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Optimierung der Membranfiltrationstechnik am Beispiel der Kläranlage Leipzig-Markranstädt

Ziel der Untersuchungen ist die Feststellung möglicher Optimierungsmöglichkeiten des Betriebes der Membranfiltrationsanlage der Kläranlage Leipzig-Markranstädt. Grundlage hierfür bildet eine Bilanzierung der Membrananlage. Diese umfasst Massebilanzen für die CSB-, Stickstoff- und Phosphorfrachten. Aufbauend auf den ermittelten Massebilanzen werden detaillierte Lösungsvorschläge wie z.B. die Variation der Rezirkulation einer eingehenden Prüfung unterzogen. Zur Quantifizierung möglicher Einsparpotenziale werden die Parameter des spezifischen Energieverbrauchs für die Gesamtanlage, für die biologische Stufe und für den Cross-Flow ermittelt.

Untersuchungen zum Einsatz der Flockungsfiltration zur weitergehenden Abwasserreinigung

Durch eine praktikable zusaetzliche Behandlungsstufe soll eine moeglichst weitgehende Abwasserreinigung erzielt werden. Das Verfahren besteht aus einer Chemikalienzugabe (Faellungs-/Flockungsmittel) mit direkt nachfolgender Filtration und ist als dritte Behandlungsstufe einer mechanisch-biologischen Reinigung nachgeschaltet. Eine intensive Mischung der Chemikalien erfolgt an der Zugabestelle, die Mischung zur Flockenbildung im Filterbett.

Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Teilprojekt C02: Instationäre Modellierung und Simulation von Oxyfuel-Feuerräumen

Modelle und Methoden, die aus den Teilprojekten des SFB/Transregio entwickelt werden, sollen in einem Gesamtmodell zusammengeführt werden, das in diesem Teilprojekt ausgelegt wird. Basierend auf einer fein aufgelösten Referenz-LES wird die Eignung der instationären Simulationsmodelle für die Vorhersage von Oxyfuel-Feuerräumen zunächst untersucht und bewertet. Ein Verbrennungsmodell, das auf dem feld-basiert transportierten 'filtered density function'-Verfahren beruht und für Oxyfuel-Bedingungen angepasst wird, soll bereitgestellt werden. Alle Modelle werden in den CFD Code FASTEST3D integriert und mit Hilfe der experimentellen Daten aus dem SFB/Transregio validiert.

2. Phase des Projektes - Entwicklung eines Verfahrens zur fotokatalytischen Aufbereitung industrieller phenol- bzw. chlorphenolhaltiger Abwasserteilströme

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die prosys GmbH hat zum 31. März 2002 erfolgreich ein zwölf Monate dauerndes FuE-Verbundforschungsvorhaben mit dem Institut für Organische und Makromolekulare Chemie Universität Bremen (Prof. Wöhrle) abgeschlossen. Hierbei sollte ein Verfahren entwickeln werden, mit dessen Hilfe Tributhylzinnverbindungen (TBT) aus Abwasserteilströmen entfernt werden können. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollen Schadstoffe durch Singulett-Sauerstoff, eine energetisch angeregte Form des Sauerstoffs, oxidiert und in unschädliche Reaktionsprodukte umgewandelt werden. Der Singulett-Sauerstoff soll hierbei photokatalytisch durch Farbstoffe, sogenannte Photosensibilisatoren erzeugt werden. In einem ersten Schritt soll die Anwendbarkeit der Photooxidation von TBT-haltigen, wässrigen Lösungen im Labormaßstab unter verschiedenen Rahmenbedingungen und Einflussgrößen untersucht werden. Aufgrund der bislang gewonnenen Erkenntnisse aus diesem FuE-Pilotprojekt und der diesem Projekt zugrunde liegenden Literatur soll im hier beantragten Forschungsvorhaben die Anwendung dieses Verfahrens auf andere Schadstoffe untersucht und die Entwicklung einer entsprechenden Reaktionstechnik unter praxisrelevanten Bedingungen entwickelt werden. Es sollen insbesondere phenol- und chlorphenol-haltige Abwasserteilströme unter praxisrelevanten Bedingungen untersucht werden, wie sei bspw. in der petrochemischen Industrie im Bereich der Abwasser- als auch der Abluftbehandlung anfallen. Diese Untersuchungen sollen erweitert werden, durch die Überprüfung der Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens auf Sulfide und Sulfonate, wie sie in weiten Bereichen der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung, der Papierindustrie (als Ligninsulfonate) u.ä. zum Einsatz gelangen, die nach wie vor als Problemstoffe anzusehen sind. Ein Teil dieses Forschungsvorhabens soll sich mit der Untersuchung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Einsatz einer derartigen Reaktortechnik beschäftigen. Fazit: Die bislang erzielten Erfolge entsprechen voll und ganz den zum Zeitpunkt der Projektbeantragung erwarteten Ergebnissen. Der beantragten Fortsetzung des Projektes kann daher mit Zuversicht auf ein Erfolg versprechendes Gesamtergebnis entgegengesehen werden.

