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Zur Untersuchung von Belebtschlamm in Abwasseranlagen

Von Werner Müller, Helmut Hund GmbH

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Abbildung 1
Abbildung 2 Abbildung 3
Abbildung 4 Abbildung 5

Belebtschlamm mikroskopisch erfasst

Die in Abwasser enthaltenen organischen Bestandteile werden in der biologischen Abwasserreinigung durch Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Protozoen in Verbindung mit Sauerstoff abgebaut

Entscheidend für die Reinigungsleistung ist die Artenvielfalt der Mikroorganismen, da diese unterschiedliche Stoffwechselleistungen aufweisen und somit in der Lage sind, auch unterschiedliche Abwasserinhaltsstoffe umzuwandeln.

Qualitative und quantitative Veränderungen der mikrobiellen Lebensgemeinschaft sind Indikatoren für Störungen und lassen in vielen Fällen Rückschlüsse auf die Ursache der Veränderung zu. Daher ist ihre Überwachung außerordentlich wichtig.

Sie geschieht mit Hilfe eines Mikroskops, das den Anforderungen an einen ergonomisch gestalteten Arbeitsplatz gerecht werden soll und die erforderliche optische / mechanische Leistung bringen muß.

Die Helmut Hund GmbH ist seit vielen Jahren bemüht, solche mikroskopischen Ausrüstungen zur Verfügung zu stellen, z.B. das H 600 BS. Dabei werden nicht nur die optische Leistung und die Qualität der Mechanik berücksichtigt, sondern auch die Ergonomie, so dass ein möglichst bequemes und ermüdungsfreies Arbeiten möglich ist

Abbildung 6

Hund-Mikroskop H 600 BS zur Untersuchung der Mikroorganismen im Belebtschlamm von Kläranlagen mit biologischer Reinigungsstufe.

Das Mikroskop besteht aus einem Gussstativ in rechteckiger Form. Es gewinnt so eine hohe Standfestigkeit und erlaubt ein ruhiges Mikroskopieren. Weiterhin ist diese Mikroskopform für einen weiteren Ausbau (Nachrüstung) gut geeignet.
Der koaxiale Grob- und Feinfokussiertrieb ist tief angeordnet, so dass beide Hände bequem und ruhig auf der Unterlage liegend arbeiten können.

Der Kreuztisch zum Durchmustern des Präparates hat einen koaxialen Trieb und ist kugelgelagert. Dies garantiert eine leichtgängige, gleichmäßige Bewegung auch noch nach Jahren der Benutzung. Die Tischfläche beträgt 160 mm x 130 mm. Der Verschiebebereich ist mit 76 mm x 52 mm gut für Standardobjektträger geeignet. Die Objektträger selbst werden in einen Präparatehalter mit seitlichem Federhebel gehalten, so dass sie leicht aufgelegt und wieder entfernt werden können.

Eine 6 V / 30 W Halogenbeleuchtung, ist im Stativfuß integriert. Die Helligkeit kann elektronisch stufenlos geregelt werden. Diese Lichtquelle reicht aus, um auch Videokameras oder Digitalkameras anschließen zu können. Sollte aus besonderen Gründen eine stärkere Lampe benötigt werden, so können Halogenlampen bis 100 W eingesetzt werden.

Zum ergonomischen Arbeiten zählt auch ein binokularer Beobachtungstubus, der mit zwei Okularen ausgestattet ist und einen Einblickwinkel von 30° aufweist, was als besonders ergonomisch empfohlen wird.

Okulare mit einer Vergrößerung von 10 fach oder 12,5 fach sind üblich. Ein Dioptrienausgleich zur Korrektur von Fehlsichtigkeit ist an beiden Okularstutzen möglich. Augenmuscheln, die auf die Okulare aufgesteckt werden, halten störendes Seitenlicht fern. Für Brillenträger gibt es besondere Okulare (Brillenträgerokulare), so dass die Brille beim Mikroskopieren nicht abgenommen werden muß.

Der 4-fache kugelgelagerte Objektivrevolver ist nach hinten geneigt, so dass der Blick auf das Präparat frei ist. Auch hier wird durch das Kugellager lange Lebensdauer bei gleichbleibender Qualität der Drehbewegung garantiert.

