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Innovationsraum: BaMS-FEMAK 2, TP1 - Umsetzungsphase

Biologische Reinigung geruchsintensiver Abgase

Industrielle Umsetzung von Wasserstoff-Produktion aus Fruchtsaft-Abfällen mit Hilfe von Purpurbakterien, Teilvorhaben: Bioverfahrenstechnische Prozessoptimierung und Stoffwechselanalysen

Forschergruppe (FOR) 5094: Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden, Teilprojekt Stoffwechselraten: Von oxischen zu anoxischen Prozessen

Durch DynaDeep wird ein Verständnis der Funktionsweise und Relevanz des Land-Meer Übergangs im Untergrund von Hochenergiestränden gewonnen werden. Wir nehmen an, dass dieser einen hoch dynamischen Bioreaktor und einzigartiges mikrobiologisches Habitat darstellt und Netto-Stoffflüsse in Richtung Meer stark beeinflusst. Um dieses Ziel zu erreichen werden sechs Teilprojekte gemeinsam Felduntersuchungen und experimentelle Arbeiten durchführen und diese mit mathematischen Modellen integrativ kombinieren. Teilprojekt P2 wird die Raten oxischer und anoxischer Respirationsprozesse in Abhängigkeit von zeitlichen Fluktuationen und räumlichen, physikalischen und chemischen Heterogenitäten untersuchen. Wir stellen die Hypothese auf, dass die heterogene Verteilung von partikulärer und gelöster organischer Substanz zu Heterogenitäten in den Stoffwechselraten innerhalb der dynamischen tiefen STE führt, und dass die räumliche Zonierung der Stoffwechselprozesse durch das gleichzeitige Auftreten mehrerer Metabolismen, insbesondere an dynamischen Grenzen, zusätzlich beeinträchtigt wird. Wir werden die Respirationsraten der oxischen und anoxischen Prozesse und ihre Wechselwirkungen mit der heterogenen Verteilung der organischen Substanz, den Porenwassergeschwindigkeiten und den Redox-Bedingungen, die durch Änderungen der Strandmorphodynamik und der Grundwasserströmung verursacht werden, experimentell bestimmen. Wissenschaftliche Bohrungen, mehrstufige Beobachtungsbrunnen, Direct-Push und manuelle Kernbohrungen ermöglichen die Entnahme von ungestörten Sedimentkernen und Porenwässern, an denen wir mittels Kombination von Inkubationsexperimenten mit moderner Sauerstoffsensorik, chemischer Analytik und Isotopenmarkierungstechnik Ratenmessungen des Respirationsstoffwechsels durchführen werden. Der Stoffwechsel von Mikroorganismen beeinflusst die Nährstoff-, Spurenmetall- und Redoxbedingungen in den Sedimenten und steuert die Umwandlung und den Umsatz von organischer Substanz. Auf diese Weise werden wir Informationen über die Verteilungen, Reaktionsgeschwindigkeiten und Überschneidungen der respiratorischen Stoffwechselwege im gesamten STE liefern und die Auswirkungen veränderter Randbedingungen auf diese Parameter bewerten. Dieses Wissen ist wesentlich für die Interpretation der Ergebnisse in P3-P5 und wird entscheidende Details für die Modellierungsansätze in P6 liefern, welche es DynaDeep ermöglichen werden, die Funktionsweise der dynamischen STE zu beschreiben.

Optimierung und Steuerung eines Fermentationssystems mit sequentieller Prozessfuehrung, dargestellt am System Ammonifikation-Nitrifikation

Voraussetzung fuer eine sequentielle Prozessfuehrung ist die genaue Kenntnis der reaktionskinetischen Daten fuer die einzelnen biologischen Systeme. Sie bilden die Grundlage fuer die Bemessung, Optimierung und Steuerung der Verfahrenselemente. Ausschlaggebend fuer die Wahl der Reaktortypen ist die Aufrechterhaltung optimaler Umweltbedingungen (z.B. pH-O2-Konzentration) sowie die Erhaltung einer moeglichst grossen Organismenmenge im System. Fuer die Nitrifikation sind Ruehrkessel-, Festbett- und Wirbelschichtreaktor die zu untersuchenden Alternativen. Die Loesung dieses Problems wird als Beitrag zur Leistungssteigerung von Klaeranlagen sowie zur Entwicklung einer Hochleistungsnitrifikation fuer Industrieabwaesser verstanden.

Aufbereitung oelhaltiger Schlaemme aus Leichtfluessigkeitsabscheidern in Bioreaktoren

