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In the described case, the dust and ash particles are removed in a product gas filter. A scrubber with packed bed was used to clean the product gas from the tar components. The solvent of the scrubber was RME (rapeseed methyl ester), a biodiesel. RME is used because of its good tar separating characteristics. To investigate these tar separation characteristics of RME and the separation efficiency of the scrubber, four enrichment experiments were carried out during this work. These experiments took place at the 'Technikum' nearby the biomass steam gasification plant G��ssing. There, a pilot-scale scrubber and product gas from the gasification plant were used to perform the enrichment experiments. The four experiments are long term experiments with duration of approximately 120 hours each to obtain comparable results, it is necessary to make sure most of parameters are constant during the experiments. Only the RME temperature was changed from 0��C in the first experiment to 40��C in the last experiment. The task of this master thesis was to investigate the removal efficiency of the scrubber for the tar components benzene, toluene and xylene from the gas. During the enrichment experiments, a continuing data recording was fulfilled and in addition discontinuous tar sampling was accomplished. The discontinuous tar samples were taken 0:15h, 1h, 5h, 25h, 120h after the start of the experiments. The tar samples were analyzed in a laboratory and the results give the opportunity to evaluate the efficiency of the scrubber to eliminate benzene, toluene and xylene from the product gas. Using an exponential model, the results were fitted as scrubber efficiency as function of dry product gas volume at standard pressure and temperature. The results give good information about the behavior of toluene and xylene, because they show a good correlation between the temperature of RME and the separation efficiency. The results of benzene do not show this clear correlation. The results show, that, if fresh RME is used, a very good, nearly 100% tar separation is possible. Comparing the results to the CHP's scrubber, it can be concluded, that only a very little fraction of the tar components, which were investigated in this work, are actually removed there. Es wurde im Technikumsma��stab ein Versuchsw��scher mit Produktgas aus dem Biomasseheizkraftwerk G��ssing betrieben. Es wurden vier 120h Anreicherungsversuche bei Temperaturen von 0��C bis 40��C durchgef��hrt, um das Abscheideverhalten zu untersuchen. Die bei den Versuchen betrachteten Teerkomponenten waren Benzol, Toluol und Xylol. Sie wurden ausgew��hlt, da sie die am schwersten abzutrennende Teerfraktion sind. W��hrend der Anreicherungsversuche wurden s��mtliche Parameter m��glichst konstant gehalten, einzig die Temperatur des W��schermediums wurde variiert. Neben einer kontinuierlichen Datenaufzeichnung wurden 0:15h, 1h, 5h, 25h und 120h nach Versuchsstart Teerproben vor und nach dem Versuchsw��scher genommen. Diese Probenahme liefert Messpunkte, um die Effizient des Versuchsw��schers zu beurteilen. Durch ein exponentielles Modell wurden die ermittelten Daten in eine kontinuierliche Funktion des Abscheidegrades umgerechnet. Um die Vergleichbarkeit mit ��hnlichen, mit dem gleichen L��sungsmittel betriebenen W��scher zu gew��hrleisten, wurde das durch den W��scher gereinigte Produktgasnormvolumen in eine Beladung des L��sungsmittels umgerechnet. Somit erh��lt man einen Zusammenhang zwischen dem Abscheidegrad und der Beladung des L��sungsmittels. Die Ergebnisse liefern f��r die Teerkomponenten Toluol und Xylol einen eindeutig erkennbaren Zusammenhang zwischen L��sungsmitteltemperatur und Abscheidegrad. Benzol zeigt diesen Zusammenhang ohne ausf��hrliche Fehlerbetrachtung nicht. Bei geringer Beladung des L��sungsmittels kann ein Abscheidegrad von 100% f��r alle betrachteten Komponenten erreicht werden, mit steigender Beladung nimmt der Abscheidegrad f��r alle Komponenten jedoch stark ab. Die Ergebnisse zeigen des Weiteren, dass sich mit steigender L��sungsmitteltemperatur der Abscheidegrad bei gleicher betrachteter Teerkomponente verschlechtert. Diese Gegebenheiten deuten darauf hin, dass Absorptionsprozesse f��r die Teerabscheidung in einem Biodieselw��scher verantwortlich sind und Kondensation eine untergeordnete Rolle spielt. Ein Vergleich mit dem Kraftwerksw��scher zeigt, dass dieser die beobachteten Teerkomponenten nur zu einem geringen Teil abscheidet.

