Biochemie (Subject) / Qualitätsbeurteilung von Wasser und Abwasser (Lesson)

Chemische und mikrobiologische Parameter

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• Was ist der CSB? Erklären Sie das Analyseverfahren. Chemische Sauerstoff Ziel: Erfassung aller, im Wasser enthaltenen, oxidierbaren Stoffen.Ist ein Summenparameter, grundsätzlich kein Schadstoff, sondern ein Indikator für bestimmte Wasserinhaltsstoffe. Analytik: 1. Der Wasserprobe werden Schwefelsäure, Silberionen und Kaliumdichromat zugegeben. 2. Zur Oxidation organischer Wasserinhaltsstoffe wird zwei Stunden bei 148° unter Rückfluß gekocht.  3. Nach Abkühlung wird nicht verbrauchtes Oxidationsmittel mit Fe++ Ionen bestimmt (Rücktitration). Daraus lässt sich die Menge des bei der Oxidation der Wasserinhaltsstoffe umgesetzten Dichromates berechnen. Das Ergebis liefert den CSB. Die Angabe erfolgt in mg O2/l.
• Was bedeutet BSB5? Beschreiben Sie den Parameter und die zwei in der Vorlesung genannten Analysenmethoden für diesen Parameter. Nennen Sie die Vor- und Nachteile der jeweiligen Methoden. Biologischer Sauerstoffbedarf nach 5 Tagen - ist ein Inidkator für die Belastung des Wassers mit leicht abbaubaren organischen Stoffen, grundsätzlich kein Schadstoff Analysemethoden:  1. Verdünnungsmethode:  -Wasserprobe wird mit sauerstoffgesättigten und bakterienhaltigen Wasser versetzt.  -O2-Gehalt wird bestimmt. -Probe wird verschlossen und bei 20°C thermostatisiert.  -Nach 5 Tagen wird erneut der O2-Gehalt gemessen. Durch die Differenzbildung wird der O2 Verbrauch ermittelt.  Vorteile: Einfache Handhabung und geringe Apparateaufwand Nachteile: keine kontinuierliche Erfassung der O2 Entwicklung möglich 2. Respirometrische Methode: Probe wird in spezielle Gefäßen bei 20°C inkubiert. Die O2-zehrung am Ende er Inkubationszeit bezogen auf 1L Wasserprobe entspricht dem BSBn. Die Mikroorganismen der Probe bauen mithilfe des Sauerstoffes die biologisch abbaubaren Stoffe ab. Das dabei gebildete CO2 wird im Respirometer-Kopf mittels Natriumhydroxid gebunden. Der dabei enstehende Druckunterschied wird gemessen und elektronisch ausgewertet. Nachteile: höhere Streuung der Messwerte Vorteile: leichte Anwendung
• Was bedeuten die Abkürzungen TOC und DOC und wodurch unterscheiden sich diese Parameter in der Bestimmung? Beschreiben Sie das Messprinzip einer der beiden in der Vorlesung genannten Analysenmethoden. TOC…gesamt organischer Kohlenstoff DOC…gelößter organischer Kohlenstoff Chemische Analyse: 1. Oxidation des C der organischen Verbindung zu CO2 2. Detektion des CO2 durch ein Infrarot-Spektrometer (NDIR) Oxidation:  -thermisch -nasschemisch und/oder UV-Bestrahlung Um DOC zu bestimmen muss die Probe vor der Messung filtriert werden (Membranfilter).
