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Water Quality and Phosphorus Budget of Mogan Lake, Turkey
Authors: Pulatsü S. , Aydin F. 
Published: February 2007

AbstractMogan Lake is the largest recreational area near Ankara, which is the capital city of Turkey. Increased macrophyte growth in the water body and the present levels of urban development within the catchment are reflected in declining water quality and aesthetic deterioation. A study of the water quality of the lake was undertaken to quantify the variation of phosphorus, nitrogen, and chlorophyll‐a concentrations during ice‐free seasons from 1992 to 1994. Its total phosphorus and chlorophyll‐a concentrations indicate a meso‐eutrophic status. The total phosphorus budget of Mogan Lake was measured for a period of 22 months. The estimation of nutrient loading using Dillon‐Rigler nutrient budget shows that an artificial load caused too high phosphorus inputs. The management implications of phosphorus loading and budget are discussed.
Some Advantages of the Duckweed Test to Assess the Toxicity of Environmental Samples
Authors: Sallenave R. , Fomin A. 
Published: February 2007

AbstractIn Germany, wastewater legislation requires all municipal and industrial leachate to be subjected to toxicity tests. However, no phytotoxicity tests using higher plants are currently included among the standard tests. Freshwater microalgae have been used in most phytotoxicity tests and have often been considered as surrogates for higher plants. However, microalgae often do not show the same sensitivity as higher plants and have major disadvantages for the testing of unmodified environmental samples. In the following study, we evaluated the suitability of the giant duckweed Spirodela polyrhiza for assessing the toxicity of a municipal landfill leachate and two leachates of copper mining residue. Duckweed static toxicity tests were performed, and frond number was the endpoint used to calculate EC50 values. Symptoms of stress (chlorosis, necrosis, root destruction, and colony breakup) were also recorded. The landfill leachate was toxic with EC50;96h values ranging from 1.3 to 2.7% leachate (v/v). Toxicity of the copper slag leachate was largely determined by the elution method used. Leachate obtained using conventional German leaching methods (S4‐eluate) was not toxic to duckweed, whereas EC50 values for the pHstat4‐eluate ranged from 3.2 to 4.2% leachate (v/v). The results demonstrate the suitability of S. polyrhiza for the testing of unmodified wastewater samples and provide further evidence for the addition of a duckweed toxicity test to the standard tests conducted in Germany.
Biodegradability of the Anti‐tumour Agents 5‐Fluorouracil, Cytarabine, and Gemcitabine: Impact of the Chemical Structure and Synergistic Toxicity with Hospital Effluent
Authors: Kümmerer K. , Al‐Ahmad A. 
Published: February 2007

AbstractMost anti‐tumour agents are known to be carcinogenic, mutagenic, teratogenic, embryotoxic or fetotoxic. Only little is known about the environmental impact of pharmaceuticals. Unmetabolized active substances are excreted and will show up in municipal wastewater. Therefore, we examined the biodegradability of the widely used anti‐tumour agent 5‐fluorouracil (5‐FU), also as an example for assessing the impact of hospital effluent on the biodegradation of a test compound. The biodegradability of the structurally similar anti‐tumour agents cytarabine and gemcitabine was also examined. Test systems used were the closed bottle test (OECD 301 D) and the modified Zahn‐Wellens test (OECD 302 B). 5‐FU was not biodegradable in the closed bottle test (CBT) nor in the Zahn‐Wellens test (ZWT). At the highest concentration of 5‐FU, with hospital effluent an inhibition of the degradation of substances present in hospital effluent was observed, probably as a result of a synergistic effect by 5‐FU with antibiotics present in hospital sewage. Gemcitabine was biodegraded 42% in the CBT. The prolongation of the test period to 40 days only improved the result to 45%. In the ZWT, the biodegradation of gemcitabine was 50%. Cytarabine was partially biodegraded in the CBT (50%), but only after an adaptation period of 20 days. After a test prolongation to 40 days, the degree of biodegradation was 80%. In the ZWT, the biodegradability was > 95% after only a few days.
Einfluß der Temperatur auf die Bildung von Magnetit als Zusatzstoff für die Magnetseparation
Authors: Kampeis P. , Franzreb M. , Nesovic M. , Eberle S. H. 
Published: February 2007

