TY - THES A1 - Rybaczewska-Błażejowska, Magdalena T1 - Environmental management systems and their application in putting the environmental policies of Polish municipal waste treatment facilities into practice T1 - Umweltmanagementsysteme und ihre Anwendung zur Umsetzung der Umweltstrategie polnischer kommunaler Abfallwirtschaftsbetriebe N2 - While much is known about ISO 14001 and EMAS environmental management systems in general, comparatively little knowledge is about the application of these management instruments in non-industrial sectors, including the municipal waste sector. Consequently, the intention of this paper is to assist municipal waste treatment facilities with the development of environmental management systems in which the continual improvement of environmental performance can be coupled with an increased economic efficiency and quality of delivered services. For this purpose, a manual that provides sample polices, programmes and approaches to the successful realisation of the ISO 14001 environmental management system was written. Due to more stringent requirements for the sound management of municipal solid waste, a growing number of Polish municipal waste treatment facilities have implemented or intend to implement the ISO 14001 system. By the end of 2005, 25% of facilities were formally certified to the ISO 14001 EMS, 60% of which have integrated it with the ISO 9001 QMS. The facilities, despite encountering a number of difficulties, for instance during the identification and assessment of significant environmental aspects, are also gaining numerous benefits, resulting in an improved environmental performance. Ipso facto, 37.5% of municipal waste treatment facilities in Poland have admitted that the environmental-improvement potential of EMSs is higher than economic-human costs related to its introduction and operation. All the presented information, if other sources are not adequately referenced, are based upon the author’s research, encompassing quantitative and qualitative study methods, conducted among municipal waste treatment facilities in Poland in years 2004 – 2006. The response rate of 68% guarantees credibility of the collected data. N2 - Während bereits gute Kenntnisse allgemeiner Natur zu Umweltmanagementsystemen nach ISO 14001 und EMAS vorliegen, weiß man vergleichsweise wenig über die Nutzung dieser freiwilligen Managementinstrumente im Dienstleistungssektor, einschließlich des Sektors für die kommunale Abfallwirtschaft. Aus diesem Grund ist das Hauptziel der vorliegenden Arbeit Betrieben der kommunalen Abfallwirtschaft eine Unterstützung im Prozess der Einführung eines Umweltmanagementsystems zu geben. Damit soll außer einer kontinuierlichen Verbesserung der Umweltleistung auch die Rentabilitätssteigerung der Unternehmen und die Qualitätsverbesserung der Dienstleistungen erreicht werden. Zu diesem Zweck wurde ein praktischer Ratgeber geschrieben, der beispielhaft Verfahren, Programme und Herangehensweisen zur Einführung der ISO 14001 zeigt. Steigende Anforderungen an die Kommunalabfallwirtschaft führen dazu, dass in Polen immer mehr Betriebe der Kommunalabfallwirtschaft das System ISO 14001 eingeführt haben oder dies beabsichtigen. Bis zum Ende des Jahres 2005 haben 25% aller Betriebe der kommunalen Abfallwirtschaft das Zertifikat ISO 14001 erlangt, wobei 60% davon dieses mit einem Qualitätsmanagement-System nach ISO 9001 integriert haben. Die Erfahrungen zeigen, dass die Betriebe, die das Systems eingeführt haben, viele Vorteile dadurch gewonnen haben, z.B. durch die Steigerung der Umweltleistung, obwohl ihnen dabei auch Probleme widerfahren sind, z.B. bei der Identifizierung und Bewertung der Umweltaspekte. Faktisch haben 37,5% der Betriebe der kommunalen Abfallwirtschaft in Polen, die das System ISO 14001 besitzen, die Vorteile zum Schutz der Umwelt höher bewertet als die sozio-ökonomischen Aufwendungen zu seiner Einführung und Aufrechterhaltung. Alle in der Dissertation enthaltenen Informationen basieren, wenn keine andere Quelle angegeben ist, auf der Forschung, die vom Verfasser in Betrieben der Kommunalabfallwirtschaft in Polen in Jahren 2004-2006 durchgeführt worden ist. Hierzu wurde die Methode des standardisierten Fragebogens und des direkten Interviews eingesetzt. Die Rücklaufquote von 68% der Befragungen gewährleistet die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse. KW - Polen KW - Abfallwirtschaft KW - ISO 14001 KW - Umweltbezogenes Management KW - Umweltmanagementsysteme KW - Nachhaltige Entwicklung KW - ISO 14001 KW - Environmental management systems KW - Sustainable development KW - ISO 14001 Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3577 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 - 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 - Fei-Baffoe, Bernard T1 - Double stage dry-wet fermentation of unsorted municipal solid waste T1 - Zweistufige Trocken-Nass-Fermentierung von unsortierten Siedlungsabfällen N2 - Aim of the study In this thesis, the recovery of biogas from Unsorted Municipal Solid Waste with high methane content was investigated. Special attention was given to unsorted municipal solid waste since its management is posing a big challenge for solid waste management authorities especially in developing countries (e.g. Accra, Ghana). Common solid waste management practice in most of the communities involves having the entire components of the waste mixed together and deposited in bins or on a bare ground at locations within communities and subsequently hauled to the dumpsite by the waste authority. In a laboratory study, a simulated waste was developed representing the real waste situation in Accra, Ghana to leach out the biodegradable organic fraction and subsequent biogas recovery. Method of investigation In order to optimize the biodegradation of Unsorted Municipal Solid Waste, the double-stage anaerobic digester with optimum design capability and with both intra and inter liquid recirculation, and microaerophilic hydrolysis conditions was employed. In order to biomethanize the waste, the following hypotheses were tested: · Effect of water flow rate (dilutions) on the extent of hydrolysis/ liquefaction. · Solid retention time and biodegradation. · Temperature on the extent of hydrolysis. · Effect of preprocessed feeding material on hydrolysis and gas yield. Results and technical applicability The results indicate that the various conditions tested are effective in determining the biogas production from the Unsorted Municipal Solid Waste. Following several runs for the optimization process, volume and mass reduction of 30±19% and 42±13% was achieved respectively. Importantly, almost 42% of the organic total solids reduction with equivalent of methane yield of 232±66 l CH4/kg OTS was obtained. A concept is developed for the application of the double-stage digester for the biomethanization of Unsorted Municipal Solid Waste. This concept involves the appropriate optimum conditions required for the biodegradation process. Finally the potential of using Unsorted Municipal Solid Waste for commercial biogas production was emphasized. N2 - Ziel der Studie In dieser Doktorarbeit wurde die Gewinnung von Biogas aus unsortierten Siedlungsabfällen mit einem hohen Methangehalt untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wurde den unsortierten Siedlungsabfällen gewidmet, da deren Entsorgung eine große Herausforderung für die Abfallentsorgungsunternehmen, insbesondere in den Entwicklungsländern (z.B. Accra, Ghana), darstellt. In den meisten Kommunen ist es bei der Feststoffabfallentsorgung üblich, dass alle Abfallkomponenten vermischt werden und in Abfallbehältern oder auf dem Boden an Standorten in den Kommunen gelagert werden, bis sie schließlich von den Entsorgungsunternehmen zur Deponie transportiert werden. In einer Laborstudie wurde ein simulierter Abfall entwickelt, der die reale Abfallsituation in Accra, Ghana, zur Auswaschung des biologisch abbaubaren organischen Anteils und der anschließenden Biogasgewinnung darstellt. Untersuchungsmethode Um den biologischen Abbau der unsortierten Siedlungsabfälle zu optimieren, wurde der zweistufige sauerstoffunabhängige Faulbehälter (Digestor) mit optimal ausgelegter Leistung und mit einer Rezirkulation der Flüssigkeit sowohl intern als auch extern eingesetzt und es wurden Hydrolyse-Bedingungen angewendet, bei denen wenig Sauerstoff benötigt wird (micro-aerophilic). Für eine Biomethanisierung des Abfalls wurden folgende Hypothesen getestet: • Auswirkung der Wasserdurchflussrate (Verwässerungseffekte) auf die Menge der Hydrolyse/Liquefaction • Verweilzeit der Feststoffe und biologischer Abbau • Temperatur auf den Umfang der Hydrolyse • Auswirkung des vorbehandelten zugeführten Materials auf die Hydrolyse und den Gasertrag Ergebnisse und technische Anwendung Die Ergebnisse zeigen, dass die verschiedenen getesteten Bedingungen effektiv bei der Untersuchung der Biogasproduktion aus unsortierten Siedlungsabfällen sind. Nach verschiedenen