VSA Berufsprüfung Abwasserbehandlung Teil 1
VSA Berufsprüfung Abwasserbehandlung Teil 1
VSA Berufsprüfung Abwasserbehandlung Teil 1
Welche chemischen Formeln sind Ihnen aus dem Alltag bekannt?
- H2O = Wasser
- CO2 = Kohlendioxid
- NH3 = Ammoniak
- NH4 = Ammonium
- FeCl = Eisenchloride
- NaCl = Natriumchloride
- NaOH = Natronlauge
- C2H4O2 = Essigsäure
- CH4 = Methan
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
- Wie schwer ist elementarer Stickstoff?
- Wie viele Elektronen hat elementarer Stickstoff?
- Wie heisst die chemische Bezeichnung für Nitrat, welches im Wasser gelöst ist?
- Wie sieht die Denitrifikations-Reaktion aus?
- Elementarer Stickstoff N ist 14 g/Mo| schwer
- Elementarer Stickstoff hat sowohl 7 Elektronen als auch 7 Protonen (entspricht der Ordnungszahl)
- NO3-
- Unter Denitrifikation versteht man die bakterielle Umwandlung des im Nitrat (NO3-) gebundenen Stickstoffs N2. Die Denitrifikation erfolgt in mehreren Schritten über die Zwischenstufen Nitrit (NO2-), Stickstoffmonoxid (NO) und Distickstoffmonoxid (Lachgas - N2O).
Die Bruttogleichung lautet ungefähr:
4 NO3- + C6H12O6 --> 2 N2 + 6 CO2 + 6 H2O
Für eine gute Denitrifikation darf im Belebungsbecken kein Sauerstoff vorhanden sein, zusätzlich wird Kohlenstoff benötigt (heterotrophe Organismen). Grob vereinfacht ersetzt Nitrat den Sauerstoff als Oxidationsmittel.
Welche Informationen sind in einer chemischen Formel enthalten?
Bestandteil der Stoffe, Anzahl Atome, Wertigkeit; ( A3/A4/A7 - 4/??)
Was ist der Unterschied zwischen Fe2+ und Fe3+ ?
Fe2 wird durch Abgabe von 2 Elektronen zweiwertig positiv, Fe3 wird durch Abgabe von 3
Elektronen dreiwertig positiv.
( A3/A4/A7 - 4/55)
Wie verändert sich der pH-Wert einer sauren Lösung bei 10-facher Verdünnung?
Er steigt um einen pH-Wert (von pH=4 zu pH=5);
( A3/A4/A7 - 4/64,65)
Wie werden pH-Elektroden geeicht?
mittels Pufferlösungen ph=4 und pH=7 ;
( A3/A4/A7 - 5/112)
Auf einer modernen Kläranlage werden neben dem Kohlenstoff auch weitere Nährstoffe entfernt.
- Wie heissen die wichtigsten Nährstoffe und welches chemische Zeichen haben sie?
- Welches sind die wichtigsten Moleküle, die auf einer ARA gemessen werden?
- Welche Masse haben diese?
Stickstoff (N)
- Ammonium NH4+ 18g/Mol
- Nitrit NO2- 46g/Mol
- Nitrat NO3- 62g/Mol
Phosphor (P)
- Ortho-Phosphat PO4-3 95g/Mol
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie schwer ist elementarer Stickstoff (g/Mo|)?
Elementarer Stickstoff N ist 14 g/Mol schwer
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie viele Elektronen hat elementarer Stickstoff? Wie viele Protonen?
Elementarer Stickstoff hat sowohl 7 Elektronen, wie auch 7 Protonen (entspricht der Ordnungszahl)
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie heisst die chemische Bezeichnung für Nitrat, welches im Wasser gelöst ist?
NO3-
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie sieht die Denitrifikations-Reaktion aus?
Unter Denitrifikation versteht man die bakterielle Umwandlung des im Nitrat (NO3-) gebundenen Stickstoffs in N2,
Die Denitrifikation erfolgt in mehreren Schritten über die Zwischenstufen Nitrit NO2-, Stickstoffmonoxid NO und Distickstofimonoxid (Lachgas) N2O.
Die Bruttogleichung lautet ungefähr:
4 NO3- + C6H12O6 --> 2 N2 + 6 CO2 + 6 H2O.
Für eine gute Denitrifikation darf im Belebungsbecken kein Sauerstoff vorhanden sein, zusätzlich wird Kohlenstoff benötigt (heterotrophe Organismen). Grob vereinfacht ersetzt Nitrat den Sauerstoff als Oxidationsmittel.
Was versteht man unter Denitrifikation?
Unter der Denitrifikation versteht man die mikrobiologische Reduktion von Nitrat (NO3) zu elementarem, gasförmigen Stickstoff (N2)
Warum darf / muss in der Denitrifikationszone einer Belebungsstufe nicht belüftet werden?
Die Denitrifikation wird durch Sauerstoff gehemmt.
