Dokument: Mikrobielle Biofilme in oligotrophen Systemen: Untersuchungen zu Werkstoffeinfluss und elektrochemischem Verhalten

Titel:	Mikrobielle Biofilme in oligotrophen Systemen: Untersuchungen zu Werkstoffeinfluss und elektrochemischem Verhalten
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2593
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20030729-000593-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Bressel, Arnd [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,32 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Schultze, Joachim Walter [Gutachter] Prof. Dr. Schlue, Wolf-Rüdiger [Gutachter]
Stichwörter:	Biofilm, Korrosion, Inhibition, Desinfektion, Trinkwasser, CSLM, Quarz-Mikrowaage, Mikroelektroden, ElektrochemieBiofilm, Corrosion, inhibition, disinfection, potable water, CSLM, quartz crystal microbalance, micro electrodes, electrochemistry
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibung:	Die Effekte einer mikrobiellen Besiedlung von Oberflächen wurde für oligotrophe Systeme mit Bezug auf die Betriebsparameter eines Wasserversorgungsnetzes untersucht. Durch Versuche mit verschiedenen, technisch bedeutenden Werkstoffen wurde der Werkstoffeinfluss auf bakteriellen Bewuchs, Desinfizierbarkeit und Korrosionsverhalten dokumentiert. Der Vergleich der einzelnen Betriebs- und Probenpräparationsparameter zeigte, besonders für metallische Werkstoffe, deutlichen Einfluss auf die Intensität und die Morphologie der auf den Oberflächen aufwachsenden Filme und nachfolgende Korrosionsprozesse. Publizierte Verfahren zur Probenvorbehandlung von VA 1.4571 wiesen im Rahmen vergleichender Laborexperimente signifikante Unterschiede in der Populationsmorphologie und -zusammensetzung der aufwachsenden Biofilme auf. Für Präparationsverfahren, die eine Chromanreicherung in der Passivschicht zur Folge hatten, wurden diese auch für lange Versuchszeiträume (t > 14 d) beobachtet. Durch Einsatz konfokaler Lasermikroskopie konnte die Einlagerung von Bakterien in Oxidschichten (Al, Cu), die Orientierung an Korngrenzen (Edelstahl) und die Beteiligung an Lochkorrosionsangriffen (Cu) dreidimensional und mit Bezug zur Probenoberfläche dokumentiert werden. Der Vergleich verschiedener Strömungsbedingungen zeigte deutliche Veränderungen der Biofilmmorphologie und der Korrosionsmechanismen (Verz. Stahl, Cu, Al), die sich durch Veränderung der Elektrolytzusammensetzung auch auf inerte Oberflächen in unmittelbarer Umgebung der Proben auswirkten (Zn, Cu). Der Vergleich zwischen einer Primärbesiedlung durch statistisch in der Wasserphase enthaltene Bakterien mit einer Sekundärbesiedlung durch bereits an den Werkstoff spezialisierte Organismen wies besonders für aktiv korrodierende Werkstoffe Veränderungen von Besiedlungsmechanismus und Nährstoffverwertung (Cu, Edelstahl) auf. Die im Reinwassersystem bei Biofilmbildung beobachtete Verschiebung der Ruhepotentiale UR konnte durch simultane Messung von Biofilmmasse und Elektrodenpotential mit einer elektrochemischen Quarz-Mikrowaage im Labormaßstab bereits für die reversible Ansiedlung der Organismen auf der Goldoberfläche detektiert werden. Nachfolgende makro- und mikroelektrochemische Messungen zum Einfluss der Biofilmmorphologie auf UR zeigten durch Ladungsumsätze von wenigen mC und lokale Vergleichsmessungen auf Mikroelektrodenarrays, dass unter den vorgegebenen Betriebsparametern elektrochemisch nur eine aktive Zone der Filme mit einer Schichtdicke von d < 1 µm erfasst werden kann. Die Zyklovoltamogramme besiedelter Platinelektroden wiesen bereits für dünne, meist monolagige Biofilme eine vollständige Inhibition der Wasserstoffadsorption sowie eine Verminderung von Platinoxidation und -reduktion auf. Während die Redoxaktivität der Platinoberfläche durch Zyklen der Probe langsam wieder auf die Werte unbesiedelter Elektroden erhöht werden konnte, war die Wasserstoffadsorption nicht erneut zu beobachten. Durch Biofilmbildung wurde die Sauerstoffreduktion auf Platin signifikant erhöht, was wahrscheinlich auf eine mechanistisch nicht geklärte enzymatische Katalyse durch die Mikroorganismen zurückzuführen ist. Hierbei ist sowohl ein Elektronentransfer in die Bakterien und nachfolgende enzymatische Katalyse der Sauerstoffreduktion als auch ein direkter Transfer zu den in der EPS-Matrix gebundenen Enzymen ohne Beteiligung des mikrobiellen Stoffwechsels aufgrund der Messergebnisse als Reaktionsweg möglich. Bei Vergleichmessungen mit gereinigten bakteriellen Alginaten (EPS) konnte zwar eine Erhöhung der Redoxaktivität durch die aufliegenden Schichten, jedoch keine deutliche Auswirkung auf UR, die Sauerstoffreduktion oder die Korrosionseigenschaften durch Konzentrations-elemente festgestellt werden. Der Vergleich der Desinfektionsmittelaktivität an Proben von Labor- und Reinwasserbiofilmen zeigte deutlich geringere Tötungs- und Entfernungsraten auf den unter technischen Bedingungen langsam aufgewachsenen Filmen an. Während im Labormaßstab für Hypochlorit mit Ausnahme von Kupferproben, deren Oxidschichten den Bakterien Schutz vor oxidativem Angriff boten, eine vollständige Abtötung der Bakterien ermittelt werden konnte, war auf Filmen aus dem Reinwassersystem für keine technisch übliche Konzentration von H2O2 oder NaOCl die vollständige Abtötung oder Entfernung der Filme im Rahmen des Versuchszeitraums feststellbar. Die elektrochemische Verfolgung des Desinfektionsvorgangs zeigte ebenfalls eine inhibierende Wirkung der Biofilme, die bei Kupfer und VA 1.4301 Lochkorrosionsangriff auf die Passivschicht durch Chloride während des Desinfektionseinsatzes verhinderten. Für Edelstahl konnte diese Inhibitionswirkung mit der starken Lokalisierung der Bakterien an den für die Initiation der Lochkorrosion bedeutenden Korngrenzen und der Bildung von EPS-Ablagerungen (?Footprints?) mikroskopisch korreliert werden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie
Dokument erstellt am:	29.07.2003
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	28.07.2003
Datum der Promotion:	28.07.2003