Bio und Ver
Römi
Römi
Ist die Bildung von N2O in Klranlagen problematisch?
Nein, da es in die Atmosphre entweichen kann, N2O verbleibt etwa 150 Jahre in der Atmosphre. Seine Klimawirkung ist etwa 310 mal so hoch wie die von CO2 (bezogen auf 100 Jahre). Am Treibhauseffekt hat es aber lediglich einen Anteil von etwa 6%
Nennen Sie eine Bedingung, die ein Abwasser erfllen muss, damit eine biologische P-Entfernung mglich ist.
Anaerobe Bedingungen
Nennen Sie eine Zeigerpflanze fr Stickstoff
Kreuzkraut, Brennnessel
Ein Gewsser ist extrem eutrophiert . Welchen Einfluss hat dieser Zustand auf die Primrproduktion des Gewssers? Begrndung.
Die O2-Produktion wird verringert, hoher Nhrstoffgehalt? erhhte Biomassenproduktion ? vermehrtes Absterben von Organismen ? Absinken, Abbau der Biomasse, unter O2-Verbrauch ? O2Verbrauch ist hher als die Nachlieferung ? O2-Mangel ?anaerobe Prozesse, anaerobe Stoffwechselprodukte. ? Vergiftigung
Welche Organismen sind Zeiger fr die Versauerung von Gewssern?
Torfmoose
Was ist die durchschnittliche Bakteriengráe ( Gráenordung)
0,5-3æm
Geben Sie die Reihenfolge der Diffusionsgeschwindigkeit von Benzol, Glucose und Na+ durch die Cytoplasmamenbran von Zellen, Begrndung
Schnell: Benzol ? hydrophobe, unpolare Molekle, mittle: Glucose ? groáe, ungeladene Molekle , langsam: Na+ ? Ionen, Ionen zu Benzol um eine Faktor von 109
Stellen Sie grafisch den Verlauf einer statischen (batch) Kultur dar und zeichnen Sie die verschiedenen Phasen
I: Anlaufphase II: Wachstumsphase III: stationre Phase IV: Absterbephase
Stellen Sie der grafischen Verlauf c/c0 gegen t/tm bei der Bestimmung der mittleren Verweilzeit nach der Verdrängungsmethode für je einen Rührkessel bzw. einen Rohrreaktor dar. (Worrauf sind dir Unterschiede zurück zu führen?)
Beim Rührkessel herrscht ein dynamisches Gleichgewicht. Beim Rohrreaktor (offenes System) werden Substrate zugeführt und Edukte abgteführt
Stellen Sie den grafischen Druck- und Konzentrationsverlauf von O2 an der Phasengrenze Luft-Wasser dar, bezeichnen Sie die verschiedenen Bereiche.
frage 85
Skizzieren Sie die Kopplung Bioreaktor mit UF-Einheit. Nennen Sie die Vorteile dieser Kombination
-Hohes Schlammalter
-Höhere molekulare Stoffe werden durch die Membran
Zeichnen und benennen Sie zwei Grundformen der Gestalt von Bakterien.
Kugelfrmig= Kokken
Spiralfrmig= Spirillen, Spirochten
Skizzieren und erläutern Sie die Kinetik (v/(s)) eines Stoffes, der von Mikroorganismen durch erliechterte Diffusion aufgenommen wird.
Je größer der Konzentrationsunterschied, desto schneller
Sie setzen eine Nährlösung, sämtliche Haupt- und Spurenelemente in Form von anorganischen Verbindungen zu, C steht in einer organische Form nutzbar zur Verfügung. Trotzdem wäschst der Organismus nicht. Welche Nährlösungsbestandteile können fehlen? Ist eine Nährlösung, die Sie für 20min auf 80°C erhitzen, frei von vermehrungsfähigen Organismen? Begründen Sie Ihre Antwort.
Nein, allgemein, die Dauerform Endospore schützt den Organismus vor Hitze. 80°C auf 20 min zu wenig um die Endosporen zu zerstören. Erst eine Temperatur von 120°C und eine Zeit von 20 min sind ausreichend.
Für die Erstellung eines Sterilisationskonzepetes ist die Frage zu beantworten, ob es günstiger ist, mit einer sehr hohen Temperatur kurze Zeit oder mit einer niedrigen Temperatur längere Zeit zu sterilisieren. Welches Konzept ist günstiger? Begründen Sie Ihre Antwort.
