TY - THES A1 - Koch, Thomas T1 - Zur empirisch / analytischen Bestimmung von Verlustbeiwerten selbstorganisierender Rauheitsstrukturen in Druckrohrleitungen T1 - Analytical / empirical model for the flow resistance calculation in pressure pipelines considering self-organising ripple structure roughness N2 - Beim Transport von Flüssigkeiten durch Rohrleitungssysteme werden sowohl die Flüssigkeitssäule als auch echt gelöste, kolloidale oder suspendierte Inhaltsstoffe bewegt. Strömungsvorgänge im wandnahen Bereich sind durch starke Geschwindigkeitsgradienten charakterisiert. Hier kommt es zu Wechselwirkungen zwischen dem Wandmaterial, der Flüssigkeit und den in der Flüssigkeit transportierten Inhaltsstoffen. Entsprechend differenzierter Foulingmechanismen entwickeln sich Rohrwandbeläge, welche selbstorganisierende Strukturen aufbauen können. Die Wechselwirkung zwischen wandnahen Strukturen, der bewegten Flüssigkeit, Adhäsionsvorgängen von Inhaltsstoffen bzw. Strukturveränderungen der Wandoberfläche und der Erhöhung des Strömungswiderstandes wurde bislang nur in Ansätzen analysiert. Diese Vorgänge können zu extremen Leistungsminimierungen der Rohrleitungssysteme bei sehr geringen Ablagerungshöhen führen. Sie können selbstorganisierende Rauheitsstrukturen generieren, welche sich als riffelartige Formationen eines dünnen Films auf der Rohrwand ausbilden. Riffelartige Ablagerungsstrukturen wurden in verschiedenen Druckrohrleitungen beobachtet. WIEDERHOLD (1949), SEIFERT und KRÜGER (1950) untersuchten in diesem Zusammenhang eine Druckrohrleitung (Fernwasserleitung der Eckertalsperre), die nach kurzer Betriebsdauer eine extreme Reduktion der Durchflussleistung zeigte. In einer Betriebszeit von 3 Jahren verringerte sich die Leistungsfähigkeit der Druckrohrleitung DN 500 auf 57,1% der ursprünglichen Leistung. Die Vermessung des Wandbelages ergab eine durchschnittliche Riffelhöhe von 0,7 mm und einen mittleren Riffelabstand von 5 mm. Unter Annahme der Gültigkeit der Sandrauheitstheorie nach NIKURADSE kann eine äquivalente Sandrauheit von 14,6 mm bei einer tatsächlich gemessenen Riffelhöhe von 0,7 mm bestimmt werden. Gegenstand der vorliegenden Untersuchungen ist es, die bislang durch Berechnungsansätze unberücksichtigten Formen der selbstorganisierenden Rauheiten in Druckrohrleitungen, auch bekannt als Rauheitsanomalie, zu beschreiben. Es wird eine Theorie entwickelt, die bei auftretenden selbstorganisierenden Rauheitsstrukturen die Berechnung der festzustellenden Verlusthöhen in Druckrohrleitungen zur Sicherung der dimensionierten Leistungsfähigkeit ermöglicht. Auf Basis des vorhandenen Datenmaterials wurde der durch SEIFERT und KRÜGER postulierte Ansatz, von Resonanzerscheinungen zwischen Schwingungen der riffelartigen Wandbeläge und den turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten, weiterentwickelt.. Diese These wurde auf Basis der durch BÜNGER prognostizierten Frequenzen für Strömungsvorgänge verifiziert. Es wird ein analytisches / empirisches Modell zur Bestimmung von Widerstandsbeiwerten bei selbstorganisierender Rauheit in Druckrohrleitungen vorgeschlagen. Das Modell wurde auf der Grundlage vorhandener Messreihen validiert. N2 - Fluid flows in pipeline systems are characterised by the movement of the water column itself as well as the transport of colloid and suspended particles. Further the velocity profile close to the pipeline wall shows high velocity gradients. Close to the wall the interactions between the wall material, the fluid and the particles within the fluid are crucial for the description of energy losses within the pipeline. Due to fouling mechanisms thin layers can be formed on the pipeline wall, which are characterised by a self-organising structure. Self-organising structures and their interactions with the fluid and the transported particles cause energy losses due to an increase in flow resistance. Calculations for pipeline head losses are generally based on the description of the pipeline material and its roughness. Self-organising structures and their interactions with the fluid flow are neglected. The importance of this issue is shown by the extreme pressure drop which occurs after a few years of pipeline operation (without the occurrence of thick incrustations). In fact, thin layers and unique surface structures are responsible for the extreme pressure drop. The surface on the pipeline wall is formed like sand dunes or ripples as can be seen on bed structures of alluvial rivers. A few researchers reported the occurrence of ripple structures in pressure pipelines. WIEDERHOLD (1949), SEIFERT and KRÜGER (1950) investigated the pipeline of Eckertalsperre, a reservoir which is used for drinking water supply. After only 3 years the performance of this 500 mm diameter fresh water pipeline decreased dramatically down to 42.9 % of the designed discharge capacity. The measurements of the layers showed ripple heights of 0.7 mm and a mean distance between the ripples of 5 mm. If the roughness of this pipeline was calculated using NIKURADSE’s theory, it would yield a 14.6 mm equivalent sand grain roughness. The aim of the present study is to propose a novel analytical / empirical model for the flow resistance calculation in pressure pipelines considering self-organising ripple structure roughness. A theory is developed to estimate possible head losses in the case of ripple structure occurrence to ensure the design discharge capacity in the long term. The SEIFERT and KRÜGER approach, which uses resonance effects between ripples and turbulent fluid flow, is modified based on available experimental data. The assumptions are validated using BÜNGER’s theory, which applies frequencies for the description of fluid flows. T3 - Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft und Umwelt - H.13 KW - Druckrohrleitung KW - Rauigkeit KW - Widerstandsbeiwert KW - Verlust KW - Druckrohrleitung KW - Verluste KW - Widerstandsbeiwert KW - Widerstandsphänomene KW - Rauheiten KW - Flow resistance KW - Pressure pipelines KW - Self-organising roughness structure KW - Ripple structure roughness KW - Friction coefficient Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-456 SN - 3-394294-19-7 ER - TY - THES A1 - Forbid, George Teke T1 - Thermal recycling of plastic waste using pyrolysis-gasification process for energy production T1 - Thermische Nutzung von Kunststoffabfällen in Kleinanlagen unter Verwendung des Pyrolyse- und Vergasungsprozesses N2 - The disposal of mixed waste in landfills, dump sites and open burning without material and energy recovery leads to resource loss, causes health problems, pollution and littering. Increasing energy demand for industrial and domestic application with rising costs due to scarcity motivates a constant search for alternative clean energy sources. Recovering energy from waste presents various incentives e.g. creating jobs, alleviating poverty, combating and mitigating climate change, protecting the environment and reducing dependence on traditional fuels sources. Hence, plastics end up in landfills, surface waters and ocean bed with serious negative impact on terrestrial and aquatic biodiversity. Plastic waste with high calorific value (36-46MJ/kg) occupies the greatest portion of landfill space. Hence, using an appropriate technology to transform waste plastic to a hot gaseous mixture which is burned in-situ produces enormous amount of energy without pollution. Based on this hypothesis, the study objectives accomplished were to: 1.Characterise, quantify and classify waste fractions and plastic components common in MSW by manual sorting 2.Evaluate options for sustainable plastic waste management especially for developing countries 3.Design, construct, test and optimize an appropriate technology that applies pyrolysis and gasification processes to convert non-PVC plastic waste to energy 4.Assess the efficiency of the technology based on the functioning, the engineering, mass and energy analysis including socioeconomic and environmental impacts An integrated methodology involving review of current literature, field and laboratory experiments on mixed waste and plastic waste analysis was used. In addition, the pyrolysis-gasification technology (PGT) was conceptualised, designed, constructed, tested