Since the establishment of the activited sludge process in everyday life, we are constantly in search of new solutions to optimize the biologic process of sewage purification in a sustinable and economic way. The application of ultrasonic sound, which is investigated in this thesis, manifests itself as a qualified technique. After the influence of ultrasound an optimal morphological modification in the flake structure is achieved and the microbial activity in the activated sludge is enhaced. Furthermore, we can observe a reduction of the excess biomass by pro-rata dissolution of the activated sludge. Seit der Etablierung des Belebtschlammverfahens im Alltag ist man auf der Suche nach neuen Lösungen um den biologischen Prozess der Abwasserreinigung nachhaltig und wirtschaftlich zu optimieren. Der in dieser Arbeit untersuchte Einsatz des Ultraschalls zeigte sich als geeignete Technik. Nach der Ultraschalleinwirkung werden optimale morphologische Veränderungen in der Flockenstruktur erreicht, infolge dessen wird die mikrobielle Aktivität im Belebtschlamm gesteigert. Darüber hinaus durch Auflösung eines Teils des Belebtschlammes wird eine Verringerung der überschüssigen Biomasse beobachtet.

Originally, the Danube salmon (Hucho hucho) occurred in Bavaria and Austria in more than 250 rivers occupying more than 7,400 km of rivers. Nowadays, populations in »very good« and »good« status exist in only 0.7 % and 7.1 % of the original distribution. Therefore, the Danube salmon is classified as an endangered species. Due to ongoing stock declines the Danube salmon is running the risk to become a critically endangered species soon. The main reasons for the declines are river channelization and hydropower development. In addition, climate change may further contribute to stock declines in lowland river sections due to exceedance of water temperature limits of this cold-water species. Furthermore, Danube salmon and prey fish populations have lost their resilience to cope with re-established populations of fish predators (cormorant, goosander, fish otter) leading to ongoing population declines. Effective protection against further degradations such as new hydropower developments is required to safeguard the Danube salmon remaining populations. Furthermore, degraded rivers need to be restored and fish predators have to be managed to allow recovery of Danube salmon and prey fish populations. Due to the precarious situation conservation and restoration actions have to be implemented immediately.

Die Gewinnung von Energie aus erneuerbaren Quellen steht weltweit im Mittelpunkt der derzeitigen Forschung. Dabei wird nach M��glichkeiten gesucht, bei m��glichst kleinem Einfluss auf die Umwelt, bereits vorhandene Ressourcen vollst��ndig zu nutzen. Die Erzeugung von Strom und W��rme aus Biogas ist dabei eine seit ��ber 100 Jahren bew��hrte Technologie. Die vorliegende Arbeit untersucht die auftretenden Faulgasverluste und klimarelevanten Emissionen bei der anaeroben mesophilen Schlammstabilisierung. Mit Hilfe von Messungen an einer Abwasserreinigungsanlage inklusive Schlammfaulung mit 260.000 Einwohnerwerten Ausbaugr����e werden Verluste mit verschiedenen Messmethoden zuerst ausfindig gemacht und anschlie��end qualitativ sowie quantitativ untersucht. Diese Verluste entstehen durch mit dem Schlamm aus dem Faulturm mitgerissene Gasblasen, durch im ausgefaulten Schlamm gel��stes Gas und durch im ausgefaulten Schlamm vorhandenes Restgaspotential. Beim Faulungsprozess und der Gasverwertung treten weitere Verluste auf, wie zum Beispiel durch Undichtigkeiten in den Faulbeh��ltern, durch unvollst��ndige Verbrennung im Blockheizkraftwerk und der Fackel (Methanschlupf). Diese Verlust- und Emissionsquellen f��r treibhaussch��dliche Gasemissionen werden im Kontext der optimalen Faulgasproduktion aus Mischschlamm der untersuchten kommunalen Anlage und mitvergorenem Co-Substrat betrachtet. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Methan, welches nicht nur als Energietr��ger genutzt wird, sondern auch 25-mal klimawirksamer ist als Kohlendioxid. Research worldwide focuses on energy from renewable sources. The goal is to completely use existing resources with the lowest possible environmental impact. Therefore, the production of electricity and heat from biogas is established over 100 years. This work investigates the losses of biogas and its climate relevance at the anaerobic mesophilic sludge stabilization. By conducting measurements with different methods on a big scale plant with 260.000 population equivalents, potential places of losses are detected at first and investigated on qualitative and quantitative aspects afterwards. These losses and emissions arise from gas bubbles carried with the sludge across the outlet of the digestion tank, in the stabilized sludge solved gas, and the rest gas potential still stored in the stabilized sludge. In addition, other losses happen during the digestion and gas utilization process. For example, through leakages in the septic tanks, incomplete combustion in the combined heat and power unit and flare (methane slip). These sources of losses and the resulting emissions of greenhouse gases are investigated in context of optimal gas production out of the treated excess and primary sludge and the co-processed co-substrate. The focus is on methane, which is not only used as a source of energy, but rather its greenhouse potential is 25 times higher than those of carbon dioxide.

