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    <id>4320</id>
    <completedYear>2017</completedYear>
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    <completedDate>2017-10-05</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2017-01-05</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Optimization of converting food waste to hydrogen and Biogas in double-stage-fermentation</title>
    <title language="deu">Optimierung der Gewinnung von Wasserstoff und Biogas aus Lebensmittelabfällen mit Hilfe der zweistufigen Vergärung</title>
    <abstract language="eng">Aim of this study&#13;
The aim of this research is to develop batch scale and continuous reactor systems to evaluate technical and practical feasibility of sequential hydrogen and methane from food waste by two step dark fermentation process.&#13;
Methodology&#13;
The effects of limiting factors, like pH, temperature, as well as inoculum sources and pretreatment methods on H₂ yields were studies in batch assays. In addition, the feasibility of sequencing producing H₂+CH₄ via two stage dark fermentation process was evaluated in lab-scale tests based on batch assay results. Three kinds of Acid producing reactor, like CSTR, semi-percolator, and ASBR had been tested for bioH₂ production and well inoculated ASBR methane was used for further degradation of volatile organic acids produced in these acid producing reactor which acts as by-products of bioH₂. Different limiting factors on fermentation process have been investigated in each reactor type for optimum energy recovery. Monodigestion of food waste for methane production was also studied and used as reference value for energy recovery from food waste.&#13;
Main results and technical application from this study&#13;
Hydrogen production results from food waste were shown to be possible with aerated inoculum in batch assays in thermophilic range, with highest H₂ yields of 19.72L/(kg oTS) from food waste. The inoculated HPB (Hydrogen producing bacterial) sludge taken from ASBR acid producing reactor was proved the optimum H₂ yields with the value of 61.41 L/(kg oTS) in this batch test. Inoculum to substrates ratio at 3 was found the best situ for H₂ yields in batch test. Even H₂ productivity at hyperthermophilic range has been confirmed with faster and higher performance, thermophilic fermentation process was taken in continuously lab-scale investigation due to too high process requirements in hyperthermophilic process.&#13;
Two-stage sequencing producing H₂+CH₄ was shown the potential in H₂ yields in the first acid producing phase. Methane yields from monodigestion in ASBR methane reactor with OLR of 3.88 kg oTS/(m3.d) and average CH₄ yields at 312.71L/kg oTS were achieved and act as reference value for total energy recovery.&#13;
In CSTR+ASBRMe system, the max. hydrogen yields of 69.15 L/(kg oTS) and CH₄ yields at 291.77. L/(kg oTS) were achieved; In semi-Percolator+ASBRMe system, the max. hydrogen yields of 77.34 L/kg oTS and average CH₄ yields at 293.87 L/(kg oTS) were achieved; In ASBR+ASBRMe system, the max. hydrogen yields of 196.85L/(kg oTS) and average CH₄ yields at 293.87 L/(kg oTS) were achieved. The max. H₂ concentration in hydrolysis gas was got in ASBR acid producing reactor at 54%.&#13;
The experimental results indicated that food wastes can be considered as suitable substrates for BioH₂ and CH₄ sequencing production. Moreover, the less production cost for H₂ due to higher OLR and shorting HRT.</abstract>
    <abstract language="deu">Ziel der Studie &#13;
Das Ziel dieser Studie besteht darin, einen Batch-Scale und kontinuierliche Reaktorsysteme zu entwickeln, um die technische und praktische Durchführbarkeit von sequentiellem H₂ und CH₄ aus Lebensmittelabfällen durch einen zweistufigen Vergärungsprozess zu bewerten. &#13;
Die Methodologie &#13;
Die Auswirkungen begrenzender Faktoren wie pH-Wert, Temperatur, Inokulum und Vorbehandlungsmethoden auf die H₂-Ausbeuten wurden in Batch-Assays untersucht. Zudem wurde die Durchführbarkeit der sequentiellen H₂ + CH₄, bei einem zweistufigen Vergärungsprozess hergestellt und in Labortests auf der Basis von Batch-Assay-Ergebnissen bewertet. &#13;
Drei Arten von Säure produzierenden Reaktoren, wie CSTR, Semi-Perkulator und ASBR, wurden auf BioH₂ Produktion getestet und gut inokuliertes ASBR-Methan für den weiteren Abbau von flüchtigen organischen Säuren verwendet, die in diesem Säure produzierenden Reaktor erzeugt werden und als Nebenprodukte von bioH₂ wirken. &#13;