Fuer die Entsorgung oelhaltiger Schlaemme aus Leichtfluessigkeitsabscheidern und Sandfaengen ist entsprechend den Anforderungen der TA-Abfall eine chemisch-physikalische, biologische Behandlungsanlage oder eine Sonderabfallverbrennung vorgesehen. Die von der FH Muenster vorgeschlagene Flotation mit nachfolgender biologischer Aufbereitung der flotativ behandelten Schlaemme soll eine Ablagerung der Schlaemme suf Deponien der Klasse 1 ermoeglichen. Die biologische Autbereitung kann in Mieten und Suspensionsreaktoren erfolgen und ist Gegenstand der Untersuchungen. Fuer den Abbau von durch Flotation vorbehandelten Oelschlaemmen aus Fluessigkeitsabscheidern wird eine Sludge-Airlift-Reaktoranlage eingesetzt. In ersten, auf sechs Wochen festgelegten Versuchen ist in Abhaengigkeit von der eingesetzten Kornfraktion, der zugegebenen Mikroflora sowie den Naehrsubstraten und Detergentien eine Abbauleistung zwischen 85 Prozent und 95 Prozent bei einer anfaenglichen MKW-Belastung von 80.800 mg/Reaktor ereicht worden. Strippverluste werden durch einen Abgaswaescher und die Rueckfuehrung des Waschwassers in den Bioreaktor ausgeglichen. Die eingesetzte, aus den Oelschlaemmen selektierte Mikroftora, wird extern angereichert und dem Prozess zugefuehrt.

Untersuchung zur Bedeutung von Metallen in Biogasanlagen

Die gepackte Saeule in der aeroben Abwasserreinigung

Zur Reinigung von Abwaessern mit hohen organischen Schadstoffkonzentrationen werden aerobe Hochlastreaktoren eingesetzt. Dabei wird die Leistungssteigerung mit unterschiedlichen Verfahrens- und Reaktortechniken erzielt. Alle Systeme haben gemeinsam, dass bei intensiver Durchmischung mit hoher Turbulenz durch Scherkraefte grosse Phasengrenzflaechen zwischen Substrat/Sauerstoff und Bakterien/Sauerstoff erzeugt werden. Dies verbessert sowohl den Sauerstofftransport als auch den Stoffuebergang. Nach diesen Prinzipien arbeitet auch der Umlaufreaktor mit gepackter Saeule, die aus speziell geformten Keramikteilen besteht. Modelluntersuchungen mit synthetischem Abwasser zeigen, dass dieser Reaktor die Abbauleistung bekannter Hochlastreaktoren erreicht, aber weniger Energie und keine beweglichen Teile benoetigt.

Traitement d'eaux usees contenant des huiles en bioreacteur (FRA)

L'elimination des substances toxiques utilisees et fabriquees par l'homme represente l'un des problemes majeurs des annees a venir. Des recherches realisees en laboratoire ont montre que les microorganismes sont capables de de grader certaines de ces substances mais le traitement d'eaux usees industrielles pose encore de nombreux problemes, notamment en raison des variations qualitatives et quantitatives des substances contaminant ces eaux. En collaboration avec une entreprise de traitement de dechets, on effectue des essais de degradation d'emulsions huileuses en bioreacteur. Les objectifs de ces essais sont de developper une population microbienne capable de degrader rapidement ces emulsions, d'etablir les conditions optimales de cette biodegradation et, enfin, de mettre au point les methodes d'analyses pour le suivi de ces essais. (FRA)

Bau und Betrieb einer Biogasanlage zur gemeinsamen Vergärung von Wirtschaftsdüngern mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan

Das Verbundvorhaben zwischen der Bioenergy Concept GmbH und des CC4E der HAW Hamburg hat zum Ziel, eine innovative Modell- und Demonstrationsanlage im Landkreis Lüneburg zu realisieren, die Wirtschaftsdünger von mehreren Landwirtschaftsbetrieben zentral zu Biogas vergärt und weiter zu Biomethan aufbereitet. Die hierfür nötige Prozesswärme wird durch den Betrieb einer Pyrolyse erzeugt. Der Einsatz ligninhaltiger Reststoffen und die Produktion von Biokohle stellen ein nachhaltiges und ökologisch zukunftsfähiges Verfahren dar. Das produzierte Biomethan soll primär im Verkehrssektor eingesetzt werden. Als potentieller Hauptabnehmer hat der Landkreis Lüneburg bereits sein Interesse bekundet, das Biomethan in der vom Landkreis betriebenen Elbfähre Bleckede - Neu Darchau und zukünftig auch im ÖPNV zu nutzen. Die als Nebenprodukt pyrolytisch erzeugte Biokohle soll zur Tierfütterung und zur Stabilisierung der Prozessbiologie im Fermenter eingesetzt werden. Sie trägt so zur Aufwertung der Gärreste und zum Humusaufbau der landwirtschaftlichen Flächen bei. Das Ziel der wissenschaftlichen Begleitung seitens der HAW ist es, die Akzeptanz zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern zu untersuchen und ggfs. zu stärken. Für die Grundlage des dafür angestrebten Wissenstransfers in alle beteiligten Gruppen soll eine umfangreiche Ausarbeitung bestehender Forschungsergebnisse dienen. Zusätzlich wird mittels Nährstoffanalysen von Edukten und Produkten ein praxisspezifischer Kenntnisstand geschaffen, insbesondere der durch Gärung bedingten, veränderten Düngeeigenschaften von Wirtschaftsdünger. Ferner soll ein allgemeiner Leitfaden zur energetisch-stofflichen Nutzung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen geschaffen werden. Eine Bilanzierung von Treibhausgasemissionen der Demonstrationsanlage bilden die Grundlage für mögliche Erweiterungen. Das Verbundvorhabens ist auf drei Jahre vom 07/2023 - 6/2026 ausgelegt und hat ein angestrebtes Fördervolumen von 1,38 Mio €.

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