AbstractZur Untersuchung des Einflusses der Temperatur bei der Bildung von Magnetit in wäßriger Lösung wurden Versuche durchgeführt, bei denen aus einer sauerstofffreien Eisen(II)‐sulfatlösung (c0(Fe) = 5 mmol·dm−3) Eisen(II)‐hydroxid ausgefällt und dann mit synthetischer Luft oxidiert wurde. Der dabei erhaltene Feststoff stellt ein Festkörpergemisch dar, dessen Zusammensetzung von der Temperatur und dem Luftvolumenstrom abhängt. Es bildeten sich vornehmlich Magnetit, Goethit und δ‐FeOOH. Dabei tritt Magnetit bei Temperaturen oberhalb von ca. 15 °C, Goethit bei über 35 °C und δ‐FeOOH unterhalb ca. 10 °C auf. Das Reaktionsprodukt enthält darüber hinaus auch Sulfat. Dies kann aus den Thermogravimetrie‐Kurven und der Abhängigkeit des am Ende der Reaktion vorliegenden pH‐Werts von der Bildungstemperatur geschlossen werden.Der für die Magnetseparation entscheidende Wert des magnetischen Moments der Reaktionsprodukte zeigte die aufgrund der festkörperanalytischen Untersuchungen erwartete Abhängigkeit von der Bildungstemperatur und bestätigte das Vorliegen von δ‐FeOOH bei tieferen Temperaturen. Bei den gewählten Luftvolumenströmen war es möglich, oberhalb ca. 15°C Festkörper mit einem für die Magnetseparation ausreichenden magnetischen Moment zu erhalten.
Gaschromatographische Bestimmung von polychlorierten Biphenylen in Wasser nach Headspace‐Festphasenmikroextraktion
Authors: Koch J. , Völker P. 
Published: February 2007

AbstractHeadspace‐analytische Techniken dienen gewöhnlich zur Bestimmung leichtflüchtiger organischer Verbindungen in Wasser. Zur Isolierung schwerflüchtiger Substanzen werden dagegen meist Verfahren der Flüssigextraktion oder Festphasenadsorption eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel der polychlorierten Biphenyle (PCB) gezeigt, daß trotz des geringen Dampfdrucks dieser Verbindungen bei erhöhter Temperatur eine Anreicherung aus dem Dampfraum mittels Headspace‐Festphasenmikroextraktion (SPME) problemlos gelingt und, in Kombination mit der GC, eine äußerst empfindliche und einfache Bestimmung der PCB möglich ist. Unter den verwendeten Standard‐Versuchsbedingungen liegen die Bestimmungsgrenzen für die einzelnen PCB‐Kongeneren in Trink‐und Brunnenwasser bei ECD‐Detektion im Bereich um 1 bis 5 ng/L, so daß die Überprüfung der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung möglich ist. Bei Bedarf läßt sich eine deutliche Steigerung der Empfindlichkeit durch Vergrößerung des Probenvolumens, Verlängerung der Adsorptionsdauer sowie Optimierung weiterer Einflußparameter erreichen. Bei Einsatz von 100 mL Probenwasser ist die Erfassung von Konzentrationen im Pikogramm‐pro‐Liter‐Bereich möglich. In organisch belastetem Grund‐ und Oberflächenwasser werden Matrixeffekte beobachtet, die jedoch durch geeignete interne Standardisierung weitgehend kompensiert werden können.
Pestizide in Österreichs Fließgewässern – ein bundesweiter Überblick
Authors: Chovanec A. 
Published: February 2007