In unserer konsumorientierten Überflussgesellschaft fallen organische Reststoffe in beträchtlichen Mengen sowohl in privaten Haushalten als auch in der lebensmittel-erzeugenden Industrie an. Diese Reststoffe müssen wie andere Reststoffe auch entweder vermieden oder ökologisch möglichst sinnvoll verwertet werden. Die Zielsetzung einer ökologisch sinnvollen Verwertung der organischen Reststoffe sollte die Schließung der Nährstoffkreisläufe beinhalten, aber auch gleichzeitig nur geringe Emissionen an Treibhausgasen verursachen. Die Erzeugung von Biogas aus Reststoffen zur Erzeugung von Elektrizität und Wärme und eine anschließende Verwertung des Gärrestes als Dünger stellen dabei die ökologischste Möglichkeit dar. Bislang wird der Großteil an organischen Reststoffen kompostiert bzw. thermisch verwertet, da der Einsatz in der anaeroben Vergärung als problematisch angesehen wird. Dies liegt vor allem an der Tatsache, dass es sich bei organischen Reststoffen meist um proteinreiches Substrat handelt, welches dadurch große Mengen an Stickstoff enthält. Durch den Abbau der proteinreichen Substrate kann es zu einer Akkumulation von Ammoniak (NH3) kommen. NH3 wirkt als Zellgift und kann dadurch die Mikroorganismen im Fermenter schädigen. Kohlenstoffdioxid (CO2) stellt zusammen mit Wasserstoff (H2) einen für die Methanogenese entscheidenden Ausgangsstoffe dar. Die Dynamik der CO2-Partialdrücke (pCO2) im Fermenterinhalt ist daher entscheidend für den Biogasprozess. Um die Potentiale bei der Vergärung von organischen Reststoffen zu untersuchen, wurden insgesamt vier Gärversuche mit 11 Fermentern im Labormaßstab durchgeführt. Bei den Reststoffen handelte es sich um organisches Material, welches während des Betriebsprozesses in einer Großschlachterei anfällt. Für die Betrachtung des pCO2 im Fermenterinhalt wurden fünf Versuche mit Speiseresten als Substrat ausgewertet. Die eingesetzten Substrate wiesen in ihrer strukturellen Zusammensetzung teils deutliche Schwankungen auf. Die Versuche zeigten niedrige Methanerträge und einen geringen Abbau der organischen Substanz, die durch eine Schädigung der mikrobiellen Gemeinschaft durch NH3 hervorgerufen wurde. Die Messung der Ammonium (NH4+) Konzentrationen erfolgte bisher nur selten über den gesamten Prozessverlauf. Unsere Messungen zeigten hohe NH4+ Konzentrationen und deutliche Schwankungen, die vor allem in der Dynamik des Gesamtprozesses begründet sind. Die gemessenen Nährstoffgehalte weisen den Gärrest als einen sehr guten Dünger aus. Vor allem die Konzentrationen an Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K) im Gärrest sind deutlich höher als in Schweine- oder Rindergülle. Zudem besitzt der Gärrest durch den großen Anteil an organischer Substanz eine humusbildende Wirkung. Die Messungen des pCO2 zeigten einen Überschuss an CO2 bei nicht optimalem Prozessverlauf auf. Dies lässt darauf schließen, dass ausreichend CO2 für die Methanbildung vorhanden wäre, allerdings nicht optimal genutzt wird. Es zeigte sich, dass eine Monovergärung von Abfällen aus der lebensmittelproduzierenden Industrie grundsätzlich möglich ist. Allerdings muss bei der Vergärung hohen NH3-Konzentrationen entgegengewirkt werden. Die Analyse der Nährstoffgehalte der Gärreste ergab ein beträchtliches Potential für die Pflanzendüngung. Eine Nutzung der Gärreste als Pflanzendünger führt zu einem geschlossenen Nährstoffkreislauf, was letztlich klare ökologische Vorteile mit sich bringt. Die Ergebnisse aus der Analyse des pCO2 zeigen neue Möglichkeiten auf, um die Biogasqualität, beispielsweise durch Zugabe von H2, zu steigern. Eine Steigerung der Methanerträge ist dabei sowohl aus ökologischen als auch aus ökonomischen Gesichtspunkten wichtig, da dadurch eine höhere Energieausbeute erreicht werden könnte. In our consumption based affluent society, organic waste is mass produced in private households as well as in the food producing industries. These residual materials, as with other organic waste material either should be avoided or exploited in an ecologically worthwhile way. The aim of an ecological sound exploitation of organic waste should be the closing of nutrient cycles but also, at the same time, the reduction of greenhouse gas emissions. The creation of biogas out of organic waste to produce electricity and heat combined with the use of the digestate as a fertilizer represents an ecological useful way to exploit organic waste material. To date, most of these organic residues is incinerated because the usage in anaerobic digestion is seen as problematic. This is due to the fact that organic waste materials are often rich in proteins and therefore rich in nitrogen. Through the degradation of protein-rich substrates there can occur an accumulation of ammonia (NH3). NH3 acts as a cellular toxine and can therefore destroy the microbial community in the digester. Carbon dioxide (CO2) together with hydrogen (H2) represents the main components for methanogenesis. The dynamics of the CO2 partial pressure (pCO2) in the liquid phase of the reactor is therefore an important component in the biogas process. To investigate the potentials of the anaerobic digestion of organic wastes, four lab scale experiments with 11 reactors were carried out. The organic waste materials were obtained from a slaughterhouse. To observe the dynamics of the pCO2, we analyzed five reactors feed with food leftovers as the main substrate. The used substrates differed clearly in their structural composition. The experiments showed low methane yields and a low degradation of the organic matter. This