TY - THES A1 - Narra, Satyanarayana T1 - Processing and refinement of biogenous residues from agricultural, industrial and biotechnological processes T1 - Aufbereitung und Veredlung von biogenen Reststoffen aus landwirtschaftlichen-, industriellen- und biotechnologischen Prozessen N2 - The significance in the production of bio-based products is enhanced with the abundance and renewability of biogenous raw and residue materials in comparison to the depleting fossil fuels especially in producing environment friendly products and their applications in energy (CO2-neutral) as well as material applications. This work concentrates mainly on the production of bio-based products through innovative processing and refinement of biogenous residues originating from agricultural (cereal straws), industrial (lignin from black liquors) and biotechnological (biogas residues) processes. The innovative processing and refinement of the processes and their end-products solve the challenges which were not possible within the conventional processes. The innovative processes improve the cascading as well as sustainable utilization possibilities with a simultaneous value addition of the residues. Converting biogenous residues into a valuable end-product requires various preprocessing of the raw materials and are material specific (physical and chemical compositions). Agglomeration of theses residues is chosen as one of the main innovative processes making the handling of the products easier. Agglomeration in this work is carried out using press / densification processes in case of cereal straws, build-up processes in case of black liquors and encapsulation processes in case of biotechnological residues. N2 - Die Bedeutung biobasierter Produkte nimmt durch die Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit biogener Roh- und Reststoffe, im Gegensatz zu schwindenden fossilen Rohstoffressourcen stetig zu. Dies zeigt sich insbesondere im Hinblick auf die Produktion von umweltfreundlichen Produkten und deren stetig wachsenden Anwendung sowohl im energetischen als auch im stofflichen Bereich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden innovative Verarbeitungs- und Veredlungsmethoden für biogene Reststoffe aus landwirtschaftlichen, industriellen und biotechnologischen Prozessen entwickelt, vorgestellt und bewertet. Durch die Integration innovativer Verarbeitungs- und Veredlungstechnologien können vielfältig anwendbare Produkte mit verbesserten und neuen Eigenschaften (physikalische und chemische Eigenschaften) erzeugt werden. Die vorgestellten innovativen Verfahren tragen wesentlich zur Lösung herkömmlicher Handlings-, Anwendungs- und Prozessprobleme bei. Damit tritt außerdem eine Verbesserung der Kaskadennutzung sowie der nachhaltigen Verarbeitung biogener Roh- und Reststoffe ein, was zu einer Erhöhung des Produktwertes entlang der Wertschöpfungskette führt. Für die Erzeugung hochwertiger Produkte basierend auf biogenen Reststoffen sind verschiedene stoff- und materialspezifische Verarbeitungsschritte notwendig. Schwerpunkt in dieser Arbeit bilden innovative Agglomerationsverfahren mit denen die Produkteigenschaften biogener Reststoffe verbessert werden. Für die Verarbeitung landwirtschaftlicher biogener Roh- und Reststoffe wurden Verfahren der Pressagglomeration ausgewählt. Die Erzeugung von Ligninagglomeraten erfolgte mittels Aufbauagglomerationsverfahren. Für die Verarbeitung biotechnologischer Reststoffe kamen Verkapselungsverfahren zum Einsatz. KW - Organischer Abfall KW - Natürliche Ressourcen KW - Reststoff KW - Recycling KW - Umweltverträgliches Produkt KW - Aufbereitung KW - Veredlung KW - Stoffumwandlung KW - Getreide Stroh KW - Lignin KW - Gärresten KW - Processing KW - Beneficiation KW - Refinement KW - Material transformation KW - Cereal straws KW - Lignin KW - Biogas residues Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29558 ER - TY - THES A1 - Narra, Satyanarayana