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The utilization of roadside-green-cuttings (grass) for anaerobic digestion increases provides an additional possible source of organic waste for use as a renewable energy source. Grass can be used as a substrate to increase biogas yield. Nevertheless, the anaerobic digestion of this kind of waste can be limited due to the fact that it could be contaminated with heavy metals, in particular from traffic emissions and industrial activity. For this reason the biogas production of grass from a busy road was assessed. Samples of roadside-grass were washed with an organosulphide, which is used for the removal of heavy metals from wastewater.
A comparison of the anaerobic digestion of washed and unwashed roadside grass was performed. Results showed that the anaerobic digestion of the unwashed grass was much more effective than the washed grass. A second experiment was carried out and co-fermentation of manure and farm-grass was prepared for anaerobic digestion. Lead was added in the concentrations 500, 1000 and 2000 mg Pb2+/kg. The results showed that the higher the lead concentration, the lower the inhibition of the biogas yield. The grass could be acting as phytoremediator for high lead concentrations. The grass could contain organic compounds, which can as-similate heavy metals.
Anaerobic Digestion of spent grains: Potential use in small-scale Biogas Digesters in Jos, Nigeria
(2014)
In order to ascertain biogas yield potential and applicability of spent grains (SG)1 in small-scale biogas production, laboratory batch fermentation was performed with various masses of dry and wet SG using sewage sludge (SS)2 and digested maize silage (DMs) 3 as inoculums. Different volumes of biogas and CH4 were measured with higher volumes observed for batch fermentation with DMs in com-parison to those produced by SS. Results from the study reveals minimum biogas yield of 118.10 L/kg
VS and maximum yields of 769.46 L/kg VS, which are indicative of the possible use of SG for domestic biogas production in Jos, Nigeria. The study established the fact that the use of both dry and wet SG results in the yield of a useful amount of biogas having 40 - 60 % CH4 content depending on the inoculum and amount of volatile solids present. Using the parameters of dry matter and volatile solids contents analysed for SG and DMs, it was estimated that a reactor volume of 6.47 m3 would be capable of meeting the daily cooking needs of rural households in Jos, Nigeria.
Der vorliegende Bericht ist ein ökonomischer Vergleich
verschiedener Varianten der Überschussschlamm
(ÜSS)-Verwertung der Sickerwasseranlage
auf der Deponie des Entsorgungszentrums Leppe
mit dem aktuellen Entsorgungsweg. Als Vergleichsparameter
werden die Jahresvollkosten herangezogen.
Der derzeitige Entsorgungsweg über die kommunale
Kläranlage wird hierbei als Basisvariante
betrachtet und mit alternativen Behandlungs- und
Verwertungsmöglichkeiten verglichen. Hierbei werden
verschiedene Varianten mit unterschiedlichen
Ausführungen der Komponenten Lagerung, Entwässerung,
Trocknung, Transport und Verbrennung
gegenübergestellt.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine HPLC-Methode mit der dazugehörigen Probenvorbereitung entwickelt, welche es ermöglicht Essigsäure und Acrylsäure in komplexen Matrizes wie Deponiesickerwasser zu bestimmen. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Matrixreduzierung, die bei 96 % lag. Die Wiederfindung der Analyten Essigsäure und Acrylsäure liegt bei der beschriebenen Methode bei ca. 100 %.
Biogas, mit geringen Konzentrationen an Methan, entsteht unter anderem bei verschiedenen industriellen Prozessen. Wegen der Umweltschädlichkeit des Methans gilt es dessen Eintrag in die Umwelt zu vermeiden.
Das Ziel des vorgestellten Projektes war die Überprüfung eines umweltfreundlichen Verfahrens zur Reduzierung des Methans durch methanotrophe Bakterien. Die einzelnen Batchversuche liefen über 15 Stunden und zeigten eine starke Reduzierung des Methans von 18 auf 1 Vol.-%.
Messverfahren zur Erfassung der potenziellen Ökotoxizität in anaeroben und aeroben Abbauprozessen
(2014)
In der vorliegenden Ausarbeitung werden die etablierten Verfahren zur Bestimmung der Ökotoxizität erläutert, mit dem Ziel weitere Bioaktivitätsparameter zur Charakterisierung der biologischen Prozesse bei der Forschungsgemeinschaft :metabolon zu integrieren.
Die Erfassung der Toxizität beruht bei den vorgestellten Methoden auf der Messung der Lumineszenz, der Sauerstoffverbrauchsrate oder der Zellzahl. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Schadstoffe sowie der biologischen Betriebsbedingungen der Behandlungsstufen ist die Auswahl der bestmöglichen Methode erforderlich.