Zu betrachten ist der nötige Energieaufwand. Man braucht zwar für eine kurze Zeit eine höhere Temperatur, jedoch wenn man den gesamten Energieaufwand über die Zeit betrachtet, ist die langwierige Sterilisation ungünstiger
Nennen Sie 3 Eigenschaften von bakteriellen Enodsporen
Endosporen: Dauerform mit dicken Hüllen, gebildet bei Nährstoffmangel, Stoffwechsel inaktiv, bei günstigen Randbedingungen keimt wieder eine Zelle aus. Eigenschaften: unempfindlich gegen Temperatur, Gifte, Strahlung für lange Zeit Überlebensfähigkeit (bis vielen Mio. Jahre)
Beieinflusst der Einsatz eines Katalysators bei einer chemischen Reaktion, die Ausbeute in bezug auf die Eduktmenge? Begrndung?
Die Eduktmenge bleibt immer das gleiche/selbe. Nur die Reaktionsgeschwindigkeit ändert sich.
Was ist eine exotherme Reaktion
Reaktion die mit der Abgabe von Energie verbunden ist. Negative Gibbs Energie
Was ist der Unterschied zwischen einem dynamischen Gleichgewicht und einem Fließgleichgewicht?
Dynamisches Gleichgewicht: Hin- und Rückreaktion laufen mit gleicher Geschwindigkeit. Fließgleichgewicht: Versteht man einen stationären Zustand, bei dem fortgesetzt Substanzen in ein System einströmen und Reaktionsprodukte herausgeschleust werden. => Dynamisches Gleichgewicht ist in einem batch- Reaktor zu finden (geschlossenes System). Das Fließgleichgewicht bei allen anderen besprochenen Reaktoren.
Wie beeinflusst die Standzeit (was verändert sich im Lauf der Zeit) die Eignung von Kompost als Füllmaterial von Biofilter in der Abluftbehandlung (Gemeint: Standzeit im Biofilter, nicht Kompostreife.)
Allgemeine Probleme: Sorption täuscht Abbau vor (typisches Anlaufproblem), bis Gleichgewicht erreicht ist Homogenität des Materials 15 Pflanzen(be)wuchs, Entmischungsvorgänge zudem: Der „Filter“ wird mit der Zeit durch sein Eigengewicht verdichtet und somit wird der aerobe Prozessanteil zum Erliegen kommen
Nenne Sie zwei Angaben, die einem RI-Fließbild entnommen werden können. (2)
Fließrichtung der Stoffe
Reaktorart
Zufluß/Abfluß
Instrumentierung
Geschaltete Apparate/Maschinenen
Nennen Sie 5 Schritte einer Verfahrensentwicklung. (2,5)
Aufgabenstellung, Auslegung (der Anlage) Anlagenprojektierung Auftragsvergabe Inbetriebnahme
Nennen Sie 3 theoretische Möglichkeiten, die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu erhöhen. (1,5)
Oberfläche Konzentration Temperatur Katalysator Druck
Stellen Sie grafisch den zeitlichen Verlauf der Konzentration von Edukt und Produkt in einem batch-betriebenen Reaktor dar. (2)
Frage 4
Wie viel O2 löst sich bei 20° C etwa in Wasser (1 bar, 21%O2)? (1)
9 mg/ Liter
Unterhalb welcher O2-Konzentration werden aerobe biologische Vorgänge beeintrchtigt (c krit.)? (1)
0,1 - 1 mg/l
Nennen Sie 2 Möglichkeiten, den O2-bergang gasf./flüssig zu erhöhen. (1)
OTR = ( kL• a) ∆c => Vergrößerung der Grenzfläche (a); Veränderung KL durch Senkung der Viskosität, Erhöhung der Realitvegeschwindigkeit der Luftblasen (Rühren)
Skizzieren Sie einen axialen und einen radialen Strömungsverlauf, der durch mechanisches Rühren entstehen kann. (2)
frage 8
Nennen Sie 4 Eigenschaften, die ein Bioreaktor idealerweise besitzen sollte bzw. 4 Anforderungen, die an die Gestaltung eines Bioreaktors zu stellen sind. (2)
Großer Gasübergang, homogene Verteilung Wärmeableitung/Zufuhr unenmpfindlich Verhinderung von Schaumbildung
Stellen Sie in einer Zeichnung das Funktionsprinzip eines Airliftreaktors dar. (2)
frage 10