• Erklären Sie die UV-VIS-Spekrophotometrie Mit der Photometrie kann man die Substanzkonzentrationen c herausfinden, indem man die Instensität des Licht vor und nach der Durchstrahlung der Substanz misst. Für die Berechnung der Substanzkonzentration benötigt man die Formel Lambert-Beersches Gesetz. Es beschreibt, dass die Absorption von der Weglänge und von der Konzentration abhängig ist.  Analytik: Das Photometer ist ein optisches Messgerät. Ein Lichtstrahl von einer bestimmten Wellenlänge, erzeugt von einer UV oder VIS Lampe und einem Monochromator wird durch einen definierten Proberaum geschickt. Grundvoraussetzung ist eine klare, durchsichtige Probe. Die Lichtabschwächung pro Wellenlänge ist von den Wasserinhaltsstoffen abhängig. Verschiedene Stoffe zeigen bei verschiedenen Wellenlängen eine Absorption (qualitativer Nachweis) und die Höhe der Absorption wird von der Menge des Stoffes bestimmt (quantitatier Nachweis). Die Lichtabschwächung wird in % angegeben = Transmission
• Erklären Sie die Titration. Für welche Parameter wird sie verwendet? Bestimmung der Konzentration einer unbekannten Lösung durch kontrollierte Zugabe einer bekannten Maßlösung. Die Maßlösung setzt die zu bestimmente Lösung chemisch um. Es wird solange die Maßlösung hinzugegeben, bis der Äquivalenzpunkt erreicht wird. An diesem Punkt wurde die Probelösung komplett umgesetzt. Ein Indikator wird zur Probelösung hinzugegeben, damit beim Überschreiten des Äquivalenzpunkt die Probe mit einem Farbumschwung reagiert (Indikatorlösung). - Säure-/Basenkapazität - Alkalinität - Karbonathärte
• Erklären Sie die Ionenchromatographie. Welchen Parameter kann man damit messen? Die Chromatographie ist ein physikalisches-chemisches Verfahren zur Trennung von Substanzgemischen -> Trenneffekt beruht auf einer Verteilung zwischen zwei Phasen, von denen eine Phase als stationär und die zweite als mobile Phase betrachtet wird.  - Anionen: Cl-, F-, NO2-, NO3- - Kationen: Na+, K+, Ca++
• Nennen Sie antropogene Spurenstoffe. - Human- und Tierarzneimittel - Haushaltschemikalien und Körperpflemittel - Konservierungsmittel - Flammschutzmittel - Künstliche Süßstoffe
• Was ist die Gaschromatographie? Mit dieser Methode kann man ein Gemisch aus mehreren Substanzen trennen und sogar einzelne Bestandteile identifizieren. Grundprinzip sind die unterschiedlichen Dampfdrücke der Bestandteile einer Probe. Beispiele: - Bestimmte Pflanzenschutzmittel - PAK
• Was verursacht Trübung? Wie funktioniert die Trübungsmessung? Trübung kann kommen von: - suspendierte Sedimente - anorganische Stoffe - Organische Stoffe (Algen, Plankton) Trübungsmessung … beruht auf die Messung des gestreuten Lichtes durch im Wasser vorhandenen Feststoffteilchen Nephelometrie: Lichtstreuung wird 90° zur Lichtquelle gemessen -> Signal am stärksten & unabhängig von Partikelgröße
• Erklären Sie die Sichttiefe bei ungelösten Stoffe! - Sichttiefe bezieht sich auf die Eindringtiefe des Sonnenlichtes in Gewässer - Kann von DOC-Gehalt und anderen gelöste Stoffe des Wasser beeinflusst werden - Vor-Ort Parameter  - subjektive Messung Ermittlung der Sichttiefe in einem Gewässer: diejenige Tiefe, in welcher eine Secchi-Scheibe gerade eben aus der Sicht verschwindet.
• Erklären Sie abfiltrierbare Stoffe bei ungelöse Stoffe. AFS sind im Wasser enthaltene Sink-, Schweb- und Schwimmstoffe organischer und anorganischer Zusammensetzung
• Erklären Sie den Unterschied zwischen Trübung, AFS und Sichttiefe! Alle drei Parameter geben - direkt oder indirekt - Information über den Partikelinhalt in Wasser.  Trübung und Sichttiefe stellen Eigenschaften des Wassers dar im Bezug auf Lichtstreuung oder -schwächung Trübung & AFS beziehen sich direkt auf vorhandene Teilchen. AFS kann, im Gegensatz zur Trübung, zur Berechnung der Sedimentationsrate herangezogen werden. 