AbstractIm Rahmen des in Österreich seit 1991 flächendeckend durchgeführten Wassergüte‐Erhebungsprogrammes werden auch die Pestizidgehalte in Fließgewässern analysiert. Der vorliegende Beitrag faßt die im Zeitraum December 1991 bis Juni 1995 erhobenen Daten für 29 Wirkstoffe zusammen. Dabei ist die regional hohe Anzahl von Atrazin‐ und Desethylatrazin‐Funden auffällig; andere Pestizide spielen eine untergeordnete Rolle. Diese Ergebnisse korrespondieren gut mit den für den Bereich Porengrundwasser erhobenen Werten.
Mobilisierbarkeit von hydrophoben organischen Schadstoffen in belasteten Böden und Abfällen. Teil II: Mobilisierbarkeit von PAK, PCB und Phenolen durch reale Wässer
Authors: Busche U. , Hirner A. V. 
Published: February 2007

AbstractZur Einordnung einer realitätsnahen Mobilisierung organischer Schadstoffe aus einem Boden wurden die Mobilisierungspotentiale unterschiedlicher realer Wässer auf polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), polychlorierte Biphenyle (PCB) und Phenolderivate mittels Elutionsversuchen ermittelt und mit angewandten Elutionstests verglichen. Des weiteren wurde der Einfluß des gelösten organisch gebundenen Kohlenstoffs (DOC: Dissolved Organic Carbon) aus verschiedenen Quellen auf die Mobilisierung der Schadstoffe untersucht. Die Mobilisierung der hydrophoben PAK und PCB wird insbesondere durch Sorption am DOC der realen Wässer bestimmt. Hingegen hat der DOC auf die Mobilität der Phenole im Vergleich zum pH‐Wert nur einen geringen Einfluß. Während eine realitätsnahe „worst case”︁‐Abschätzung der PAK und PCB durch eine tensidische SDS‐Lösung erfolgen kann, eignet sich bei den Phenolen eine Elution bei pH = 10.
Biologische Behandlung von synthetischen Abwässern mit Azofarbstoffen
Authors: Sosath F. , Libra J. A. 
Published: February 2007

AbstractIn einem kontinuierlich betriebenen anaeroben Rotationsscheibenreaktor konnte der untersuchte Azofarbstoff C.I. Reactive Violet 5 bei Zugabe eines Auxiliarsubstrates (Hefeextrakt und Essigsäure) entfärbt werden. Auch zum Teil erhebliche Betriebsstörungen hatten keine wesentlichen Folgen auf die Entfärbung. In einem der anaeroben Stufe folgenden aeroben Rotationsscheibenreaktor wurden die entstehenden aromatischen Amine transformiert und nur zu einem geringem Teil abgebaut. Es zeigte sich, daß durch eine Kombination einer anaeroben und einer aeroben Stufe der untersuchte Azofarbstoff nicht vollständig mineralisiert werden kann. Erschwerend kommt hinzu, daß die in der anaeroben Entfärbung gebildeten aromatischen Amine im Leuchtbakterientest toxischer sind als der ursprüngliche Farbstoff. In weiteren Untersuchungen soll der Einsatz einer Ozonisierungsstufe untersucht werden, um so die biologische Abbaubarkeit zu erhöhen. Ein biologischer Abbau soll dann in einem nachgeschalteten aeroben Rotationsscheibenreaktor erreicht werden.
Auswirkung von Schwermetallgemischen auf die biologische Behandlung naphthalinsulfonsäurehaltiger Abwässer
Authors: Pack H. , Hempel D. C. 
Published: February 2007

