Alexander Jovcic

• In the work here presented four distinctly different problems were investigated. The first problem was an investigation into the degradation of Dichloroethylene (DCE) and 1,1-bis (p-Chlorophenyl)-2-dichloroethylene (DDE) utilising pure bacterial cultures. The second investigation dealt with the degradation of DDE and polychlorinated Biphenyl’s (PCB’s) utilising anaerobic sediments and soils from New Zealand. The third investigation worked on the Granulation of anaerobic River-sediments in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactors. TheIn the work here presented four distinctly different problems were investigated. The first problem was an investigation into the degradation of Dichloroethylene (DCE) and 1,1-bis (p-Chlorophenyl)-2-dichloroethylene (DDE) utilising pure bacterial cultures. The second investigation dealt with the degradation of DDE and polychlorinated Biphenyl’s (PCB’s) utilising anaerobic sediments and soils from New Zealand. The third investigation worked on the Granulation of anaerobic River-sediments in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactors. The last investigation describes the commissioning of an industrial aerobic Wastewater Treatment Plant and the Implementation of biological Nitrogen- and Phosphate removal in this Wastewater Treatment Plant. Since the chemical Structure of DCE and DDE have certain similarities, Bacteria that were capable of degrading DCE, were tested here, whether they would also be able to degrade DDE utilising a co-metabolic pathway. In the experiments the aerobic bacteria Methylosinus trichosporium and Mycobacterium vaccae and the anaerobic bacteria Acetobacterium woodii and Clostridium butyricum were used. Approximately 60% of the added DCE was degraded by M. vaccae, while M. trichosporium degraded approximately 50%. A. woodii and C. butyricum degraded 40% and 30% respectively of the added DCE. Further experiments with these cultures and DDE lead to a microbial degradation of DDE to an extent of 34.6% for M. vaccae, 14.1% for C. butyricum, 2.2% for A. woodii and 10.5% for M. trichosporium. Additional experiments, utilising [14C]-DDE, showed that the DDE had not been degraded but were attached to the bacterial cells. The second investigation utilised anaerobic soils and sediments from New Zealand to study the anaerobic co-metabolic degradation of DDE and PCB’s. The soils and sediments originated from the River Waikato, from Wastewater Ponds in Kinleith, Marine-Sediments from Mapua, and a variety of soils comtaminated with Pentachlorophenyl (PCP). The cultures from these soils and sediments were raised on a variety of Carbon- and Energy-sources. Beside DDE, Aroclor 1260, and a mix of four pure PCB-Congeneres (one Tetra-, one Hexa, one Hepta- and one Deca-Chlorobiphenyl) were used to test for the reductive dechlorination. The cultivation process of the baceria lasted six months. Samples of the cultures were taken after zero, three and six months. These samples were tested for the increase of cell-protein, the degradation of carbon- and energy-sources, and the removal of the added polychlorinated chemicals. The organochlorines were analysed using reversed phase HPLC and FID-GC. When a change in the Chromatogram was detected the respective cultures were further analysed using ECD-GC and GC-MS. The results showed that the culutres grew under these conditions, but no degradation of DDE and the PCB-Mix could be detected, and only small changes in the composition/chromatograms of Aroclor 1260 were found. The third investigation worked on the Granulation of River-Sediments in UASB-Reactors. Sediments from the River Waikato in New Zealand and the River Saale in Germany were used. In both cases the Granulation process was successful, which was demonstrated by microscopic comparisons of the Sediments and the resulting Granules. The two main bacterial cultures detected were Methanosarcina- and Methanothrix-like cultures. The main carbon- and energy-source was Lactic Acid, which was used at a concentration of 21,8 g COD/L. The Granulation-Process was a combination of using high a COD-Concentration combined with a low Volumetric Loading-Rate. Comparisons of the specific degradation-rates of a variety of carbon- and energy-sources between the Sediments and the Granules, showed no increased degradation rates in regard to the same cell-mass, but the increased bio-mass in the Granules allowed for higher degradation-rates within the UASB-reactors. The fourth investigation describes the commissioning of an industrial Wastewater Treatment Plant for a Dairy-Site in Edendale, Southland, New Zealand. This Plant consists of a DAF-Unit (Dissolved Air Flotation), two Extended Aeration Lagoons with Activated Sludge and two Clarifiers, one for the Activated Sludge and the second for the dosing of Aluminium-Sulphate and the removal of Phosphat-Sulphate. Biological processes for the removal of carbon- and energy-sources were optimised and biological processes for the reduction of Nitrogen- and Phosphate-Concentrations within the wastewater were implemented and optimised. Bilogical removal rates for COD of 95% and above, for Nitrogen of 85-92% and Phosphate of 64-83% were achieved.…