T1 - Effect of disturbance and water-induced compaction on void ratio and pre-consolidation stress of glacial till N2 - Soils deposited can undergo a sudden change in the structure when they are inundated with water resulting decrease in the volume. This process is known as water induced compaction. The decrease in volume occurs without any change in external loads and is only caused by the water, which results in the settlement of soil surface having a resultant potential to damage the structures. The water induced compaction process is characterized by sudden change in the voids or pores of the soil that are loaded at their natural water content and flooded. The objective of this thesis work was to understand the water induced consolidation process at agriculturally used reclaimed soils. The approach was to reproduce the situation occurring when the soil was subjected to water induced compaction at defined loads typical in the top soil (0 kPa to 20 kPa). The glacial till used for the experiments was sampled in the Lusatian lignite-mining district located about 100 km southeast of Berlin, Germany. Sediment samples for different investigations were taken from the pre-cut section at 1500 m west of the eastern end from 3 m depth till 10 m depth. The glacial till used for the experiments derived from the sediment layer of Warthe sub-stage of the saalian glaciation. To characterize the soil properties at the pre-cut section, parameters like grain size distribution, soil bulk density, calcium carbonate content (CaCo3) and water retention characteristics were measured. The stability of the glacial till was evaluated using parameter pre-consolidation load. This was done in three sub-steps. The first step was determination of the stress-strain behaviour under natural conditions. In the second step the stress-strain behaviour of disturbed dry samples was simulated, which would be the situation in summer when the glacial till dries during transport. In the third step we saturated the disturbed dry samples which were subjected to different preloads to simulate the effect of saturation and re-compaction by precipitation. This work was exemplarily done for undisturbed samples and also for disturbed dry samples from 4 depths (4 m, 6 m, 8 m, and 10 m). Disturbed dry and saturated conditions were tested for samples from depths 4 m and 8 m. i) It was found from the grain size distribution that the soil profile is uniformly distributed with different particle sizes. High soil bulk density was recorded, which were in the range of 1.9 g cm-3 to 2.0 g cm-3. We observed that the carbonate content increased with the depths, in our observation it increased up to 5.4 %. From the water retention characteristics we observe that the samples from 4 m and 10 m depth do not have coarse pores where as 6 m and 8 m depth samples have coarse pores. ii) We observed that the undisturbed samples showed a flat curve having the initial void ratio and final void ratio values within a small range (between 0.2 and 0.4), where as the disturbed dry and the disturbed saturated curves showed a huge difference in the initial and final void ratio values. The difference was decreasing with the increase in pre-loads. We found that pre-consolidation stress values obtained were not increasing with the increase in depth. The disturbed saturated samples from the 4 m depth showed over-estimation of the results, where as the disturbed saturated samples from 8 m appeared to be realistic. We found that the magnitude of water induced compaction increased with the increase in preloads and a decrease with respect to the depths N2 - Einfluss von Lockerung und wasserinduzierter Verdichtung auf die Porenziffer und die Vorbelastung von Geschiebemergel Abgelagerte Böden können einer plötzlichen Strukturveränderung ausgesetzt sein, wenn sie mit Wasser geflutet werden und daraus eine Abnahme des Volumens resultiert. Dieser