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s/fauling/Fouling/gi

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Continuous current observations near DynaCom experimental islands in the back-barrier tidal flat, Spiekeroog, Germany, 2019-11 to 2023-09

Data presented here were collected between November 2019 to September 2023 within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). A recording current meter (RCM; SEAGUARD® Recording Current Meter, Aanderaa Data Instruments AS, Bergen/Norway) was installed in the back-barrier tidal flat near the experimental islands. The sensor was bottom-mounted in a shallow tidal creek (0.59 m NHN) using a steel girder buried in the sediment, which caused the sensor to be exposed during low tide. All low-tide data have been removed from the dataset. The system was equipped with a ZPulse Doppler Current Sensor (DCS), a conductivity sensor, an oxygen optode, and two analogue sensors for chlorophyll-a and turbidity (16445). All sensors were pre-calibrated by the manufacturer. Recorded data were internally logged until readout with the SeaGuard Studio software (V1.5.23). Salinity was derived in the SeaGuard Studio software using temperature-dependent, nonlinear seawater conductivity compensation following the Practical Salinity Scale (PSS-78). Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Turbidity and chlorophyll-a data were excluded from the final dataset, as the recorded signals show implausible values and did not pass quality-control criteria. Post-processing and quality control included (a) the removal of low tide data, data covering maintenance activities, and data affected by biofouling, (b) the removal of implausible values, c) an outlier detection using the Hampel filter method, and (d) visual checks. Identified outlier were removed and synchronously removed across all associated parameters of the respective sensor.

Leistungssteigerung bei der Querstrommikrofiltration durch Dean-Wirbel

Druckgetriebene Filtrationsprozesse, wie z.B. die Querstrommikrofiltration, sind in ihrer Leistungsfaehigkeit durch Effekte wie Fouling und Konzentrationspolarisation bzw. Deckschichtwachstum beschraenkt. Ziel der hier genannten Arbeit ist es, durch eine gezielte Induzierung von Stroemungsinstabilitaeten in Form von Sekundaerstroemungen das Deckschichtwachstum an der Membran zu limitieren, somit hoehere Filtratfluesse zu erzielen und den Filtrationsprozess insgesamt effizienter zu betreiben. Die Stroemungsinstabilitaeten werden durch die Stroemungsfuehrung in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen aufgrund von Zentrifugalkraeften erzeugt. In Technikumsversuchen mit Latex- und Hefesuspensionen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Filtratfluss durch den Einsatz von Dean Wirbeln gegenueber der Filtration mit geraden Kapillarmembranen um bis zu 140 Prozent steigern laesst, die Effizienz des Prozesses kann bei gleichem spezifischen Filtratfluss sogar um bis zu 400 Prozent hoeher sein. Neben den experimentellen Untersuchungen erfolgt eine intensive theoretische Betrachtung des Filtrationsprozesses. Mit Hilfe einer CFD-Software werden die hydrodynamischen Vorgaenge untersucht und in Hinblick auf den Deckschichtaufbau analysiert. Die Berechnung mehrphasiger Stroemungen und der Ablagerungsmechanismen von Partikeln soll in Zukunft durch die Simulation des dynamischen Deckschichtaufbaus in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen erfolgen und zur Optimierung von Filtrationsmodulen hinsichtlich der Hydrodynamik herangezogen werden.

Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm

Der Abwasserverband Braunschweig optimiert mit einer technischen Innovation die Energiebilanz seiner Kläranlage und gewinnt wertvolle Nährstoffe aus dem Klärschlamm zurück. Das Bundesumweltministerium fördert dieses Vorhaben mit knapp 2 Millionen Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm. Ziel des Vorhabens ist eine energetisch optimierte Schlammbehandlung mit erhöhter Faulgasausbeute und damit erhöhter Stromproduktion sowie die Rückgewinnung der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser für den späteren Einsatz als Düngemittel. Das Vorhaben leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Abwasserwirtschaft und ist insbesondere in Hinblick auf die Nährstoffrückgewinnung auf andere Abwasserbehandlungsanlagen übertragbar. Das jährliche Einsparpotenzial an CO2-Emissionen beträgt circa 430 Tonnen. Zudem führt das Verfahren zu einer Verbesserung der energetischen Bilanz der Kläranlage. Und so funktioniert das neue Verfahren: In einer Zentrifugenanlage wird ausgefaulter Überschussschlamm auf circa 15 Prozent Trockenrückstand entwässert und direkt einer thermischen Desintegration zugeführt, in der mittels Druckhydrolyse eine Erhöhung des abbaubaren Anteils des Schlamms erreicht wird. Damit fällt eine höhere Menge an Faulgas an, gleichzeitig sinkt die zu entsorgende Schlammmenge. Die beim Zentrifugieren anfallende hoch nährstoffreiche Flüssigkeit - das Zentrifugat - wird nacheinander den beiden Nährstoffrückgewinnungsstufen, der Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung und der Ammoniak-Strippung, zugeführt. Sowohl das dabei gewonnene Magnesium-Ammonium-Phosphat als auch das Ammoniumsulfat sind von hoher Qualität und zum Einsatz als Düngemittel geeignet. Das Bundesumweltministerium fördert mit dem Umweltinnovationsprogramm erstmalige, großtechnische Anwendungen einer innovativen Technologie. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Grundlagenforschung zur Ausnutzung hydrodynamischer Effekte zur Verringerung des Membranfoulings durch die Einführung spezieller Anordnungen neuartiger Feed-Spacer-Geometrien in Kombination mit unregelmäßigen Membranoberflächenmustern

Umkehrosmose- (UO) und Nanofiltrationsmembranen (NF) sind bekannt für ihre hohe Selektivität gegenüber gelösten Stoffen und neu auftretenden Schadstoffen, die in verschiedenen Wassertypen vorhanden sind. Elemente mit spiralförmig gewickelten Membranen sind die am häufigsten verwendete Membrankonfiguration in UO/NF-Anlagen. Sie bestehen aus mehreren Taschen aus Dünnschichtverbundmembranen (TFC), einem Permeatrohr sowie Spacer (Abstandshalter) für Permeat (Produkt) und Feed (Zulauf). Feed-Spacer bilden einen Strömungskanal zwischen zwei benachbarten Taschen. Sie spielen eine wesentliche Rolle für die Flüssigkeitscharakteristika innerhalb der Feed-Strömungskanäle und folglich bei der Beeinflussung der Querströmungsgeschwindigkeit und des Druckabfalls. Dies beeinflusst Membranverschmutzung (Fouling) und Energieverbrauch und damit die Betriebskosten. Feed-Spacer sind vorteilhaft, um den Massentransport, die Fluidmischung und die Scherrate zu verbessern, was die Konzentrationspolarisation (Ansammlung zurückgehaltener Stoffe in einer Grenzschicht nahe der Membranoberfläche) und das Scaling (Überschreiten des Löslichkeitsgleichgewichts von Salzen) mildern sollte. Es wird jedoch auch beobachtet, dass Spacer zu Zonen mit schlechtem Massentransport führen, in denen dann partikuläres Fouling und Biofouling verstärkt auftreten. Die Nutzung von synergetischen Einflüssen einer Oberflächen-Mikrostrukturierung der Membran (regelmäßiges Muster im Mikro- oder Nanometerbereich auf der aktiven Seite) sowie des Designs und der Ausrichtung der FeedSpacer kann potenziell eine Flüssigkeitsmischung fördern und den Massentransport durch eine erhöhte Scherrate an der Membranoberfläche und in den Feed-Spacer-Strukturen verbessern. Dies mildert die Adhäsion von Partikeln und Biofouling erheblich, reduziert die Konzentrationspolarisation und erhöht somit den durchschnittlichen Permeatfluss und den für das Einsetzen von Fouling kritischen Fluss. Bisher wurden das Partikelablagerungsverhalten und die Neigung zu Biofouling in mit Spacern gefüllten Kanälen oberflächenstrukturierter TFC-Membranen weder in theoretischen (Simulation) noch experimentellen Studien untersucht. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt soll das Verständnis grundlegender Design- und Betriebsaspekte im Hinblick auf neue und innovative Entwicklungsansätze fördern. Basierend auf experimentell ermittelten räumlichen Verteilungen von Partikeln und Biofoulants in Feed-Spacern soll die Topographie der Membranoberfläche an die Geometrie der Feed-Spacer angepasst und spezifisch gestaltet werden. Dies führt zu einer neuen Generation maßgeschneiderter Membrantaschen, die verbesserte Trennleistung und Antifouling-Eigenschaften aufweisen. Dieses neue Entwicklungskonzept wird eine Erhöhung der Prozesseffizienz und der Modullebensdauer sowie eine Verringerung des Energieverbrauchs bewirken und damit nachhaltigere und kostengünstigere Wasserreinigungsprozesse ermöglichen.