Durchläufen für den Optimierungsprozess wurde jeweils eine Volumen-und Massenreduzierung von 30±19% und 42±13% erreicht. Wichtig ist, dass fast 42% der Reduzierung der gesamten organischen Feststoffe mit dem Äquivalent der Methanausbeute von 232±66 l CH4/kg OTS erhalten wurde. Es wurde ein Konzept zur Anwendung des zweistufigen Faulbehälters für die Biomethanisierung von unsortierten Siedlungsabfällen entwickelt. Dieses Konzept beinhaltet die entsprechenden optimalen Bedingungen, die für den biologischen Abbauprozess erforderlich sind. Am Ende wurde die Möglichkeit der Verwendung unsortierter Siedlungsabfälle zur kommerziellen Biogasproduktion hervorgehoben. KW - Siedlungsabfall KW - Fermentation KW - Biogasgewinning KW - Siedlungsabfälle KW - Abfallentsorgung KW - Biogasproduktion KW - Unsorted municipal solid waste KW - Double-stage digester KW - Fermentation KW - Biogas Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-245 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 - TY - THES A1 - Pulgarin Monsalve, Isabel Cristina T1 - Fundamentals of process design and control of Anaerobic Sequencing Batch Gas-Lift reactor regarding the mixing process T1 - Grundlagen der Prozessauslegung und -steuerung des Anaerobic Sequencing Batch Gas-Lift Reactors hinsichtlich des Mischprozesses N2 - The Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) operates by sequential batches, has been studied as an alternative treatment for different systems because of their versatility. The ASBR is applicable for the conversion of a wide variety of organic wastewaters to methane and carbon dioxide (biogas). The main factors affecting the overall performance of the ASBR are: agitation, Substrate/Biomass ratio, geometric configuration of the reactor and the feeding strategy. In this research the strategy agitation was carried out by used of a gaslift system coupled to an ASBR. The aim of the research was the creation of bases for the design and process control of an Anaerobic Sequencing Batch Gaslift Reactor on a laboratory scale in order to find the optimal operating regime and optimize the process. The type of gaslift system to be used is an internal loop with a concentric draught tube configuration, which enables the gas may be sparged either the draught tube or the annulus. The simple design of a gas lift reactor permits less expensive operation, requires less maintenance, low investment costs, low interference and low power consumption. Scientific and technical objectives of the research include the analysis of macro geometric dimensions of the reactor, developing innovative solutions for optimization of mixing process (gaslift mixing), analysis of the hydrodynamics and the homogenization inside of the reactor. This study also includes the flow determination in the riser, the evaluation of the liquid circulation velocity in the downcomer and the influence of the vertical draft tube and the effect of top and bottom clearance. Also, the goal was to find an adequate mixture to not destroy microorganisms but to allow the sedimented biomass and undigested solids may rise quickly and mixed with the feed substrate. N2 - Der Anaerobic Sequencing Batch Reactor (ASBR) arbeitet mit sequentiellen Chargen und wurde aufgrund seiner Vielseitigkeit als alternative Behandlungsmethode für verschiedene Systeme untersucht. Der ASBR ist für die Umwandlung einer Vielzahl von organischen Abwässern zu Methan und Kohlendioxid (Biogas) geeignet. Die Hauptfaktoren, die die Gesamtleistung des ASBR beeinflussen, sind: Rührwerk, Substrat/Biomasse-Verhältnis, geometrische Konfiguration des Reaktors und die Fütterungsstrategie. In dieser Forschung wurde die Strategie der Agitation durch den Einsatz eines Gasliftsystems, das an einen ASBR gekoppelt ist, durchgeführt. Ziel der Forschung war die Schaffung von Grundlagen für die Auslegung und Prozesssteuerung eines Anaerobic Sequencing Batch Gaslift Reactors im Labormaßstab, um das optimale Betriebsregime zu finden und den Prozess zu optimieren. Bei dem zu verwendenden Gasliftsystem handelt es sich um einen internen Kreislauf mit einer konzentrischen Saugrohrkonfiguration, die es ermöglicht, dass das Gas entweder in das Saugrohr oder in den Ringraum eingespannt werden kann. Der einfache Aufbau eines Gaslift-Reaktors ermöglicht einen kostengünstigen Betrieb, erfordert weniger Wartung, niedrige Investitionskosten, geringe Störungen und einen geringen Stromverbrauch. Zu den wissenschaftlichen und technischen Zielen der Forschung