Geben Sie 3 Stufen eines scale-up-Prozesses (für ein biotechnisches Verfahren) mit ungefhren Größen der einzelnen Stufen an. (3)
Labormaßstab < 50 l Technikum ca. 3 m³ Produktionsanlage bis 1000 m³
Nennen Sie einen ökologischen Vorteil, den biologische Synthesevorgänge im Vergleich zu einer rein chemischen Herstellung haben. (1)
weniger Energieumsatz, Reststoffe meist leichter & biol. abbaubar, meist spezifischer
Definieren Sie die Begriffe -aerob und -anaerob. (1)
Anaerob = ohne Sauerstoff. Nutzung von anderen Oxidationsmitteln (NO3-; SO42-) Aerob= mit Sauerstoff als Oxidationsmittel
Chemotroph = Chemische Elemente und Substanzen Phototroph = Licht
Nennen Sie 2 Mechanismen, die fr den Transport von Stoffen durch die Zellwand und Cytoplasmamembran sorgen. (1)
erleichterte Diffusion & passive Diffusion
Warum ist für technologische Prozesse (Stoffproduktion bzw. Abbau) ein mikrobielles System meist besser geeignet als ein System mit Pflanzen oder Tieren? (1)
mikrobiellen Kulturen passen sich der Eutrophie an, Pflanzen/Tiere strben ab; Mikroorganismen konnen lange ohne direkte Nahrung berleben und haben einen hheren Stoffumsatz ; Bildung von Spezailisten fr die Nebenprodukte; schnelleres Wachstum, unempfindlich
Warum ist eine groáe Zufuhr von Nhrstoffen fr ein stehendes Gewsser (eutroph) kologisch bedenklich? (2)
erhhte Biomasseproduktion unter O2-Verbrauch-> O2-Verbr. Ist hher als Nachlieferung-> O2-Mangel-> anerobe Prozesse & Stoffwechselprodukte => Vergiftung; Seegrund verschlammt-> Verlandung; Strkerer Oberbewuchs-> weniger Licht am Boden -> weniger O2-Produktion
Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wird atmosphrischer Sauerstoff verbraucht. Ist dieser Verbrauch kritisch für aerobe Lebewesen? Begründen Sie Ihre Antwort. (1)
Ja, weil Luftsauerstoff in Verbrennungsstoffen gebunden und somit dem Kreislauf entzogen wird
Nennen Sie 2 Orte, an denen biologisch Methan entstehen kann. (1)
Verdauungtrakt von Widerkuern (Pansen), Moore (anaerob), Kompost, Insekten, Reisanbau
Ihnen werden Aktien eines Unternehmens angeboten, das aus der Oxidation von Ammonium-Ionen (NH4+) zu Nitrat (NO3-) und einer folgenden Nitratammonifikation (NO3- © NH4+) Energie gewinnen mchte. Kaufen Sie diese Aktien? Begrnden Sie Ihre Entscheidung. (2)
Nein, da es sich um einen geschlossenen Kreislauf handelte (Perpetuummobile) ohne Energiezugabe kein Prozess
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Cartes-fiches
Nenne Sie zwei Angaben, die einem RI-Fließbild entnommen werden können. (2)
Fließrichtung der Stoffe
Reaktorart
Zufluß/Abfluß
Instrumentierung
Geschaltete Apparate/Maschinenen
Nennen Sie 5 Schritte einer Verfahrensentwicklung. (2,5)
Aufgabenstellung, Auslegung (der Anlage) Anlagenprojektierung Auftragsvergabe Inbetriebnahme
Nennen Sie 3 theoretische Möglichkeiten, die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu erhöhen. (1,5)
Oberfläche Konzentration Temperatur Katalysator Druck
Stellen Sie grafisch den zeitlichen Verlauf der Konzentration von Edukt und Produkt in einem batch-betriebenen Reaktor dar. (2)
Frage 4
Wie viel O2 löst sich bei 20° C etwa in Wasser (1 bar, 21%O2)? (1)
9 mg/ Liter
Unterhalb welcher O2-Konzentration werden aerobe biologische Vorgänge beeintrchtigt (c krit.)? (1)
0,1 - 1 mg/l
Nennen Sie 2 Möglichkeiten, den O2-bergang gasf./flüssig zu erhöhen. (1)
OTR = ( kL• a) ∆c => Vergrößerung der Grenzfläche (a); Veränderung KL durch Senkung der Viskosität, Erhöhung der Realitvegeschwindigkeit der Luftblasen (Rühren)