and optimised at BTU Cottbus, Germany; Lagos, Nigeria and Dschang, Cameroon. Field studies involving natural observation, interviews, personal discussions and visits to waste management organisations and disposal sites were conducted in various cities in the three case study countries. A resource-oriented manual sorting using the resource-recovery scavenging approach (RESA) simulating integration of scavenger’s activities in waste sorting was conducted at BTU and Lagos. Major results obtained include: •Characterization, quantification and classification of a dry sample of commingled MSW at Cottbus gave major waste fractions in order of decreasing abundance as 23.15% of residue waste, 19.75% of paper and cardboards, 17.80% of plastics, 14.63% of textiles and diapers, 10.06% of food waste and 9.55% of glass. An overall 33.21% of waste sample is compostable for manure, 52.2% usable as feedstock in the PG technology and 99.81% of total sample having a material or energy recovery potential. In Lagos, Nigeria main fractions were 29% of plastics, 36% of residue waste, 17% of soil/sand, 7% of paper with overall 41% usable as feedstock in PG technology, 39% compostable, 3% of recyclable (metal and glass). Sand can be recovered from the soil/sand fraction for construction. Excluding the sand/soil mixture, 83% of the total waste sample has potential for material and energy value. •An appropriate technology that applies principles of pyrolysis and gasification to convert non-PVC plastic waste to energy was designed, constructed, tested and optimized with respect to: (i) Successful functioning with conversion of averagely 98.51% of input constituting of 82.78-98.21% of charcoal and 96.72-99.27% of plastic to heat energy (ii) Evaluation of socioeconomic and environmental impacts based on pyrolysis and exhaust gas and ash residue analysis showed absence of VOCs, heavy metals and pollutant organic and inorganic compounds; (iii) Safety and risk assessment to indoor pollution is very low; (iv) Assessment of the WTA and WTP indicated that 94% of respondents in Lagos, Nigeria and Porto Novo, Benin were willing to accept and pay for this technology. Using the PG technology improves local communities’ ability to achieve clean, efficient and safe cooking and heating energy with potential for combine heat power generation. N2 - Die Entsorgung von gemischten Abfällen in Deponien, Ablagerungsplätzen und das offene Verbrennen ohne jegliche stoffliche und energetische Verwertung führt zu Ressourcenverlusten, Gesundheitsproblemen, Umweltverschmutzung und Vermüllung. Wachsender Energiebedarf für industrielle und häusliche Anwendung mit steigenden Kosten aufgrund ihrer Knappheit regt die ständige Suche nach alternativen, sauberen Energiequellen an. Energierückgewinnung aus Abfall stellt verschiedene Anreize wie z.B. die Schaffung von Arbeitsplätzen, Bekämpfung der Armut, Bekämpfung und Eindämmung des Klimawandels, den Schutz der Umwelt und die Verringerung der Abhängigkeit von traditionellen Brennstoffquellen. Infolgedessen enden Kunststoffe auf Deponien, in Oberflächengewässern und Meeresböden, mit gravierenden negativen Auswirkungen auf die terrestrische und aquatische Biodiversität. Kunststoffabfälle mit hohen Heizwerten (36-46MJ/kg) nehmen den größten Teil des Deponieraumes ein. Die Bildung dieser Schadstoffe geht nicht zwangsweise von den Polymeren aus sondern ist eine Ursache des begrenzten Verbrennungsprozesses. Hierfür wurde eine geeignete Technologie entwickelt, die die Kunststoffabfälle in ein heißes Gasgemisch umwandelt und diese anstehend nochmals verbrannt werden und eine enorme Energie freisetzen ohne jegliche Luftverschmutzung. Basierend auf der obigen Hypothese wurden folgende Studienziele anwiesiert: 1.Charakterisieren, quantifizieren und klassifizieren der Abfallfraktionen und Kunststoffkomponenten in vermischten MSW durch manuelle Sortierung 2.Bewertung der Optionen für eine nachhaltige Kunststoff/Abfallwirtschaft insbesondere für Entwicklungsländer 3.Design, Konstruktion, Test und Optimierung einer geeigneten Technologie, die die Pyrolyse und den Vergasungprozess beinhaltet um nicht-PVC-Kunststoffabfall in Energie umzuwandeln 4.Beurteilung der Effizienz der Technologie basierend auf den Betrieb, Konstruktion, Menge und Energieanalyse mit sozioökonomischen und ökologischen Bedeutung Eine integrierte Methodik mit Überprüfung der aktuellen Literatur, Feld- und Laborexperimente mit Analysen der gemischten Abfall- und Kunststoffabfälle wurde verwendet. Darüber hinaus wurde die Pyrolyse-Vergasung Technologie (PGT) an der BTU Cottbus, Deutschland, Lagos in Nigeria und Dschang in Kamerun konzipiert, konstruiert, gebaut, getestet und optimiert. Feldstudien mit natürlichen Beobachtung, Interviews, persönliche Gespräche und Besuche bei Entorgungsorganisationen/unternehmen und Deponien wurden in verschiedenen Städten in Nigeria, Republik Benin und Kamerun durchgeführt. Eine ressourcenorientierte manuelle Sortierung unter Verwendung des Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz (RESA) simuliert die Integration von Müllsammler-Aktivitäten in die Mülltrennung und wurde an der BTU und Lagos durchgeführt. Wesentliche Ergebnisse sind: •Charakterisierung, Quantifizierung und Qualifizierung einer trockenen Probe vermischten MSW in Cottbus ergaben große Abfallfraktionen ,in absteigender Reihenfolge, als 23,15% Restmüll, 19,75% Papier und Karton, 17,80% Kunststoffen, 14,63% Textilien und Windeln , 10,06% Speiseresten und 9,55% aus Glas mit insgesamt 33.21% kompostierbar zur Gewinnung von Dünger, 52,2% nutzbar als Einsatzmaterial in der PG-Technologie und 99,81% der gesamten Probe mit einem Material- oder Energierückgewinnungspotenzial. In Lagos, Nigeria ergaben sich Hauptfraktionen von 29% Kunststoffe, 36% Restmüll, 17% Boden / Sand, 7% Papier mit insgesamt 41% nutzbar als Einsatzmaterial in PG-Technologie, 39% kompostierbar, 3% recycelbar (Metall und Glas), während Sand aus dem Boden / Sand-Fraktion für den Bau wiederhergestellt werden können. Ohne das Sand / Erde Gemisch, haben 83% der gesamten Probe des Abfallaufkommens Potenzial zur stofflichen und energetischen Wiederverwertung. •Eine entsprechende Technologie, die Prinzipien der Pyrolyse und Vergasung nicht-PVC-Kunststoffabfalls in Energie umzuwandeln wurden so konzipiert, gebaut, getestet und optimiert im Hinblick auf: (i)Erfolgreiches Funktionieren mit der Umwandlung von durchschnittlich 98,51% des inputs wobei 82,78-98,21% der Holzkohle und 96,72-99,27% der Kunststoffs in Energie umgewandelt wurden (ii)Bewertung sozioökonomischer und ökologischer Auswirkungen bei der Pyrolyse, Abgas- und Ascherückstandanalyse zeigte keine VOCs, Schwermetalle und Schadstoffen organischer und anorganischer Verbindungen, (iii)die Sicherheit und Risikobewertung der Luftverschmutzung in Innenräumen ist sehr niedrig (iv)Bei der Beurteilung der WTA und WTP gaben 94% der Befragten in Lagos, Nigeria und Porto Novo, Benin an, dass sie bereit sind die Technologie zu akzeptieren und auch für diese etwas zu bezahlen. Mit der PG-Technologie verbessern lokale Gemeinden ihre "Fähigkeit“, sich saubere, effiziente und sichere Energie zum Kochen und Heizen leisten zu können, mit dem Potenzial für die Kombination aus Hitze Strom zu erzeugen. KW - Kunststoffabfall KW - Vergasung KW - Pyrolyse KW - Forstschutz KW - Energierückgewinnung KW - Pyrolyse-Vergasung Technologie KW - Kunststoffabfall KW - Eindämmung des Klimawandels KW - Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz KW - Waldschutz KW - Pyrolysis-gasification technology KW - Waste plastics and biomass KW - Climate change mitigation KW - Resource recovery scavenging approach KW - Forest protection Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25269 ER - TY - THES A1 - Lu, Yanjuan T1 - Optimization of converting food waste to hydrogen and Biogas in double-stage-fermentation T1 - Optimierung der Gewinnung von Wasserstoff und Biogas aus Lebensmittelabfällen mit Hilfe der zweistufigen Vergärung N2 - Aim of this study 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. Methodology 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. Main results and technical application from this study 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. 