TY - THES A1 - Sut, Magdalena Maria T1 - Detection and behavior of iron-cyanide complexes in soils of a former Manufactured Gas Plant site N2 - Soils and groundwater on sites of the former Manufactured Gas Plants (MGPs) are contaminated with various complex iron-cyanides (Fe-CN). The aim of this thesis was to evaluate a new method for the CN detection and to investigate the stability and retardation of Fe-CN complexes in soils. This study seeks for enhancing the efficiency of phytoremediation as a proper approach to decontaminate Fe-CN complexes and thus tries to make a contribution to environmental protection. Feasibility of Field Portable Near Infrared (FP NIR) Spectrometry to determine CN concentrations in soil was evaluated in order to develop a rapid and non-destructive in-situ method. The study revealed that FP NIR could be a reliable device for detecting CN concentrations >2400 mg kg−1 in the field and >1750 mg kg−1 after sample preparation in the laboratory, however the limits of detection are too high to replace the traditional methods. The applicability of neutral solution extraction to determine the water soluble CN fraction and the stability of Prussian Blue under saturated and unsaturated water conditions was studied in a column and batch experiments. Study revealed continuous solubility of Prussian Blue, in acidic and slightly alkaline MGP soils. Dissolution of ferric ferrocyanide under circum-neutral pH and oxic water conditions was proposed to be a function of time, where the released amount is dependent on the soil pH and total CN content. Modeling the long-term release of Fe-CN complexes from the MGP soils revealed two-phase-process. The fast released phase was attributed to the transport process of readily dissolved hexacyanoferrats that is taking place in the liquid phase combined with desorption of CN bound to heterogeneous surfaces that are in direct contact with aqueous phase (outer-sphere complexation). The CN release rates increased with increasing pH, decreased with low initial CN concentration and were retarded by the increase in OM content. The retardation of Fe-CN in soil was investigated in batch and column experiments. Experiments revealed that the excess of the available iron, which induced the formation of the Prussian Blue colloids despite the circum-neutral pH, was a very important factor in decreasing the CN concentration. Additionally, despite the chemical factors influencing the potential reaction with manganese oxides, the physical factors like pore size distribution, variation in the grain size etc. can reduce the CN concentration due to mechanical retention of the vertical colloidal ferric ferrocyanide movement. This study proposes colloidal vertical transport of the solid Fr-CN complexes as a potential alternative process influencing the CN mobility in the circum-neutral pH and under the excess of available iron conditions. The results presented in this thesis revealed limitations of the FP, but advancing the sample pretreatment procedures can improve the feasibility of the spectrometer in detecting CN signal. Long-term extraction with the distilled water provides reliable assessment of the potential environmental hazard due to continuous dissolution of the solid Fe-CN complexes. Inconsistency of the Prussian Blue stability reported in the literature to the one obtained in this study imply usage of the CN contaminated MGP soils, instead of synthetic solutions, to advance the knowledge concerning the solid Fe-CN dissolution behavior. Furthermore, in the non-acidic soils the CN solubility might be influenced by the equilibrium with manganese Fe-CN mineral. T3 - Geopedology and Landscape Development Research Series - 4 KW - Phytoremediation KW - Soil contamination KW - Cyanide KW - Remediation KW - FIA KW - NIR KW - Altlastsanierung KW - Phytoremediation KW - Übergangsmetallcyanide KW - NIR-Spektroskopie KW - Fließinjektionsanalyse Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40631 SN - 2196-4122 CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Gypser, Stella T1 - Ökophysiologischer Vergleich von biologischen Bodenkrustentypen an den ehemaligen Tagebaustandorten Schlabendorf und Welzow „Neuer Lugteich“ T1 - Ecophysiological comparison of types of biological soil crusts on post-mining sites Schlabendorf and Welzow „Neuer Lugteich“ N2 - In der Praxis der Braunkohlegewinnung im Lausitzer Tagebaurevier werden natürlich gewachsene Böden in den betroffenen Gebieten zerstört. In der Folge entwickeln sich aus den verkippten Substraten nährstoffarme Rohböden, auf deren Oberflächen als erste Pioniere zumeist Grünalgen, Moose, Flechten und Bakterien siedeln, welche die obersten Bodenpartikel vernetzen und so biologische Bodenkrusten ausbilden. Diese Biokrusten stabilisieren die durch spärliche Vegetation gekennzeichneten Rekultivierungsflächen, wirken erosionshemmend und beeinflussen die Hydrologie und Wasserumverteilung der oberen Bodenschicht. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von unterschiedlichen Sukzessionsstadien von Biokrusten auf zwei Rekultivierungsflächen der Bergbaufolgelandschaft in der Niederlausitz, die durch unterschiedliche Substrateigenschaften, Topographie und Rekultivierungszeiten gekennzeichnet sind. Auf einer künstlichen Sanddüne und einer tertiären Fläche wurden Krustentypen hinsichtlich einer divergenten Artenausprägung und den damit verbundenen funktionellen Eigenschaften untersucht. Parameter der Photosynthese wurden hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Charakterisierung und Funktion der Biokrusten analysiert. Des Weiteren wurde der Einfluss der Biokrusten auf den Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt der Böden untersucht. Zuletzt sollte festgestellt werden, ob und wie die kleinräumige Mosaikstruktur der Biokrusten die Hydrologie sowie Funktion und Aktivität der Krustenorganismen beeinflusst. In Bezug auf die Artenzusammensetzung der Bodenkrusten konnten auf beiden Standorten Übereinstimmungen als auch Unterschiede festgestellt werden, da es sich bei allen Organismen um ubiquitäre Arten handelte. Auf beiden Standorten fanden sich die Grünalgen Zygogonium und Ulothrix, die Moose Ceratodon und Polytrichum sowie Flechten der Gattung Cladonia. In Schlabendorf wurde aufgrund der längeren Rekultivierungszeit bereits eine höhere Artendichte festgestellt. Das betraf besonders Arten der Flechtengattung Cladonia. Eine standortspezifische Präferenz hinsichtlich des Substrates oder der naturräumlichen Gegebenheiten nicht festgestellt werden konnte. Die Auswertung der ökophysiologischen Parameter ergab einen Anstieg der Chlorophyllgehalte, des Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), der Chlorophyllfluoreszenz sowie der Netto-Photosyntheseraten mit fortschreitender Krustenentwicklung. Der Anstieg der Photosynthese-relevanten Parameter verlief aufgrund der heterogenen Verteilung der Organismen zwischen den Biokrusten des gleichen Sukzessionsstadiums nur in frühen Stadien linear. Die höchste photosynthetische Aktivität wurde bei den Moos-Krusten festgestellt, gefolgt von den Grünalgen-Krusten und den Flechten-Krusten. Das Verhältnis von Brutto-Photosynthese zu Respiration lies den Schluss zu, dass die CO2-Fixierungsrate in den Flechten-Krusten aufgrund der mycobiontischen Respiration niedriger ausfiel. Die Infiltration in den Krusten wurde durch das Vernetzen von Sandpartikeln durch Grünalgen-Filamente und den Verschluss der Porenräume gehemmt. Die Wasserspeicherkapazität nahm jedoch aufgrund des organischen Materials zu. Das Auftreten von Moosen förderte hingegen die Infiltration und verringerte die Wasserhaltekapazität, da Rhizoide das Substrat auflockerten bzw. sich präferentielle Fließwege bildeten. Die C- und N-Gehalte der Krusten nahmen durch den Zuwachs der organischen Biomasse bei fortschreitender Entwicklung zu. N2 - In the practice of brown-coal or lignite mining in the Lusatian open-cast mining district, naturally grown soils were destroyed in affected areas. As a result, nutrient poor initial soils were developed from the excavated and dumped material. The new soil surface is mainly colonized by green algae, mosses, liver