Das Projekt "Entwicklung eines anaeroben Festbettverfahrens zur biologischen Behandlung von Schlachthofabwaessern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schlachthof Köthen, Göllner Schöppenthau durchgeführt.
Das Projekt "Mathematische Modellierung der Biomasse-Festbettverbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Prozess- und Partikeltechnik durchgeführt. Eine effiziente und umweltfreundliche Nutzung von Biomasse zur Bereitstellung von Energie ist von besonderer Bedeutung, da Biomasse CO2-neutral ist und fossile Energiequellen schont. Für die Optimierung von Festbettfeuerungen hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionen wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl experimenteller und theoretischer Untersuchungen durchgeführt. Mehrere mathematische Modelle wurden in der Literatur vorgestellt, wobei die meisten dieser Modelle entweder die Vorgänge im einzelnen Partikel oder in der gesamten Schüttschicht beschreiben. Beide Modellgruppen sind für bestimmte Modellbrennstoffe in bestimmten Arbeitsbereichen anwendbar bzw. gültig. Im Fall von Biomasse werden aufgrund des hohen Anteils an Flüchtigen 85Prozent oder mehr der Brennstoffmasse während der Pyrolyse umgesetzt. Es ist bekannt, daß die Pyrolyse von vielen Faktoren abhängt, wie z. B. Partikelgröße, Temperatur, Aufheizrate, umgebende Atmosphäre, etc. Um realistische Berechnungsergebnisse zu erhalten ist es also notwendig, sowohl die Geschichte der einzelnen Brennstoffpartikel als auch die Phänomene in der gesamten Brennstoffschüttung gleichwertig zu berücksichtigen. In dem Projekt wird ein kombiniertes Reaktor/Partikel-Modell zur Berechnung von Temperatur- und Konzentrationsprofilen in Abhängigkeit von Ort und Zeit sowohl im einzelnen Brennstoffteilchen als auch in der gesamten Brennstoffschüttung entwickelt. Die Gase, welche die einzelnen Brennstoffteilchen während der Pyrolyse verlassen, bestimmen das Zünd- und Abbrandverhalten der Brennstoffschüttung und in weiterer Folge die Bildung und Freisetzung von Schadstoffen. Die meisten in der Literatur veröffentlichten experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Bildungsrate und Zusammensetzung der von verschiedenen Brennstoffpartikel freigesetzten Gase bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Ein Schwerpunkt ist dabei der Teergehalt des Gases. Vom energetischen Gesichtspunkt wäre allerdings der Heizwert der Gase und deren Sauerstoffbedarf sowie der Heizwert des festen Pyrolyserückstandes in Abhängigkeit von dessen Umsatz wesentlich aussagekräftiger. Eine Berechnung dieser Größen ist praktisch unmöglich, da dazu die genaue Zusammensetzung des Teeres bekannt sein müßte. Im Rahmen des Projektes wird daher ein Kalorimeter zur Online-Messung des Heizwertes und Sauerstoffbedarfes der das Brennstoffteilchen verlassenden Gase entwickelt sowie ein Kalorimeter zur Messung des Heizwertes des festen Pyrolyserückstandes in Abhängigkeit von dessen Umsatz angeschafft. Diese Parameter stellen die wesentliche Verbindung zwischen dem Einzelpartikelmodell und dem Reaktormodell dar und werden im Laufe des Projektes für verschiedene Brennstoffe und Randbedingungen gemessen. Um die Berechnungsergebnisse zu validieren werden weiters Versuche in einem Biomasse-Festbett-Reaktor durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DiMeR GmbH, Standort Hanover durchgeführt. Mit Bezug auf das nationale Klimaziel Deutschlands formulieren aktuell eine Vielzahl von Kommunen regionale Klimaziele. Die Abwasserableitung und -reinigung stellt dabei nach den CO2-Emissionen durch Verkehr aufgrund ihres Energiebedarfs einen wesentlichen