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. 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%. 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. N2 - Ziel der Studie 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. Die Methodologie 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. 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. 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. Ergebnisse und technische Anwendung der Studie 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. Eine zweistufige Sequenzierung, bei der H₂+CH₄ erzeugt wurde, zeigte das Potential in den H₂ Ausbeuten während der ersten Säureproduktionsphase. 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. Im CSTR+ASBRMe system wurde die max. Wasserstoffausbeute bei 69,15 l / (kg oTR) und CH₄-Ausbeuten bei 291,77. L / (kg oTR) erreicht; 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; 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. 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. KW - CSTR KW - Semi-percolator KW - ASBR KW - Methane KW - Two stage dark fermentation process KW - Biohydrogen KW - Food waste KW - Factor KW - OLR KW - Biogas KW - Biowasser KW - Methan KW - Speiseabfälle KW - Vergärungsprozess KW - Faktor KW - ASBR KW - CSTR KW - Perkulator KW - ORB KW - Biogas KW - Fermentation KW - Gärung KW - Lebensmittelabfall KW - Biogas Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43209 ER - TY - THES A1 - Muhondwa, Jacob Paul T1 - Hygienization of enteropathogens contaminated biowaste for safer biological treatments T1 - Hygenisierung von mit enterophatogenen Mikroorganismen kontaminierten organischen Abfällen für ungefährliche biologische Verwertungsstrategien N2 - In this study, the aims were to investigate the die-off levels of pathogens attainable under conventional biotreatments, introduce alternative hygienization options and study their performance at eliminating pathogens from biowaste. In addition, the study investigated feasibility of biotreatment of potato peels waste (PPW) as management option for the peels waste generated in Dar es Salaam city. Pathogens inactivation studies using simulated biowaste (moisture ˃77%w/w) composed of PPW spiked with Escherichia coli and Salmonella senftenbergensis at laboratory-scale resulted into low temperature-time patterns of the aerobic In-vessel composting system and turned the process anaerobic thus demonstrated inefficiency at eliminating the spiked bacteria. Likewise, two-phase anaerobic digestion at continuous stirred tank reactor confirmed incapable at effecting complete inactivation of the bacteria unless substrate residence is prolonged above 72hrs. These distasteful confirmations inevitably advocate the importance of applying either pre- and/or post-biotreatment hygienization processes on biowaste for safer biotreatments. Existing hygienization options including acid/lime conditioning and batch pasteurization were applied, their hygienization efficacy investigated and the latter validated. Acetic acid treatment of biowaste at pH value 4 for 5days or lime treatment at pH value 11-12 for 1day brought complete die-off in E. coli and S. senftenbergensis. Temperature-time combination at 65°C for 30min was sufficient at effecting ˃1log cycle die-off of the spiked enteropathogens with z-Value of 11˚C for S. senftenbergensis hence validates the temperature-time regime of 70˚C for 30min and 70˚C for 60min set by U.S-EPA/625/R-92/013 and Regulations (EC) No. 208/2006 respectively. In addition, alternative hygienization options namely UV radiation and passive solar heating (PSH) were proposed, applied and evaluated. Modes of application and achievable bacteria die-off for all hygienization options are given in Chapter 2 to 6 of this document. Owing to its small investment capital (mostly do yourself construction), independence from fuel supplies and low running costs, the study highly recommend PSH as environmental friendly and economic viable pre- and post- biotreatment hygienization option especially for tropical climates and developing countries with adequate sunshine. In vessel co-composting of PPW with yard-waste at 6:1 ratio gave microbiologically safe and good quality compost. Endowed with higher CO2 removal, mesophilic/thermophilic two-phase anaerobic processing of PPW showed comparable results to biogasification from other biowaste. Biogas productivity from PPW was 2.3lNbiogas/l.day with an average CH4 yield of 0.13-0.35m3/kgoTS input having 58% CH4. The digestion resulted into H2S removal from above LoQ to less than 230ppm with 81% VS removal at substrate OLR of 2.4kgoTS/m3.day input without sign of inhibition. It is estimated that 1.0m3biogas with 5hrs burning potential and equivalent to 3.5kg firewood can be produced from 10.2kg of PPW anaerobic digested. The resulting biogas production would complement household energy need thus conserve forest resources which are subjected to high deforestation rate estimated at 4.1kilotons of wood per day as fuelwood. Digestate resulting from the anaerobic reactors would make valuable fertilizer to urban agriculture thus enhance soil fertility and productivity. N2 - Ziel dieser Arbeit war es, die Sterilisationsrate pathogener Mikroorganismen sowohl bei konventioneller Behandlung zu untersuchen als auch alternative Hygienisierungsverfahren zu entwickeln und deren Wirksamkeit hinsichtlich der Eliminierung pathogener Organismen in organischem Abfall zu überprüfen. Darüber hinaus wurde die Tauglichkeit biologischer Verwertungsverfahren am Beispiel von Kartoffelschalen (potato peels waste, PPW), als alternativer Entsorgungsweg für Kartoffelabfälle des Einzugsgebiets der Stadt Dar es Salaam analysiert. Bei Inaktivierungsversuchen mit simuliertem organischem Abfall (PPW angereichert mit enterophatogenen Mikroorganismen: Escherichia coli und Salmonella senftenbergensis, Feuchtigkeit von 77% w/w) in einem aeroben geschlossenem Kompostierungsbehälter wurden Zeiträume mit niedrigen Temperaturen und anaeroben Verhältnissen beobachtet. Folglich ist diese Art der Entsorgung nicht geeignet, die angereicherten pathogenen Bakterien wirkungsvoll zu eliminieren. Ein weiter Versuch mittels Zwei-Phasen-anaerob Faulung in einem kontinuierlich gerührten Tank führte zu gleichen Resultaten. Trotz einer Aufenthaltszeit des Abfalls von über 72 Stunden, konnten auch bei dieser Versuchsanordnung die Konzentration der zugesetzten pathogenen Organismen nicht effektiv gesenkt werden. Diese besorgniserregenden Resultate machen deutlich, dass eine Vor- und/oder Nachbehandlung organischer Abfälle für eine sichere Entsorgung unumgänglich ist. Für die Entwicklung alternativer Hygenisierungsverfahren wurden im Vorfeld herkömmliche Methoden, wie Konditionierung mit Säure bzw. Kalk und Pasteurisierung des Abfalls hinsichtlich ihres Hygenisierungsseffektes analysiert und ausgewertet. Sowohl eine Säurebehandlung (pH 4; 5 Tage) des organischen Abfalls als auch eine Kalkbehandlung (pH 11 – 12; 1 Tag) führte zu einem umfassenden Absterben der zugesetzten pathogenen Keime (E. coli and S. senftenbergensis). Die Hygenisierung bei einer Betriebstemperatur von 65°C für 30 Minuten erbrachten eine effektive Sterilisationsrate von ˃1log Zyklus-Sterberate der zugesetzten Organismen mit einem Z-Wert von 11˚C für S. senftenbergensis. Dieses Ergebnis bestätigt sowohl die Vorgaben der amerikanischen Umweltschutzbehörde (US-EPA/625/R-92/013) als auch der Europäischen Union (Regulations (EC) No. 208/2006), welche ein Temperaturregime von 70°C für 30 Minuten bzw. 70˚C für 60 Minuten vorgeben. Darüber hinaus wurde die Wirksamkeit alternativer Hygenisierungsmethoden, wie UV-Bestrahlung und passiver solarer Erhitzung (PSH) untersucht. Versuchsdurchführung und erhaltene Sterilisationsraten werden in den Kapiteln 2 bis 6 vorgestellt. Hinsichtlich der Gegebenheiten in Entwicklungsländern (kaum vorhandene Sachmittel, geforderten Unabhängigkeit der Energiequelle, niedrige Betriebskosten sowie vorherrschende tropische klimatische Verhältnisse mit hinreichender Sonnenscheindauer) wird PSH als das umweltfreundlichste und nachhaltigste prä-/ und post-Hygenisierungsverfahren empfohlen. Biologische Verwertungsmöglichkeiten von Kartoffelschalen (PPW) wurden mit verschiedenen Kompostierungsverfahren untersucht. Die Kompostierung im geschlossenen Kompostierungsbehälter von PPW mit Gartenabfällen im Verhältnis von 6:1 ergab aus mikrobiologischer Sicht einen sicheren und qualitativ hochwertigen Kompost. Ausgestattet mit erhöhtem CO2-Rücklauf zeigte die mesophile/thermophile Zwei-Phasen Vergärung von PPW vergleichbare Resultate wie eine Faulung mit konventionellen organischem Abfall. Die Biogasproduktion basierend auf PPW betrug 2.3LNbiogas/L*Tag mit einem durchschnittlichen Methanertrag von 58% bei 0,13-0,35m3/kgoTSEingang. Die Faulung hatte zur Folge, dass die H2S Konzentration sank, von jenseits der Bestimmungsgrenze zu weniger als 230ppm mit 81% organischem Feststoffrückhalt bei einer Beschickungsrate von 2,4kg Raumbelastung*m³oTS ohne Anzeichen von Hemmung. 