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Tiefenaufgelöste Analytik von Biofilmen mittels Photoakustischer Spektroskopie (PAS) zur Untersuchung von Flockenabriss und Kolloidinkorporation

Unter einem Biofilm versteht man die Aggregation von Mikroorganismen an einer Oberfläche, die in eine Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eingebettet sind. Biofilme sind in der Natur weit verbreitet (Boden, Gewässer) und werden im Rahmen der biologischen Abwassserreinigung zum Abbau organischer Wasserinhaltsstoffe eingesetzt. Neben der Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen haben insbesondere Stofftransport, Biofilmwachstum und -ablösung einen entscheidenden Einfluß auf die Effektivität des Prozesses. Schichtdicke und Stabilität des Biofilms werden von einer Vielzahl an Prozeßbedingungen (pH, Temperatur, Strömungsbedingungen, Zusammensetzung von Nährmedium und Abwasser) beeinflußt. Da jedoch bisher keine geeignete On-line-Analytik zur Verfügung stand, konnten die Auswirkungen verschiedener Parameter auf den Biofilm nicht ausreichend untersucht werden. Ein im Rahmen des von der DFG geförderten SFB 411 entwickeltes photoakustisches Sensorsystem soll nunmehr zur simultanen Überwachung von Biofilmen an drei Stellen in einem Reaktor eingesetzt werden. Der Einfluß variierendener Prozeßparameter auf Architektur und Stabilität soll untersucht werden, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf Partikelinkorporation und Flockenabriss liegt. Die Ergebnisse des beantragten Projekts könnten einen wesentlichen Beitrag leisten, um die Prozeßsteuerung bezüglich der Biofilmablösung zu verbessern.

Kombinierte Elektrolyse und Methanisierung zur Prozessoptimierung in der CO2-intensiven Baustoffindustrie, TP4: Konstruktion und Bau eines Archaeen- und eines Pyrolysereaktors

Prototypenentwicklung eines schwimmenden Offshore-H2-Generators und Planung von GW-Offshore-Wasserstoffparks, Reaktionstechnische Untersuchungen der Speichereinheit eines schwimmenden Offshore-H2-Generators

Für den im Gesamtprojekt geplanten schwimmenden Wasserstofferzeuger mit Speicherung des Wasserstoffs in LOHC wird untersucht welchen Einfluss die Wellenbewegungen bzw. die Bewegung der Plattform auf das Betriebsverhalten des Hydrierreaktors hat. Dazu wird ein vereinfachter Labor-Hydrierreaktor auf einer maschinell schwenkbaren Plattform aufgebaut, betrieben und auf seine Leistungsfähigkeit und die Stabilität des Betriebsverhaltens hin untersucht. Sollten sich negative Einflüsse der Bewegung auf die Leistungsfähigkeit und Betriebsstabilität ergeben werden strömungsregulierende Einbauten in den Reaktor auf ihre Wirksamkeit untersucht. Weiterhin wird der Einfluss von Verunreinigungen im LOHC, wie sie unter Offshore-Bedingungen zu erwarten sind, untersucht. Die zu betrachtenden Verunreinigungen sind im wesentlichen Wasser und Natriumchlorid, die durch Verschleppungen beim Transport und Umschlag des LOHC auf See in das System gelangen können. Es wird sowohl der Einfluss der Verunreinigungen auf die Leistungsfähigkeit des verwendeten Katalysators als auch auf die mögliche Bildung von Nebenprodukten untersucht. Diese Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit den Arbeitspaketen zur Simulation der Fluiddynamik im Reaktor und zur Bewegung der Plattform durchgeführt. In weiteren Arbeitspaketen wird anhand der zu erzielenden Leistung der Gesamtanlage die Kennzahlen des LOHC-Anlagenteils ermittelt und eine Grobauslegung des Hydrierreaktors durchgeführt. Des Weiteren wird die LOHC-Anlage in die Gesamtanlage integriert, ganz besonders soll hierbei die anfallende Wärmeleistung des Hydrierreaktors zum Betrieb der Gesamtanlage genutzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Anlagenplanung ein, die letztlich in das finale Design eines 5 MW-Prototypen mündet.