Emittenten in der regionalen Bilanzierung. Neben den wirtschaftlichen Aspekten der Energiereduzierung ergibt sich hieraus ein weiterer Treiber bei der Umsetzung energieminimierter Verfahren in der Abwasserbehandlung. Die Implementierung der als Teilstrombehandlung hoch stickstoffhaltiger Abwässer wird mit Blick auf die möglichen Energieeinsparungen daher in den letzten Jahren von Betreibern vermehrt umgesetzt. Nicht berücksichtigt wird hierbei oft, dass die Bildung und anschließende Emission des Treibhausgases Lachgas mit einem 300-fachen GWP als Zwischen-/Nebenprodukt der Nitritation, die indirekten CO2-Emissionsreduzierung aus der Stromeinsparung bei weitem übersteigen können. An der Leibniz Universität Hannover wurde in diesem Zusammenhang auf Basis von Ergebnissen verschiedener ein Verfahren zur Reduzierung der Lachgasemissionen aus der Deammonifikation entwickelt. Das Minimized-Nitrousoxide-zero-Emission Konzept (MiNzE) sieht dabei zum einen eine reduzierte Lachgasbildung durch optimierte Betriebsbedingungen vor, zum anderen ermöglicht ein reduzierter Gaseintrag (Luft) bei der Belüftung (systembedingt durch angepasste Belüfterkonzepte wie Diffusionsbelüftung oder Sättiger) eine geringere Strippung des gebildeten Lachgases wodurch wiederum eine biologische Reduktion des dann ggf. in der flüssigen Phase akkumulierten Lachgases ermöglicht wird. In dem skizzierten Projekt soll das MiNzE-Verfahren im Biofilmsystem 'getauchtes Festbett' halbtechnisch erprobt werden, mit dem Ziel, ein Verfahren zur Reduktion der Lachgasemissionen aus der Stickstoffelimination auf den Markt, durch das beantragende KMU DiMeR GmbH, zu bringen.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Mit Bezug auf das nationale Klimaziel Deutschlands formulieren aktuell eine Vielzahl von Kommunen regionale Klimaziele. Die Abwasserableitung und -reinigung stellt dabei nach den CO2-Emissionen durch Verkehr aufgrund ihres Energiebedarfs einen wesentlichen Emittenten in der regionalen Bilanzierung. Neben den wirtschaftlichen Aspekten der Energiereduzierung ergibt sich hieraus ein weiterer Treiber bei der Umsetzung energieminimierter Verfahren in der Abwasserbehandlung. Die Implementierung der als Teilstrombehandlung hoch stickstoffhaltiger Abwässer wird mit Blick auf die möglichen Energieeinsparungen daher in den letzten Jahren von Betreibern vermehrt umgesetzt. Nicht berücksichtigt wird hierbei oft, dass die Bildung und anschließende Emission des Treibhausgases Lachgas mit einem 300-fachen GWP als Zwischen-/Nebenprodukt der Nitritation, die indirekten CO2-Emissionsreduzierung aus der Stromeinsparung bei weitem übersteigen können. An der Leibniz Universität Hannover (ISAH) wurde in diesem Zusammenhang auf Basis von Ergebnissen verschiedener Forschungsprojekte ein Verfahren zur Minimierung der Lachgasemissionen aus der Deammonifikation entwickelt. Das Minimized-Nitrousoxide-zero-Emission Konzept (MiNzE) sieht dabei zum einen eine reduzierte Lachgasbildung durch optimierte Betriebsbedingungen vor, zum anderen ermöglicht ein reduzierter Gaseintrag (Luft) bei der Belüftung (systembedingt durch angepasste Belüfterkonzepte wie Diffusionsbelüftung oder Sättiger) eine geringere Strippung des gebildeten Lachgases wodurch wiederum eine biologische Reduktion des dann ggf. in der flüssigen Phase akkumulierten Lachgases ermöglicht wird. In dem skizzierten Projekt soll das MiNzE-Verfahren im Biofilmsystem 'getauchtes Festbett' halbtechnisch erprobt werden, mit dem Ziel, ein Verfahren zur Reduktion der Lachgasemissionen aus der Stickstoffelimination auf den Markt, durch das beantragende KMU DiMeR GmbH, zu bringen.