• Was ist das Schlammvolumen (-index)? Wie wird es berechnet? - ein Maß für die Absetzbarkeit des Belebtschlamms - je geringer der Wert, desto besser die Absetzbarkeit Volumen des Schlammes nach ungestörtes Absetzen (ml/l): - 1l Probe, 30 min in Messzylinder absetzen lassen - Volumen ablesen, Mittelwert bilden (2x) - auf 10 ml/l genau angeben, Werte über 250 ml/l sind verdünnt zu messen
• Welche Qualitätskomponenten gibt es für die Bestimmung des ökologischen Zustandes von Oberflächengewässer? Biologische Qualitätskomponenten 1. für Fließgewässer: Phytoplankton, Makrophyten und Phytobentos, benthische wirbelose Fauna und Fischfauna 2. für Seen: Phytoplanktopn, Makrophyten und Fischfauna Hydromorphologische Qualitätskomponenten 1. für Fließgewässer: Wasserhaushalt, Morphologie und Durchgängigkeit des Flusses 2. für Seen: Wasserhaushalt und Morphologie Physikalisch-chemische Qualitätskomponenten 1. für Fließgewässer: Temperaturverhältnisse, Sauerstoffhaushalt, Versauerungszustand, Nährstoffverhältnisse und Salzgehalt 2. für Seen: Sichttiefe, Temperaturverhältnisse, Sauerstoffhaushalt, Versauerungszustand, Nährstoffverhältnisse und Salzgehalt
• Erkläre den Unterschied zwischen Bakterien und Viren. Merkmale von Bakterien: - zählen zu den niederen MO - haben keinen echten Zellkern - (zumeist) geringe morphologische Differenzierung Ausnahme: zb morphologisch auffällige Formen aus der Gruppe der Eisen- und Manganbakterien Merkmale von Viren: - sind keine selbständigen Organismen, brauchen für ihre Vermehrung lebende Zellen (Wirtszellen) - enthalten nur einen Typ von Nucleinsäure (DNA oder RNA) - zur Reproduktion ist nur die Nucleinsäure notwendig
• Zählen Sie die unterschiedlichen Gruppen von MO auf. - Ursprünglich vorhandene MO - Hinzukommende MO - Die Qualität mindernde MO - Hygienisch bedenkliche MO
• Erkläre die Herkunft aquatischer MO Autochon: gewässertypische MOgemeinschaften bilden stabile Lebensgemeinschaften -> geringe Individuendichte, "harmlose" Formen, Überlegenheit gegenüber allochtonen MO Allochton: MO, die auch anderen Bereichen stammen "Eingeschleppte" aus Boden, Abwasser, Luft.
• Was sind die Funktionen aquatischer MO? Funktion: - Selbstreinigung - Remineralisierung - Nahrungskettenglieder - Produktion organischer Substanz
• Was sind Übertragungswege für wasserbezogene Krankheitserreger? Ingestion (Trinken) zB Hepatitis A und E Inhalation und Aspiration (Aerosole) zB Enterovirus Kontakt (Baden) 
• Nennen Sie pathogene Keime! 1. Salmnellen 2. Campylobacter 3. Yersinien 4. Legionellen 5. Aeromonaden 6. Mycobakterien 7. Gyrptosporidien und Giardien
• Was sind Legionellen, wo kommen sie häufig vor und was sind vorbeugende Maßnahmen? Legionellen sind Pathogene und werden aus dem Wasser via Aerosole auf den Menschen übertragen. Krankheitsbilder: Grippeähnliche Erkrankung und schwere Lungenentzündung Es ist eine starke Vermehrung im Warmwasserbereich möglich, positive Legionellenbefunde in selten benutze und gespülte Leitungsabschnitte -> Problematisch: alte, überdimensionierte Warmwassersysteme Vorbeugende Maßnahmen: - Temperatur über 60°C oder unter 15°C -> gesamtes Verteilungssystem, lange Einwirkzeit - keine zu groß dimensionierten Warmwassersysteme - Mischbatterien erst kurz vor dem Verbraucher installieren - Installation von Desinfektionssystemen 