AbstractSchwermetallverbindungen können bei der biologischen Abwasserreinigung schwerwiegende Störungen hervorrufen. In dieser Arbeit wird über die Auswirkung binärer Kombinationen der Metalle Cadmium, Nickel und Zink auf den biologischen Abbau von Naphthalin‐2‐sulfonsäure (2NS) berichtet. Die immobilisierten 2NS‐verwertenden Bakterien wurden in kontinuierlich betriebenen Airlift‐Schlaufenreaktoren eingesetzt.Bei stoßweiser Belastung mit Cadmium/Nickel‐ und Cadmium/Zink‐Gemischen zeigt sich in der Kombination eine Verstärkung der inhibierenden Effekte der entsprechenden Einzelmetalle. Bei Stoßbelastungen mit dem Gemisch Nickel/Zink tritt demgegenüber eine abgeschwächte Wirkung der beiden Metalle auf. Die immobilisierten Mikroorganismen können sich an stoßweise Belastungen mit 100 mg L−1 Nickel und 1000 mg L−1 Zink adaptieren.In kontinuierlichen Belastungstests wurden durch schrittweise Steigerung der Metallkonzentrationen im Zulauf die Belastbarkeitsgrenzen der biologischen Klärstufe ermittelt. So wird der Abbau der Naphthalin‐2‐sulfonsäure auch bei permanenter Dosierung von jeweils 10 mg L−1 Cadmium und Nickel bzw. 50 mg L−1 Nickel und 210 mg L−1 Zink im Gemisch nicht beeinträchtigt. Die kontinuierliche Belastung mit binären Metallgemischen bewirkt eine deutliche Zunahme des auf die Biotrockenmasse bezogenen spezifischen Proteingehaltes der Zellen von 0.2 auf 0.5 g g−1.Belastungen mit Cadmium/Nickel‐Kombinationen führen sowohl bei kurzzeitiger als auch bei kontinuierlicher Einleitung zu einer Reduzierung des auf die Biotrockenmasse bezogenen spezifischen Polysaccharidgehaltes auf weniger als 0.2 g g−1 und zu einem Ablösen der Biofilme von dem Träger.
Auswertung langzeitlicher Meßreihen zur aeroben Abbauleistung der Uferpassage einer Wassergewinnungsanlage am Niederrhein
Authors: Denecke E. 
Published: February 2007

AbstractAn einer Trinkwassergewinnungsanlage am Niederrhein wurden beispielhaft Größenordnungen für die auf die organische Substanz zurückgehende biochemische Abbauleistung der Uferpassage erarbeitet. Die Anlage liegt an einem Prallufer, und der Rhein weist hier eine stetige Strömung auf. Der betrachtete Abschnitt des quartären Grundwasserleiters war eisen‐ und manganfrei und wies auch unter anaeroben Bedingungen keine heterotrophe Nitratreduktion auf. Dies erleichterte die Zuordnung und Bilanzierung des Sauerstoffverbrauchs und die Bestimmung des durch die Stoffwechselaktivität heterotropher Organismen gebildeten anorganisch gebundenen Kohlenstoffs. Insbesondere erwies sich die Ganglinie der Basekapazität bis pH = 8.2 im Uferfiltrat als ein guter Indikator für die biologische Aktivität in der Flußsohle.In den Sommermonaten bis in den Herbst hinein war eine erhöhte biologische Aktivität zu verzeichnen. Die beobachtete Sauerstoffzehrung konnte nur zu 35 bis 45% auf den biologischen Abbau der gelösten organischen Substanz zurückgeführt werden. Offensichtlich spielt die partikuläre organische Substanz nach dem Anstieg der Wassertemperaturen im Sommer eine große, bisher wenig beachtete Rolle.Der Rhein gilt heute als ein im Hinblick auf sauerstoffzehrende Substanzen weitgehend sanierter Fluß. Die Untersuchungen zeigen, daß die partikuläre organische Substanz, die zu einem großen Teil von abgestorbenen Organismen stammen sollte, in solchen Fließgewässern in den Sommermonaten einen dominierenden Einfluß auf den Sauerstoffgehalt des Uferfiltrats haben kann.
Optimal grade transition in industrial polymerization processes via NCO tracking
Authors: Kadam J. V. , Marquardt W. , Srinivasan B. , Bonvin D. 
Published: February 2007