Das Projekt "Energiegewinnung durch die anaerobe Behandlung organischer Reststoffe an Bord von Kreuzfahrtschiffen - Vorhaben: Erprobung eines alternativen Verfahrensansatzes mit zweistufiger Oberflächenfermentation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.V. (IBZ Hohen Luckow e.V.) durchgeführt. Das Verbundvorhaben CLEAN strebt eine Anaerobstufe in Kombination mit der Abwasseraufbereitung an Bord eines Kreuzfahrtschiffes als ganzheitliches Entsorgungskonzept für Abwasser und biogene Abfallstoffe an. Im Fokus des angestrebten Einzelvorhabens steht die Entwicklung eines alternativen Verfahrensansatzes für die Anaerobstufe. Durch eine vor geschaltete Versäuerung der Inputsubstrate in Kombination mit der Festbettfermentation soll der Prozess effizienter gestaltet werden, um die Verweilzeiten der Substrate im Fermenter zu reduzieren und den Durchsatz zu erhöhen. Auf diese Weise soll es gelingen das Reaktorvolumen aufgrund limitierter Platzverhältnisse an Bord zu reduzieren. Darüber hinaus wird eine Möglichkeit zur verlustarmen und risikominimierten Lagerung für die Inputsubstrate geschaffen. Zudem soll ein Messsystem zur Online- und Fernüberwachung des Fermentationsprozesses an den Bordbetrieb angepasst und getestet werden. Bei erfolgreicher Umsetzung würde es den apparativen Aufwand an Bord zur Prozessüberwachung reduzieren und den personellen Arbeitsaufwand zur Betreuung der Anlage, insbesondere der Beprobung und Analyse des Anlagenbetriebes, minimieren.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Donau Carbon GmbH & Co. KG durchgeführt. Inhalt des Teilprojektes: Als Vorreinigungsstufe vor weitergehenden Aufbereitungsprozessen zur Aufkonzentrierung eines Prozesswassers zur Nutzung als Sole für die Chloralkalielektrolyse, ist eine Filtration über granulierte Aktivkohle (AK) geplant. Ziel dieser Vorreinigungsstufe ist die Entfernung von Kohlenwasserstoffen die die weiteren Schritte der Aufkonzentrierung der Sole und bei der Elektrolyse stören. Mit den üblichen zur Wasserreinigung eingesetzten AK kommt es insbesondere bei der Entfernung von polaren oder ionogenen Substanzen zu einem sehr schnellen Durchbruch der Festbett-Aktivkohlefilter. Dies führt, bedingt durch den häufigen Austausch der AK, zu hohen Betriebskosten. Hauptziel des Arbeitspakets ist es daher, die Adsorptionskapazität der AK gegenüber zuvor identifizierten besonders problematischen polaren Substanzen und Ionen um ca. 30 %. zu erhöhen. Hierzu ist eine gezielte Modifikation der funktionellen Oberflächengruppen (FOG) geplant. Die gezielte Modifikation von Aktivkohlen (AK) zur selektiven Entfernung von polaren und ionischen organischen Störstoffen soll in dem Unterarbeitspaket (UAP) gemeinsam mit der Uni-DuE untersucht werden. Das UAP beinhaltet die chemische Behandlung der AK, die thermische Aktivierung im Labormaßstab inkl. der Charakterisierung, die Herstellung der als optimal getesteten Produkte im Großmaßstab sowie die Betrachtung der Ergebnisse einer Reaktivierung. Im Einzelnen gliedert es sich in die Arbeitsschritte: Erzeugung 'konventioneller AK' im Labor-Drehrohrofen (Überprüfung der Übertragbarkeit industrieller Prozess - Labormaßstab und als Referenz-AK), Herstellung chemisch-oberflächenmodifizierter AK im Labor- und Großmaßstab (verbesserte Adsorptionsleistung gegenüber polaren/ionogenen organischen Wasserinhaltsstoffen), Charakterisierung der AK (chemisch-physikalische Eigenschaften, Adsorptions-Batchtests), Festbettversuche sowie Reaktivierungsversuche mit den in den Festbettversuchen erschöpften AK.