was due to the damage of the microbial community caused by NH3. There are nearly no publications measuring the ammonium (NH4+) concentration over the whole digestion period. Our measurements showed high amounts of NH4+ and in addition, a fluctuation of the NH4+ concentration during the digestion process caused by the dynamics of the anaerobic digestion. The measurement of the nutrient content identified the digestate as a good fertilizer. In particular, the content of nitrogen, phosphorus and potassium were considerably higher than in liquid manure from pigs or cattle. Additionally the digestate comprised high amounts of organic carbon, which can be used for humus production. The evaluation of the pCO2 in the reactor slurry showed an oversaturation in CO2 at a suboptimal process. This leads to the conclusion that there was surplus CO2 available for methanogenesis, which cannot be utilized. It becomes apparent that it is possible to use organic wastes from food producing industries for anaerobic digestion. However, it is necessary to counter the high NH3 concentrations for an optimal process performance. The nutrient analysis of the digestate demonstrated its high potential as a fertilizer. If the digestate is used as a fertilizer, it brings the ecological advantage of a closed nutrient cycle. The results of the pCO2 evaluation showed new possibilities to enhance biogas quality, e.g. in addition of H2. An increase in the methane yield to generate a higher energy amount is not only important in the viewpoint of ecology, it is also important in an economical way.

Bei der biologischen Abwasserreinigung anfallende Schlämme müssen, um sie lagerfähig zu machen und Geruchsemissionen zu vermeiden, aerob (durch Belüften) oder anaerob (durch Faulung unter Sauerstoffausschluss) stabilisiert werden. Der in Kläranlagen anfallende Rohschlamm, eine Mischung aus Primär- und Sekundär- (Überschuss)schlamm, wird im zweiten Fall unter anaeroben Bedingungen bei etwa 38°C umgesetzt. Das dabei entstehende Gas besteht in etwa aus zwei Dritteln Methan (CH4) und einem Drittel Kohlenstoffdioxid (CO2), sowie Schwefelwasserstoff (H2S), Wasserdampf und Spurengasen.Für die Verwendung als Treibstoff für Fahrzeuge oder die Einleitung in das Gasnetzwerk sind jedoch höhere Methangehalte vonnöten. Um dies zu bewerkstelligen, kann dem Faulturm ein Rieselbett nachgeschaltet werden, in welchem das Kohlenstoffdioxid des Biogases mit Wasserstoff (H2) biologisch zu Methan umgesetzt wird. In dieser Arbeit wurde ein Faulgasreaktor im Labormaßstab betrieben. Das dabei ent-standene Produktgas wurde mit Wasserstoff aus einer Druckflasche in ein nachgeschaltetes Rieselbett eingeleitet. Das Rieselbett wurde mit porösen Polyurethanwürfeln als Aufwuchsmaterial für die Bakterien gefüllt, welche die biologische Methanisierung bewerkstelligen, und mit Faulschlamm beimpft. Mit Hilfe einer Pumpe erfolgte die Zirkulation der flüssigen Phase im Rieselbett. Da ein Mangel an essenziellen Spurenelementen bei den anaeroben Bakterien zu einem eingeschränkten Stoffumsatz führen, wurde eine Nährlösung mit unterschiedlichen Spurenelementen hergestellt und zugesetzt. Ziel dieser Arbeit war es, den benötigten Bedarf an Spurenelementen zu ermitteln, um eine gezielte Zugabe der nötigen Chemikalien zu ermöglichen, um in Hinblick auf dieses Kriterium eine Limitierung im Stoffumsatz zu verhindern. Hierfür wurden Proben aus der Rieselflüssigkeit entnommen, welche mit Hilfe einer ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry) analysiert wurden. Des Weiteren wurde untersucht, ob sich die hydrogenotrophen Methanbildner überwiegend in der Rieselflüssigkeit oder auf den Aufwuchskörpern befinden. Sludge (biosolids) produced during biological wastewater treatment has to be stabilised aerobically (by aeration) or anaerobically (by digestion in the absence of oxygen) for storage and to avoid odour emissions. In the second case, the raw sludge produced in wastewater treatment plants - a mixture of primary and secondary (overflow) sludge - is converted under anaerobic conditions at about 38 °C. The produced gas consists of approximately two-thirds methane (CH4) and one-third carbon dioxide (CO2), as well as hydrogen sulfide (H2S), water vapour and trace gases. However, higher methane contents are required to use biomethane as fuel for vehicles or for direct injection it into the gas network. To accomplish this, a trickle bed can be installed subsequent of the digester, in which the carbon dioxide from the biogas of the digester biologically can be converted with hydrogen (H2) to methane. In this work, a laboratory-scale digester was operated for biogas production. The resulting product gas was introduced with hydrogen into a post reactor trickle bed. The trickle bed was filled with porous polyurethane cubes acting as carrier for the bacteria and inoculated with digested sludge. A pump was used to circulate the trickling liquid. Since deficiencies in essential trace elements lead to limited functionality of the anaerobic bacteria, a nutrient solution with different trace elements was added. The aim of this work is to determine the required amount of trace elements to enable a controlled addition of the necessary chemicals to avoid limiting conditions. For this purpose, samples from the trickle bed liquid were taken and analyzed by ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectrometry). Furthermore, it was investigated whether the hydrogenotrophic methane producers are located rather in the trickling liquid or on the growth bod-ies.