AbstractIn industrial polymerization processes, several grades of polymer are frequently produced in the same plant by changing the operating conditions. Transitions between the different grades are rather slow and result in the production of a considerable amount of off‐specification polymer. Grade transition improvement is viewed here as a dynamic optimization problem, for which numerous approaches exist. Open‐loop implementation of the input profiles obtained from numerical optimization of a nominal process model is often insufficient, due to the presence of uncertainty in the form of model mismatch and process disturbances. A novel measurement‐based approach that consists of tracking the necessary conditions of optimality (NCO tracking) using a solution model and measurements is considered. The solution model consists of state‐event‐triggered controllers sequenced according to the structure of the nominal optimal solution computed offline. The solution model is generated by expressing the input profiles in terms of arcs and switching times, which are then related to the various parts of the NCO, that is, to the active constraints and sensitivities. These arcs and switching times are then adapted online using appropriate measurements. The application of NCO tracking to an industrial polymerization process for implementing optimal grade transitions is investigated in simulation. The grade transition problem is fairly complex due to a large‐scale process model, many degrees of freedom, as well as path and endpoint constraints. A solution model is generated from the nominal optimal solution, and a control superstructure is considered to handle the possible activation of nominally‐inactive constraints. Simple PI‐type controllers are used to implement the solution model. For different uncertainty scenarios, simulation of the NCO‐tracking approach shows that considerable reduction in transition time is possible, while still guaranteeing feasible operation. © 2007 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2007
Classification schemes of Information Science: Twenty‐eight scholars map the field
Authors: Zins Chaim 
Published: February 2007

AbstractThe field of Information Science is constantly changing. Therefore, information scientists are required to regularly review—and if necessary—redefine its fundamental building blocks. This article is one of a group of four articles, which resulted from a Critical Delphi study conducted in 2003–2005 (Zins, 2007a, 2007b, 2007c). The study, “Knowledge Map of Information Science,” was aimed at exploring the foundations of information science. The international panel was composed of 57 leading scholars from 16 countries who represent nearly all the major subfields and important aspects of the field. This particular article documents 28 classification schemes of Information Science that were compiled by leading scholars in the academic community. This unique collection of 28 classification schemes portrays and documents the profile of contemporary Information Science at the beginning of the 21st century.
Die erdstatische Berechnung geotechnischer Flächentragwerke
Authors: Klobe Berthold 
Published: February 2007

AbstractEine Tragschicht, mittels derer flächig aufgebrachte Lasten in ein tragfähiges Auflager eingeleitet werden, wird als geotechnisches Flächentragwerk bezeichnet. Die Lastabtragung basiert zum einen auf der Gewölbewirkung, die sich innerhalb der Tragschicht einstellt, und gegebenenfalls auf der Tragfähigkeit einer zusätzlich eingebauten elastischen Membran. Es werden zunächst Formeln für die statische Berechnung von Gewölben und von Membranen abgeleitet. Mit Hilfe dieser Formeln werden neue Lösungen für die geotechnischen Flächentragwerke entwickelt. Diese berücksichtigen die komplexe Interaktion zwischen dem Unterstützungsdruck, dem Bodeneigengewicht und der Grenztragfähigkeit des Erdstoffgewölbes. Die Lastaufteilung zwischen Membrantragwirkung und Untergrundbettung ergibt sich steifigkeitsabhängig.
Der Bogen im Dach – Zur Entwicklung des weitgespannten Daches 1770–1840 unter dem Einfluß des frühen Bauingenieurwesens
Authors: Holzer Stefan M. 
Published: February 2007

AbstractDie Suche nach immer weiter gespannten Tragwerken um 1800 – nicht nur im Brückenbau, sondern auch im Hochbau – war einer derjenigen Umstände, die die Etablierung der Wissenschaft “Bauingenieurwesen” im ersten Drittel des 19. Jahrhunderts begünstigten. Die Standard‐Lösungen, die das traditionelle Zimmererhandwerk für weitgespannte Dachkonstruktionen anzubieten hatte, reichten bald nicht mehr aus. Für eine gewisse Zeit experimentierte man – meist allerdings ohne wissenschaftliche Grundlage – mit unterschiedlichsten Systemen, bis sich schließlich das moderne Fachwerk als siegreiche Lösung durchsetzen konnte.Der Weg hin zum Fachwerk war aber alles andere als geradlinig. Viel beliebter als das Fachwerk war zunächst der Bogen. Dieser Beitrag untersucht erstmals materialübergreifend das Eindringen des neuen Elementes “Bogen” in die Konstruktion des Dachwerks, stellt einige bekannte und weniger bekannte Dachwerke mit massiven Bogentragwerken in Holz und Eisen vor und verfolgt sodann die beginnende wissenschaftliche Untersuchung des Bogens, bis hin zur Abhandlung des französischen Ingenieurs Ardant, der als erster mit wissenschaftlichen Methoden die Vorzüge des Fachwerks gegenüber den massiven Bogenkonstruktionen herausstellte.
Estimation of the membrane permeability of liposomes via use of eosin Y chemiluminescence catalysed by peroxidase encapsulated in liposomes
Authors: Kamidate Tamio , Komatsu Kanako , Tani Hirofumi , Ishida Akihiko 
Published: February 2007