• In der hier vorgelegten Arbeit wurden vier distinkt verschiedene Probleme untersucht. Das erste Problem war die Untersuchung in den Abbau von Dichloroethylene (DCE) und 1,1-bis (p-chlorophenyl)-2-dichloroethylene (DDE) mithilfe von reinen bakteriellen Kulturen. Die zweite Untersuchung beschaeftigte sich mit dem Abbau von DDE und polychlorinierten Biphenylen (PCB’s) mithilfe von anaeroben Sedimenten und Erden aus New Zealand. Die dritte Untersuchung behandelt die Granulation von anaeroben Fluss-sedimenten in Upflow Anaerobic Sludge BlanketIn der hier vorgelegten Arbeit wurden vier distinkt verschiedene Probleme untersucht. Das erste Problem war die Untersuchung in den Abbau von Dichloroethylene (DCE) und 1,1-bis (p-chlorophenyl)-2-dichloroethylene (DDE) mithilfe von reinen bakteriellen Kulturen. Die zweite Untersuchung beschaeftigte sich mit dem Abbau von DDE und polychlorinierten Biphenylen (PCB’s) mithilfe von anaeroben Sedimenten und Erden aus New Zealand. Die dritte Untersuchung behandelt die Granulation von anaeroben Fluss-sedimenten in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reaktoren. Die letzte Untersuchung behandelt das Anfahren einer industriellen aeroben Abwasser-anlage und die Implementierung von biologischem Stickstoff- und Phosphat-abbau in dieser Abwasser-anlage. Da die chemische Struktur von DCE und DDE gewisse Aehnlichkeiten besitzt, wurden hier wurden Bakterien untersucht, die in der Lage sind DCE abzubauen, ob diese DDE in einer cometabolischen Reaktion abbauen koennen. In den Experimenten wurden die aeroben Bakterien Methylosinus trichosporium und Mycobacterium vaccae und die anaeroben Bakterien Acetobacterium woodii und Clostridium butyricum benutzt. Ungefaehr 60% des hinzugefuegten DCE’s wurde von M. vaccae abgebaut, whaerend M. trichosporium ca 50% abbaute. A. woodii und C. butyricum bauten jeweils 40% und 30% des zugefuegten DCE’s ab. Weiterfuehrenden Experimente mit den obigen Kulturen und zugefuegtem DDE fuehrte zu einem mikrobiologischen Abbau von DDE in den Kulturen von 34.6% fuer M. vaccae, 14.1% fuer C. butyricum, 12.2% fuer A. woodii und 10.5% fuer M. trichosporium. Weitere Experimente, bei denen [14C]-DDE benutzt wurde, ergaben, dass das DDE nicht abgebaut worden war, sondern es stellte sich heraus, dass das DDE an die Bakterienzellen angelagert worden war. Die zweite Untersuchung benutzte anaerobe Erden und Sedimente aus New Zealand um den anaeroben cometabolischen Abbau von DDE und PCB’s zu studieren. Die Erden und Sedimente stammten von dem Fluss Waikato, aus Abwasser-Teichen in Kinleith, Meeresboden-Sedimenten aus Mapua, und verschiedene Erden die mit Pentachlorophenyl (PCP) kontaminiert waren. Die Kulturen aus diesen Erden und Sedimenten wurde mit verschiedenen Kohlenstoff- und Energie-Quellen aufgezogen. Neben DDE wurden Aroclor 1260 und ein Mix aus vier reinen PCB-Congeneren (ein Tetra-, ein Hexa, ein Hepta- und ein Deca-Chlorobiphenyl) fuer die reduktive Dechlorinierung benutzt. Die Aufzucht der Bakteria dauert sechs Monate, Proben wurden am Start der Kultivierung, nach drei und nach sechs Monaten genommen. Diese Proben wurden fuer die Veraenderung des Zellproteins, den Abbau der Kohlenstoof- und Energie-Quellen, und das Verschwinden der zugefuegten polychlorinierten Chemikalien ananlysiert. Die Organochlorine wurden mithilfe von reversed HPLC und dann FID-GC untersucht. Wenn eine Veraenderung in den Chromatogrammen auftrat wurden die entsprechenden Kulturen mithilfe von ECD-GC und GC-MS weitergehend untersucht. Die Resultate zeigten ein wachsen der Kulturen an, aber keinen Abbau von DDE und dem PCB-Mix, und nur geringe Veraenderungen der Komposition von Aroclor 1260. Die dritte Untersuchung befasste sich mit der Granulierung von anaeroben Fluss-sedimenten in UASB Reaktoren. Dafuer wurden Sedimente von dem Waikato in New Zealand und der Saale in Deutschland benutzt. In beiden Faellen war die Granulation erfolgreich, was durch mikroskopische Vergleiche von den Sedimenten und den Granules festgestellt werden konnte. Die zwei hauptsaechlichen Bakterien Kulturen waren Methanosarcina und Methanothrix aehnliche Kulturen. Die Haupt-Kohlenstoff- und Energie-Quelle war Lactic Acid und wurde mit einer Konzentration von 21,8 g COD/L verwendet. Der Granulations-Prozess war eine Kombination von einer hohen COD-Konzentration verbunden mit einer niedrigen volumetrischen Ladungs-Rate. Vergleiche der spezifischen Abbauraten von verschiedenen Kohlenstoff- und Energie-Quellen zwischen den Sedimenten und den Granules, ergab keine erhoehten Abbauraten in Bezug auf die gleiche Zellmasse, aber die erhoehte Biomasse in den Granules sorgt fuer groessere Abbauraten in den UASB Reaktoren. Die vierte Untersuchung befasste sich mit dem Anfahren einer industriellen Abwasser-Anlage fuer eine Molkerei in Edendale, Southland, New Zealand. Diese Anlage besteht aus einer DAF-Unit (Dissolved Air Flotation), zwei Abwasser-Teichen mit aktiver Schlammbehandlung und zwei Klaerbecken, eines fuer die Aktiv-Schlamm-Beseitigung und das zweite fuer die Dosierung von Aluminiumsulphat und die Entfernung von Phosphat-Sulphat. Biologische Verfahren zum Abbau von Kohlenstoff-Verbindugen wurden optimiert und biologische Verfahren zur Verringerung von Stickstoff- und Phospaht-Konzentrationen im Abwasser wurden implementiert und optimiert. Biologische Abbau-Raten fuer COD von ueber 95%, fuer Stickstoff 85-92% und Phosphat 64-83% wurden erreicht.…