Leitende Polymermembranen zur selektiven Trennung und Foulingreduktion; Einfluss des Oberflächenpotentials von leitfähigen Polymermembranen (ZETA-Membran) auf das Fouling- und Trennverhalten in der Wasseraufbereitung

Problemstellung: Membranfiltrationsverfahren erlebten in der Aufbereitungstechnik von Wässern in den vergangenen 20 Jahren einen starken Zuwachs. Trotz des steigenden Einsatzes bleibt ein Problemfeld kommerzieller Membranen die Anhaftung und die Adsorption deckschichtbildender Substanzen (sogenanntes Fouling). Das Fouling wird im Niederdruckbereich (Mikro- bzw. Ultrafiltation) vornehmlich durch Partikeln und Kolloide (kolloidales Fouling), sowie organische Makromoleküle (organisches Fouling) und Mikroorganismen (Biofouling) verursacht. Bei Hochdruckfiltrationsverfahren wie der Nanofiltration kommt es vornehmlich zur Adsorption gelöster organischer Substanzen sowie zu Biofouling. Maßnahmen zur Fouling Kontrolle reichen von der Vorbehandlung von Wässern, über die hydrodynamische Optimierung der Strömung im Membranmodul bis zur physico-chemischen Anpassung der Oberflächeneigenschaften der eingesetzten Materialien (größtenteils Polymere). Im letzteren Handlungsfeld möchte vorliegendes Forschungsvorhaben offene Fragestellungen zu Wirkzusammenhängen zwischen Ladungseigenschaften der Membranoberfläche, den resultierenden Fouling und Rückhalteverhalten aufklären. Vorgehensweise: Mittels ionengestützter Beschichtung, Plasma Immersions Ionenimplantation und Beschichtung (PBII&D) genannt, wird die Oberflächenleitfähigkeit herkömmlicher Polymermembranen gezielt erhöht. Entsprechend behandelte Membranen werden in verschiedenen wässrigen Lösungen durch definiertes Anlegen eines elektrischen Potentials (- 1,5 V bis 1,5 V) auf das resultierende Fouling- und Rückhalteverhalten hin untersucht. Die Versuchsergebnisse werden mit bekannten Transportmodellen (elektrokinetische Modelle) verglichen und ggf. werden Modellanpassungen durchgeführt. Diese Erkenntnisse werden dazu genutzt, ein Modell zu erstellen, das zur Simulation des Trennverhaltens bei verschiedenen Betriebsbedingungen genutzt werden kann. Ein besseres, umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenladung der Membran (Zetapotential) und resultierendem Fouling- bzw. Rückhalteverhalten könnte zur gezielten 'potentialgesteuerten Funktionalisierung' von Membranoberflächen eingesetzt werden.

Kläranlage Dingolfing, Neuerteilung gehobene Erlaubnis

Die Stadt Dingolfing beantragt die Neuerteilung einer gehobenen wasserrechtlichen Erlaubnis für das Einleiten von Abwasser in die Isar. Die bestehende Erlaubnis endet am 31.12.2025. Die Kläranlage Dingolfing wurde im Jahr 2005 in Betrieb genommen. Die aktu¬elle Ausbaugröße der Kläranlage beträgt 70.000 EW. Auf der Kläranlage Dingolfing wird das Abwasser der Stadt Dingolfing und der industriellen Indirekteinleiter BMW und Develey gereinigt. Die aktuelle Belastung der Kläranlage wurde auf Grundlage der Betriebstagebücher der Jahre 2021 bis 07/2024 detailliert ermittelt. Derzeit beträgt die mittlere Belastung aller Tage 58.200 EW bzw. 49.400 EW. Der 85%-Perzentil-Wert an Trockenwettertagen liegt bei 71.800 EW bzw. bei 61.800 EW. Das Kläranlagengelände liegt auf öffentlichem Grund, Gemarkung Dingolfing, auf einer mittleren Geländehöhe von 354,00 m ü. NN. Das gereinigte Abwasser fließt über einen Ableitungskanal bei Fluss-km 44,0 in die Isar (Grundstück Fl. Nr. 2260). Das Mischwasser aus dem Entlastungsbauwerk wird über einen Stauraumkanal in den linken Seitengraben der Isar (Fl.-Nr. 534/6, Gem. Gottfrieding) geleitet. Die Abwasseranlage besteht im Wesentlichen aus einem Kanalnetz im Misch¬system und Trennsystem mit Mischwasserentlastungsanlagen und einer me¬chanisch-biologischen Kläranlage mit weitergehender Reinigung (Belebungsan¬lage mit Kaskadendenitrifikation und getrennter Schlammbehandlung als Mesophile Faulung). Die Kläranlage ist ausgelegt auf eine BSB5-Fracht (roh) von 4.200 kg/d (ent¬sprechend 70.000 EW). Dies entspricht der Größenklasse 4 nach Anhang 1 zur Abwasserverordnung. Für dieses Vorhaben ist gemäß Ziffer 13.1.2 der Anlage 1 zum UVPG, § 7 Abs. 1 UVPG eine allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles durchzuführen. Diese hat ergeben, dass das Vorhaben keine erheblichen nachteiligen Umweltauswirkungen haben kann, die nach § 25 Abs. 2 UVPG bei der Zulassungsentscheidung zu berücksichtigen wären.