Warum darf / muss in der Denitrifikationszone einer Belbungsstufe der Belebtschlamm gerührt werden?
Der Belebtschlamm sedimentiert. Das Abwasser und der Belebtschlamm muss zusammen in Kontakt kommen.
Welche beiden Grundlegenden Methoden gibt es bei der Desintegration?
- Mechanisch /Physikalisch
- Chemisch
Nennen Sie 2 Desintegrationsverfahren?
Rührwerkkugelmühlen, Hochdruckhomogenisierung
Was sind Enzyme?
Enzyme sind Biokatalysatoren, die Reaktionen beschleunigen oder überhaupt ermöglichen, ohne selbst verändert zu werden.
Was sind Enzyme ?
Enzyme sind Biokatalysatoren. die aus Eiweissen bestehen. Sie beschleunigen biochemische Prozesse.
Was ist die Hauptaufgabe einer Flockungsfiltration und was wird ausserdem erreicht?
- Hauptaufgabe ist die weitgehende Phosphor-Reduktion, z.T. bis unter 0.3 mg Pges/l.
- Gleichzeitig erreicht man auch tiefe Schwebestofikonzentration unter 5mg/I und hilft dadurch, der Gewässerverschlammung Einhalt zu gebieten.
Was ist der Grund für Flockenabtrieb aus der Nachklärung ?
- Grund für den Flockenabtrieb aus der Nachklärung ist Blähschlamm oder Schwimmschlamm.
- Hydraulische Überlastung/Stossbelastung der Nachklärung.
- Zu hoher TS-Gehalt in der Belebung => Zu hohe Feststoffbelastung der Nachklarung
Rückhalt von Schwimmschlamm?
Rückhalt von Blähschlamm?
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.
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+
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
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)
Der Biofilter ist ein Biologisches Verfahren zur Abluftreinigung. Auf welchen zwei Grundprozessen beruht die biologische Oxidation?
- Transport der Schadstoffe in wässrige Umgebung
- Abbau der Schadstoffe durch Microorganismen
Quotient aus CSB / BSB 5 ist kleiner 2. Es handelt sich um ein leicht abbaubares häusliches Abwasser
Um 2.3%, Berechnung: 75 – 62 = 13l/s; 13/62*100=20.97% / 9 = 2.33%
Der Nährstoffanspruch von Bakterien entspricht welchem Gewichtsverhältnis von C : N : P ?
3 Stück?
- Kohlenstoff : Stickstoff : Phosphor = 100 : 10 : 1
- CSB : Kjeldahl-N : Phosphor = 100 : 5 : 1
- BSB5 : Ammonium : Phosphor = 50 : 4 : 1
Die zur Phosphatentfernung zusätzlich erforderliche Flockenbildung verläuft in diesen pH-Bereichen nicht zufrieden stellend. In der Praxis wird eine effektive Phosphatentfernung bei einem pH-Wert von 6.5 bis 8.5 erzielt.
Die Ionen der Flockungs- resp. Fällungsmittel sind entgegengesetzt geladen wie die Stoffe die ausgefällt werden sollen.
Ein erwachsener Mensch scheidet täglich im Mittel etwa 1 l Urin aus. Darin enthalten sind unter anderem etwa:
- Kochsalz (NaCI) 15 g/E*d
- Phosphor(P) 1.1 g/E*d
- Kalium (K) 2.7 g/E*d
- Stickstoff (N) 15 g/E*d
- Letzterer ist vorwiegend gebunden in Harnstoff 30 g/E*d
Eine ARA wird mit einer durchschnittlichen Schlammbelastung von 0.15 kg BSB 5 /kgTSxd betrieben. Welche Reinigungsleistungen erwarten Sie bezüglich Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor?
- Kohlenstoff = Vollständiger Abbau, d.h. Reinigungsleistung > 90%
- Stickstoff = Vollständige Nitrifikation
- Phosphor = Kaum Einfluss der Schlammbelastung auf Phosphorablaufwerte
Erklären Sie in Worten und mittels einer Formel den Begriff Schlammbelastung bei der biologischen Abwasserreinigung.
Die Schlammbelastung stellt das Verhältnis der täglich zugeführten BSB5-Fracht im Abwasser zur im Belebungsbecken vorhandenen Biomasse dar, wobei die Biomasse als Trockensubstanz (TS), manchmal auch als organischer Teil der TS bestimmt wird. [kg BSB5/(kg TS . d)]. Eine geringe Schlammbelastung kann u.a. zu Blähschlamm führen, eine zu hohe Schlammbelastung zur Überlastung.