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Abteilung Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik , Wassertechnik durchgeführt. Als Vorreinigungsstufe vor weitergehenden Aufbereitungsprozessen zur Aufkonzentrierung eines Prozesswassers zur Nutzung als Sole für die Chloralkalielektrolyse ist eine Filtration über granulierte Aktivkohle (AK) geplant. Ziel dieser Vorreinigungsstufe ist die Entfernung von Kohlenwasserstoffen, die die bei der weiteren Aufkonzentrierung der Sole und bei der Elektrolyse stören. Mit den üblichen zur Wasserreinigung eingesetzten AK kommt es insbesondere bei der Entfernung von polaren oder ionogenen Substanzen zu einem sehr schnellen Durchbruch der Festbett-Aktivkohlefilter. Dies führt, bedingt durch den häufigen Austausch der AK, zu hohen Betriebskosten. Hauptziel des Arbeitspakets ist es daher, die Adsorptionskapazität der AK gegenüber zuvor identifizierten besonders problematischen polaren Substanzen und Ionen um ca. 30 %. zu erhöhen. Hierzu ist eine gezielte Modifikation der funktionellen Oberflächengruppen (FOG) geplant. Die gezielte Modifikation von Aktivkohlen (AK) zur selektiven Entfernung von polaren und ionischen org. Störstoffen soll in dem Unterarbeitspaket (UAP) der Uni-DuE gemeinsam mit der Fa. Donau Carbon untersucht werden. Das UAP beinhaltet die chemische Behandlung der AK, die thermische Aktivierung im Labormaßstab inkl. der Charakterisierung, die Herstellung der als optimal getesteten Produkte im Großmaßstab sowie die Betrachtung der Ergebnisse einer Reaktivierung. Im Einzelnen gliedert es sich in die Arbeitsschritte: Erzeugung 'konventioneller AK' im Labor-Drehrohrofen (Überprüfung der Übertragbarkeit industrieller Prozess - Labormaßstab und als Referenz-AK), Herstellung chemisch-oberflächenmodifizierter AK im Labor- und Großmaßstab (verbesserte Adsorptionsleistung gegenüber polaren/ionogenen organischen Wasserinhaltsstoffen), Charakterisierung der AK (chemisch-physikalische Eigenschaften, Adsorptions-Batchtests), Festbettversuche sowie Reaktivierungsversuche mit den in den Festbettversuchen erschöpften AK.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Fresenius gGmbH, Fachbereich Chemie und Biologie, Institute for Analytical Research durchgeführt. Die Relevanz der Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik in limnischen Systemen ist bisher nicht ausreichend untersucht. Um Wissenslücken zu schließen und zur Beurteilung der Relevanz werden Sorptionsexperimente im Labormaßstab und in Feldversuchen durchgeführt. In Feldversuchen werden Mikroplastikpartikel in Flüssen bzw. Seen platziert und anschließend analysiert um die Sorption organischer Schadstoffe unter Umweltbedingungen zu erfassen. Speziell werden auch Altreifenpartikel untersucht, um deren Bedeutung als Quelle für organische Schadstoffe zu erfassen und zu bewerten. Die Harmonisierung der Detektionsmethoden für die Mikroplastikanalytik ist ein weiterer Schwerpunkt dieses Teilprojektes. Hierzu soll eine Methode zur Mikroplastikdetektion mittels FTIR-Mikroskopie entwickelt und innerhalb des Forschungsverbunds mit anderen Detektionsmethoden verglichen werden. Die Sorption organischer Schadstoffe an Mikroplastik wird zunächst in Laborversuchen untersucht. Es erfolgt zu Beginn des Projekts die Auswahl der für die Sorptionsexperimente verwendeten Polymere und organischen Schadstoffen in Absprache mit den Projektpartnern. Alle Analyseverfahren für die Bestimmung der Sorption organischer Schadstoffe werden, sofern nicht bereits etabliert, optimiert und validiert. Das Sorptionsverhalten von organischen Schadstoffen an Mikroplastikpartikel unterschiedlicher Polymertypen wird in Batch-Experimenten charakterisiert und mittels statistischer Methoden verglichen. Außerdem wird der Einfluss von natürlich vorkommenden organischen Stoffen auf die Sorption der Schadstoffe an Mikroplastik untersucht. In Versuchen mit Festbettbioreaktoren soll der Einfluss eines Biofilms auf die Sorption organischer Schadstoffe ermittelt werden. Anschließend werden Feldversuche in Süßwassergewässern sowie die Extraktion der Reifenpartikel gestartet. Eine Methode zur Mikroplastikdetektion über FTIR-Mikroskopie mit Probenvorbereitung nach der Dichtetrennung wird entwickelt und validiert.