Als Objektivvergrößerungen werden 10fach, 20fach und 40fach empfohlen. Zur Bestimmung von fadenförmigen Organismen ist eine 1000fache Vergrößerung erforderlich, also ein 100faches Objektiv mit Ölimmersion.

Die Objektive können als Phasenkontrastobjektive oder Hellfeldobjektive gewählt werden. Darstellungen im Phasenkontrast bzw. im Dunkelfeld haben den Vorteil, dass von Natur aus kontrastarme Mikroorganismen kontrastreicher erscheinen und somit leichter zu identifizieren sind.

Hierzu steht ein Universalkondensor mit Ringblendenrevolver zur Verfügung, so dass nur durch Drehen der Revolverscheibe von Hellfeld auf Phasenkontrast und Dunkelfeld umgeschaltet werden kann. Ein zusätzliches Justieren der Phasenkontrasteinrichtung - wie dies bei vielen Kondensoren nötig ist - entfällt.

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen, wie wichtig es ist, diese Möglichkeiten zur Verfügung zu haben. Die Sichtbarmachung und damit das Auffinden von Mikroorganismen hängt entscheidend von der Verfügbarkeit dieser Verfahren ab.

Universalkondensor zur Umschaltung von Hellfeldbeobachtung auf Phasenkontrast und Dunkelfeld.

Abbildung 7
Revolverscheibe zum Umschalten von Hellfeld auf Phasenkontrast und Dunkelfeld.

Darstellung gefärbter Präparate

Mit Hilfe von Färbungen können Mikroorganismen und deren Zellbestandteile kontrastreicher dargestellt werden.

Neisser-Färbung

Darstellung im Durchlicht -Hellfeld

Abbildung 8
Darstellung bei 400 facher Vergrößerung
Abbildung 9 Abbildung 10
Darstellung von Ausschnitten bei 1000 facher Vergrößerung. Die Neisser-positiven Bakterienzellen enthalten deutlich sichtbare dunkle Granula.

Gramfärbung

Bei der Gramfärbung werden je nach dem Aufbau der Zellwand der Bakterien diese rot oder dunkelblau angefärbt.

Abbildung 11

Abbildung 12

Violettfärbung

Abbildung 2
Darstellung im Dunkelfeld bei 400 facher Vergrößerung

Die verschiedenen mikroskopischen Verfahren und ihre Leistung bei der Darstellung von ungefärbten Mikroorganismen.

Abbildung 13
Übersichtsdarstellung im Hellfeld. 100 fache Vergrößerung. Pantoffeltierchen und Nematode.

Abbildung 14
Die Aperturblende wurde so eingestellt, dass möglichst guter Kontrast erzielt wurde.

Abbildung 4
Pantoffeltierchen. 100 fache Vergrößerung. Die Aperturblende wurde dem Kontrast angepasst.

Der Einfluß der Aperturblende

Abbildung 15
Übersichtsdarstellung bei 100 facher Vergrößerung. Aperturblende vollständig geöffnet. Das Bild ist wenig kontrastreich. Mikroorganismen können kaum erkannt werden.
Abbildung 16
Übersichtsdarstellung bei 100 facher Vergrößerung. Aperturblende stark zugezogen. Mikroorganismen sind deutlicher zu erkennen.
Ein Glockentierchen und ein Pantoffeltierchen werden erkennbar.

Darstellung im Phasenkontrast und im Dunkelfeld

Abbildung 17
Darstellung des Glockentierchens mit 400 facher Vergrößerung im Phasenkontrast. Abbildung 18
Darstellung des Glockentierchens bei 400 facher Vergrößerung im Dunkelfeld.

Die nachfolgende Bilderfolge zeigt verschiedene Möglichkeiten der mikroskopischen Darstellung von Fadenbakterien. Die Vergrößerung ist 400 fach.

Abbildung 19
Darstellung im Hellfeld bei vollständig geöffneter Apereturblende. Die Fadenbakterien sind praktisch nicht zu sehen.
Abbildung 20
Fadenbakterien im Hellfeld. 400 fache Vergrößerung. Aperturblende stark zugezogen. Die Bakterien werden sichtbar, erscheinen jedoch nicht sehr scharf. Das Auflösungsvermögen wurde eingeschränkt.
Abbildung 3
Fadenbakterien im Phasenkontrast. 400 fache Vergrößerung. Die Fadenbakterien werden kontrastreich dargestellt.
Abbildung 5
Fadenbakterien im Dunkelfeld. 400 fache Vergrößerung. Auch hier sind die Bakterien kontrastreich zu erkennen.