Effiziente Aufwertung von CO2;' zu Methan aus Wasserdampf in einer protonenleitenden keramischen Elektrolysezelle, Teilvorhaben: 3D-Druck der Membranstützstruktur und Membran

Modellierung anaerober Umsetzungsprozesse mit dem Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1)

Für die mathematische Beschreibung anaerober Prozesse wurde von der IWA das Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1) entwickelt. Das ADM1 berücksichtigt einen allgemein gültigen Satz von Substraten und biochemischen Prozessen und wurde zunächst für die anaerobe Schlammstabilisierung entwickelt. Für die kinetischen Parameter werden Größenordnungen vorgegeben, die jedoch hohe Schwankungen aufweisen. Kalibrierte Stoffdaten und Angaben für die Zulaufcharakterisierung und -fraktionierung unterschiedlicher Abwässer fehlen. Eine Abbildung von reaktorspezifischen Bedingungen zur Behandlung industrieller Abwässer (z.B. für UASB-Reaktoren oder EGSB-Systeme) erfordert den Aufbau von mehrstufigen angepassten Modellen, die neben dem vierstufigen Prozess auch die entsprechenden verfahrenstechnischen Stufen abbilden. Die Ziele des Vorhabens sind:1.Modellentwicklung für verfahrenstechnische Varianten der anaeroben Industrieabwasserbehandlung zur verbesserten Abbildung aller Umsetzungsprozesse (z.B. UASB-Reaktor, zweistufiger Prozess; Verlängerungsphase des Antrages: EGSB-Reaktors, Modellkalibrierung, Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen),2. Bestimmung der wesentlichen Modellparameter und ihren Schwankungsbreiten durch Sensitivitätsanalysen, Kalibrierung und Validierung der Modelle mit Daten aus anaeroben Batchuntersuchungen und kontinuierlich betriebenen anaeroben Laborversuchen,3. Ermittlung von abwasser- und biomassenspezifischen Stoffdaten für eine Fraktionierung der Inhaltsstoffe industrieller Abwässer und von kinetischen Parametern der Biomasse im Rahmen von Laboruntersuchungen zur Anpassung des ADM1.

Ausbildungsreaktor der TU Dresden

Der Ausbildungskernreaktor AKR dient in erster Linie der reaktor- und kernphysikalischen Ausbildung der Studenten. Aufgrund der neutronenphysikalischen Parameter sind Forschungsarbeiten nur in beschränktem Umfang möglich. Darüber hinaus dient der Reaktor als Demonstrationsobjekt für die interessierte Öffentlichkeit. Entsprechend seinem Verwendungszweck ist der Aufbau einfach und die Bedienung unkompliziert. Die Maximalleistung beträgt 1 Watt, der Reaktor ist sehr zuverlässig und sicher.

Errichtung einer Ozonungsanlage zur Entfärbung von stark farbigen Abwässern aus der Reaktivfärbung und Recycling des entfärbten Abwassers

Die Hecking Deotexis GmbH ist ein 150 Jahre altes, mittelständisch geprägtes Textilunternehmen am Standort Neuenkirchen. Das Unternehmen stellt Oberbekleidungsstoffe für Damen und Herren her. Es verfügt über eine Weberei, Färberei und Ausrüstung. So werden u. a. Baumwolle und Elastomerfäden mit Reaktivfarbstoffen und Pigmenten gefärbt. Eine Besonderheit ist die Indigo-Kettfärbeanlage für Jeans. Die Firma plant die Errichtung einer neuen Anlage, wo die konzentrierten Abwässer aus der Färberei von Baumwollwebware mit Hilfe eines Ozonungsverfahren entfärbt und praktisch vollständig wieder verwendet werden sollen. Dazu sollen die konzentrierten Farbabwässer aus den verschiedenen Behandlungsstufen zusammengeführt und in einem Reaktor mit Ozon entfärbt werden. Die Ozonungsanlage wird in eine neue betriebliche Anlage integriert. Die Wiederverwendung des entfärbten Abwassers kann allerdings wegen der Aufkonzentrierung der Salze nicht im kompletten Kreislauf stattfinden. Die eine Hälfte soll als Waschwasser wieder in die Farbnachwäsche gehen, d.h. im eigentlichen Färbeprozess wieder eingesetzt werden, die andere Hälfte soll für innerbetriebliche Prozesse wie das Reinigen von Gefäßen und Ansatzbehältern genutzt werden. Dieses hat eindeutige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. So ist kein Einsatz zusätzlicher Chemikalien notwendig, es erfolgt eine Verringerung der anfallenden Klärschlammmenge und eine Einsparung von über 5000 Kubikmeter Frischwasser pro Jahr. Auch die kommunale Kläranlage, in die die Färbeabwässer bislang ungeklärt eingeleitet wurden, wird deutlich entlastet. Allerdings liegt der Energiebedarf bei der Ozonung höher, soll aber durch eine Optimierung des Verfahrens gesenkt werden.