In dieser Arbeit sollen zwei verschiedene Membranen in zwei unterschiedlichen Membranmodulen auf ihre Eignung, Aceton, Butanol und Ethanol (ABE) aus einer w��ssrigen L��sung abzutrennen, getestet werden. Au��erdem soll der Einfluss von verschiedenen Komponenten auf die Leistungsf��higkeit gepr��ft werden. Bei der sogenannten ABE-Fermentation werden biofermentativ Aceton, Butanol und Ethanol erzeugt. Diese Komponenten sind wichtige Grundchemikalien und sollen mit diesem Ansatz aus nachwachsenden Rohstoffen produziert werden. Zur anschlie��enden Abtrennung der L��sungsmittel aus dem w��ssrigen Medium ist die Pervaporation eine vielversprechende Technik. Dabei wird die L��sung ��ber eine Membran geleitet, durch die nur die gew��nschten Komponenten hindurchgelangen k��nnen. Zwei Membranmaterialien, die f��r die dargelegte Trennaufgabe sehr vielversprechend erscheinen, sind Polyoktylmethylsiloxan (POMS) und Polydimethylsiloxan (PDMS). Hier wurde eine experimentelle POMS-Flachbettmembran von dem Helmholtz-Zentrum Geesthacht (Deutschland) und ein Hohlfasermodul mit eingebauten PDMS-Membranen der Firma PermSelect - MedArray, Inc (USA) getestet. Die Membranen wurden in eine Pervaporationsanlage im Laborma��stab eingebaut und auf unterschiedliche Parameter untersucht. Nach der Testung der Leistungsf��higkeit mit ausschlie��lich ABE in Wasser, ist anschlie��end der Einfluss von Glucose, Ammoniumchlorid, Essigund Propions��ure auf die Membranen getestet worden. Die Essigund Propions��ure Versuchsreihen sind jeweils bei einem pH-Wert von 7, 5 und 3,5 durchgef��hrt worden, um somit den Einfluss des pH-Werts zu ber��cksichtigen. Alle betrachteten Komponenten sind auch in realen Fermentationsbr��hen enthalten und k��nnen daher bei einer Inline-Abtrennung einen Einfluss auf die Membran aus��ben. Um die Membran zu charakterisieren, sind der transmembrane Fluss, der Trennund Anreicherungsfaktor sowie die Permeanz und die Permselektivit��t berechnet worden. Damit k��nnen sowohl die Leistungsf��higkeit als auch die Wechselwirkungen der Membran mit den einzelnen Komponenten charakterisiert werden. Im Anschluss an die Experimente sind beide Membranen noch mittels Rasterelektronenmikroskop untersucht worden, um ihre Dicke zu ermitteln, damit die Permeabilit��ten berechnet werden k��nnen. Beide Membranen sind im gesamten betrachteten pH-Wertebereich und gegen��ber allen getesteten Substanzen stabil. Die POMS-Membran zeigt einen negativen Einfluss bei der Zugabe von Glucose. Schon die niedrigste gemessene Glucosekonzentration von 50 g/l f��hrt zu einem Sinken des Flusses sowie der Permselektivit��t von ABE zu Wasser. Dieser Effekt ist jedoch reversibel und entsteht m��glicherweise durch eine von der Glucose ausgel��ste Polarisation an der Membran. Die PDMS-Membran hingegen zeigt keinen Effekt durch die Zugabe von Glucose. Daf��r sinkt die Leistungsf��higkeit bei Zugabe der S��uren bei einem pH-Wert von 3,5. Die POMS-Membran zeigt die h��chste Permeabilit��t f��r Wasser und ist somit nicht selektiv f��r ABE. Damit ist die Trennung schlechter als man durch das Fl��ssig-Dampf-Gleichgewicht erwarten w��rde. Aus diesem Grund ist die untersuchte POMS-Membran schlechter f��r die Trennung von ABE und Wasser geeignet als die betrachtete PDMS-Membran. Die PDMS-Membran hingegen ist selektiv f��r Butanol, nicht jedoch f��r Aceton und Ethanol. Da Butanol jedoch das Hauptprodukt ist, ist die Membran f��r das dargelegte Trennproblem geeignet. In this work, two membranes in two different modules are examined on their suitability to separate acetone, butanol und ethanol from an aqueous solution. Furthermore, the influence of different components on the performance is tested. In ABE fermentation, acetone, butanol and ethanol are produced via fermentation. These substances are important base chemicals and can be produced from renewable resources through this process. For the separation of the solvents from the aqueous solution, pervaporation is an interesting technique. The solution is pumped over a membrane that should only let specific components through. Membrane materials that seem to show promise for this separation are polyoctylmethlysiloxane (POMS) und polydimethylsiloxan (PDMS). In this thesis an experimental POMS flat sheet