600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Refine
Year of publication
- 2014 (14) (remove)
Document Type
- Part of a Book (14)
Has Fulltext
- yes (14)
Keywords
- Biogas (5)
- Kläranlage (2)
- Lagerung (2)
- :metabolon (1)
- Abbauprozesse (1)
- Acrylsäure (1)
- Aerob (1)
- Akute Toxizität (1)
- Algorithm (1)
- Anaerobic Digestion (1)
Faculty
- Angewandte Naturwissenschaften (F11) (5)
- Fakultät 10 / :metabolon Institut (5)
- Fakultät 09 / Cologne Institute for Renewable Energy (2)
- Fakultät 10 / Institut für Automation & Industrial IT (2)
- Fakultät 09 / Institut für Bau- und Landmaschinentechnik (1)
- Fakultät 12 / Institut für Technologie und Ressourcenmanagement in den Tropen und Subtropen (1)
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.
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 %.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.