mosses, lichens and bacteria, which cross-linked the uppermost soil particles and developed biological soil crusts. Biological soil crusts stabilize the soil surface in reclaimed areas, which are characterized by sparse vegetation cover, reduced soil erosion, and influence hydrology and water redistribution on the uppermost soil layer. The aim of this work was the investigation of biocrust types on two reclamation sites with different substrate properties, topography and reclamation time. On an artificial sand dune and on tertiary substrate the soil crust types were investigated regarding their species composition and functional characteristics. Parameters of photosynthesis and their relevance for the functions and characterization of biocrusts were analyzed. Further, the influence of biocrusts on the carbon- and nitrogen budget on the soils was investigated. Last but not least it was determined, if and how the small-scale pattern formation of the biocrusts influenced hydrology as well as function and activity of the biocrust organisms. Regarding the species composition of the biocrusts, similarities as well as variations were detected on both study sites. All determined crust species were ubiquitous organisms. On both sites, the green algae Zygogonium and Ulothrix, the mosses Ceratodon and Polytrichum as well as lichens of the genus Cladonia were found. As a result of the longer reclamation time, a higher amount of lichens of the genus Cladonia was observed. Even various species of the same genus occurred in community, whereby a site-specific preference regarding the substrate or topography was not detected. The evaluation of the ecophysiological parameters showed an increase of the chlorophyll content, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), chlorophyll fluorescence as well as net-photosynthesis with the succession of biocrusts. The increase of the photosynthesis-relevant parameters was only linear in the early succession stages as a result of the highly heterogenic distribution of the different soil crust organisms between biocrusts of similar developmental stages. The highest photosynthetic activity was detected in the moss-dominated biocrusts, followed by the activity of green-algae-dominated biocrusts and lichen-dominated biocrusts. The ratio of gross photosynthesis to respiration reasoned that the CO2-fixation rate of lichen-dominated biocrusts was lower compared to green algae-dominated biocrusts due to mycobiontic respiration. Infiltration decreased due to pore clogging as a result of the cross-linking of sand particles by green algae filaments. However, the water holding capacity increased with the increase of organic material. In contrast, the occurrence of mosses promoted the infiltration and lowered the water holding capacity, because the rhizoids slightly loosened the substrate and created preferential flow path, respectively. The carbon- and nitrogen content of the biocrusts increased with proceeding biocrust development due to the gain of organic biomass. Developed biocrusts showed already a nitrogen cycle of a developed ecosystem, whereby the gain of biomass led to an increasing nitrogen-content in the subjacent substrate due to nitrification. KW - Biologische Bodenkrusten KW - Chlorophyllfluoreszenz KW - NDVI KW - CO2 Gaswechsel KW - Wasserhaltekapazität KW - Biocrusts KW - Chlorophyll fluorescence KW - NDVI KW - CO2 exchange KW - Water holding capacity KW - Rekultivierung KW - Bodenökologie KW - Autökologie KW - Hydrologie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41412 ER - TY - THES A1 - Al-zagameem, Abla T1 - Antioxidant and antimicrobial properties of lignin and lignin-based composites for active food packaging applications T1 - Antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften von Lignin und Lignin-basierten Verbundwerkstoffen für aktive Lebensmittelverpackungsanwendungen N2 - Due to the use of fossil fuel resources, many environmental problems have been increasingly growing. Thus, the recent research focuses on the use of environment friendly materials