Mit Einführung der Deponieverordnung 2005 endete die Deponierung nicht-inerter Stoffe und biologisch aktiver Spezies. Im Zuge ihrer Durchsetzung traten neue Behandlungsmöglichkeiten dieser Stoffströme in das Zentrum der Betrachtung. Zu diesen Behandlungsmethoden zählt die anaerobe biologische Behandlung. Sie findet vor allem bei stark organisch geprägten Stoffströmen mit hohen Wassergehalten Anwendung (Kaltschmitt et al. 2009). Im Zuge der anaeroben Behandlung werden organische Kohlenstoffverbindungen hauptsächlich in CO2 und CH4 umgesetzt. Die anaerobe Behandlung reduziert so den organischen Anteil und das Volumen des Gärsubstrates. Im Gegenzug steigt der Wasseranteil des Gärsubstrates durch die Freisetzung von Zellwasser an. Verbindungen aus Phosphor und Stickstoff verbleiben im Gärsubstrat und machen es damit zu einem geeigneten Düngemittel für die Landwirt-schaft (Möller et al. 2009). Das Material unterliegt der Düngemittelverordnung, durch welche sowohl die Ausbringung als auch die Ansprüche an dessen Beschaffenheit geregelt werden. Um den anfallenden Gärrest für die Landwirtschaft nutzen zu können, muss daher eine Möglichkeit zur mittelfristigen Lagerung geschaffen werden (Raussen et al. 2008). Über das Verhalten im Zeitraum dieser Lagerung gibt es bisher nur wenige Untersuchungen. Grund hierfür ist vor allem die hohe Diversität des Presswassers. Dessen Eigenschaften werden durch die Betriebsparameter der Biogasanlage bestimmt und unterscheiden sich so deutlich von Anlage zu Anlage.
Die hier dargestellten Arbeiten sind Teil eines Forschungsvorhabens zur Untersuchung des Lagerungsverhaltens von Presswasser aus der Vergärungs- und Kompostierungsanlage Leppe. Diese verfügt über zwei Lagerungsbehälter mit einem Fassungsvermögen von je 3.500 m³. Bereits im Zuge der Planung wurde ein anaerober und aerober Betrieb vorgesehen. Neben den drei Rührwerken, mit denen die Durchmischung des Presswassers gewährleistet wird, sind zwei Injektionsbelüfter installiert.
Ziel der Untersuchungen war es, eine Datengrundlage zu schaffen, aufgrund derer über die Betriebsweise der Presswasserspeicher entschieden werden kann.
Für einen aktiven Gewässerschutz ist es sinnvoll,
Immissionen aus Kläranlagen und Kanalsystemen
in einem Gesamtkonzept zu betrachten und somit
das Abwasserabflusssystem ganzheitlich zu bewirtschaften.
Schließlich belasten diese Einleitungen
die Gewässer sowohl in hydraulischer wie auch in
stofflicher Hinsicht.
Die gewonnenen Erfahrungen aus fünfjähriger Forschungsarbeit
stellen die Grundlage für einen erfolgreichen
Technologietransfer auf weitere Kanal und
Kläranlagen-Systeme dar. Dies ist ein wesentliches
Ziel des wissenschaftlichen Netzwerkes, das
im Rahmen von :metabolon aufgebaut wird.
Die Messung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) im Zulauf von Kläranlagen ist von zentraler Bedeutung für die Optimierung und Regelung der Abbauprozesse der Nitrifikation und Denitrifikation. Allerdings ist die Messung des CSB bislang sehr zeitaufwändig und kostenintensiv, da 24-Stunden Mischproben im Labor nasschemisch analysiert werden müssen.
Online-Messtechnik in Form von spektroskopischen Messgeräten (10.000 ̶ 20.000 €) oder nass-chemischen Online-Analysatoren (> = 50.000 €) sind insbesondere für kleine und mittlere Kläranlagen aus Kostengründen keine Alternative.
Eine extrem kostengünstige Alternative ist der im Folgenden beschriebene Softsensor für CSB im Kläranlagenzulauf, der auf Basis von Standardmesstechnik im Zulauf von kleinen und mittleren kommunalen Kläranlagen sowie mit zusätzlicher Online-Messtechnik für Trübung sowie Ammonium- und Nitratstickstoff (NH4-N und NO3-N) die aktuelle CSB-Konzentration bestimmt. Zur Entwicklung des Softsensors werden Regressionsmethoden aus dem Bereich des Machine Learning eingesetzt. Die Ergebnisse einer Entwicklungs- und Testphase an der Kläranlage Rospe in Gummersbach zeigen, dass die Werte des Softsensors sehr gut mit den Originaldaten übereinstimmen. Die Korrelationswerte beim Vergleich mit CSB-Messungen liegen bei der Regression mit Support Vector Regression bei 0,98 mit einem RSME von 2,45 mg/l.