Skizzieren Sie einen axialen und einen radialen Strömungsverlauf, der durch mechanisches Rühren entstehen kann. (2)
frage 8
Nennen Sie 4 Eigenschaften, die ein Bioreaktor idealerweise besitzen sollte bzw. 4 Anforderungen, die an die Gestaltung eines Bioreaktors zu stellen sind. (2)
Großer Gasübergang, homogene Verteilung Wärmeableitung/Zufuhr unenmpfindlich Verhinderung von Schaumbildung
Stellen Sie in einer Zeichnung das Funktionsprinzip eines Airliftreaktors dar. (2)
frage 10
Geben Sie 3 Stufen eines scale-up-Prozesses (für ein biotechnisches Verfahren) mit ungefhren Größen der einzelnen Stufen an. (3)
Labormaßstab < 50 l Technikum ca. 3 m³ Produktionsanlage bis 1000 m³
Nennen Sie einen ökologischen Vorteil, den biologische Synthesevorgänge im Vergleich zu einer rein chemischen Herstellung haben. (1)
weniger Energieumsatz, Reststoffe meist leichter & biol. abbaubar, meist spezifischer
Definieren Sie die Begriffe -aerob und -anaerob. (1)
Anaerob = ohne Sauerstoff. Nutzung von anderen Oxidationsmitteln (NO3-; SO42-) Aerob= mit Sauerstoff als Oxidationsmittel
Chemotroph = Chemische Elemente und Substanzen Phototroph = Licht
Nennen Sie 2 Mechanismen, die fr den Transport von Stoffen durch die Zellwand und Cytoplasmamembran sorgen. (1)
erleichterte Diffusion & passive Diffusion
Warum ist für technologische Prozesse (Stoffproduktion bzw. Abbau) ein mikrobielles System meist besser geeignet als ein System mit Pflanzen oder Tieren? (1)
mikrobiellen Kulturen passen sich der Eutrophie an, Pflanzen/Tiere strben ab; Mikroorganismen konnen lange ohne direkte Nahrung berleben und haben einen hheren Stoffumsatz ; Bildung von Spezailisten fr die Nebenprodukte; schnelleres Wachstum, unempfindlich
Warum ist eine groáe Zufuhr von Nhrstoffen fr ein stehendes Gewsser (eutroph) kologisch bedenklich? (2)
erhhte Biomasseproduktion unter O2-Verbrauch-> O2-Verbr. Ist hher als Nachlieferung-> O2-Mangel-> anerobe Prozesse & Stoffwechselprodukte => Vergiftung; Seegrund verschlammt-> Verlandung; Strkerer Oberbewuchs-> weniger Licht am Boden -> weniger O2-Produktion
Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wird atmosphrischer Sauerstoff verbraucht. Ist dieser Verbrauch kritisch für aerobe Lebewesen? Begründen Sie Ihre Antwort. (1)
Ja, weil Luftsauerstoff in Verbrennungsstoffen gebunden und somit dem Kreislauf entzogen wird
Nennen Sie 2 Orte, an denen biologisch Methan entstehen kann. (1)
Verdauungtrakt von Widerkuern (Pansen), Moore (anaerob), Kompost, Insekten, Reisanbau
Ihnen werden Aktien eines Unternehmens angeboten, das aus der Oxidation von Ammonium-Ionen (NH4+) zu Nitrat (NO3-) und einer folgenden Nitratammonifikation (NO3- © NH4+) Energie gewinnen mchte. Kaufen Sie diese Aktien? Begrnden Sie Ihre Entscheidung. (2)
Nein, da es sich um einen geschlossenen Kreislauf handelte (Perpetuummobile) ohne Energiezugabe kein Prozess
Nennen Sie einen Grund, warum zu viel Nitrat im Trinkwasser problematisch ist. (1)
Blue-Baby-Syndrom; Der Säugling würde innerlich ersticken, da das Nitrat mit dem Hämoglobin oxidierte und somit kein Sauerstofftransport mehr stattfinden kann
Beschreiben Sie die Korrosionswirkung von Sulfat auf Beton. (4)
SO42- -> H2S + 2 O2 -> H2SO4 + CaCO3 -> CaCO4 (wasserlöslich)
Warum ist es für Mikroorganismen vorteilhaft, Quecksilberionen zu methylieren? (1)