1,0 m³ Biogas entspricht einer potenziellen Brenndauer von 5 Stunden. Dies ist gleichzusetzen mit 3,5 kg Feuerholz und äquivalent zu 10,2 kg PPW aus anaerober Faulung. Das gewonnene Biogas würde zur Deckung des häuslichen Energiebedarfs beitragen und auf diese Weise erheblich die Nutzung der schwindenden Waldreserven eindämmen (4,1kilotonnen Feuerholz/Tag). Zusätzlich stellt der verbleibende Gärrest einen wertvollen Dünger dar und trüge dazu bei, die Landwirtschaft in ländlichen Gebieten entscheidend zu verbessern. KW - Contaminated biowaste KW - Enteropathogens KW - Composting KW - Two-phase biogasification KW - Potato peels waste KW - Kompostierung KW - Hygenisierung KW - Enterophatogene Mikroorganismen KW - Kontaminierter organischer Abfall KW - Zwei-Phasen-Biogasproduktion KW - Organischer Abfall KW - Kontamination KW - Pathogener Mikroorganismus KW - Kompostierung KW - Hygienisierung KW - Biogasgewinnung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39529 ER - TY - THES A1 - Buschmann, Jeannette T1 - Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Feststoffvergärungen in zweistufigen-zweiphasigen Systemen T1 - Increasing the performance and efficiency of solid-state anaerobic digestion in two-stage/two-phase systems N2 - Der anaerobe Umsatz fester, komplexer biogener Substrate zu Biogas in großtechnischen Anlagen zeigt häufig Defizite auf. Die (Mono)Vergärung pflanzlicher Biomassen ist in der Regel durch eine unzureichende Nutzung vorliegender energetischer Potenziale, geringe Prozessgeschwindigkeiten und dementsprechend geringe Produktausbeuten und Durchsätze sowie hohe Gärrestaufkommen charakterisiert. Insbesondere die Verwendung von Energiepflanzen als Biogassubstrate setzt vor dem Hintergrund von bestehenden Flächen- und Nutzungskonkurrenzen eine maximale Potenzialnutzung im Vergärungsprozess voraus. Grundlegend zeigen zweistufige-zweiphasige Systeme aufgrund der Berücksichtigung der unterschiedlichen Milieuansprüche fermentativer und methanogener Mikroorganismen eine höhere Effizienz sowie Prozessstabilität in der anaeroben Degradation gegenüber den klassischen einstufigen Systemen, dass mit zunehmender Komplexität der Substrate einen stärkeren Effekt einnimmt. Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Arbeit darin, über eine detaillierte Prozessanalyse und eine Erweiterung des Prozessverständnisses, die Bestimmung leistungsbeeinflussender Prozessspezifika und relevanter Prozessbedingungen sowie die Ermittlung geeigneter Prozessfahrweisen eine maximale Substratnutzung und effiziente Prozessführung in zweistufigen-zweiphasigen Feststoffvergärungen zu ermöglichen. Ein hoher Feststoffdegradationsgrad sowie hohe Feststoffabbauraten sind Grundvoraussetzungen für einen effizienten Anlagenbetrieb, die Gewährleistung hoher CH4-Ertragsgrade sowie geringer Feststoffverweilzeiten, jedoch gleichzeitig ein häufiges Defizit von Feststoffvergärungen. Grundlage in der Zielerreichung bildete die Ermittlung, Analyse und Optimierung leistungs- und prozessbestimmender Parameter und Zusammenhänge in experimentellen Untersuchungen anhand zweier Technologien zur zweistufigen-zweiphasigen Feststoffvergärung am Beispiel von Maissilage. Da die Leistungsfähigkeit des (Feststoff)Vergärungsprozesses maßgeblich durch die Substrathydrolyse bestimmt wird, wurde der Fokus der Untersuchungen auf die erste Prozessstufe gerichtet. Die Untersuchungsergebnisse zum anaeroben Umsatz von Maissilage zu Biogas unter Nutzung eines Perkolations-/Festbett(PE/FBR)-Verfahrens und ASBR/ASBR-Verfahrens belegen grundlegend die potenziell hohe Leistungsfähigkeit zweistufiger-zweiphasiger Prozesse in der anaeroben Behandlung fester, komplexer Einsatzstoffe. Die Feststoffhydrolyse wird über die Milieubedingungen für die hydrolytisch und fermentativ aktive Mikroflora bestimmt und kann über relevante Prozessparameter beeinflusst werden. Die Ergebnisse der grundlegenden Optimierungsuntersuchungen im PE/FBR-System belegen dabei die Relevanz einer thermophilen und gasdichten Fahrweise der Hydrolyse für einen leistungsfähigen, potenzialnutzenden Prozess. In den leistungscharakterisierenden Untersuchungen wurde eine hohe Eignung des zweistufigen-zweiphasigen ASBR-Verfahrens zur Monovergärung von Maissilage nachgewiesen. In der Gegenüberstellung der zweistufigen-zweiphasigen Verfahren wurde zudem eine höhere Leistungsfähigkeit des ASBR/ASBR-Verfahrens gegenüber dem Perkolations-/Festbett-Verfahren ermittelt, welche aus einem erhöhten Hydrolysierungsgrad des Feststoffes, einem besseren Metabolisierungsgrad der Intermediate zu gasförmigen Produkten sowie einer erhöhten Umsatzrate resultiert. Als limitierende Faktoren im Hinblick auf die mikrobielle Feststoffdegradation in der Perkolationshydrolyse wurden der Wasserhaushalt im System, der Lagerungszustand des Substrates sowie die Charakteristik der flüssigen, intermediären Phase bestimmt. Milieubeeinflussend wirkt zudem das Hydrolyseverfahren selbst über differente Bedingungen hinsichtlich der Substratzugänglichkeit, der Oberflächenbesiedlung sowie des Stofftransfers in zwei separierten Phasen (Perkolation) und Zweiphasengemischen (ASBR-Hydrolyse). Im zweistufigen ASBR-Verfahren wurde als weiterer begünstigender Faktor in der Feststoffdegradation eine teilweise Verlagerung fermentativer Prozesse in die Methanisierung über den Transport partikulärer Stoffe in der intermediären flüssigen Phase ermittelt. Desweiteren erfolgte im Rahmen der Prozesscharakterisierung eine Analyse der methanogenen Aktivität in der Hydrolyse anhand der Produktion an CH4. Die Beschreibung der Abhängigkeit der CH4-Bildung in der Hydrolyse vom vorliegenden pH-Wert erlaubt einen Rückschluss auf die Prozessführung im Hinblick auf die Rezirkulation von Prozessflüssigkeit und den entsprechend bedingten Eintrag an Puffersubstanz. In der Vergärung von Maissilage in den zweistufigen-zweiphasigen Systemen bestimmen CH4-Produktionen in der Hydrolyse den Gesamtmethanertrag zu ca. 30 %. Eine Unterbindung bzw. Verminderung methanogener Aktivitäten über die Milieubedingungen im Hydrolysesystem (z.B. pH, O2-Gehalt) erfolgt aufgrund der Beeinflussung der gesamten mikrobiellen Biozönose sowie mitunter der Enzymreaktionen grundsätzlich auf Kosten des CH4-Ertragsgrades. Eine Reduzierung methanogener Aktivitäten in der ersten Prozessstufe sollte daher über eine Unterbindung des Eintrags Methanogener in die Hydrolyse erfolgen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass mit einer thermischen Behandlung des Methanisierungsablaufs (= Rezirkulat) eine effektive Inaktivierung methanogener Zellen erfolgt und damit Methanproduktionen in der Hydrolysestufe temporär vermieden werden können. Auf Grundlage der ermittelten leistungsbestimmenden Faktoren und Zusammenhänge sowie des gewonnenen Prozessverständnisses zur Feststoffvergärung in zweistufigen-zweiphasigen Systemen wurden Empfehlungen für den Betrieb von zweistufigen Feststoffvergärungsanlagen abgeleitet. N2 - The anaerobe conversion of solid and complex, biogenic substrates to biogas performed in full-scale plants often shows deficiencies. Usually, the mono digestion of plant biomass is characterized by insufficient utilisation of the available energetic potential, low process velocities, accordingly low product yields and throughputs, as well as high generation of digestion residues. Regarding the existing competitions for land and utilisation; the application of energy plants as biogas