from sustainable feedstocks for future fuels, chemicals, fibers and polymers. Lignocellulosic biomass has become the raw material of choice for these new materials. Recently, the research has focused on using lignin as a substitute material in many industrial applications. The antiradical and antimicrobial activity of lignin and lignin-based films are both of great interest for applications such as food packaging additives. DPPH assay was used to determine the antioxidant activity of Kraft lignin compared to Organosolv lignins from different biomasses. The purification procedure of Kraft lignin showed that double-fold selective extraction is the most efficient confirmed by UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC, and XRD. The antioxidant capacity was discussed regarding the biomass source, pulping process, and degree of purification. Lignin obtained from industrial black liquor are compared with beech wood samples: Biomass source influences the DPPH inhibition (softwood > grass) and the TPC (softwood < grass). DPPH inhibition affected by the polarity of the extraction solvent. Following the trend: ethanol > diethylether > acetone. Reduced polydispersity has positive influence on the DPPH inhibition. Storage decreased the DPPH inhibition but increased the TPC values. The DPPH assay was also used to discuss the antiradical activity of HPMC/lignin and HPMC/lignin/chitosan films. In both binary (HPMC/lignin) and ternary (HPMC/lignin/chitosan) systems the 5% addition showed the highest activity and the highest addition had the lowest. Both scavenging activity and antimicrobial activity are dependent on the biomass source; Organosolv of softwood > Kraft of softwood > Organosolv of grass. Lignins and lignin-containing films showed high antimicrobial activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria at 35 °C and at low temperatures (0-7 °C). Purification of Kraft lignin has a negative effect on the antimicrobial activity while storage has positive effect. The lignin leaching in the produced films affected the activity positively and the chitosan addition enhances the activity for both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Testing the films against food spoilage bacteria that grow at low temperatures revealed the activity of the 30% addition on HPMC/L1 film against both B. thermosphacta and P. fluorescens while L5 was active only against B. thermosphacta. In HPMC/lignin/chitosan films, the 5% addition exhibited activity against both food spoilage bacteria. N2 - Aufgrund der Nutzung fossiler Brennstoffe in jedem Sektor unseres Lebens haben viele Umweltprobleme zugenommen. Die jüngste Forschung konzentriert sich daher auf den Einsatz umweltfreundlicher Materialien aus nachhaltigen Rohstoffen für zukünftige Kraftstoffe, Chemikalien, Fasern und Polymere. Lignocellulose-Biomasse ist zum Rohstoff der Wahl für diese neuen Materialien geworden. In jüngster Zeit hat sich die Forschung auf die Verwendung von Lignin als Ersatzmaterial in vielen industriellen Anwendungen konzentriert. Die antioxidative und antimikrobielle Aktivität von Lignin- und Lignin-basierten Folien ist für Anwendungen Als Additiv in Lebensmittelverpackungen von großem Interesse. Der DPPH-Assay wurde verwendet, um die antioxidative Aktivität von Kraft-Lignin im Vergleich zu Organosolv-Lignin verschiedener Biomassen zu bestimmen. Analysen (UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC und XRD) zeigten, dass das Reinigungsverfahren von Kraft-Lignin über zweifache selektive Extraktion am effizientesten ist. Die antioxidative Kapazität wurde bezüglich der Biomassequelle, des Aufschluss-Prozesses und des Reinigungsgrades diskutiert. Lignin aus industrieller Schwarzlauge wird mit Buchenholzproben verglichen: die Biomassequelle beeinflusst die DPPH-Hemmung (Weichholz > Gras) und den Total-Phenol-Content (TPC) (Weichholz < Gras). Zudem wird die DPPH-Hemmung durch die Polarität des Extraktionslösungsmittels beeinflusst, dem Trend folgend: Ethanol > Diethylether > Aceton. Eine reduzierte Polydispersität hat einen positiven