Multi Skalen Modellierung von Abtragprozessen bei Biofilmen mit einem poroviskoelastischen Modell

Das Biofilmwachstum in Biofilmreaktoren wird hauptsächlich durch den Abtragprozess reguliert. Den Abtragprozess zu kontrollieren ist daher ein wichtiges Anliegen für den stabilen Betrieb eines Bioreaktors. Zur Kontrolle des Reaktors und um die größte Effizienz zu erreichen sind mathematische (bzw. numerische) Modelle, die den Abtragsprozess darstellen, hilfreich. Solche Modelle können möglicherweise sogar für den Entwurf von Biofilmreaktoren nützlich zu sein. In diesem Projekt soll ein multidimensionales, poroviskoleastisches Biofilm Modell entwickelt werden, das den Abtragsprozess abbildet. Dabei soll auch der Abtrag durch das Auslösen von größeren Stücken ('sloughing'), das durch die Schubspannungen an der Biofilm Grenzfläche und durch das Spannungsfeld im Biofilm entsteht, erfasst werden. Das Modell für den Abtrag soll basierend auf den Schubspannungen an der Grenzfläche und dem Spannungsfeld im Biofilm formuliert werden. Das Modell wird mit experimentellen Beobachtungen kalibriert und validiert. Biofilm Modelle, die für Reaktoren verwendet werden, sind in der Regel eindimensional (1D). Aus diesem Grund soll in diesem Projekt mittels Modellrechnungen mit dem validierten multi-dimensionalen Abtragmodell ein vereinfachtes ('upscaled') 1D Modell entwickelt werden.

Anschluss von Radioaktivitaetsmessgeraeten an ein automatisches Messnetz

Kernspektren von Reaktorimmissionsprodukten werden analysiert. In speziellen Spektralbereichen werden die Daten der Spektren ausgewertet und mit Grenzwerten verglichen. Uebertragung der Daten auf ein zentrales Erfassungsnetz und Alarmmeldung bei Ueberschreiten vorgetragener Grenzwerte.

Entwicklung eines modularen Konzeptes zum Aufbau von Biogasreaktoren

Es sind eine Reihe von anaeroben Prozessen bekannt, die alle mehr oder weniger stark den Aspekt der Behandlung bzw. Entsorgung fester, pastoeser oder fluessiger Abfaelle in den Vordergrund stellen. Das Spektrum der Anlagengroesse reicht von Kleinanlagen fuer die Guelleverwertung bis zu grosstechnischen Anlagen. Allen Aufbauprinzipien gemeinsam ist die Tatsache, dass die Anlagengroesse nur schwierig an Rahmenbedingungen wie Groesse der zu entsorgenden Gebietskoerperschaft oder Ergiebigkeit der Substratquelle angepasst werden kann; up-scaling (oder auch down-scaling) erfordert immer Entwicklungstaetigkeit. Dadurch sind Anlagen entweder nicht voll ausnutzbar oder andere Anlagen muessen vorgehalten werden, um Ent- oder Versorgungssicherheit zu gewaehrleisten. Unter Umstaenden muessen lange Transportwege akzeptiert werden. Diese Probleme wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der Verfahren aus. Daher wird oft auf die Gewinnung von Biogas verzichtet, obwohl die Rahmenbedingungen gut waeren. Dies bedeutet, dass eine wichtige Quelle regenerativer Energie praktisch nicht genutzt wird. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines modularen Konzeptes fuer Anaerobreaktoren, das eine Anpassung der Anlagengroesse ohne besondere Entwicklungstaetigkeit erlaubt. Dazu bedarf es der Entwicklung kleiner Reaktoren, die einfach aufzubauen und preiswert herzustellen sind, die dennoch stabil arbeiten und keine aufwendige Regelungstechnik brauchen. Beabsichtigtes Einsatzfeld fuer die Reaktoren ist dabei nicht nur die Behandlung und Entsorgung von Abfaellen, die gleichwohl mit den entwickelten Komponenten moeglich sein sollte, sondern vor allem die Bereitstellung nachhaltiger Energiequellen. Fernziel der Arbeiten des Labors fuer Umwelttechnik der MFH in dieser Richtung ist die Kombination von Anaerobprozessen mit der Biomassegewinnung durch Algen, d.h. direkte Biogasgewinnung aus Solarenergie und CO2-Recycling.

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