substrates requires maximal use of the digestion potential. Two-stage/two-phase anaerobic digestion processes fundamentally show a higher efficiency and process stability compared to the classic single-step processes, since different environmental requirements of fermentative and methanogen microorganisms are fulfilled. Against this background; the objective of this work was the establishment of process specifics and relevant conditions influencing the process efficiency as well as the determination of suitable process performances in order to allow effective substrate utilization, and efficient process performances in two-stage/two-phase solid fermentations. A high conversion rate and a high degradation degree of solids are fundamental prerequisites for an efficient plant operation, the achievement of high CH4 yields and low solid retention times. A basic requirement for the objective achievement implies the establishment, analysis and optimization of process determining parameters and correlations in experimental investigations. In experiments, two technologies for the two-stage/two-phase anaerobic digestion of solid matter, a percolation/fixed-bed process (PE/FBR) and an ASBR/ASBR process, by the example of maize silage were used. Since the efficiency of the solid digestion process is predominantly determined by substrate hydrolysis, all investigations were focused on the first process stage. The obtained results show evidence of a potentially high efficiency of two-stage/two-phase digestion processes in the anaerobe treatment of solid, complex substrates. The hydrolysis process is determined by the environmental conditions for the hydrolytic and fermentative micro-flora and can be influenced by relevant process parameters. The results of the fundamental optimisation research in a PE/FBR system display the relevance of a thermophile and gastight hydrolysis operation to achieve an effective and efficient process. The results of the characterisation of the performance show evidence of a high suitability of the two-stage/two-phase ASBR process for the mono-digestion of maize silage. The comparison of the two-stage/two-phase digestion processes further revealed a higher efficiency for the ASBR/ASBR process as a result of a higher hydrolysis degree, a better metabolism degree for intermediates to gaseous products and a higher conversion rate. As limiting factors regarding microbial solid degradation in the percolation hydrolysis, the water balance in the system, the condition of substrate layers and the characteristics of the liquid intermediate were investigated. In addition, the hydrolysis process shows a microbial influence by itself, through different conditions in the substrate accessibility, the surface colonization as well as the material transfer in two separated phases (percolation) and two-phase mixtures (ASBR-hydrolysis). In the two-stage/two-phase ASBR process a partial shift of the fermentation process to methanation, by the transport of particulate materials in the intermediary liquid phase, was determined as further favouring factor. Within the scope of process characterisation the methanogen activity in hydrolysis was analysed on the basis of CH4 production. Describing the dependency of the CH4 production in hydrolysis of the present pH value, allows drawing conclusions about the process operation regarding recirculation of process liquid and corresponding input of buffer substance. During the fermentation of maize silage, in two-step, two-phase systems, the CH4 production in hydrolysis determines the total methane yield around 30 %. An inhibition or reduction of methanogen activity, via microbial conditions (pH-value, O2-concentration) in the hydrolytic system, appears basically at the expense of the CH4 yield due to an influence on the whole microbial biocenosis and occasionally on the enzyme reactions. Therefore, the reduction of methanogen activity in the first process stage should be realized by preventing a methanogen input in hydrolysis system. The experimental results demonstrate that a thermal treatment of the methanation effluent (recirculation liquid) achieves an effective inactivation of methanogen microorganisms and thereby prevents temporarily the methane production in the hydrolysis stage. Based on the established efficiency-determining factors and relationships, as well as the improved understanding of the process for solid digestion in two-stage/two-phase systems, recommendations could be derived for the operation of two-stage/two-phase solid digestion plants. KW - Biogas KW - Feststoffvergärung KW - Zweistufige-zweiphasige Vergärung KW - Perkolation KW - Anaerobic sequencing batch reactor KW - Solid-state fermentation KW - Two-stage/two-phase digestion KW - Percolation KW - ASBR KW - Biogas KW - Feststoff KW - Vergärung KW - Perkolation Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35826 ER - TY - THES A1 - Abu El-Qomboz, Yasser Darwish T1 - Entwicklung integrativer Lösungen für das Abfallmanagement in temporären Flüchtlingslagern am Beispiel des Flüchtlingslagers Beach-Camp in Gaza (Palästina) T1 - Development of Waste Management Conceptions for temporary Camps with special emphasis to the refugee Camp (Beach-Camp) in Gaza (Palestine) N2 - Niemand flieht freiwillig, dass heißt, wenn sich Menschen zur Flucht entscheiden, so geschieht dies immer unter dem Druck einer Situation, die als aussichtslos und unerträglich empfunden wird. Jahr für Jahr verlassen mehrere Millionen Menschen ihre Heimat in der Hoffnung auf ein besseres Leben in einem anderen Land. Die Globalisierung von Wirtschaft und Technologien sowie politische oder militärische Krisen zwingen sie dazu. Krieg, politische Repressionen oder Mangel an Lebensperspektiven im Herkunftsland machen eine Rückkehr unmöglich. So sind die weltweit zunehmenden Migrationsströme ein untrügliches Zeichen für soziale Ungleichheit und Benachteilung in der Welt. Umweltflüchtlinge sind nicht nur eine Folge der Umweltzerstörung durch natürliche oder vom Menschen und seiner Industrie entstandene Umweltkatastrophen, sondern auch eine Folge des Bevölkerungswachstums. Dadurch kommt es zu einer dramatischen Überbeanspruchung landwirtschaftlicher Flächen, die letztlich ebenfalls zu deren Zerstörung führt. Obwohl das Stichwort der Bevölkerungsexplosion in aller Munde ist, scheint bisher weithin unerkannt zu bleiben, wie dramatisch diese Entwicklung in den vergangenen Jahrzehnten verlaufen ist. Und den Entwicklungsländern fehlen jegliche Kapazitäten, dieser Entwicklung ökonomisch und ökologisch entgegenzuwirken. Die in der letzten Zeit erarbeiteten alternativen Strategien zu einer Lösung des Palästinakonfliktes sind vor folgendem Hintergrund zu sehen: Bis Anfang der 90er Jahre wurden seit 1967 besetzte Gebiete von Israel beansprucht. Unter dem geänderten Bewusstsein der Weltöffentlichkeit werden die palästinensischen Territorien aber nun als von Israel strukturell eigenständige Einheit betrachtet. Nach dem langjährigen Konflikt zwischen Palästinensern und Israelis rückte durch den Friedensprozess die Frage nach der Zukunft der im Jahr 1967 besetzten Gebiete wieder ins Bewusstsein der Weltöffentlichkeit. Seither haben Bombardierungen und Abriegelungen vor allem des Gaza-Streifens jedoch zu einer weiteren Verschärfung der Krise geführt. Eine Lösung des Konfliktes muss dringend gefunden werden, weil nur dadurch auch eine Verbesserung des Lebensstandards der Menschen im Westjordanland und im Gaza-Streifen erreicht werden kann. Als Ergebnis des Oslo-Abkommens von 1994 entstand die palästinensische Selbstverwaltung (PNA), zu deren vorrangigen Zielen es gehört, die Lebensbedingungen in den Autonomiegebieten zu verbessern und die angeschlagene Wirtschaft zu fördern. Nach Erläuterung dieser politischen Prozesse in der Region konzentriert sich die Arbeit auf eine Diskussion über die dringend benötigte Entwicklung in der Region Gaza-Streifen, die als Teilgebiet eines zukünftigen palästinensischen Staates bisher umfangreiche Probleme und eine wahrhaftig deutliche Unterentwicklung erfahren hat. Die Sicherung der ökologischen Zukunft des Menschen ist eine zentrale Aufgabe für dienächsten Jahre. Zu unserem Wohl und vor allem auch zum Wohl der nachfolgenden Generationen darf