Verschiedene limitierende Faktoren im Fermentationsprozess wurden in jedem Reaktor auf eine optimale Energierückgewinnung untersucht. Die Methan Produktion von Speiseabfällen wurde ebenfalls im Monodigestion untersucht und als Referenzwert für die Energierückgewinnung aus Speiseabfällen verwendet. &#13;
Ergebnisse und technische Anwendung der Studie &#13;
Es wurde aufgezeigt, dass die Ergebnisse der Wasserstofferzeugung aus Speiseabfällen mit belüftetem Inokulum im Chargen Experiment im thermophilen Bereich die höchsten H₂-Ausbeuten von 19,72 l / (kg oTR) aus Lebensmittelabfällen aufweisen. Der inokulierte HPB (Wasserstoff produzierende bakterielle) Schlamm, der aus dem ASBR-Säureproduktionsreaktor entnommen wurde, zeigte die optimale H₂-Ausbeute mit einem Wert von 61,41 l / (kg oTR). Das Verhältnis von Inokulum zu Substrat wurde bei 3 als besten Wert für H₂-Ausbeuten im Batch-Test ermittelt. Sogar die H₂-Produktivität im hyperthermophilen Bereich wurde mit einer schnelleren und höheren Leistung bestätigt, der thermophile Fermentationsprozess wurde aufgrund zu hoher Prozessanforderungen im hyperthermophilen Prozess kontinuierlich im Labormaßstab durchgeführt. &#13;
Eine zweistufige Sequenzierung, bei der H₂+CH₄ erzeugt wurde, zeigte das Potential in den H₂ Ausbeuten während der ersten Säureproduktionsphase. &#13;
Es wurden Methanausbeuten aus Monodigestion in einem ASBR-Methanreaktor mit einer ORB von 3,88 kg oTR / (m3.d) und durchschnittlichen CH₄-Ausbeuten bei 312.71L / Kg oTR erreicht, die als Referenzwert für die Gesamtenergierückgewinnung dienen. &#13;
Im CSTR+ASBRMe system wurde die max. Wasserstoffausbeute bei 69,15 l / (kg oTR) und CH₄-Ausbeuten bei 291,77. L / (kg oTR) erreicht; &#13;
Im Semiperkulator + ASBRMe system wurde eine max. Wasserstoffausbeute von 77,34 l / kg oTR und eine durchschnittliche CH₄-Ausbeute von 293,87 l / (kg oTR) erreicht; &#13;
Bei ASBR+ASBRMe system beträgt die max. Wasserstoffausbeute 196,85 l / (kg oTR) und die durchschnittliche CH₄-Ausbeute liegt bei 293,87 l / (kg oTS). Die max. H₂-Konzentration in dem Hydrolysegas wurde in einem ASBR-Säureproduktionsreaktor bei 54% erzeugt. &#13;
Die Versuchsergebnisse zeigten, dass Lebensmittelabfälle als geeignete Substrate für die BioH₂ und CH₄ Sequenzierungsproduktion angesehen werden können. Außerdem sind die Produktionskosten für H₂ aufgrund eines höheren ORB und eines Kurzzeit-HRT geringer.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43209</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Yanjuan Lu</author>
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      <value>CSTR</value>
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      <value>Semi-percolator</value>
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      <value>Two stage dark fermentation process</value>
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      <value>Biogas</value>
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    <collection role="ddc" number="57">Biowissenschaften; Biologie</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="institutes" number="2305">FG Biotechnologie der Wasseraufbereitung</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
    <file>https://opus4.kobv.de/opus4-btu/files/4320/Lu_Yanjuan.pdf</file>
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    <completedYear>2017</completedYear>
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    <completedDate>2017-08-11</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2017-05-23</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Energieeffizientes Nährstoffsplitting von flüssigen Wirtschaftsdüngern mittels Membranfiltration</title>
    <title language="eng">Energy efficient nutrient splitting of liquid farm fertilizers by means of Membrane filtration</title>