membrane by Helmholtz-Zentrum Geesthacht (Germany) and a hollowfiber module with a PDMS membrane by PermSelect - MedArray, Inc (USA), have been tested. The membranes were built into a lab-scale pervaporation plant and multiple experiments were performed. First the membranes have been brought into contact with only pure ABE in water. Than the influence of glucose, ammonium chloride as well as propionicand acetic acid on the membrane have been examined. Experiments with aceticand propionic acid are carried out at the pH values of 7, 5 und 3.5, so as to also include the influence of different pH values on the membranes. These specific components have been chosen since they are also present in real fermentation booths. The parameters chosen for the characterization of the membranes include the transmembrane flux, separation and enrichment factor, as well as the permeance and permselectivity. Thus, it is possible to draw conclusions on the productivity of the membranes as well as the interactions with the different components. In a next step, scattering electron microscopy has been performed on the membranes to measure their thickness and thus be able to calculate the permeability. Both membranes are stable in the whole tested pH range and against all added substances. The POMS membrane is negatively influenced by the addition of glucose. Even at the lowest used glucose concentration of 50 g/l, there is a measurable decline of the flux as well as the permselectivity of ABE to water. This effect is reversible and may be caused by polarization. Contrary to that the PDMS shows no effect at the addition of glucose. But the addition of the acids at the pH value of 3.5 causes a lower performance. The permeability shows that the POMS membrane has the highest affinity to water and thus is not selective for ABE. Therefore, the separation is worse than predicted by the vapor-liquid-equilibrium. Which is the reason why this membrane is less suited for the separation of water and ABE than the PDMS membrane. The PDMS membrane is selective for butanol but not for acetone and ethanol. Since butanol is the main focus of the separation, this membrane is suited for this separation problem.

Der Anteil des Energiebedarfs von R��hrwerken auf Belebungsanlagen am Gesamtenergiebedarf von Kl��ranlagen liegt, wie in dieser Arbeit gezeigt werden kann, bei 5 bis 20 %. R��hrwerke standen im Gegensatz zu Bel��ftungssystemen jedoch bisher nicht im zentralen Fokus von Arbeiten zur Energieoptimierung. Ziel dieser Dissertation ist es daher, erstmals einen fundierten ��berblick zum Energiebedarf und Energieoptimierungspotential von R��hrwerken (allgemein: Durchmischungs-Systemen) in Belebungsanlagen vorzulegen. Hierzu wurde eine umfassende Datenbasis von Kl��ranlagen aufgebaut und hinsichtlich folgender Kennzahlen zum Energiebedarf von R��hrwerken ausgewertet: (A) einwohnerspezifischer Energiebedarf Wmix,EW [kWh/EW120/a], (B) Leistungsdichte PR [W/m3], (C) volumen-spezifischer Energiebedarf Wmix,V [Wh/m3/d].Aus der statistischen Analyse des Datenmaterials wurden Zielwerte f��r Wmix,EW und PR abgeleitet und deren praktische Relevanz durch ein umfangreiches Messprogramm auf Gro��anlagen best��tigt. Sowohl Wmix,EW als auch dessen Zielwerte sind indirekt proportional zur mittleren CSB-Zulauffracht. Die Zielwerte von Wmix,EW liegen hierbei zwischen 6,8 kWh/EW120/a (< 5.000 EW120) und 1,3 kWh/EW120/a (> 30.000 EW120). Die Leistungsdichte PR und dessen Zielwerte sind indirekt-proportional zum Beckenvolumen, die Zielwerte von PR liegen zwischen 5,7 W/m3 (��� 200 m3) und 1,1 W/m3 (> 2.000 m3).Die H��he der dritten Kennzahl, des volumenspezifischen Energiebedarfs Wmix,V, h��ngt ma��geblich davon ab, ob ein Becken bel��ftet oder unbel��ftet ist. Bei den bel��fteten Becken der ausgewerteten Datenbasis liegt der Median von Wmix,V bei ca. 45 Wh/m3/d, bei unbel��fteten Becken bei ca. 90 Wh/m3/d.Die Energieoptimierung von R��hrwerken kann grunds��tzliche ��ber zwei Wege erreicht werden: die Reduktion der Leistungsdichte und die Reduktion der t��glichen Laufzeit der R��hrwerke. Die Energiesparoptionen reichen hierbei von einer kontinuierlichen Durch-mischung bei kleinen Leistungsdichten von 1 W/m3 bis zur Durchmischung mittels kurzer, energieintensiver