Einfluss auf die DPPH-Hemmung. Die Lagerung der Proben verringerte die DPPH-Hemmung, erhöhte jedoch die TPC-Werte. Der DPPH-Assay wurde auch verwendet, um die antioxidative Aktivität von HPMC/Lignin bzw. HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zu diskutieren. Sowohl in binären (HPMC/Lignin) als auch ternären (HPMC/Lignin/Chitosan) Systemen zeigte die 5%-ige Zugabe die höchste Aktivität und die höchste Zugabe den niedrigsten Wert. Sowohl die antioxidative als auch die antimikrobielle Aktivität hängen von der Biomassequelle ab; Organosolv von Weichholz > Kraft von Weichholz > Organosolv von Gras. Lignine und Lignin-haltige Folien zeigten bei 35 °C und bei niedrigen Temperaturen (4-7 °C) eine hohe antimikrobielle Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien. Die Reinigung von Kraft-Lignin hat eine negative Wirkung auf die antimikrobielle Aktivität während Lagerung eine positive Wirkung zeigt. Das Auswaschen von Lignin aus den produzierten Filmen wirkte sich positiv auf die Aktivität aus. Der Chitosan-Zusatz verstärkt die Aktivität sowohl für grampositive als auch für gramnegative Bakterien. Die Tests der Filme gegen lebensmittelverderbende Bakterien, die bei niedrigen Temperaturen wachsen, ergaben eine Aktivität im Fall einer 30%-igen Zugabe auf HPMC/L1-Film gegen B. thermosphacta und P. fluorescens, während L5 nur gegen B. thermosphacta aktiv war. In HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zeigte die 5% ige Zugabe Aktivität gegen beide lebensmittelverderbende Bakterien. KW - Lignin KW - Bioactivity KW - Food packaging KW - Lignin KW - Bioaktivität KW - Lebensmittelverpackungen KW - Lignin KW - Bioaktive Verbindung KW - Kunststoffverpackung KW - Antioxidans Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53024 ER - TY - THES A1 - Dido, Mann Samuel T1 - Use of close-to-nature surfactants and microbiological degradation for improving the remediation of crude oil contaminated soils in the Nigerian Niger-Delta T1 - Verwendung naturnaher Tenside und mikrobiologischer Abbau zur Verbesserung der Sanierung von mit Rohöl kontaminierten Böden im Nigerianischen Niger-Delta N2 - The existence of large deposit of crude oil in the Nigerian Niger-Delta accords the region a strategic position in the country’s economy. However, activities associated with the oil and gas industry have resulted in extensive and in some instances indelible damages on the ecosystems. The destructive effect of hydrocarbon on bionetwork necessitated this study that aimed at evaluating the potential of adopting microbial and biosurfactant technology as tools for bioremediation. The research involved gas chromatography monitoring of hydrocarbon degradation in polluted soil, microbiological/molecular identification of hydrocarbon degraders and the evaluation of biosurfactant production by indigenous bacteria. The performance of four treatments involving; co-treatment with mixed bacterial consortium and close-to-nature surfactants (Bioversal QF and Bioversal UK), treatments with mixed bacteria culture, single bacteria culture and treatment with close-to-nature surfactants only were evaluated for the mineralization of hydrocarbons contained in 500g of 2% crude oil contaminated soil supplemented with NaH₂PO*₄2HO₂, KHP₂O₄ and NHC₄l as nutrient sources over a period of 20 weeks. Six indigenous biosurfactant producing and/or hydrocarbon degrading bacteria strains were isolated namely: Pseudomonas aeruginosa, Bacillus sp, Achromobacter sp, Stenotrophonas sp, Lysinibacillus sp. and Delftia sp. Molecular characterization of sequenced polymerase chain reaction products of these cultured bacteria using Nucleotide Basic Local Alignment Search Tool confirmed close relationships ranging from 98.83% to 100% with those on the NCBI databank. Co-treatment with mixed bacteria culture and Bioversal UK/Bioversal QF yielded synergetic impact that enhanced 73.35% and 71.52% degradation of total petroleum hydrocarbon respectively. Treatments with close-to-nature surfactants and with mix bacterial culture recorded 53.61% and 54.58%. The use of single