Durch die Methylisierung wird das Quecksilber flüchtiger und stellt für Mikroorganismen (frühhere Lebewesen noch giftiger) eine Entgiftung dar
Nennen Sie die beiden Hauptschritte bei der Reinigung von Abgas im Biofilter. (1)
Absorptionsstufe Regeneration
Nennen Sie 4 Hauptelemente, die fr das Wachstum von Mikroorganismen bentigt werden. (2)
C: stellt häufig Energiewuelle dar N: Versorgung für Proteine, Nukeleinsäuren Zellwände P: Versorgung PO43- ATP, Phospholipide, Nukleiinsäure S: SO42- für Aminosäuren, Koenzyme H: Wasserstoff O: Sauerstoff
Skizzieren Sie den Verlauf einer bakteriellen Wachstumskurve in einer statischen (batch) Kultur. Bezeichnen Sie die 4 Hauptphasen. (4)
I: Anlaufphase II: Wachstumsphase III: stationäre Phase IV: Absterbephase
Nitratabbau (durch Nitratatmung z.B.) NO3- -> NO2- -> [NO] -> N2O -> N2
Der Sauerstoff dient als Oxidationsmittel NH4+ + O2 -> NO2- + H2O
Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen PO43- und Eisen in oligotrophen Gewässern
Das PO43- reagiert mit Fe3+ zu FePO4 und fällt aus
Beschreiben Sie den prinzipiellen Vorgang bei anaeroben Fe-Korrosion. Es genügt die Angabe der Hauptschritte und geben Sie an, ob es sich um eine chemische oder biologische Reaktion handelt
frage 30
Beschreiben Sie durch eine Reaktionsgleichung die biologische Umsetzung, die bei der anaeroben Korrosion von Eisen abluft
Fe2+ + FePO4 + H2S --> FeS ↓ PO43-↑
Welche Auswirkungen wrden Sie erwarten, wenn die Nitrifikationsstufe einer Klranlage mit zu geringen O2-Gehalt betrieben wird. Erlutern Sie mgl. Auswirkungen auf die Umwelt
Ohne den Sauerstoff fände keine Nitrifikation mehr statt, sondern setzte die Denitrifikation ein zu N2O (starkes Treibhausgas)
Bewerten Sie folgende Aussage: "Viele Stoffe sind biologisch abbaubar, dies gilt jedoch nicht fr die Schwermetalle"
Anorganische Stoffe wie Schwermetalle werden nicht wie organische Verbindungen abgebaut, sondern reagieren in Redoxreationen.
Welche Aussagen knnen Sie einem Grundflieábild (1 Aussage), einem Verfahrensflieábild (2 Aussagen) und einem RI-Flieábild (2 Aussagen) entnehmen
Verfahrensabschnitte, Grundoperationen, Verfahrenstechnische Anlagen, Anlagenteile Maschinen, Energien, Apparate, quantitative Angaben Rohrleitungs-Instruementenfleiáábild-> Armaturen, Apparate, Rohrleitungen, Druckstufen, Antriebe, MSR
Skizzieren Sie eine Reaktorreihenschaltung (Kaskadenreation) und nennen Sie Vorteile bzw. Anwendung
Vereinheitlichung der Verweilzeit Abtrennung störender Reaktionen ;Nebenprodukte können abgezogen werden(KreuzstromR); BioR: in jedem Reaktor ist eine andere Biomasse herstellbar ,Mikroorganismen mit spezifisch höherer Leistungsfähigkeit => RZA steigt
Was Bedeutet der Begriff MSR und nennen Sie zwei Gerte aus dem Gebiet
Messen-Steuern-Regeln Thermometer, Hygrometer, Druckmesser, Lichtmesser?
Was bedeutet es, wenn eine Reaktion nach 1. Reaktionaordnung abläuft?
frage 37
Was bedeutet es, wenn ein Reaktor im Chargenbetrieb (batch) gefahren wird?
Alle Reaktionsnotwendigen Stoffe bleiben vom Begin bis zum Ende im Reaktor ohne äußere Zu- oder Abfuhr im dynamischen Gleichgewicht.
Vorteile / Nachteile eines Reaktors im Chargenbetrieb
niedrige Anschaffungskosten, Herstellung verschiedener Produkte Nacheinander, lange Verweilzeiten knnen leicht eigestellt werden, Totzeiten (Fllen/Leeren, Heizen/Khlen), hohe Energiekosten, hhere Personalkosten, automatisierung nur schwer mglich
Nennen Sie zwei Reaktortypen fr den Fließbetrieb (kontinuierliche Fahrweise)
Rohrreaktor Rührkessel