Entfernung von Phosphaten durch Filtrationsverfahren

Ziel: neue Methoden zur weitgehenden Entfernung von Phosphaten aus Waessern; davon ausgehend Suche nach Wegen zur technischen Anwendung.

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.

Behandlung von gewerblichen Emissionen durch zweistufige Querstromfiltration mit der Poreneinlauffiltration als Grobtrennstufe

Verfahrenstechnische Optimierung der Schlammkonditionierung / Bau und Betrieb von Pilot- und Versuchsanlagen des Flockungsreaktors und der Elektrofiltration

Weitergehende Untersuchungen zum Einsatz der Kontaktor®-Technologie zur Reinigung kommunaler Abwässer

Das Ziel der Untersuchungen - die als Fortführung und Ergänzung eines vorhergehenden Projektes zum Einsatz von Keramikmembranen in der kommunalen Abwasserreinigung anzusehen sind - ist die Verbesserung der Durchsatzleistung der Membranen. Dieses Ziel soll durch eine Kombination von angepassten Membranmaterialen, Oberflächeneigenschaften sowie durch die verbesserte Kontrolle der Deckschichtbildung erreicht werden. Die geplanten Untersuchungen sollen Rückschlüsse auf die Membraneigenschaften und insbesondere die Eigenschaften von Stützschicht und Trennschicht bringen. Dazu sollen im Rahmen von orientierenden Untersuchungen im Sommer 2005 verschiedene Kombinationen von Materialien und Produktionsverfahren erprobt werden. Für die Untersuchungen der Material- und Membraneigenschaften wird eine Versuchsanlage in einem kleinen Maßstab ( Versuchsstand) konzipiert, an dem die Eigenschaften der Membran mit Hilfe von Kontaktoren mit kleinem Durchmesser getestet werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1788: Study of Earth system dynamics with a constellation of potential field missions, Detektierbarkeit der Ozeanzirkulation im Erdmagnetfeld (OceanMag)

Die Wärmeaufnahme und der meridionale Wärmetransport der globalen Ozeanzirkulation ist ein zentraler Bestandteil des Klimasystems der Erde. Die damit einhergehenden Massentransporte finden auf Zeitskalen von Tagen bis Jahrtausenden statt. Die SWARM mission ermöglicht mit ihrer angestrebten Präzession von 0.1 nT erstmals einen direkten Blick auf diese Prozesse. Das beantragte Projekt verbessert, quantifiziert und charakterisiert die auf die Ozeanzirkulation zurückgehenden Signale im Magnetfeld der Erde. Ein Ensembleansatz wird mit einem globalen Ozeanzirkulationsmodell kombiniert um Charakteristika der strömungsinduzierten Signale zu abzuleiten. Diese Charakteristika beinhalten Wertebereich, Pattern, Frequenzen, Fehler und Korrelationen der ozeanischen Magnetfelder. Weiterhin werden die Sensitivitäten der ozeanischen Magnetfeldberechnung bezüglich der Annahmen: Salzgehalts und Temperaturabhängige Leitfähigkeit und konstante Leitfähigkeit, 2D- und 3D-Strömungsverteilung, Gleichgewichtslösung und zeitliche Variabilität der Lösung, untersucht. Die identifizierten Signale, ihre Fehler und entsprechende Korrelationen können benutzt werden, die SWARM-Messungen vom ozeanischen Signalanteil zu befreien. Dies ist insbesondere für die nicht-ozeanischen Projekte innerhalb des SPP wichtig, da die integralen SWARM-Messungen nur Informationen über einzelne Erdsubsysteme liefern können, wenn alle anderen Signalbeiträge und ihre Fehler entweder genau bekannt oder zumindest gut charakterisiert sind. Im Hinblick auf ein zukünftige Datenassimilation der Magnetfeldmessungen mit Ozeanmodellen, wird das beantragte Projekt untersuchen, welche ozeanischen Signale und Frequenzen aus aktuellen oder zukünftigen satellitenbasierten Magnetfeldmissionen separiert werden können. Mithilfe des Ozeanmodell-Ensembles werden robuste ozeanische Magnetfeldsignale ermittelt. Dies sind Signale, die von unsicheren Annahmen bei der Magnetfeldberrechung (z.B., durch Unsicherheiten in der Hintergrundleitfähigkeit) und dem Ozeanmodell (z.B. durch Unsicherheiten im Anfangszustand und dem Modellantrieb) wenig beeinflusst werden. Im Anschluss an die Identifizierung werden die robusten Signale mit den Signalen der nichtozeanischen Erdsubsysteme und den SWARM-Messunsicherheiten abgeglichen. Dieser Abgleich wird den gesamten Informationsgewinn des DynamicEarth Schwerpunktprogramms nutzen.

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