• Welche Voraussetzungen und Schutzmaßnahmen können getroffen werden um tierische Kleinlebewesen im Trinkwasser gering zu halten? Voraussetzung (die Zahl der tierischen Organismen gering zu halten): - gut gepflegte Verteilungsanlagen - sauberes Arbeiten bei Neuverlegungen, Anschluß- und Reparaturmaßnahmen - Einwandfreie Beschaffenheit des verwendeten Trinkwasser Schutzmaßnahmen (gegen Besiedlung im Versorgungsnetz): - Glatte Rohrwandung - Ständig durchflossene Leitungen - Keine überdimensionalen Leitungen - Vermeidung von Sedimenten und Inkrustierungen - Jährliches Entleeren der Behälter 
• Was sind Ursachen für das Auftreten von Kleinlebewesen im Trinkwasser? Anzahl und Vielzahl ihres Vorkommens abhängig von: - Wasserbeschaffenheit des Rohwassers - Qualität des Aufbereitungsverfahren - Netzzustand des Versorgungssystems Gelangen in das Verteilungsnetz durch: - unzureichend abgedichte Behälter - zu wenig sorgfältig ausgeführte Neuverlegung  - Reperatur an Temperatur- und Versorgungsleitungen - Unerlaubte Verbindung einer Eigenwasserversorgung mit dem Leitungsnetz der öffentlichen Trinkwasserversorgung 
• Welche Bedeutung hat das Auftreten von tierischen Kleinlebewesen im TW? Kann nicht einheitlich bewertet werde, abhängig von: - den vorkommenden Arten - ihre Individuen - dem Ort des Auftretens Auftreten von tierischen Organismen -> keine konkrete Gesundheitsgefahr -> Störung des ästhetischen Empfindens  ABER: Klärung der Herkunft notwendig!
• Warum ist ein gehäuftes Auftreten von Invertebraten unerwünscht? Können Indikator sein für: - ungenügende Bodenpassage - ungenügenden Wasseraufbereitung - vorliegen einer undichten Stelle - zu nährstoffreiches Wasser Invertebraten bestehen aus organischem Material -> nach Absterben und Zerfall -> Zehrung des Desinfektionsmittels -> unerwünschte Bakterienvermehrung möglich Bestimmte Arten von Invertebraten können Krankheitserreger aufnehmen (Vektoren) -> diese gelangen dann ins TW
• Was ist biologische Stabilität? = Ausmaß der Nachverkeimung Bei Vorhandensein von MO, Nährstoffen und unzureichender Desinfektionswirkung kann es zu einer Nachverkeimung kommen -> Anstieg der Zellzahl
• Was sind die Probleme bei Bakterienwachstum? - Hygienisch: Wachstum opportunistischer Pathogene - Ästhetisch: Veränderung des Geschmacks, Geruch, der Farbe - Betrieblich: Korrosion, Biofouling
• Was sind die Ziele der Biostabilität? - Sicherung einer gleichbleibend hohen Wasserqualität - Optimierung der Desinfektion - Optimierung von Aufbereitungsanlagen - Qualitätssicherung im Rohrleitungsnetz
• Welche Methoden gibt es zur Ermittlung der Biostabilität? - DOC - Freischwimmendes Wachstum oder im Biofilm - Medium ruhend oder fließend - In-situ oder Laborversuche - Versuche mit Reinkulturen oder Mischkulturen
• Was ist AOC? Assimilable Organic Carbon Methode zur Beurteilung der Nährstoffverfügbarkeit Bestimmung mittels Kultivierung, Photometrie oder DFZ möglich
• Wie wird das Wachstumspotential durchgeführt? - Bestimmung in Lagerungsversuche - Lagerung in kohlenstofffreien Flaschen - Bedingungen müssen definiert werden (O2-Austausch, Temperatur) - Bestimmung einer Wachstumskurve mittels DFZ - Wesentlich geringerer Aufwand als AOC - Ermöglicht Beurteilung der Wachstumsdynamik
• Was sind Einflussfaktoren auf die Biostabilität in Verteilungsnetzen? - Wasserbeschaffenheit - Vorhandensein von Biofilmen - Zustand des Rohrnetzes - Rekontaminationspotential
• Was sind Biofilme? Biofilme dienen als Reservoir für Mikroorganismen.  Biofilme gelten als älteste in Lebensformen, sind ubiquitär anzutreffen und entstehen überall dort, wo sich Mikroorganismen an Grenzflächen anlagern und sich vermehren können. 