Impulse (Impulsbel��ftung, Impulsr��hren). Folgender Zusammenhang konnte hierzu festgestellt werden: Je k��rzer die t��gliche Dauer des Energieeintrags, desto h��her die einzutragende Leistungsdichte bei vergleichbarem volumenspezifischem Energiebedarf Wmix,V. Bei g��nstigen Bedingungen hinsichtlich Beckenvolumen, Beckengeometrie, Bel��ftung und R��hrwerksposition, kann Wmiv,V in bel��fteten Becken auf < 24 Wh/m3/d reduziert werden.Jegliche Energieoptimierung von R��hrwerken ist letztlich nur dann sinnvoll, wenn folgende Kriterien erf��llt werden: (1) Die R��hrenergieeinsparung darf zu keiner Beeintr��chtigung der Abwassereinigungsaufgaben der Kl��ranlage f��hren; die entscheidenden Kontrollgr����en hierf��r sind: (1a) Sohlgeschwindigkeiten, (1b) Verteilung des TSBB-Gehalts im Belebungsbecken, (1c) Sohlablagerungen, (1d) Denitrifikation. (2) Die R��hrenergieeinsparung muss auch zu einer Energieeinsparung im Gesamtsystem ���R��hrwerke und Bel��ftung��� f��hren; der diesbez��gliche Nachweis kann ��ber vergleichende Sauerstoffzufuhrversuche bei unterschiedlichem Mischenergieeintrag erfolgen. Die praktische Anwendbarkeit der in (1) und (2) angef��hrten Kontrollgr����en und Versuche konnte bei einem umfangreichen Messprogramm auf der Hauptkl��ranlage Wien (HKA Wien) nachgewiesen werden. This work shows that agitators in activated sludge plants consume about 5 to 20 % of the total energy demand of a wastewater treatment plant. However, in contrast to aeration systems, agitators have not been the central focus of energy optimization yet. The aim of this work is therefore to provide a sound overview regarding the current state and the optimization potential of energy consumption of agitators (generally: mixing systems) in activated sludge tanks. For this purpose, a broad and consistent database of operating wastewater treatment plants was set up and evaluated using following agitator energy indicators: (A) inhabitant-specific energy demand Wmix,PE [kWh/PE120/a], (B) power density PD [W/m3], (C) volume-specific energy demand Wmix,V [Wh/m3/d].Based on the statistical analysis of the data set target values were derived for Wmix,PE and PD, the practical feasibility of which was confirmed by an extensive measuring program at large scale. Both Wmix,PE and its target values are indirectly proportional to the average incoming COD load, with target values ranging from 6.8 kWh/PE120/a (< 5,000 PE120) to 1.3 kWh/PE120/a (> 30,000 PE120). Similar results were found for power density: both PD and its target values prove to be indirectly proportional to tank volume, with target values ranging from 5.7 W/m3 (< 200 m3) to 1.1 W/m3 (> 2,000 m3).The value of the third key indicator, volume-specific energy requirement Wmix,V significantly depends on whether the tank is aerated or not. The median of Wmix,V for the aerated tanks is approx. 45 Wh/m3/d, for unaerated tanks approx. is 90 Wh/m3/d.In principle, there are two ways to optimize agitator operation: the reduction of power density and the reduction of daily operating time. Energy saving options range from continuous mixing with low power densities of 1 W/m3 to mixing by means of short, intense energy pulses (impulse aeration, impulse stirring). The following correlation was detected: the shorter the duration of daily energy input, the higher the power density at comparable volume-specific energy demand Wmix,V. Under favorable conditions with respect to tank volume, tank geometry, aeration and agitator position, the mixing energy in aerated tanks can be reduced to < 24 Wh/m3/d.Energy optimization of agitators is only feasible if the following criteria are met: (1) it must not impair the treatment of wastewater itself; the decisive control parameters are (1a) near-ground velocity, (1b) distribution of total suspended solids in the tank, (1c) tank deposits, (1d) denitrification performance. (2) it must lead to energy savings in the overall system "agitators and aeration"; evidence can be provided by comparative oxygen supply tests at different mixing energy inputs. The practical applicability of the control parameters and tests listed in (1) and (2) could be demonstrated in an extensive measurement program at the main wastewater treatment plant Vienna.