gehören die Analyse der makrogeometrischen Dimensionen des Reaktors, die Entwicklung innovativer Lösungen zur Optimierung des Mischprozesses (Gaslift-Mischen), die Analyse der Hydrodynamik und der Homogenisierung im Inneren des Reaktors. Diese Studie umfasst auch die Strömungsbestimmung im Steigrohr, die Bewertung der Flüssigkeitsumlaufgeschwindigkeit im Fallrohr und den Einfluss des vertikalen Zugrohrs sowie die Auswirkung des oberen und unteren Abstands. Außerdem war es das Ziel, eine geeignete Mischung zu finden, um die Mikroorganismen nicht zu zerstören, sondern es der sedimentierten Biomasse und den unverdauten Feststoffen zu ermöglichen, schnell aufzusteigen und sich mit dem Futtersubstrat zu vermischen. KW - Biogas KW - Bioenergy KW - Anaerobic Sequencing Batch Reactor KW - Gas-Lift Reactor KW - Mixing Process KW - Biogas KW - Bioenergie KW - Anaerobic Sequencing Batch Reactor KW - Gas-Lift Reactor KW - Mischverfahren KW - Abwasserreinigung KW - Bioenergieerzeugung KW - Biogas KW - SBR-Verfahren KW - Mischen Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55693 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 - 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 - Sieber, Marko T1 - Grundlegende Untersuchungen zu einem neuentwickelten zweistufigen Trocken-Nass-Vergärungsverfahren T1 - Basic investigations to a newly developed two-stage dry-wet fermentation process N2 - Am Lehrstuhl Abfallwirtschaft wurde ein zweistufiges Trocken-Nass-Vergärungsverfahren zur Vergärung schüttfähiger Abfall- und Reststoffe entwickelt. Das Verfahren wurde unter dem Aktenzeichen PTC/DE2005/001990 patentiert. Nach einer intensiven Recherche und Klassifizierung der bestehenden Verfahren zur Vergärung von Abfällen wird eine Defizitanalyse erstellt. Danach werden die Entwicklungsschritte bei der Verfahrensentwicklung erläutert. Das neuentwickelte Verfahren besteht aus einer Hydrolyse, die im Perkolationsverfahren durchgeführt wird. Dabei wird das Perkolat mehrfach zur Perkolation genutzt, so dass sich die Hydrolyseprodukte darin anreichern. Ein Teil der Perkolationsflüssigkeit wird ausgeschleust. Das darin enthaltene Energiepotential der organischen Stoffe wird in einem separaten Methanreaktor nahezu hundertprozentig genutzt. Die somit gereinigte Flüssigkeit wird in die Perkolation zurückgeführt. Die durchgeführten Versuche beziehen sich ausschließlich auf die erste Verfahrensstufe, die Hydrolyse. Nach Batchversuchen zur Erforschung des Einflusses des Flüssigkeits-Feststoffverhältnisses in der Hydrolyse wurden quasikontinuierliche Versuche durchgeführt. Dabei wurden Untersuchungen zum Rücklaufverhältnis, zur Flüssigkeitsstromführung, zum pH-Wert und zum Salzgehalt der Flüssigkeit durchgeführt. Für alle Versuche wurde als Modellsubstrat Maissilage eingesetzt. Es wurden Bilanzen in Bezug auf den CSB, den Anteil FOS und die in der Flüssigkeit gelösten feinpartikulären Stoffe aufgestellt. Zunächst erfolgten Batchversuche in denen festgestellt wurde, dass die Hydrolyse sehr stark von der Konzentration der Hydrolyseprodukte abhängt, so dass von einer Produktinhibitation der Enzyme ausgegangen werden muss. Ein Grenzwert der Hemmung konnte dabei nicht festgestellt werden. Vielmehr ergab sich eine logarithmische Abhängigkeit von Produktkonzentration und Substratabbaugrad in der Hydrolyse. Weiterhin wurde erkannt, dass die Produktinhibitation teilweise, wenn auch nicht vollständig, reversibel ist. Mit den Erkenntnissen der Batchversuche wurden die pseudokontinuierlichen Versuche geplant und durchgeführt. In den Parallelversuchen, in denen der Hydrolysereaktor die gesamte Zeit mit eigenem Hydrolysat und Methanreaktorablaufflüssigkeit perkoliert wurde, konnten die Erkenntnisse der Batchversuche im Grundsatz bestätigt werden. Der Energieaustrag durch das Hydrolysat (gemessen als CSB-Ausbeute) ist stark abhängig vom Rücklaufverhältnis. Weiterhin haben die Durchströmung des Perkolationsfestbettes und der pH-Wert einen starken Einfluss auf die Hydrolysevorgänge. Als optimaler pH-Wert wurde ein Bereich von 6…7 bestimmt. In anschließenden Reihenversuchen wurde erforscht, wie sich die Flüssigkeitsstromführung beim Betrieb von mehreren Perkolatoren auswirkt. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Gleichstromführung negativ, die Gegenstromführung hingegen positiv auf die Hydrolyse auswirken. In den abschließenden ökonomischen Betrachtungen wurde herausgearbeitet, dass das Verfahren für Abfälle sehr gut, für nachwachsende Rohstoffe hingegen nur bedingt geeignet ist. Die Gasausbeute ist der entscheidende Faktor bei der Wirtschaftlichkeit von NaWaRo-Anlagen. Da das beschriebene Verfahren zwar sehr robust, biologisch stabil und vielseitig einsetzbar ist, jedoch nicht immer die maximal mögliche Biogasausbeute erreicht, wird der Einsatzfall eher im Abfallbereich angesiedelt. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich das zweistufige Trocken-Nass-Vergärungsverfahren sehr gut zur Vergärung von Abfällen eignet. Die untersuchten Randbedingungen sollten bei der Auslegung von Anlagen berücksichtigt werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. N2 - A two-stage wet/dry fermentation process for the fermentation of light waste and residual materials was developed at the Department of Waste Management. The process was patented under the reference number PTC/DE2005/001990. A deficit analysis will be compiled following vigorous research and classification of existing processes for the fermentation of waste materials. Subsequently, the development stages will be explained in the context of process development. The newly developed process consists of a hydrolysis, which is performed in a percolation process. In this process, the percolate is used repeatedly for percolation so that the hydrolysis products become concentrated in it. A portion of the percolation liquid is discharged; the energy potential of the organic matter contained in it is utilized almost entirely in a separate methane reactor. The liquid thus purified is returned to percolation. The conducted tests pertain exclusively to the first process step – the hydrolysis. Following batch tests for researching the influence of the liquid/solid ratio in hydrolysis, quasi-continuous tests were conducted. In these tests studies were performed regarding the return ratio, the liquid flow, the pH value and the salt content of the liquid. Maize silage was used as the model substrate for all tests. Balances are established relating to COD, the percentage of FOS and the fine particulate matter dissolved in the liquid. Initially, batch tests were performed, in which it was determined that the hydrolysis depended heavily on the concentration of the hydrolysis products so that it was necessary to assume a product inhibition of enzymes. A limit value for the inhibition could not be determined in the tests; rather a logarithmic dependence on product concentration and the degree of substrate degradation in the hydrolysis was established. It could also be established that the product inhibition is partially – if not entirely – reversible. The pseudo-continuous tests were planned and performed with the knowledge from the batch tests. The findings from the batch tests were verified in principle by the parallel tests, in which the hydrolysis reactor was percolated the entire time with its own hydrolysate and methane reactor discharge liquid. The energy output through the hydrolysate (measured as COD yield) is heavily dependent upon the return ratio. Furthermore, the perfusion of the percolation fixed bed and the pH value have a strong influence on the hydrolysis processes. A range of 6...7 was determined to be the optimal pH value. In subsequent test series, research was performed to determine the effect of the liquid flow when operating multiple percolators. It was found that the cocurrent flow affects the hydrolysis negatively, whereas the countercurrent flow affects it positively. It was elaborated in the concluding economic observations that the procedure is very well suited for waste, however, it is only conditionally suitable for renewable resources. The gas yield is the decisive factor for the economic efficiency of renewable resource facilities. Due to the fact that the described process is very robust, biologically stable and versatile, although it does not always achieve the maximum-possible biogas yield, its application will more likely be established in the field of waste management. In summary, it is possible to determine that the two-stage wet/dry fermentation procedure is very well suited for the fermentation of waste matter. Boundary conditions studied should be taken into consideration when designing the systems in order to ensure an economically efficient operation. KW - Organischer Abfall KW - Vergärung KW - Biogas KW - Biogas KW - Hydrolyse KW - Verfahrensentwicklung KW - Maissilage KW - Biogas KW - Hydrolysis KW - Process development KW - Maize silage Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-26918 ER -