sich Umweltpolitik nicht darauf beschränken, bereits eingetretene Umweltschäden zu beseitigen. Vielmehr müssen die Aspekte Natur und Ökosysteme zukünftig ganz selbstverständlich in alle Planungen und Maßnahmen des Menschen einbezogen werden. Umweltschutz ist Daseinsvorsorge. Folglich darf sie nicht nur als Schadensbeseitigung angesehen werden, sondern muss offensiv auf die Verhinderung umweltbelastender Entwicklungen abzielen. In diesem Zuge ist auch die Abfallbeseitigung zu einem zentralen Anliegen des Umweltschutzes geworden. Ein verantwortungsbewusster Umgang mit der Natur und den Ressourcen ist prinzipiell nur möglich, wenn Abfallstoffe, soweit sie nicht vermieden werden können, durch eine sinnvolle Verwertung möglichst weitgehend in den natürlichen Stoffkreislauf zurückgeführt werden. Der wesentliche Bestandteil einer geordneten Entsorgungswirtschaft ist die Absicherung ökonomisch und ökologisch vertretbarer Entsorgungswege. Eine hohe Entsorgungssicherheit bei vertretbaren Kosten ist einer der Faktoren, die die Qualität eines Wirtschaftsstandortes verbessern. Für eine vernünftige Abfallwirtschaftsplanung sind die zukünftig zu erwartenden Abfallmengen abzuschätzen, die durch das Wirtschaftswachstum sowie die Bevölkerungsentwicklung bestimmt werden. Die gesetzlichen Rahmenbedingungen bestimmen die Zusammensetzung der Abfälle und über die Regelungen der Überlassungspflicht letztendlich die zu beseitigenden Abfallmengen. N2 - Nobody flees voluntarily, that means, when the people decide to flee, this happens always under pressure of a situation of unendurability and hopelessness. Year after years leave several millions of peoples their homes in the hope of a better life in another place. The globalisation of economy and technology as well as political or military conflicts compel people to flee. War, political repression or absence of prospect of life in the native country makes the return impossible. In this way happens migration around the world and this indicates the social inequity and imparity in the world. Environmental refugees are not only a result of environmental degradation by natural or man-made environmental disasters, but also a result of growth of populations which leads to dramatic urbanization on the account of agricultural lands, leading finally to natural resources damage. Although ‘population explosion’ is widely repeated expression, its dramatic and developing effects over the last decades yet to be understood. In developing countries, and because of the above mentioned reasons, a lot of skilled people flee their countries causing lack of capacities to counter the economical and ecological challenges in these countries. Recently, alternative strategies to solve the Palestine problem were prepared for the following reason. Until the beginning of 1990s Israel kept claiming over Palestinian areas occupied since 1967. Although there is an improving awareness worldwide about the Palestinian territories, but still Palestinian territories are not considered autonomous from Israeli sovereignty. After long-time conflict between Palestinian and Israelis and the development in the peace process, the question poses itself now is about the future of occupied areas since 1967. Because of the continuous bombing and isolation -mainly Gaza strip, further complications were added to the problem. Urgent solution for this conflict must be found, because only then improving living standards of the people in West Bank and Gaza Strip could be achieved. As a result of Oslo agreement in 1994, the Palestinian National Authority (PNA) was established. Aims of PNA is improving the living conditions in the Palestinian autonomous areas and developing the deteriorated economy. After the explanation of political process in this region, the research focused on the discussion on the badly-needed development in the region of Gaza Strip which is part of the future Palestinian State. It is clear till now that the overall situation in the Gaza Strip is least developed. Environmental protection is a main task for securing the future of people in the coming years. For our- and for future generations well-being, the environmental policy must not be restricted but rather comprehensive and should treat the already-existing environmental damage. Environmental protection aspects must be integrated in our future planning, strategies and arrangements. Therefore, environmental protection must not only seen as damage elimination, but rather prevention of environmental pollution. In this context, waste disposal and management is essential concern in environmental protection. Therefore, environmental awareness about dealing and protecting natural resources is only possible, when waste materials -which cannot be avoided- are beneficially used and returned to its natural cycle. Important is managing waste as to be economic feasible and ecologically friendly. A safe disposal with affordable costs is essential the improvement of the living condition. For appropriate solid waste management planning, waste to be generated in the future should be estimated through the economic- as well as population growth. The legal framework determines components of the solid wastes and obligations and controls of the finally disposed waste quantities. KW - Palästina KW - Flüchtlingslager KW - Entsorgungswirtschaft KW - Palästina KW - Flüchtling KW - Umwelt KW - Palestine KW - Refugee KW - Environment Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20759 ER - TY - THES A1 - Burkhardt, Marko T1 - Die Leistungsfähigkeit anaerober Rieselbettreaktoren zur Methanisierung flüssiger und gasförmiger organischer Verbindungen durch biofilmgebundene methanogene Archaeen T1 - Anaerobic trickle bed digester for methanation of liquid and gaseous organic compounds by biofilm-bound methanogic archaea N2 - Die Anwendung anaerober Biofilme zur Umsetzung organischer Substrate zu Biogas bietet viele Vorteile. Durch die Immobilisierung methanogener Archaeen im System können kurze Verweilzeiten unter hohen Raumbeladungen in sogenannten Hochleistungsfestbettreaktoren ermöglicht werden. Mittlerweile finden sie recht erfolgreich im Rahmen verschiedener, meist zweistufiger Verfahren, eine Anwendung in der Praxis. Das Prinzip eines Rieselbettreaktors als Methanstufe ist bislang unbekannt. Es konnte gezeigt werden, dass sich der vorgeschlagene und patentierte Aufbau eines Rieselbettreaktors im Rahmen eines zweistufigen Verfahrens zur Methanisierung flüssiger und gasförmiger organischer Substrate eignet. Der direkte Vergleich zwischen einem klassischen überstauten Festbettreaktor und dem Rieselbettreaktor zeigte, dass sich beide Prinzipien für die Umsetzung von Essigsäure aber auch von Praxissubstraten (Maishydrolysat) eignet. Die pH-Werte im Ablauf lagen über 7,0, die Methankonzentration im Biogas ist jeweils über 70 Vol%. Bis zu den hohen Raumbeladungen von bR=10-12 kgCSB/(m³FB•d) wurde der theoretische Wert der spezifischen Methanproduktion von P=3-4 Nm³CH4/(m³FB•d) erreicht. Im eingefahrenen und kontinuierlichen Betrieb lag der Methanertrag YoTR,∑ im Rieselbettreaktor zwischen 231-275 NlCH4/kgoTR und im überstauten Festbettreaktor zwischen 246-270 NlCH4/kgoTR. Dem theoretischen Wert von 293 NlCH4/kgoTR wird nahe gekommen. Beide Systeme sind daher sehr gut vergleichbar. Die Zugabe und die Unterbrechung des Substrates die Steuerung der Methanbildung mit einer Reaktionszeit von 3,4-5 Stunden. Der Rieselbettreaktor zeigte ein schnelleres Ansprechverhalten der Methanbildung nach erneuter Substratzugabe aufgrund der Rezirkulation durch das gesamte Festbett. In Hinblick auf den Flexibilitätsbonus im Rahmen der aktuellen Novelle des EEG 2012 wird das Kriterium der Reaktion auf den stündlichen Energiebedarf erfüllt. Im Rieselbettreaktor konnte die Abhängigkeit des Stoffumsatzes von der Raumbeladung bR, der Rezirkulation RV, der Rieselzeit Rt, dem Prozesswasservolumen Vfl bzw. der hydraulischen Verweilzeit Ʈfl nachgewiesen werden. Ʈfl ist dabei entkoppelt von der Kontaktzeit am Biofilm, dem Ort des Stoffumsatzes. In Hinblick auf einen hohen CSB Abbau konnte insbesondere der direkte Zusammenhang zur Rezirkulation ermittelt werden. Zudem zeigte die differenzierte Betrachtung des Rieselverhaltens, dass aufgrund