Die Regelung heutiger, industriell genutzter Biomasse-Feuerungsanlagen erfolgt meistens über fest eingestellte Parameter. Bei Veränderungen des Brennstoffs dienen visuelle Beobachtungen der Mitarbeiter als Basis der Neueinstellung dieser Parameter. Das Ziel der Forschung besteht in der Optimierung solcher Regelungen durch den Einsatz von Kamerasystemen in Kombination mit einer automatisierten Regelung, die auf Basis von Flammenbild-Analysen funktioniert. Ein solches System wäre auch unabhängig von der Art des Brennstoffs.
This paper presents a series of flow and temperature measurements on the principal heat network of :metabolon in Lindlar, Germany. These measurements intend to show the behaviour of the system on specific production areas of :metabolon for future monitoring and optimisation purposes. Such measurements allow the analysis of the system’s heat flow through the network, which showed that losses exist, some areas. The results demonstrate successfully that the temperature and flow changes deserve more detailed and fixed monitoring in specific areas to help the user decide the optimum measuring point.
Online-measurement systems for agricultural and industrial AD plants – A review and practice test
(2014)
Online-measurement systems for AD plants in general are crucial to allow for detailed and comprehensive process monitoring and provide a basis for the development and practical application of process optimisation and control strategies.
Nevertheless, the online measurement of key process variables such as Volatile Fatty Acids (VFA) and Total Alkalinity (TA) has proven to be difficult due to extreme process conditions. High Total Solids (TS) concentrations and extraneous material often damage the sensors or have a strong negative impact on measurement quality and long-term behaviour.
Consequently, there is a need for new robust and accurate online-measurement systems.
The purpose of this paper is to give an overview of existing online-measurement systems, to present the current state of research and to show the results of practice tests at an agricultural and industrial AD plant. It becomes obvious that a broad variety of measurement solutions have been developed over the past few years, but that the main problem is the upscaling from lab-scale to practical application at full-scale AD plants. Results from the practice tests show that an online-measurement of pH, ORP, TS is possible.
Mit Hilfe der Inline-ATR-FTIR-Spektroskopie im mittelinfraroten (MIR) Spektralbereich lassen sich gleich mehrere Prozessparameter für Biogasanlagen in Echtzeit und ohne Probenahme verfolgen. Die gemessenen Absorptionsspektren geben simultan Aufschluss über den Gehalt an flüchtigen organischen Säuren (FOS), die alkalische Pufferkapazität (TAC) und die Ammoniumstickstoff-Konzentration (NH4-N).
Dabei können unter Verwendung intelligenter Datenanalyseverfahren, wie z.B. Partial Least Squares (PLS), Regression oder Support Vector Regression (SVR) sowie in kontrollierter Laborumgebung, Vorhersagefehler (RMSECV) von 0.372 g/l (FOS: R2=0.971), 0.336 g/l (TAC: R2=0.996) und 0.171 g/l (NH4-N: R2=0.992) im Falle der PLS, bzw. 0.386, 0.259 und 0.110 g/l für die SVR erreicht werden.
Erste Inline-Messungen in einer Biomüllvergärungsanlage zeigen, dass die erwarteten Absorptionsbanden auch im Prozessbetrieb wiedergefunden werden können. Sie unterliegen jedoch einem ausgeprägten Temperatureinfluss, der bei der Quantifizierung dieser Prozessdaten berücksichtigt werden muss. Weiterführende Untersuchungen sind notwendig, um die Inline-Tauglichkeit des Messsystems unter Beweis zu stellen.
In this paper a closed-loop substrate feed control for agricultural biogas plants is proposed. In this case, multi-objective nonlinear model predictive control is used to control composition and amount of substrate feed to optimise the economic feasibility of a biogas plant whilst assuring process stability. The control algorithm relies on a detailed biogas plant simulation model using the Anaerobic
Digestion Model No. 1. The optimal control problem is solved using the state-of-the-art multi-objective optimization method SMS-EGO. Control performance is evaluated by means of a set point tracking problem in a noisy environment.
Results show, that the proposed control scheme is able to keep the produced electrical energy close to a set point with an RMSE of 0.9 %, thus maintaining optimal biogas plant operation.
This market research paper has been prepared under the supervision of Prof. Dr. Wolfgang Veit of Cologne University of Applied Sciences and Prof. Dr. Carol Scovotti of University of Wisconsin-Whitewater in the course of the inter-university cross-border collaboration student research project “Export Opportunity Surveys (EOS)”. This study explores organic oats export opportunities to the German and US markets.