    <abstract language="deu">Die definierte Selektivität der Membranfiltration kann dazu genutzt werden, einzelne spezifische Gülle-Separationsprobleme in übergeordneten Aufbereitungsklassen zusammenzufassen. Mit dem Ansatz einer gesteuerten Nährstofftrennung bzw. Teilzusammenführung von modifizierten Strömen, und der Zuordnung von spezifischen Aufgaben an die Mischprodukte, werden die Nachteile des Ausgangsrohstoffs reduziert und der Wertstoff Gülle rückstandsfrei nutzbar gemacht. Mit einem Anlagenmodell, bestehend aus einer Hydrotankpresse als Vorfiltration und einer Ultrafiltration als Kernkomponenten, ist es über empirisch ermittelte Betriebsparameter möglich, einen energetisch optimierten und kontinuierlichen Produktionsbetrieb durchzuführen. Als Produkte der dezentralen Aufbereitungsanlage werden ein emissionsreduzierender Flüssigdünger, eine als Brennstoff und als Gärsubstrat geeignete Feststoffphase, sowie das Retentat als aktivierendes Material zur Biogasertragssteigerung gewonnen. Das untersuchte Anlagenmodell ist auf den innerbetrieblichen Einsatz in Milchviehhaltungsbetrieben abgestimmt. Mit der Erarbeitung von stabilen und energetisch günstigen Anlagenbetriebspunkten wird das Anlagenverhalten hydraulisch steuerbar. Durch die Zuordnung von Anlagenzuständen zu differenziertem Spülverhalten, wird die direkte Einflussnahme der Temperatur auf den Permeat-Flux erkennbar. Der Einsatz eines Tauchkühlers, mit voreingestellten Grenztemperaturen, stabilisiert signifikant das Anlagenverhalten im Vergleich zu konventionellen Anlagenkonfigurationen. Die Anwendung einer Hydropresse gestattet höhere TDS-Belastungen im UF-Kreislauf, bietet aber kein Potenzial zur Steigerung der Nährstoffdurchsätze. Dies gilt auch für den Einsatz einer 300 kDa-Variante, im Vergleich zur priorisierten 150 kDa-UF-Membran. Mit der Hydropresse kann eine höhere Feststoffabscheidung wie mit Verstopfungs- bzw. Siebfiltrationen erreicht werden, die TDS-Belastungen sind im Retentat auf 5.000 - 7.000 ppm limitiert, oder müssen durch Verdünnung auf diese Werte eingegrenzt werden. Mit der zusätzlichen Anwendung einer Gasspülung in der Anströmung der UF-Module, können TDS-Belastungen über 10.000 ppm erstmals dauerhaft bewältigt werden. Über die so erweiterte Verfahrenstechnik sind Standzeiten von mehreren Wochen, ohne betrieblich bedingte Unterbrechungen, möglich. Die durch Fluoreszenzmikroskopie nachweisbare Anreicherung von Methanbildnern im Retentat, bestätigt eine mögliche Anwendung des Retentats als Biogassubstratergänzung. Der Biogasertrag wird durch Zusatz von Retentat zu den bisher verfügbaren Substraten generell erhöht.  Eine Mischung aus Retentat und dem Feststoff aus der Hydropresse unterstützen die biochemische Stabilisierung in Fermentern. In Kombination mit Anteilen an Feststoff ist das Permeat bei der Bewertung von pflanzenbaulichen Erträgen, als konkurrenzfähig zu Rohgülle und Mineralstoffdünger einzustufen. Das auf landwirtschaftliche Flächen ausgebrachte Permeat ist geruchslos.</abstract>
    <abstract language="eng">The predefined selectivity of Membrane filtration can be used for the junction of manure separating problems in higher-ranking conditioning categories. In particular ambition of controlled Nutrient separation and part-junction of modified flows it is possible to assign specific tasks to conversion products. The disadvantages of the raw material will be reduced and the resource manure can be used residue-free. By means of a plant model, consisting of the core components, a Hydraulic tank press and a multichannel Ultrafiltration, it is possible to perform an energy efficient and uninterrupted line operation with empirical determined operating parameters. The products of the peripheral process plant are an emission reducing Liquid fertilizer, a Solid matter phase which is suitable as fossil burning fuel as well as Fermentation substrate and a Retentate, as activating material to increase the biogas yield. The tested plant model matches an intra-farm use in dairy farming corporations. With the development of stable and energy efficient operating parameters the bearing of the plant becomes hydraulic controllable. Due to the assignment of plant states to distinguished flushing cycles, the direct interference of the temperature on the Permeate-Flux becomes visible for the first time. An installed immersion chiller with predefined boundary temperatures stabilises significantly the bearing of the plant in comparison to conventional plant configurations. With application of a Hydraulic tank press higher TDS-loads in the Ultrafiltration cycle will be granted, but the Nutrient flow ratings cannot be increased. This applies also to the use of a 300 kDa model instead of the 150 kDa Ultrafiltration membrane. With the help of the Hydraulic tank press a higher rate of solid matter deposition will be achieved in comparison to bridging and sieve filtration systems. But the TDS-loads are still limited to values of 5.000 - 7.000 ppm, otherwise a dilution of the Retentate has to be executed to fullfill these values. With an additional use of a Gas flushing system