der Ausbildung eines dünneren Rieselfilmes bei einer geringen Rieselzahl R ein höherer Stofftransport in den Biofilm und letztlich ein höherer CSB-Abbau pro Verrieselung stattfand. Der maximale absolute CSB Abbau lag bei einer Raumbeladung von bR=19 m³/(m³FB•d). Diese Abhängigkeiten wurden durch die Kontaktzeit Ct des Substrates mit dem Biofilm zusammengefasst, sodass das ƞCSB-Ct-bR Diagramm dargestellt werden konnte. Mit Hilfe von Ct wurde ein Modell erstellt, wobei die Umsatzrate k und der Korrekturfaktor k* empirisch ermittelt wurden. Als gasförmige Substrate wurden erfolgreich Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid methanisiert. Unter Kreislaufführung des Gasstromes im batch-Betrieb erfolgte ein bis zu 98 %-iger Wasserstoffumsatz. Der Methangehalt betrug maximal 97,7 %. Die Raumbeladung lag maximal bei bR=4,43 Nm³H2/(m³FB•d), wobei eine spezifische Methanproduktivität von 1,17 Nm³CH4/(m³FB•d) erreicht wurde. Im Ausblick führt der kontinuierliche Betrieb zu einem vollständigen Umsatz bei einer 100%igen Methankonzentration. Damit konnte erstmals Wasserstoff (beispielsweise elektrolytisch erzeugt) und Kohlenstoffdioxid unter moderaten Temperatur- und Druckbedingungen methanisiert werden. Es liegt ein Energieträger vor, der sehr gut in klassischen Speichern (Erdgasnetz) ohne aufwendige Aufreinigung eingespeist werden kann. Die Inbetriebnahme und der Betrieb sowohl des überstauten Festbettreaktors als auch des Rieselbettreaktors ermöglichte die Beobachtung der Biofilmentwicklung. Dabei wurde eine vergleichbare Biofilmausbildung festgestellt. Im Rieselbettreaktor erfolgte ein erhöhter Biomasserückhalt, vermutlich aufgrund einer ungleichen Strömungsverteilung. Nach 239 Versuchstagen konnte ein vergleichbarer Biomasseanteil für beide Reaktorprinzipien von 14 gFM/FK (35 goTR/m²FKAO) bei einer mittleren Biofilmdicke von 600 µm bestimmt werden. Der Biomasseertrag YoTR/CSB entspricht mit 0,016-0,020 goTR/gCSB in beiden Reaktoren den Literaturwerten von 0,01-0,06 goTR/gCSB. Unter Betrachtung der Strömungsverhältnisse der Flüssigkeitsschicht am Biofilm, der Konzentrationsgrenzschicht, des Stoffüberganges und des Stoffabbaus konnte eine Umsatzlimitierung festgestellt werden. Im Rieselbettreaktor lag eine Reaktionslimitierung bis zu einer mittleren Biofilmdicke von 174 µm vor. Bei einer höheren Biofilmdicke erfolgte eine Diffusionslimitierung. Die Bestimmung der methanogenen Archaeen im Rieselbettreaktor zeigte, dass sowohl beim flüssigen als auch gasförmigen Substrat der hydrogenotrophe und der acetoklastische Stoffwechsel parallel erfolgte. N2 - Anaerobic biofilms converting organic material to biogas have many advantages. Through immobilization of methanogenic archaea, short retention times and high organic loading rates can be realised in so called high-load fixed bed reactors. Meanwhile they can mostly be found in two stage processes. The innovative principle of an anaerobic trickle bed reactor for methanation is recent unknown. The proposed and patented design of the reactor is suitable for liquid as well gaseous organic substrates in a two stage methanation process. The investigation and direct comparison of a conventional flooded fixed bed reactor and a trickle bed reactor have shown whether the two principles are suitable regarding the reaction of liquids such as acetic acid but also of substrates used in practice (like maize hydrolysate). The pH values in the effluent were above 7.0, which indicate a stable process. The concentration of methane in the biogas was respectively about 70 vol%. Up to high organic loading rates of OLR=10-12 kgCOD/(m³FB•d) a specific methane production of P=3-4 Nm³CH4/(m³FB•d) was achieved. During retracted and continuous operation the methane yield YoTR ranged between 231-275 lSCH4/kgVSS in the trickle bed reactor and between 246-270 lSCH4/kgVSS in a flooded fixed bed reactor. These results are satisfactory compared to the theoretical value of 293 lSCH4/kgVSS achieved in standard tests. Both systems are very comparable. The addition and the interruption of the substrate feed allow the control of the methane formation with a reaction time of 3.4 to 5 hours. The trickle bed reactor showed a faster response of methane production after substrate addition caused by the recirculation through the entire packed bed. In terms of the current revision of the EEG in 2012, the criterion of response to the hourly energy demand is met ensuring the flexibility bonus. In the trickle bed reactor the dependence of metabolism on the organic loading rate OLR, the recirculation RV, the trickle time Rt, the process water volume Vfl and the hydraulic retention time HRT was investigated. HRT is not related to the contact time in the biofilm, the location of metabolism. The direct dependence between a high COD removal and the recirculation RV and trickle time Rt could be determined. The differentiated analysis of the trickle flow behaviour showed a formation of a thin trickling film at a low trickle number R. A higher mass transfer into the biofilm and following a higher COD removal per irrigation could be observed. The absolute and maximum COD removal was observed at an OLR of 19 m³/(m³FB•d). These dependencies were combined with the contact time Ct of substrate and biofilm. The ƞCOD-Ct-OLR diagram could be drawn. With the help of Ct, a model was created. The turnover rate k and the correction factor k* were determined empirically. The gaseous substrates hydrogen and carbon dioxide were successfully metabolized into methane. With circulating gas stream in a batch operation the hydrogen conversion achieved up to 98%. The methane content was up to 97.7%. The loading rate was maximal at OLR=4.43 m³SH2/(m³FB•d) with a specific methane productivity of P=1.17 m³SCH4/(m³FB•d). Looking ahead a complete conversion to a 100% methane concentration by a continuous operation is possible. This is the first time that methanization of hydrogen and carbon dioxide is realized under moderate temperature and pressure conditions. An energy carrier is developed which can very easily be fed in classical storages like the natural gas grid without extensive purification. Compared to conventional methanation processes the efficiency is much higher. The start-up and operation of both the flooded fixed bed reactor and the trickle bed reactor allowed the study of biofilm development. Here, a similar biofilm formation was observed. After 239 days of observation a similar proportion of biomass for both reactor types with 14 gFM/FK (35 gVSS/m²FKAO) and an average biofilm thickness from 600 µm were determined. The biomass yield YoTR/CSB of 0.016 to 0.020 gVSS/gCOD in both reactor systems corresponds to the literature values of 0.01 to 0.06 gVSS/gCOD. Considering the flow conditions of the liquid layer at the biofilm, the concentration boundary layer, the mass transfer and the degradation of the substance a limitation could be determined. In the trickle bed reactor a reaction limitation occurred up to an average biofilm thickness of 174 µm. For a higher biofilm thickness a limitation of diffusion was observed. The determination of methanogenic archaea in the trickle bed reactor showed that both the liquid and gaseous substrate conversion was performed via hydrogenotrophic and acetoclastic metabolism in parallel. KW - Biogas KW - Wasserstoff KW - Rieselreaktor KW - Biofilm KW - Methan KW - Biogas KW - Wasserstoff KW - Rieselbett KW - Biofilm KW - Methan KW - Biogas KW - Hydrogen KW - Tickle bed KW - Biofilm KW - Methane Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25249 ER - TY - THES A1 - Babanawo, Raymond T1 - Constraints to sustainable solid waste management in Ghana T1 - Grenzen einer nachhaltigen Abfallwirtschaft in Ghana N2 - In the quest of finding sustainable solution to solid waste management problems in Ghana, this research formulated as its goal, to mitigate policy constraints to sustainable solid waste management in Ghana. This research goal and objectives were addressed through an empirical study that involved interviews and administration of two sets of questionnaires, one set to members of parliament and the other to members of the general public. The development of questionnaires was influenced by a conceptual