bacteria strains resulted in the mineralization of 46% - 62.26% total petroleum hydrocarbon while their use as a consortium yielded 54%. Liquid chromatography-Mass spectrometry assessment of extracellular polymeric substances produced by cultured bacteria strains indicated the presence of rhamnolipids (L-rhamnosyl-3-hydroxydecanoyl-3-hydroxydecanoic acid with a mass of 504.654 Da) and lipopeptides (2-(Hydroxymethyl) phenyl 6-O-palmitoyl-β-D-glucopyranoside with a mass of 524.687 Da). Extracellular polymeric substances produced yielded emulsion index ranging from 70.70% to 75% and 39% to 65% with crude oil and heptane respectively. EPS yields ranging from 1.34 g/ml to 1.5 g/ml were recorded. N2 - Die großen Erdölvorkommen im nigerianischen Niger-Delta verleihen der Region eine strategische Position in der Wirtschaft des Landes. Die mit der Öl- und Gasindustrie verbundenen Aktivitäten haben jedoch zu umfangreichen und in einigen Fällen unauslöschlichen Schäden an den Ökosystemen geführt. Die zerstörerische Wirkung von Kohlenwasserstoffen auf das Bionetzwerk machte diese Studie erforderlich, die darauf abzielte, das Potenzial des Einsatzes von mikrobieller und Biotensid-Technologie als Werkzeuge für die Bioremediation zu bewerten. Die Forschung umfasste die gaschromatographische Überwachung des Kohlenwasserstoffabbaus in verschmutzten Böden, die mikrobiologische/molekulare Identifizierung von Kohlenwasserstoffabbauern und die Bewertung der Produktion von Biotensiden durch einheimische Bakterien. Die Leistung von vier Behandlungen, darunter die gemeinsame Behandlung mit einem gemischten Bakterienkonsortium und naturnahen Tensiden (Bioversal QF und Bioversal UK), die Behandlung mit einer gemischten Bakterienkultur, einer einzelnen Bakterienkultur und die Behandlung nur mit naturnahen Tensiden, wurde im Hinblick auf die Mineralisierung von Kohlenwasserstoffen bewertet, die in 500 g mit 2% Rohöl verunreinigtem Boden enthalten waren, der mit NaH₂PO*₄2HO₂, KHP₂O₄ und NHC₄l als Nährstoffquellen über einen Zeitraum von 20 Wochen ergänzt wurde. Sechs einheimische Biotensid produzierende und/oder Kohlenwasserstoff abbauende Bakterienstämme wurden isoliert, nämlich: Pseudomonas aeruginosa, Bacillus sp., Achromobacter sp., Stenotrophonas sp., Lysinibacillus sp. und Delftia sp. Die molekulare Charakterisierung der sequenzierten Polymerase-Kettenreaktionsprodukte dieser kultivierten Bakterien mit Hilfe des Nucleotide Basic Local Alignment Search Tool bestätigte eine enge Verwandtschaft von 98,83% bis 100% mit denen in der Datenbank des NCBI. Die gemeinsame Behandlung mit gemischten Bakterienkulturen und Bioversal UK/Bioversal QF führte zu einer synergetischen Wirkung, die den Abbau der gesamten Erdölkohlenwasserstoffe um 73,35% bzw. 71,52% verbesserte. Bei Behandlungen mit naturnahen Tensiden und mit einer Bakterienmischkultur wurden 53,61% und 54,58% erreicht. Die Verwendung einzelner Bakterienstämme führte zu einer Mineralisierung von 46% - 62,26% des gesamten Petroleumkohlenwasserstoffs, während ihre Verwendung als Konsortium 54% ergab. Die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie Bewertung der extrazellulären polymeren Substanzen, die von den kultivierten Bakterienstämmen produziert wurden, zeigte das Vorhandensein von Rhamnolipiden (L-Rhamnosyl-3-Hydroxydecanoyl-3-Hydroxydecansäure mit einer Masse von 504,654 Da) und Lipopeptiden (2-(Hydroxymethyl) phenyl 6-O-palmitoyl-β-D-glucopyranosid mit einer Masse von 524,687 Da). Die produzierten extrazellulären polymeren Substanzen ergaben einen Emulsionsindex von 70,70% bis 75% und 39% bis 65% mit Rohöl bzw. Heptan. Es wurden EPS-Ausbeuten zwischen 1,34 g/ml und 1,5 g/ml festgestellt. KW - Environmental pollution KW - Crude oil KW - Biosurfactants KW - Bioremediation KW - Ecology KW - Umweltverschmutzung KW - Erdöl KW - Biotenside KW - Bioremediation KW - Ökologie KW - Nigeria KW - Nigerdelta KW - Bodenverschmutzung KW - Erdölindustrie KW - Bioremediation KW - Biotensid KW - Biologischer Abbau KW - Kohlenwasserstoffe Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57301 ER -