Prozess ist bekannt als wasser-induzierte Verdichtung. Der Rückgang des Volumens erfolgt ohne jede Änderung in der externen Belastungen und ist nur durch das Wasser verursacht, welches die Setzung von Bodenoberfläche als Folge hat, die widerrum potenzielle Schäden an der Bodenstruktur verursachen kann. Der wasser-induzierte Verdichtungsprozess ist gekennzeichnet durch plötzliche Veränderungen in den Hohlräumen oder Poren des Bodens, die bis zu ihrem natürlichen Wassergehalt geladen werden und dann überfluten. Das Ziel dieser Arbeit ist zu verstehen, wie sich der wasser-induzierte Konsolidierungsprozess auf landwirtschaftlich genutzte Tagebaufolgeböden auswirkt. Der Ansatz ist, die aufgetretenden Situationen der wasser-induzierten Konsolidierung mit typischen definierten Belastungen (0 kPa bis 20 kPa) in der oberen Bodenschicht nachzubilden. Die Geschiebemergel-Stichproben für die Experimente wurde im Lausitzer Braunkohlerevier entnommen, der sich etwa 100 km südöstlich von Berlin (Deutschland) befindet. Sedimentproben für die verschiedenen Untersuchungen wurden vom Zuschnitt 1500 m westlich dem östlichen Ende von 3 bis 10 m Tiefe genommen. Das Geschiebemergel für die Experimente stammt aus der Sedimentschicht Unterwarthe der salischen Vereisung. Zur Charakterisierung der Bodeneigenschaften im Zuschnitt werden Parameter wie Korngrößenverteilung, Bodenschüttdichte, Calciumcarbonat-Gehalt (CaCo3) und Wasserretention gemessen. Die Stabilität des Geschiebemergels wird mit Hilfe des Parameters Vor-Konsolidierungslast evaluiert. Dies erfolgt in drei Unterschritten. Der erste Schritt ist die Bestimmung des Spannungs-Dehnungs-Verhalten unter natürlichen Bedingungen. Im zweiten Schritt wird das Spannungs-Dehnungs-Verhalten von gestörten Trockenproben simuliert, welche die Situation im Sommer widerspiegelen, wenn das Geschiebemergel während des Transports trocknet. Im dritten Schritt werden die Trockenproben mit Wasser gesättigt, die zuvor verschieden vorbelasted wurden, um den Effekt der Sättigung und Wider-Verdichtung durch Niederschläge zu simulieren. Diese Arbeit wurde beispielhaft für ungestörte Proben und für gestörte Trockenproben aus vier Tiefen (4 m, 6 m, 8 m und 10 m) durchgeführt. Aus den Tiefen 4 m und 8 m werden auch die gestörten Trockenproben und die gestörten Sättigungsproben getestet. i) Anhand der Korngrößenverteilung wurde festgestellt, dass das Bodenprofil gleichmäßig mit Teilchen unterschiedlicher Größen verteilt wird. Hohe Bodenschüttdichte wurde verzeichnet in der Größenordnung von 1,9 g cm-3 bis 2,0 g cm-3. Es wird ein Anstieg des Karbonatgehalts von bis zu 5,4% mit der Tiefe beobachtet. Anhand der Wasserrückhaltekapazität wird beobachtet, das die Proben aus 4 und 10 m Tiefe keine groben Poren haben, wobei in 6 und 8 m Tiefe grobe Proben vorhanden sind. ii) Es wird beobachtet, dass die ungestörten Proben eine flache Kurve zeigen, wo die ursprüngliche die endgültige Porenzahl in einem kleinen Intervall (zwischen 0,2 und 0,4) liegt, während die Porenzahl der gestörte Trocken- und Sättigungsproben in einem großen Intervall schwankt. Der Unterschied war rückläufig mit der Erhöhung der Vor-Belastungen. Es wird festgestellt, dass die generierten Stresswerte aus der Vorbelastung nicht mit der Tiefe zunehmen. Die gestörten Sättigungsproben aus 4 m Tiefe zeigen eine Überschätzung der Ergebnisse, wobei die gestörten Sättigungsproben aus 8 m Tiefe realistisch erscheinen. Es wird festgestellt, dass das Ausmaß der wasser-induzierten Verdichtung mit der Zunahme an Vorbelastung steigt und in Bezug auf die Tiefe rückläufig ist. KW - Lausitz KW - Braunkohlenrevier KW - Bodenverdichtung KW - Fluten KW - Bergbaunachfolgelandschaft KW - Wasserinduzierte Verdichtung KW - Stresswerte KW - Porenziffer KW - Verdichtung KW - Water-induced compaction KW - Pre-consolidation stress KW - Void ratio KW - Stress-strain behaviour Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4161 ER -