das nicht zum Abbau von organischem Material beiträgt.
Die nitrifizierenden Bakterien im Belebtschlamm tragen also nichts zum Abbau der organischen Abwasserinhaltsstoffe bei, da sie auf CO2 als Kohlenstoffquelle und Ammoniak/Ammonium bzw. Nitrit als Energiequelle zu wachsen vermögen, also nicht auf organische Abwasserinhaltsstoffe angewiesen sind.
Je nach Bakterium werden als Energiespender für Lebenserhaltung, Wachstum und Bewegung unterschiedliche Quellen verwendet. Welches sind diese drei Hauptquellen?
- Die organischen Energiequellen (die meisten Bakterien)
- Die anorganischen Energiequellen (Nitrifikanten) (Ammonium (NH4 ), Wasserstoff (H2 ), Eisen (Fe II), Schwefelwasserstoff (H 2 S))
- Licht als Energiequelle (Blaualgen = Cyanobakterien)
Beim Abbau von (organischen) Stoffen werden Elektronen frei. Wie werden Bakterien bezeichnet, welche die Elektronen (H) auf O2 übertragen?
Aerobe Bakterien
Bakterien, welche die Elektronen auf Sauerstoff übertragen, werden als aerobe Bakterien bezeichnet. Sie können nur wachsen, wenn Sauerstoff vorhanden ist.
Was verstehen Sie unter dem Begriff »Fakultativ anaerobe Bakterien"?
Fakultativ anaerobe Bakterien können bei Abwesenheit von Sauerstoff auf anaeroben Stoffwechsel umstellen. Sie wachsen unter anoxischen (= sauerstofffreien) Bedingungen, bevorzugen aber aerobe Verhältnisse.
Nennen Sie die wichtigsten Nährstoffe der Bakterien.
- Zucker (= Kohlenhydrate),
- Fette (= Lipide)
- Eiweisse (= Proteine).
Was passiert mit den Eiweissen (Proteinen) im Belebungsbecken der ARA?
????????????????
Nennen Sie die 3 wichtigsten Arten der Stoffaufnahme in die Zelle. Welche ist die schnellste Art?
Wie werden in der Regel Zellgifte, Hemmstoffe und zellfremde Stoffe in die Zelle transportiert?
Die Zelle hat keine Möglichkeit, unbekannte und für sie eventuell nicht verwertbare oder sogar giftige Substanzen fernzuhal-
ten. Durch einfache Diffusion werden vermutlich die meisten Zellgifte, Hemmstoffe und zellfremden Stoffe transportiert.
Wie werden ungelöste Stoffe in die Zelle aufgenommen?
Bakterien sind befähigt, ins Wachstumsmedium Enzyme (= Exoenzyme) auszuscheiden oder an der Aussenseite der Zellmembran anzubringen, die ungelöste Stoffe in gelöste, und damit für die Zelle transportierbare, Stoffe umwandeln können.
Welche weiteren Organismen kommen neben den Bakterien im Belebtschlamm noch vor?
In den Flocken der Belebtschlämme kommen neben den Bakterien zusätzlich verschiedene höhere Organismenformen vor. Dabei handelt es sich vor allem um
- Pilze,
- Protozoen,
- Rädertierchen
- Fadenwürmer (= Nematoden)
Welche Organismen (neben dem Betriebspersonal) tragen wesentlich zu einem klaren ARA-Abfluss bei?
Wimpertieren (Ciliaten)
Diese tragen vor allem zum Abbau toter Bakterienzellen bei. Ihre Anwesenheit im Belebtschlamm weist meist auf unproblematische Abwasserzusammensetzung hin
Welche 3 Hauptgruppen von Stoffen können den ARA-Betrieb stören?
- Aufschwimmende Stoffe: (Öl, Benzin, diverse Lösungsmittel)
- Absinkende Stoffe: (Chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Perchlorethylen (PER), gewisse Weichmacher)
- Gut wasserlösliche Stoffe: (wenn es sich um giftige Verbindungen handelt)
Welches sind die problematischsten Stoffe für die Belebung?
Giftige gut wasserlösliche Stoffe.