Oceanographic data of Time Series Station Spiekeroog for 2021

The Time Series Station Spiekeroog (TSS) was setup in 2002, in the tidal inlet between the East Frisian Islands of Langeoog and Spiekeroog in the Southern German Bight, at position 53°45′01.0″ N, 007°40′16.3″ E. The aim was to ensure the continuous measurement of physical, biological, chemical and meteorological parameters, even under extreme weather conditions such as storms, ice, and storm surges. The TSS was financed as part of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) research unit BioGeoChemistry of Tidal Flats and the Ministry for Science and Culture of the Land of Lower Saxony (MWK). Here, sea level, water temperature and conductivity were measured in the year 2021. All raw data were revised and corrected for steps as range, outliers and stationarity checks. Water temperature and conductivity were measured in five different depths (4 m, 5.5 m, 7.5 m, 9.5 m, 11.5 m below MSL). Due to marine biofouling at the sensors and accompanying drift of instruments, the measured water temperature and conductivity data were corrected via linear regression by using reference data. As the water column in this region is well mixed and the water depth of the measurements varies with the tide, data from all five depths were averaged and referenced to a water depth of 4 m. Absolute salinity was derived from conductivity, temperature and pressure data according to TEOS 10. Data were smoothed and a quality flag was assigned for water temperature and salinity. The quality flags refer to the standard for data quality control of SeaDataNet https://www.seadatanet.org/ (0 = raw data, 1 = good data, 2 = probably good data, 3 = questionable data). A detailed description of the Time Series Station Spiekeroog, its structure and instrumentation can be found in Zielinski et al. (2022) and in Reuter et al. (2009).

Continuous turbidity observations near DynaCom experimental in the back-barrier tidal flat, Spiekeroog, Germany, 2018-09 to 2023-09

Data presented here were collected between September 2018 to September 2023 within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). To measure local turbidity, a turbidity recorder equipped with a Seapoint® turbidity meter (RBRsolo Tu, RBR Ltd., Ontario/Canada) was installed in the back-barrier tidal flat near the experimental islands in a shallow tidal creek (0.9 m NHN). Another one was installed at the saltmarsh edge (1.2 m NHN). Both loggers were bottom mounted through a steel girder (buried 0.3 m deep in the sediment) and were positioned 15 cm above sediment surface, as was determined by using a portable differential GPS. This resulted in the sensor falling dry during low tide. The turbidity recorders were pre-calibrated by the manufacturer (Seapoint Sensors, Inc., NH/USA). Recorded data were internally logged and exported using Ruskin software V2.24.3.x (RBR Ltd., Ontario/Canada). Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Post-processing and quality control included the removal of (a) low tide data (sensors exposed to air), (b) data covering maintenance activities, (c) data affected by biofouling, and (d) implausible values, i.e. negative values and values exceeding the linear response range of the sensor (1250 NTU). According to manufacturer specifications, the linear measurement range extends up to 1250 NTU, while 750 NTU represent a more conservative estimate of linearity. Therefore, 1250 NTU was adopted as the upper threshold for valid measurements in this dataset.

Teilprojekt 4, Teilprojekt 2

Teilprojekt 2, Teilprojekt 1

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