in the upstream flow of the Ultrafiltration module, with an direct impact on the membrane surface layer, TDS-loads higher 10.000 ppm can be handled. Operating life cycles of  several weeks without any break are now possible with the so extended Process technology. A concentration of Methane forming bacterias in the Retentate can be detected with the help of Fluorescence microscopy and confirmes the positive effect of the Retentate as additive of substrates. The yield of biogas increases in general with the addition of Retentate to any conventional used substrate. The mixing of Retentate and solid matter out of the Hydraulic tank press supports the biochemical stabilisation in Biogas fermenters. The Permeate in combination with portions of solid matter is competitive to raw manure and mineral nutrient fertilizers, in the evaluation of crop farming yields. The manuring with Permeate is inodorous.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42805</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Franco Andolfo</author>
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      <value>Nährstoffsplitting</value>
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    <collection role="ddc" number="5">Naturwissenschaften und Mathematik</collection>
    <collection role="ddc" number="6">Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
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    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
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    <completedDate>2017-03-13</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2017-01-18</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Developing a conceptual solution for domestic wastewater management in developing countries: Kumasi (Ghana) as a case study</title>
    <title language="deu">Entwicklung einer konzeptionellen Lösung für das Management von Haushaltsabwässern in Entwicklungsländern: Kumasi (Ghana) als eine Fallstudie</title>
    <abstract language="eng">Wastewater treatment systems abound as a result of technological improvements in treatment processes. Therefore in the selection of a wastewater treatment system for a particular wastewater treatment situation there are many alternatives to choose from. Despite this development municipal wastewater treatment in communities in developing countries are not always sustainable due to the application of inappropriate treatment systems. The question is how can an appropriate treatment system be identified for a certain location? The answer to this question is of importance to developing countries where wastewater treatment is usually not sustainable. &#13;
In this study a framework for assessing wastewater treatment systems was developed. First, a comprehensive set of indicators representing parameters of treatment systems and properties of the study area that impacts on wastewater treatment were identified. Secondly, assessment of these indicators were carried out through expert and community survey to identify a final set of indicators whose composition consist of efficiency, reliability and simplicity of treatment systems and resource constraint, resource recovery and environmental concerns of the study area. Thirdly, four wastewater treatment systems, namely: Waste Stabilization Ponds, Trickling Filter, reed bed and free water surface Constructed Wetlands considered to be feasible for the study area were evaluated by the application of the identified indicators. Finally, a decision matrix produced was processed by multi-attribute decision making methods using two indicator weights to identify the most appropriate treatment system among the four alternatives. &#13;
Results of the study show that in a scenario where equal indicator weights are assumed, reed bed is identified as the most appropriate with stabilization ponds being ranked as the least appropriate. In a more practical scenario where the weights of the indicators are allocated to reflect conditions of the study area, free water surface is ranked as the most appropriate. This outcome is at variance with stabilization pond technologies currently installed at communities in the study area. The performance of constructed wetlands is at the midpoint as far as most of the high to medium weighted assessment indicators are concern. It therefore represents a compromising solution between waste stabilization pond and trickling filter. The study also shows a change in variants of constructed wetland with a change in indicator weights. An indication that the decision situation determines the appropriateness of a treatment system and not the treatment system itself.  &#13;