policy development model “The Bridge Model of Policy Development”. Administration of questionnaires to members of the general public was accomplished through random sampling within churches and mosques in three cities in Ghana; Accra, Kumasi, and Takoradi. The percentage response for members of the general public was 38.9% and that for members of parliament was 18%. Prioritization of policy options was achieved through “Differentiated Perception Ranking”, a method devised by this research process. The results revealed the relative importance of constraints to sustainable solid waste management in Ghana, the relative difficulty of mitigating constraints, and the relative difficulty of implementing policy options among others. These results were integrated with the principles of sustainability into producing a policy package for sustainable solid waste management in Ghana. N2 - Das Hauptziel dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung von politischen Auflagen für eine nachhaltige Lösung der Abfallmanagementprobleme in Ghana. Grundlagen dieser Arbeit bilden die Befragung von Mitgliedern des Parlaments und der breiten Allgemeinheit. Für die Befragung sind spezielle Fragenbogen nach einem konzeptionellen Entwicklungsmodel mit dem englischen Namen „The Bridge Model of Policy Development“ entwickelt worden. Die Befragung wurde willkürlich in den Kirchen und Moscheen in den Städten Accra, Kumasi und Takoradi durchgeführt. 38,9 % der Befragten gehören der allgemeinen Öffentlichkeit an und 18% sind Mitglieder des Parlaments. Eine Priorisierung der politischen Handlung konnte erreicht werden durch eine Aufstellung einer Rangfolge, bei der während dieser Forschung entwickelten Methode zum Einsatz kam. Die Ergebnisse enthüllen die relativen Vor- und Nachteile von Auflagen bei einem nachhaltigen Abfallmanagement in Ghana und unter anderen die Schwierigkeiten bei der Umsetzung von politischen Optionen. Bei der Entwicklung von politischen Bausteinen für ein nachhaltiges Abfallmanagement in Ghana wurden die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit integriert. KW - Ghana KW - Abfallwirtschaft KW - Nachhaltigkeit KW - Grenzen KW - nachhaltig KW - Abfall KW - Wirtschaftsführung KW - Management KW - Constraints KW - Sustainable KW - Solid waste KW - Management Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1747 ER - TY - THES A1 - Ndum, Asi Eugene T1 - Bottom-Up approach to sustainable solid waste management in African countries T1 - Bottom-Up – Ansatz für eine nachhaltige Abfallwirtschaft in afrikanischen Ländern. Ein Analyse existierender Systeme N2 - The unprecedented population growth, rising in community living standard and urbanization have left most municipalities in African Countries grappling to find viable solutions to their waste management problems. Improper waste management is attributed to systemic failure of policy makers and municipal authorities to identify the most sustainable approach to dealing with it so as to meet environmental and socio-economic aspirations. This study aims to find a new approach involving people of different social, ethnic, gender and religious groups in the reconstruction of local waste management systems creating typical win-win situations. The main objectives of this research are as follows: • Investigates how gender affects solid waste planning and the influence of different social status of the community especially the role of households. • Examines the level of community involvement in solid waste management in terms of policy formulation, implementation and evaluation. The case study area Cameroon “Africa in miniature” is used to highlight waste management burdens and challenges which are characteristic of most African cities. This research sought to answer one principal question: Can top-down approaches in municipal solid waste management be successful without sufficient community engagement and sense of ownership? Top-down approaches where considered in terms of policies and technology transfer. An integrated methodology was used involving a desk study, field survey for situation analysis, household questionnaire survey, habitat scale, “waste to cash seminar” for stakeholders’ analysis and focus group discussion. The outcome of this holistic investigation reveals a strong concern for a clean environment thus citizens’ participation and awareness creation is so vital to take the message to grass roots level. Municipal waste collection services are more effective when they work in collaboration with community led primary collection from households. It is clear that where a reliable service can be guaranteed communities are willing to pay for it. Building the capacity of communities implies empowering community to sustainably manage their waste. An integration of several factors is vital to increase sustainability. However, this does not undermine the fact that the best implementation in some situations is some sort of a middle ground between Top-down and Bottom-up. N2 - Das beispiellose Bevölkerungswachstum, der steigende Lebensstandard und die Urbanisierung veranlassten viele Gemeinden in den afrikanischen Ländern sich mit tragfähigen Lösungen für ihre abfallwirtschaftlichen auseinandersetzen. Ungeeignete Maßnahmen in der Abfallwirtschaft sind meist mit dem systemischen Versagen politischer Entscheidungsträger und kommunaler Behörden verbunden. Die Maßnahmen sollen eigentlich einen nachhaltigen Ansatz identifizieren, der Erwartungen an Umwelt-und sozioökonomischen Zielen erfüllt. Die Studie zielt darauf ab, einen neuen Ansatz für Menschen zu entwickeln, der unterschiedliche soziale, ethnische, sexuelle und religiöse Gruppen in den Wiederaufbau der örtlichen Abfall-Management-Systeme einbezieht und damit eine typische Win-Win-Situation erzeugen soll. Die Hauptziele dieser Arbeit sind: • Wie wirkt sich zum einen das Geschlecht auf die Planung in der Abfallwirtschaft aus und welchen Einfluss hat der unterschiedliche soziale Status der Gemeinde, insbesondere die Rolle der Haushalte? • Wie hoch ist die Beteiligung der Gemeinde in der Abfallwirtschaft im Hinblick auf die Konzipierung, Durchführung und Auswertung? Die Beispielregion Kamerun – „Afrika in miniature“ – wird verwendet, um die Belastungen und Herausforderungen hervorzuheben, die sich aus der Abfallwirtschaft ergeben und charakteristisch für die meisten afrikanischen Städte sind. Diese Arbeit soll eine grundsätzliche Frage beantworten: Können „top-down“-Ansätze in der Siedlungsabfallwirtschaft ohne ausreichendes Engagement der Gemeinde und ohne ausreichende Wahrnehmung der Eigentumsverhältnisse erfolgreich sein? „Top-Down“-Ansätze wurden hinsichtlich der Politik und des Technologietransfers betrachtet. Eine ganzheitliche Methode wurde angewandt, die folgende Aspekte beinhaltete: Literaturstudie, Feldstudie zur Situationsanalyse und Untersuchung von Praktiken in der Abfallwirtschaft, Haushaltsumfragen, Berücksichtigung der Standortgrößenordnung, Seminar zur Thematik „Waste to cash“ für eine Analyse relevanter Interessengruppen, Gruppendiskussionen. Das Ergebnis dieser holistischen Untersuchung offenbart eine große Sorge um eine saubere Umwelt. Daher sind Bürgerbeteiligung und Bewusstseinsbildung für eine Weiterentwicklung auf Basisebene entscheidend. Sammelsysteme für Siedlungsabfälle sind effektiver, wenn eine Zusammenarbeit mit der Gemeinde über eine Primärsammlung von Haushalten besteht. Es ist offensichtlich, dass Gemeinden bereit sind, für Serviceleistungen zu zahlen, wenn sich der Service als zuverlässig herausstellt. Ein Ausbau der Gemeindekapazitäten bedeutet eine Stärkung der Gemeinschaft für eine nachhaltige Bewirtschaftung ihre Abfälle. Eine Einbindung mehrerer Faktoren ist entscheidend um die Nachhaltigkeit zu erhöhen. Allerdings ist es nicht zu untergraben, dass in manchen Situationen die beste Umsetzung ein Mittelweg zwischen Top-down und Bottom-up ist. KW - Afrika KW - Abfallwirtschaft KW - Bottom-up-Prinzip KW - Nachhaltigkeit KW - Bottom-up KW - Top-down KW - Nachhaltigkeit KW - Formeller und informeller Sektor KW - Abfallwirtschaft KW - Bottom-Up KW - Top-Down KW - Sustainability KW - Formal and informal sector KW - Waste Management Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28474 ER -