AbstractThe initial rate of horseradish peroxidase (HRP)‐catalysed chemiluminescence (CL) reaction in an aqueous compartment of liposomes was applied to the estimation of membrane permeability of liposomes. HRP‐encapsulated liposomes were prepared by an extrusion method, and a CL reagent and H2O2 were added into the liposomes suspensions. Fluorescein, eosin Y and phloxin B, which are xanthene dyes with different chemical structures, were used as CL reagents. Xanthene dye and H2O2 permeate into the inner phase of liposomes, resulting in initiation of the HRP‐catalysed xanthene dye CL reaction with H2O2. The initial rate of the CL reaction was independent of the xanthene dye used. The reproducibility of the initial rate with eosin Y was better than that with fluorescein and phloxin B. When the membrane permeability of the liposomes was changed by altering the concentration of cholesterol in them, the initial rate of the eosin Y CL reaction was dependent on the membrane permeability of the liposomes. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.
Bioluminescent assay of total bacterial contamination of drinking water
Authors: Frundzhyan Valery , Ugarova Natalia 
Published: February 2007

AbstractA bioluminescent assay of total bacterial contamination (TBC) of drinking water (DW) with a detection limit of ∼1 CFU/mL and duration of less than 7 h has been developed. The protocol of the TBC assay comprises: incubation of water sample in nutrition broth supplemented with salts mixture, up to 6 h; filtration of bacterial suspension obtained through membrane filter (pore size 0.45 µm); release of bacterial ATP by dimethyl sulphoxide; determination of bacterial ATP concentration using highly sensitive ATP reagent based on recombinant Luciola mingrelica luciferase. To simplify the assay, special luminometer microcuvette Filtravette™ (New Horizons Diagnostics Corp., USA) are used. A good correlation (R = 0.98) between ATP concentration measured after 6 h incubation and initial bacterial titre in DW was observed. Semi‐quantitative TBC assay of DW is also available. The TBC value in DW is assessed by the fixation of incubation time required to detect a measurable bioluminescent signal: 3, 4 and 6 h corresponds to 100–1000, 10–100 and 1–10 CFU/mL, respectively. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.
Directed DNA Polymerase Evolution: Effects of Mutations in Motif C on the Mismatch‐Extension Selectivity of Thermus aquaticus DNA Polymerase
Authors: Strerath Michael , Gloeckner Christian , Liu Dan , Schnur Andreas , Marx Andreas 
Published: February 2007

AbstractThe selectivity of DNA polymerases for processing the canonical nucleotide and DNA substrate in favor of the noncanonical ones is the key to the integrity of the genome of every living species and to many biotechnological applications. The inborn ability of most DNA polymerases to abort efficient extension of mismatched DNA substrates adds to the overall DNA polymerase selectivity. DNA polymerases have been grouped into families according to their sequence. Within family A DNA polymerases, six motifs that come into contact with the substrates and form the active site have been discovered to be evolutionary highly conserved. Here we present results obtained from amino acid randomization within one motif, motif C, of thermostable Thermus aquaticus DNA polymerase. We have identified several distinct mutation patterns that increase the selectivity of mismatch extension. These results might lead to direct applications such as allele‐specific PCR, as demonstrated by real‐time PCR experiments and add to our understanding of DNA polymerase selectivity.