Diese Arbeit untersucht die zeitliche Interpolation von Videosignalen. Durch die
Einführung des Ultra High Definition Television Standard wird eine höhere Bildwiederholrate benötigz um
Judder-Artefakte zu vermeiden. In diesem Zusammenhang kommt der zeitlichen Interpolation von nicht nativem UHD Material eine besondere Bedeutung zu. Neben der räumlichen Interpolation ist diese essenziell. In dieser Arbeit wird eine Übersicht über die Anforderungen an UHD Video gegeben. Bewegungskompensierende
Verfahren für das Deinterlacing und Upscaling in Verbindung mit einer Phasenkorrelation werden behandelt. Ein MATLAB-Programm wird entwickelt mit dem ein Upscaling und Deinterlacing von HD Material durchgeführt werden kann.
This paper gives an overview of the development of Fair Trade in six European countries: Austria, France, Germany, the Netherlands, Switzerland and the United Kingdom. After the description of the food retail industry and its market structures in these countries, the main European Fair Trade organizations are analyzed regarding their role within the Fair Trade system. The following part deals with the development of Fair Trade sales in general and with respect to the products coffee, tea, bananas, fruit juice and sugar. An overview of the main activities of national Fair Trade organizations, e.g. public relation activities, completes the analysis. This study shows the enormous upswing of Fair Trade during the last decade and the reasons for this development. Nevertheless, it comes to the conclusion that Fair Trade is still far away from being an essential part of the food retail industry in Europe.
Die Einzelfadenverklebung zur Rissschließung in Leinwandbildträgern stellt ein bedeutendes Forschungsfeld dar, dem sich diese Arbeit widmet:
Erstmalig wurden in einem gemeinsamen Kontext uniaxiale Zugprüfungen an freien
Klebstofffilmen, verklebtem Garn und Gewebestreifen neben biaxialen Zugversuchen und multiaxialen Berstdruckprüfungen an Gewebeproben aus Leinen gegenübergestellt. Dazu wurden Rissverklebungen mit einer Auswahl unterschiedlicher Kunstharzdispersionen und Störleim-Modifikationen in überlappenden bzw. Stoß-auf-Stoß-Verbindungen mit und ohne Fadenbrücken angefertigt.
Ziel der Untersuchung war es, die einzelnen Einflussfaktoren bei den verschiedenen Versuchsreihen zu vergleichen und eine geeignete Prüfsystematik für die Klebstoffbewertung zur Rissbehandlung in textilen Bildträgern zu entwickeln.
Es zeigte sich, dass nur die Prüfung mehrerer verklebter Fäden im Gewebeverbund als langfristig sinnvoller Prüfaufbau verfolgt werden sollte. Im Zuge der Verklebungsbetrachtung konnten zudem vielversprechende Klebstoffe und -modifikationen gefunden sowie der zusätzlich verfestigende Effekt von Fadenbrücken an Stoß-auf-Stoß-Verbindungen belegt werden.
This paper is grounded in the emerging field of web science and shall contribute to its further classification and demarcation by illustrating the current state of »web-native research methods«. It builds upon an initial arraying work of Richard Rogers, who coined the term »Digital Methods« for research with methods that were »born« in the web, and illustrated and organized them in his eponymous book in 2013. This paper attempts to develop a more appropriate illustration of the Digital Methods by following the web’s very own, hypertextual, network-like nature, in particular by construing an ontological representation on the base of the Web Ontology Language (OWL). By virtue of decomposing the book into granular information units and their subsequent reassembly into OWL entities, immediate access to the entire knowledge domain can be provided, and coherencies, interrelations and distinctions between concepts become apparent. The ontology’s structure was induced narrowly along the provided examples of research projects and subsequently clustered in topic groups, of which the three most important ones were (a) the Digital Methods as an arraying space of web-native methodology, (b) a collection of concrete applications of these Digital Methods in research projects, and (c) a hierarchical scheme of traditional sciences with a distinct interest in answering research questions with help of Digital Methods. Subsequently, the ontology was evaluated in three general dimensions: Deriving user stories and scenarios provided means to validate the utilization quality; the accuracy and reliability of the resulting structure was validated with help of a control group of web-native research projects; and process control instruments served as a validator for the ontology’s correctness. Despite the ontology itself, this paper also resulted in a first interpretation of the produced information: Statements about research practise in social science, politics and philosophy were as possible as findings about commonly applied varieties of methods. Concluding, the present paper proposes a process of ontology engineering, an evaluation of the ontology’s value, and an interpretation of the ontology’s content.
Vorlesungsnotizen, Präsentationen, To-do-Listen – und vielleicht auch der eine oder andere Schmierzettel: Wie Studierende lernen, bleibt Dozenten oft verborgen. In Lernportfolios sammeln Studierende solche Dokumente dagegen systematisch. Davon können auch Lehrende profitieren – wenn sie ihre Kursteilnehmer gut anleiten.