Inzwischen werden in zunehmendem Maße Gensonden zur Identifizierung vor allem von Bakterien eingesetzt. Solche Sonden färben Bestandteile des Erbgutes an und sind somit hochspezifisch.
Dies ermöglicht eine direkte und vor allem schnelle Bestimmung vieler Bakterien in der Originalprobe, ohne dass Kulturen angelegt werden müssen.

So existiert bereits eine ganze Reihe Gensonden für wichtige Abwassermikroorganismen, die z.B den Bläh- und Schwimmschlamm verursachen (Fadenbakterien), für nitrifizierende und denitrifizierende Bakterien, sowie Bakterien, die an der biologischen Phosphatentfernung beteiligt sind.
Diese Gensonden werden mit fluoreszierenden Farbstoffen markiert. Gibt man solche Sonden zu einer Probe und finden diese Sonden ihre Zielbakterien, so kann man diese aufgrund ihrer Fluoreszenz im Fluoreszenzmikroskop deutlich sehen.

Um diese modernen Verfahren anwenden zu können, muß ein Fluoreszenzmikroskop zur Verfügung stehen.

Beim H 600 BS kann dies durch eine einfache Nachrüstung erfolgen, denn das Hund-Mikroskop-Programm ist modular aufgebaut. Der Auflicht-Fluoreszenzilluminator wird einfach auf das H 600 BS aufgesetzt.

  Abbildung 21 Drehschalter für Lichtsperrung
Drehschalter für Filterblöcke Haltevorrichtung
Fluoreszenzilluminator Leuchtfeldblende Justierschrauben für Leuchtfeldblende

Abbildung 22
Aufsetzen des Fluoreszenzilluminators auf das H 600 BS

Somit entsteht ein vollständiges Fluoreszenzmikroskop, das wahlweise mit einer 50 W HBO-Lampe oder einer 100 W HBO-Lampe ausgerüstet werden kann.

Abbildung 23
H 600 BS ausgerüstet für Untersuchungen im Fluoreszenzlicht.

Bilddokumentation

Häufig sollen mikroskopische Bilder auch dokumentiert werden, etwa als Beleg für eine bestimmte Situation in der Kläranlage.

Hierzu bietet Hund eine Reihe von Möglichkeiten an.

Voraussetzung ist ein Bino-Fototubus, an den die verschiedenen Systeme adaptiert werden können.

Die Abbildung zeigt den 70/30-Tubus mit aufgesetztem C-Mount zum Anschluß einer Videokamera. Bei diesem Tubus gehen 70% des Lichtes zum Aufnahmesystem und 30% zum Beobachter.

Abbildung 24

Es steht auch ein 100/100-Tubus zur Verfügung, bei dem wahlweise das gesamte Licht zum Auge oder zur Dokumentationseinrichtung gelenkt wird. Dieser empfiehlt sich vor allem bei Fluoreszenzausrüstungen.

Abbildung 25

Verwendung von Digitalkameras

Die Abbildung zeigt den Anschluß einer Digitalkamera (Coolpix von NIKON).

Der Vorteil einer solchen Kamera liegt vor allem darin, dass die Bilder im Rechner gespeichert und verwaltet werden können und dass die Kamera auch noch für andere Zwecke eingesetzt werden kann.

Nachteilig ist, dass kein grosses Livebild zu sehen ist und dadurch Feinheiten im Bild nicht sofort erkannt werden können, sondern erst auf dem Rechner.

Abbildung 26

Werden häufiger Besuchergruppen betreut, so empfiehlt sich der Anschluß einer Videokamera mit einem Monitor, so dass mehreren Besuchern das mikroskopische Bild demonstriert werden kann.

Abbildung 27

Eine modernere Variante davon ist der direkte Anschluß der Videokamera an einen (etwa vorhandenen) PC, so dass immer ein großes Livebild zu sehen ist (für Besucher) als auch die Abspeicherung der Bilder und ihre Verwaltung direkt vorgenommen werden können.

Abbildung 28

© Optische und elektronische Geräte Jülich GmbH,  Bonn