Das Projekt "PIDA - Phosphorrückgewinnung in der dezentralen Abwasserbehandlung - Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur elektrochemisch induzierten Phosphatadsorption an eisenoxidischen Adsorbentien sowie deren Regenerierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Wasserchemie, Professur für Hydrochemie und Wassertechnologie durchgeführt. Die Rückgewinnung von Nährstoffen, v. a. von Phosphor, stellt eine wesentliche Innovation in der dezentralen Behandlung von Abwässern dar. Durch die Schließung eines natürlichen Stoffkreislaufs könnte ein wichtiger Beitrag in der Entwicklung zu einem nachhaltigen Ressourcenmanagement geliefert werden. Daher soll in Zusammenarbeit mit der GEH Wasserchemie GmbH & Co. KG ein effektives Verfahren zur Phosphorrückgewinnung mittels eisenoxidischer Adsorbentien für den Bereich der dezentralen Abwasserbehandlung (z. B. für Kleinkläranlagen) entwickelt werden. Dabei steht vor allem die Etablierung eines ökonomisch tragfähigen Verfahrens zur Adsorberregenerierung im Fokus der Untersuchungen. Ziel der Regeneration ist einerseits die Rückgewinnung von Adsorptionskapazität für eine nachfolgende Wiederbeladung und andererseits die Gewinnung eines Phosphatkonzentrats, welches die Herstellung eines kommerziell verwertbaren Phosphats als Düngemittel ermöglicht. Darüber hinaus soll durch die Entwicklung eines elektrochemischen Festbett-Adsorptions-Moduls (EFA-Modul) die Beladungsdynamik und -kapazität des granulierten Eisenhydroxids (GEH) wesentlich erhöht werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens beitragen würde. Zudem soll das EFA-Modul eine vollständige und selektive Beladung mit Phosphat ermöglichen und sich einfach in neu gebaute oder bestehende kleine Kläranlagen bzw. Kleinkläranlagen integrieren lassen.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Technologie-Entwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GICON-Großmann Ingenieur Consult GmbH durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung und Realisierung eines Konzeptes zur stofflichen und energetischen Kopplung einer kostengünstigen Mikroalgenproduktion mit einem innovativen 2-stufigen Biogasprozess hinsichtlich einer verbesserten Material- und Energiebilanz beider Verfahren, basierend auf dem synergistischen Zusammenwirken der aufeinander angepassten Prozesse bei gleichzeitiger Minderung der bei deren Alleinbetrieb auftretenden Nachteile. So soll eine verbesserte Ausnutzung von NawaRo-Biogasanlagen durch Erreichen höherer Raum-Zeit-Ausbeuten und Biogasqualität, effizienteres Nährstoffrecycling (anorganische Salze, organische N- und C-Quellen, CO2) und damit auch eine deutliche Kostenreduktion bezogen auf den Gesamtprozess erreicht werden. Dieses wird u.a. durch direktes Einbringen einer vorkonzentrierten Mikroalgensuspension in den neuartigen Perkolator erfolgen, welcher durch seine prozessimmanente Wirkung als Festbettfilter die ansonsten erforderliche kostenintensive Aufarbeitung der Algenbiomasse einspart.
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