Die Anforderungen an die moderne Abwasserreinigung haben sich in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt. Abwasser und anfallende Rohstoffe wie z.B. Kl��rschlamm werden nunmehr als wertvolle Ressource angesehen, deren Inhaltstoffe wie z.B. verschiedene N��hrstoffe weitgehend genutzt werden sollen. Das bestehende und bereits gro��technisch umgesetzte ANAStrip-Verfahren basiert auf dem Ausstrippen von Ammoniak aus G��rresten bei etwa 80��C und leichtem Unterdruck. Dieses Verfahren sollte f��r Faulschlamm als Substrat adaptiert und in einer Pilotanlage f��r mehrere Versuchszust��nde betrieben werden. Um das Potential des ANAStrip-Verfahrens f��r Faulschlamm absch��tzen zu k��nnen, wurde die Kl��ranlage Tulln bilanziert. Bei der Bilanzierung zeigte sich, dass der Abbaugrad an Stickstoff auf der KA Tulln nahezu 99 % erreicht. Der erforderliche Grenzwert f��r NH4-N von 5 mg/l im Ablauf konnte zu jedem Zeitpunkt der Betrachtung eingehalten werden. F��r den ��konomischen Betrieb des ANAStrip-Verfahrens steht keine ausreichende Abw��rme aus dem Betrieb der Kl��ranlage zur Verf��gung. Zus��tzliche externe Energiequellen m��ssten hinzugef��gt werden. Die Pilotanlage bestand im Wesentlichen aus zwei Versuchsreaktoren von je 2 m3 Inhalt, von denen einer als Referenzreaktor diente und einer angeh��ngten Strippanlage inklusive Vakuumpumpe. Nach Inbetriebnahme der Strippanlage wurde im ersten Versuch der Faulschlamm gestrippt und nicht in den Versuchsreaktor rezykliert. Im zweiten Versuch wurde ein Teil des gestrippten Faulschlamms in den Versuchsreaktor zur��ckgef��hrt. Es sollte der Ein-uss der Strippung auf den Abbaugrad des Ammoniums im Faulturm, die Biogasproduktion und die Entw��sserbarkeit des Faulschlamms untersucht werden. F��r die Auswertung letzterer Aufgabenstellung wurde eine Laborpresse in mehreren Schritten optimiert. Aufgrund der beteiligten Mikroorganismen im Faulungsprozess sind bei ��nderungen in der Prozessf��hrung mit l��ngeren Anpassungsphasen zu rechnen. Die betrachteten Versuchszeitr��ume reichten daher nicht aus, um signifikante Unterschiede zwischen den betrachteten Versuchen auszumachen. Tendenzen zeigen, dass die Strippung den Abbaugrad des Ammoniums nicht wesentlich beeinflusst, unabh��ngig von der Art der Reyzklierung. Die Biogasproduktion im Versuchsreaktor und die Entw��sserbarkeit des Faulschlamms sind tendenziell besser als im Referenzreaktor. The requirements of modern wastewater treatment have evolved steadily in recent years. Sewage and accumulated raw materials such as sludge are now regarded as a valuable resource, as their ingredients such as different nutrients can be widely used. The existing and already industrially implemented ANAStrip method is based on the stripping of ammonia out of digestate at about 80��C and a slightly reduced pressure. The main aim of this thesis is to adapt this procedure for sludge as a substrate and to be operated in a pilot plant under several experimental conditions. In order to assess the potential of the ANAStrip method for sewage sludge, the sewage treatment plant Tulln was reported. The balancing showed that the degration rate of ammonia on the KA Tulln reaches almost 99 %. The required limit value for NH4-N of 5 mg/l in the affluent of the KA could be observed at any point of time. Furthermore, no adequate waste heat from the operation of the sewage treatment plant is availabe for the economic operation of the ANAStrip process. Additional external sources would have to be added. The pilot plant consisted of two experimental 2 m3 reactors. While one served as a reference reactor, the other was used as an experimental reactor with an attached stripping system including a vacuum pump. After commissioning of the plant the sludge was stripped in the first attempt but not returned to the experimental reactor. In the second attempt a part of the stripped sludge was recycled by the experimental reactor. The aim was to study the influence of the stripping to the degradation of the ammonia in the digester, the production of biogas and the dewatering of the digested sludge. For the last task, a laboratory press was optimized in several steps. After changes in the process management longer adaption phases are to be expected due to the involved microorganisms in the digestion process. Therefore the observed experimental periods were not sufficient to identify significant differences between the observed trials. Trends are showing that stripping does not substantially influence the degree of degradation of ammonium. This is independent from the type of recycling. The production of biogas in the experimental reactor and the dewatering of the digested sludge tend to be better than in the reference reactor.