Formel: Schlammbelastung BTS = kg BSB5 x d / kg TSBB / d = Q x BSB5 / VBB x TSBB
Erläutern Sie den Begriff „Belebtschlammindex"
Der Schlammvolumenindex (Abkürzung SVI, manchmal auch SIV) ist ein Mass für die Absetzbarkeit von Belebtschlamm. Der SVI gibt an, welches Volumen 1 g Belebtschlamm (Trockenmasse) nach 30 Min. Absetzdauer pro Liter Belebtschlamm einnimmt. Zur Berechnung des SVI wird das Belebtschlammvolumen (ml/l) durch die Schlamm-Trockensubstanz (g/l) dividiert. Die Einheit des SVI ist ml/g. Übliche SVI bei kommunalen Anlagen liegen bei 80-120 ml/g. Bei Anlagen mit schlecht absetzendem Belebtschlamm liegen die Werte deutlich darüber. Von Blähschlamm wird gesprochen, wenn der SVI über 150 ml/g liegt. Hohe SVI führen häufig zu erhöhten Gehalten der gesamten ungelösten Stoffe, des Phosphors und des CSB im Ablauf der Abwasserreinigungsanlage.
Bei der Vorfällung
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Lernkarten
Tropfkörper Tauchkörper (Tauchtropfkörper, Scheibentauchkörper) Submerse Festbettreaktoren (Biofilter) wie Biopur, Biostor, Biocarbon, Biofor, Kalness Verfahren mit eingetauchten Einbauten (starre Rohre, flexible Einbauten, wie Schnüre)
Festbettreaktor (vereinfachte Darstellung)
Der Unterschied zwischen Festbettverfahren und Belebtschlammverfahren besteht hauptsächlich in der Art und Weise der Biomassenanreicherung im System. Bei Festbettverfahren werden die Organismen auf geeigneten Trägermaterialoberfächen immobilisiert. Dadurch erhalten auch langsam wachsende Organismen längere Generationszeiten und einen besseren Schutz gegen das Ausspülen.
Was ist der Unterschied zwischen dem Kjeldahl-Stickstoff (TKN) und dem gesamt gebundenen Stickstoff (TN)?
Der Kjeldahl-Stickstoff (TKN) ist die Summe aus dem organisch gebundenen Sticktoff und dem Ammonium-Stickstoff.
Beim gesammt gebundenen Stickstoff wird die Summe aus dem organisch gebundenen Stickstoff, dem Ammonium-Stickstoff, dem Nitrat-Stickstoff und dem Nitrit-Stickstoff ermittelt.
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 wie viele 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 Belebtschlammbakterium, 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?
Mit Eiweissen entstehen neben Wasser und Koklendioxid erhebliche Mengen von Ammonium
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.
Worauf weist eine Graufärbung des Belebtschlammes häufig hin?
Häufig absterbender Schlamm, unausgewogenes Nährstoffangebot
Worauf weist eine Graubraune bis Mittelbraunefärbung des Belebtschlammes häufig hin?
Normaler Zustand
Worauf weist eine Hellbraunefärbung des Belebtschlammes häufig hin?
Blähschlamm oder junger Schwimmschlamm
Worauf weist eine Dunkelbraunefärbung des Belebtschlammes häufig hin?
Belebtschlamm mit hohem Schlammalter, manchmal auch hochbelasteter Schlamm (bei Fällung mit Eisen Reduktion zu Fe(II)!)
Worauf weist eine rötlichbraune Färbung des Belebtschlammes häufig hin?
Bei Anwesenheit von dreiwertigem Eisen Fe(III) aus Fällmitteln
Worauf weist eine Schwarzefärbung des Belebtschlammes häufig hin?
Angefaulter Schlamm
Welche Schaumarten können in einer ARA auftreten und welches sind die Ursachen?
- Weisser Schaum: Tenside, Wasch und Reinigungsmittel
- Klebriger Schaum: (Eiweissschaum) Eiweisse aus der Lebensmittelindustrie oder dass Mikroorganismen durch Gifte abgetötet werden.
- Schleimiger Belebtschlamm: Bakterien sind in der Lage, bei Zufluss giftiger Verbindungen Schleime zu ihrem Schutz auszuscheiden
Welches sind die Konsequenzen von Würmern im Belebtschlamm?
Rote Ringelwürmer (Tubifex): Nachklärung wird rot gefärbt. Sonst entstehen keine Probleme.
Öltröpfchenwurm: Dieser ernährt sich vom Belebtschlamm --> Schlammmenge wird deutlich reduziert, daher ist das Schlammalter kleiner und somit reduziert sich die Nitrifikationsleistung.
Was bedeutet der Rückgang des Sauerstoff-Verbrauchs in der Belebung?
Durch Vergiftung des Belebtschlammes wird seine biologische Aktivität herabgesetzt, was sich in einer Reduktion der Sauerstoff-Zehrung äussert.
Welche Aussage kann mit der Messung der Belebtschiamm-Aktivität gemacht werden?
Die Belebtschlamm-Aktivität (Sauerstoff-Zehrungsrate) ist ein verlässlicher Indikator des „Gesundheitszustandes“ des Belebtschlammes.
Sind Bakterien generell beweglich?
Viele Bakterien sind beweglich, wobei die Bewegung durch Schwimmen mittels Geisseln oder durch Gleiten (auf fester Unterlage) geschieht.