• Was sind die Voraussetzungen für die Bildung von Biofilmen? - Grenzflächen - MO - hinreichend Feuchtigkeit  - Nährstoffe  - pH Wert
• Nennen Sie positive Assoziationen von Biofilmen? - selbstreinigungspotenzial  - biologische Reinigung von Abwasser  - biologische Filtration  - Kompostierung 
• Was ist VBNC? Viable but not culturable - Bakterien können in den sogenannten VBNC Status übergehen. - diese wachsen nicht auf standardmäßigen Nährmedien in Form von Kolonien.  - Sind aber lebensfähig und weißen geringer Stoffwechselaktivität auf.  - VBNC Zustand ist die Antwort auf unangenehme Umgebungsbedingungen. - wenn Bedingungen wieder günstig, dann können diese Bakterien erneut kultiviert werden. 
• Was sind Einflussfaktoren auf die Biofilmbildung im Trinkwasserverteilungssystem? - Nährstoffgehalt des Wassers  - Beschaffenheit der für den Behälter und Rohrbau verwendeten Materialien  - hydraulische Verhältnisse
• Was sind mögliche Schadwirkungen von Biofilmen? - Qualitätsbeeinträchtigung des Trinkwassers durch Auftreten erhöhter Koloniezahlen. - Geschmacks- und Geruchsbeeinträchtigungen - Trübung und Verfärbung von Wasser  - Zerrung von Desinfektionsmitteln  - Verblockung von Membranen  - Befall der unterschiedlichsten Materialberflächen und Verursachung von kostspieligen Schäden an nichtmetallischen und metallischen Werkstoffen  - Strömungswiderstand wird erhöht 
• Nennen Sie Maßnahmen zur Verhinderung kritisches Biofilwachstums in Trinkwasserverteilungssystemen - Entfernung biologisch abbaubarer Inhaltsstoffe aus dem Wasser, bevor es in das Trinkwasserverteilungssystem eingeleitet wird - Verwendung von biologisch stabilen Material für die Herstellung von Trinkwasserleitungen, Hausinstallationen und Behältern -> Prüfmethoden - Reinigen und Ersetzen alter Leitungen - Erhöhen der Primärdesinfektion - Beseitigung von toten Enden im Leitungssystem und Bachtung des Oberflächen-/Volumenverhältnisses der Leitungsrohre - Verbesserung des Monitorings
• Welchen Einfluss haben Biofilme auf die Wassergüter? - Keimwachstum innerhalb des Verteilungssystems -> überwiegend im Biofil auf den Materialoberflächen  - Aufkeimungen im Netz im Wesentlichen durch Keimeinträge aus den Biofilmen in den Wasserkörper - Keimeintrag findet nur bei instabilen Bedingungen im Netz statt 
• Welche Fehlerquellen kennen Sie bei der mikrobiologischen Untersuchung von Wasser? - Koloniezahl: Agartemperatur, Kontamination Probe oder Agar, zu wenig Nährmedium - Enterokokken: sternförmige Morphologie der Kolonie auf Filter schlecht sichtbar -  E.coli/Coliforme: Formaler Fehler: Coliforme inkludieren E.coli - Pseudomonas aeruginosa: ungenauer Anwendung der Norm bei Differenzierung - Allgemeine Probleme: Unzureichende Vermischung der Probe, falsche Inkubationszeiten und -temperatur, abgelaufene Reagenzien, unzureichende kalibrierte Pipetten

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