Marion Martienssen, Dr. rer. nat.

Leistungen immobilisierter Mikroorganismen bei der Eliminierung von Umweltschadstoffen

Habilitationsschrift zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium habilitatus (Dr. rer. nat. habil.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Beschlußdatum 10.04.2001

Abstract
Biofilme entstehen überall dort, wo Mikroorganismen sich an Grenzflächen anlagern und dort wachsen. Sie sind in der Natur ubiquitär und stellen die wahrscheinlich häufigste Form mikrobiellen Lebens auf der Erde dar.
Die Vorteile der Biofilmtechnologien gegenüber Verfahren mit suspendierten Mikroorganismen ergeben sich zunächst aus der Abkopplung der Aufenthaltszeit der Organismen von der hydraulischen Verweilzeit des Substrates. Dadurch können auch langsam wachsende Bakterienarten, von denen viele zu besonderen Abbauleistungen befähigt sind, in geeigneten Systemen etabliert werden. Weiterhin bietet der Biofilm durch seine räumliche Struktur zahlreiche Möglichkeiten für die Ausbildung spezialisierter Biofilmkonsortien, die durch die konzertierte Aktion verschiedener Organismenarten den Abbau auch von persistenten Verbindungen realisieren. Schließlich können mit Hilfe der Biofilmtechnologie auch nichtbiologische Wirkmechanismen, wie Adsorption und chemisch-katalytische Prozesse in den Abbauprozess eingekoppelt werden, wodurch das Spektrum der abbaubaren Verbindungen nochmals erweitert werden kann.
Ein wesentlicher Einflussfaktor auf das Gesamtsystem ist dabei der Biofilmträger. Seine Wirkungen reichen dabei von der bloßen Bereitstellung einer Aufwuchsfläche für die Mikroorganismen bis hin zur Einflussnahme auf mikrobielle Abbauprozesse und die direkte Beteiligung an Abbaureaktionen.

Biofilms occur in a wide range of habitats were bacteria attach to surfaces and grow. In natural environments, biofilm populations are probably the prevalent form of microbial life on earth.
Compared to the activated sludge process, one advantage of biofilms is the separation of the sludge age from the hydraulic retention time of the substrates. Since the growth rates of many specialised organisms are low, the growth within biofilms provides protection against washout. Even substrates which are difficult to degrade can be decomposed successfully in biofilms. Additionally, the degradation of many xenobiotics requires the combined action of several species present in bacterial communities. This metabolic cooperation successfully generates only when bacterial aggregates in the form of biofilms, sludge granules or flocs are present.
Moreover, biofilm technologies enable the combined action of microbial degradation and non biological processes such as adsorbtion or catalytic reaction. By the use of such combined processes, even substrates which are toxic or non degradable by conventional microbial treatments, can be mineralised as well.
A dominant factor for the biofilm treatment systems is the biofilm support. It provides the surface for the establishment of specialised biofilms and can affect the degradation properties of the overall treatment system. Moreover, several degradation steps can be realised by a catalytically acting carrier.

Keywords:
Biofilm, Umweltschadstoffe, Biofilmstruktur, Abbau, mikrobiell, Adhäsion, Oberflächenladung, Hydrophobizität

biofilm, pollutants, biofilm structure, degradation, microbial, adhesion, surface charge, hydrophobicity

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Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis, Inhalt (II-V)
1. Einführung und Zielstellung (1-2)
2. Definition (3)
3. Die Bedeutung von Biofilmen in Natur und Technik (3-13)
4. Prinzipien für die Immobilisierung von Mikroorganismen (13-17)
5. Entstehung und Aufbau von Biofilmen (18-83)
6. Optimierung von Biofilmsystemen für den Abbau definierter Umweltschadstoffe (83-94)
7. Leistungen trägerfixierter Organismen bei der Eliminierung ausgewählter Umweltschadstoffe (95-166)
8. Zusammenfassung (167-169)
9. Literaturverzeichnis (170-193)
10. Abbildungen (194-200)
11. Tabellen (200-201)
A Anhang (i-xxvii)