The selection framework employed in this study can be said to be reliable and capable of identifying a treatment system that can be appropriate for a particular location. This is because the choice of a constructed wetland for the study area fits the definition of appropriate treatment system defined by the final indicators identified in this study.</abstract>
    <abstract language="deu">Aufgrund der technologischen Entwicklung existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme zur Behandlung von Abwasser. Deshalb gibt es bei der Auswahl für ein System zur Behandlung von Abwasser eine große Anzahl von Alternativen. Trotz des vielfältigen Angebotes verschiedener Verfahren zur Behandlung von Abwasser für Kommunen sind wegen der Verwendung ungeeigneter Verfahren nicht alle Verfahren nachhaltig. Deshalb ist es wichtig geeignete Technologien für verschiedene Rahmenbedingungen zu identifizieren und auszuwählen. Dies ist insbesondere für Entwicklungsländer, in denen die Behandlung von Abwasser üblicherweise nicht nachhaltig ist von Bedeutung. &#13;
Die vorliegende Untersuchung entwickelt Bewertungskriterien für Systeme zur Abwasserbehandlung. Zunächst wird eine umfassende Liste von Indikatoren für die Charakterisierung von Einflußgrößen für Abwassersysteme entwickelt. Danach werden diese Indikatoren und Einflußgrößen durch eine Befragung von Experten und von Kommunen bewertet, um die wichtigsten Einflußgrößen zu ermitteln. Die Bewertung der verschiedenen Abwassersysteme erfolgt unter den Gesichtspunkten der Effizienz, der Zuverlässigkeit und Einfachheit der Anlagen, beschränkter Ressourcen sowie unter dem Gesichtspunkt der Rückgewinnung von Ressourcen. Es werden vier Technologien zur Abwasserreinigung untersucht. Die vier Technologien Abwasserteiche, Sickergruben, Schilfkläranlagen und Pflanzenkläranlagen sind für die untersuchte Region zulässige Technologien und werden mittels der untersuchten Indikatoren bewertet. Schließlich wird eine Entscheidungsmatrix entwickelt und auf der Basis eines multi-attributen Entscheidungsverfahrens mit zwei Gewichtungen von Indikatoren die geeignete Technologie unter vier Möglichkeiten ausgewählt.&#13;
Die Resultate unserer Untersuchungen zeigen in einem Szenario mit Annahme gleicher Gewichtung der Indikatoren, dass eine Schilfkläranlage die beste Lösung darstellt während sich ein Klärschlammbecken als die schlechteste Lösung erweist. In einem realistischeren Szenario in dem die Wichtung der Indikatoren entsprechend dem Standort gewählt wird stellen sich Pflanzenkläranlagen als beste Lösung heraus. Das Resultat der Untersuchung suggeriert eine Modifikation von Klärschlammbecken wie sie gegenwärtig in den Kommunen der untersuchten Region verwendet wird. Die Leistungsfähigkeit der untersuchten Kläranlagen steht im Mittelpunkt, was die mittlere und hohe Wichtung der wesentlichen Indikatoren angeht. Daher stellt diese Lösung einen Kompromiss zwischen Abwasserbecken und Sickergruben dar. Die Untersuchung zeigt weiterhin eine Veränderung der besten Lösung, wenn die Gewichtung der Indikatoren verändert wird. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Gewichtung dieser bei einer Entscheidung für eine Technologie der Abwasserbehandlung, und nicht nur die Typen verschiedener Anlagen großen Einfluss auf die Entscheidung haben.&#13;
Die Indikatoren die in der vorliegenden Untersuchung angewandt werden, erweisen sich als zuverlässig für die Auswahl bestimmter Kläranlagen unter gegebenen Standort-faktoren. Der Grund hierfür ist, dass die Wahl des verwendeten Feuchtgebietes für die Untersuchung die Definition geeigneter Abwassersysteme erfüllt, die in der vorliegenden Untersuchung als wichtig identifiziert wurden.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41544</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Kwaku Boakye Apau</author>
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      <value>Wastewater treatment</value>
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      <value>Treatment efficiency</value>
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      <value>Land requirement</value>
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      <value>Multi-attribute decision making</value>
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