Polyphosphat-speichernde Bakterien entfernen das im Abwasser enthaltene Phosphat durch Speicherung in Form von Granula, die dann mit einem Teil des Belebtschlammes aus dem Abwasser entfernt werden können. Dies ist wichtig um negative Einflüsse auf Oberflächengewässer wie Flüsse und Seen so gering wie möglich zu halten. Trotz intensiver Forschung ist der Prozess der sogenannten biologischen Phosphatelimination oft uneffektiv und im Jahresverlauf instabil, da über die im Belebtschlamm aktiven Polyphosphat-speichernden Bakterien nur wenig bekannt ist. Hauptproblem ist hierbei die geringe Kultivierbarkeit der Bakterien unter definierten Bedingungen (nur etwa 10-15 % der Mikroorganismen im Belebtschlamm sind kultivierbar). Aus diesem Grund war das Ziel der Arbeit die aktiven, Polyphosphat-speichernden Bakterien durchflusszytometrisch zu bestimmen und deren Dynamiken im Belebtschlamm kultivierungsunabhängig zu messen. Zunächst wurde ein Fixierungsprotokoll für die durchflusszytometrische Untersuchung der Polyphosphat-speichernden Bakterien erarbeitet, welches die größtmögliche Stabilität der hochdiversen mikrobiellen Gemeinschaft in Belebtschlammproben gewährleistet. Eine Mischung aus den Metallen Barium und Nickel (jeweils 5 mM) in einer 10%igen Natriumazidlösung erwies sich als bestes Fixierungsmittel mit einer Belebtschlamm-Stabilität von mindestens 9 Tagen. Um sowohl den DNA-als auch den Polyphosphat-Gehalt der Zellen messen zu können wurde weiterhin eine neue und sehr spezifische Polyphosphatfärbung auf Basis des fluoreszierenden Antibiotikums Tetrazyklin etabliert. Tetrazyklin bindet divalente Kationen, die auch in großer Menge in Polyphosphatgranula enthalten sind und fluoresziert gelblich grün. Die entwickelten Methoden zur Fixierung und Polyphosphatfärbung wurden an Belebtschlamm einer kommunalen Kläranlage getestet. Neben DNA- und Polyphosphat-Gehalt der Bakterienzellen wurde eine Vielzahl abiotischer Parameter (pH, Temperatur, Leitfähigkeit, …) gemessen. Diese wurden zusammen mit den durchflusszytometrischen Daten mittels Korrelationsanalyse ausgewertet. Hieraus ergaben sich wichtige Hinweise auf die Art der Polyphosphat-speichernden Bakterien, fördernde und störende Einflüsse des in der Kläranalage behandelten Abwassers auf die biologische Phosphatelimination und die Abhängigkeiten der mikrobiellen Gemeinschaft von Faktoren wie Temperatur, pH oder der anfallenden Regenmenge. Diese Erkenntnisse können genutzt werden um die biologische Phosphatelimination aus dem Abwasser zu verbessern und damit den Weg zu einer Ressourcen- und Umweltschonenden Phosphatrückgewinnung zu bereiten. Außerdem ist es, bei Kenntnis des kläranlagenspezifischen Prozesses, möglich anhand der durchflusszytometrischen Daten schnell die aktuelle Situation zu erfassen und gegebenenfalls rechtzeitig auf Änderungen zu reagieren, bevor es zu einer massiven Störung kommt. Eine Kombination von Durchflusszytometrie und der Erfassung abiotischer Daten ist nicht nur auf die biologische Phosphateliminierung anwendbar, sondern auch auf viele andere wissenschaftliche Fragestellungen.

Polyphosphat-speichernde Bakterien entfernen das im Abwasser enthaltene Phosphat durch Speicherung in Form von Granula, die dann mit einem Teil des Belebtschlammes aus dem Abwasser entfernt werden können. Dies ist wichtig um negative Einflüsse auf Oberflächengewässer wie Flüsse und Seen so gering wie möglich zu halten. Trotz intensiver Forschung ist der Prozess der sogenannten biologischen Phosphatelimination oft uneffektiv und im Jahresverlauf instabil, da über die im Belebtschlamm aktiven Polyphosphat-speichernden Bakterien nur wenig bekannt ist. Hauptproblem ist hierbei die geringe Kultivierbarkeit der Bakterien unter definierten Bedingungen (nur etwa 10-15 % der Mikroorganismen im Belebtschlamm sind kultivierbar). Aus diesem Grund war das Ziel der Arbeit die aktiven, Polyphosphat-speichernden Bakterien durchflusszytometrisch zu bestimmen und deren Dynamiken im Belebtschlamm kultivierungsunabhängig zu messen. Zunächst wurde ein Fixierungsprotokoll für die durchflusszytometrische Untersuchung der Polyphosphat-speichernden Bakterien erarbeitet, welches die größtmögliche Stabilität der hochdiversen mikrobiellen Gemeinschaft in Belebtschlammproben gewährleistet. Eine Mischung aus den Metallen Barium und Nickel (jeweils 5 mM) in einer 10%igen Natriumazidlösung erwies sich als bestes Fixierungsmittel mit einer Belebtschlamm-Stabilität von mindestens 9 Tagen. Um sowohl den DNA-als auch den Polyphosphat-Gehalt der Zellen messen zu können wurde weiterhin eine neue und sehr spezifische Polyphosphatfärbung auf Basis des fluoreszierenden Antibiotikums Tetrazyklin etabliert. Tetrazyklin bindet divalente Kationen, die auch in großer Menge in Polyphosphatgranula enthalten sind und fluoresziert gelblich grün. Die entwickelten Methoden zur Fixierung und Polyphosphatfärbung wurden an Belebtschlamm einer kommunalen Kläranlage getestet. Neben DNA- und Polyphosphat-Gehalt der Bakterienzellen wurde eine Vielzahl abiotischer Parameter (pH, Temperatur, Leitfähigkeit, …) gemessen. Diese wurden zusammen mit den durchflusszytometrischen Daten mittels Korrelationsanalyse ausgewertet. Hieraus ergaben sich wichtige Hinweise auf die Art der Polyphosphat-speichernden Bakterien, fördernde und störende Einflüsse des in der Kläranalage behandelten Abwassers auf die biologische Phosphatelimination und die Abhängigkeiten der mikrobiellen Gemeinschaft von Faktoren wie Temperatur, pH oder der anfallenden Regenmenge. Diese Erkenntnisse können genutzt werden um die biologische Phosphatelimination aus dem Abwasser zu verbessern und damit den Weg zu einer Ressourcen- und Umweltschonenden Phosphatrückgewinnung zu bereiten. Außerdem ist es, bei Kenntnis des kläranlagenspezifischen Prozesses, möglich anhand der durchflusszytometrischen Daten schnell die aktuelle Situation zu erfassen und gegebenenfalls rechtzeitig auf Änderungen zu reagieren, bevor es zu einer massiven Störung kommt. Eine Kombination von Durchflusszytometrie und der Erfassung abiotischer Daten ist nicht nur auf die biologische Phosphateliminierung anwendbar, sondern auch auf viele andere wissenschaftliche Fragestellungen.