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UDE: Verbundprojekt untersucht Hausinstallation – Die letzten Meter bis zum Wasserhahn

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Wasser gilt als das am besten kontrollierte Lebensmittel in Deutschland. 122 Liter verbraucht jeder täglich – so das Statistische Bundesamt. Dass gerade auf den letzten Metern zum Hahn Gefahren lauern können, zeigt ein Verbundprojekt zur Trinkwasserqualität in der Hausinstallation. Die Leitung hat das Biofilm Centre an der Uni Duisburg-Essen (UDE).

Wie kommt das Trinkwasser zum Verbraucher? Es hat einen langen Weg hinter sich: aus dem Wasserwerk durch viele Leitungen ins Haus, streng überwacht und in bester Qualität. Bis zur Wasseruhr. „Dann aber beginnt eine Grauzone: die Hausinstallation. Hier kann eine wenig kontrollierte Vielfalt von Materialien eingesetzt werden, von denen einige ein Paradies für Mikroorganismen sind“, erklärt Prof. Dr. Hans-Curt Flemming, Leiter des Biofilm Centre.

Unter seiner Koordination haben fünf Forschungseinrichtungen und 17 Industriepartner vier Jahre lang die Trinkwasserqualität in öffentlichen Gebäuden und speziellen Versuchsanlagen untersucht. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bewilligte zwei Millionen Euro Fördergelder. Im Blickpunkt standen dabei besonders die letzten Meter bis zum Kran – denn ausgerechnet hier kann das beste Wasser seine Qualität verlieren. Unter welchen Umständen passiert das? Wie gut ist die Überwachung, welche Materialien sind zugelassen? Kann es zu Epidemien kommen, und wie lassen sich Probleme vermeiden? Diesen Fragen gingen die Verbundpartner nach.

„Trinkwasser ist nicht steril, und muss es auch nicht sein. Es enthält Bakterien, die vollkommen ungefährlich sind“, stellt Flemming klar. Das Erfolgsrezept der Wasserwerke bestehe darin, den Bakterien die Nährstoffgrundlage zu entziehen. Das ergebe so genanntes stabiles Trinkwasser. „Wenn diese ausgehungerten Keime nun auf Materialien treffen, die ihnen Nährstoffe bieten, dann eröffnet sich ihnen das Paradies. Viel brauchen sie nicht zum ihrem Glück: Kleine Mengen ausgeschwitzter Weichmacher, Stabilisatoren, Farbstoffe, Antioxidantien und andere Kunststoffzusätze reichen völlig aus“, erklärt der Experte für Aquatische Mikrobiologie. „Dort setzen sie sich fest und bilden dicke Biofilme. Darin können sich auch Krankheitserreger einnisten, die wachsen, dann ausgeschwemmt werden und das Wasser kontaminieren.“

Die Auswertung von mehr als 20.000 Messungen an öffentlichen Gebäuden durch die Gesundheitsämter zeigte, dass in über 13 Prozent der Warmwasser-Systeme Legionellen vorkommen. Ein besonders unangenehmer Krankheitserreger ist Pseudomonas aeruginosa, der Lungenentzündungen, Harnwegsinfekte oder hartnäckige Infektionen bei Brandwunden verursacht. Er wurde in drei Prozent der Untersuchungen nachgewiesen. Dabei haben die Gesundheitsämter erst knapp die Hälfte der Gebäude beprobt, die der Untersuchungspflicht unterliegen – vor allem aus Geld- und Personalmangel.

Wie kann man Trinkwasser sicherer machen?

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass Duschschläuche oder kleine Dichtungen ebenfalls zum Bakterienhort werden, wenn sie aus Kunststoffen bestehen, die das Keimwachstum unterstützen. Bei einigen ließen sich Biofilme sogar mit dem bloßen Auge erkennen. Gerade preiswerte Armaturen und Schläuche enthalten oft Zusatzstoffe wie Weichmacher, Reste von Trennmitteln oder wurden bei der Herstellung verunreinigt. Eine ungünstige Kombination aus schlechter Werkstoffqualität und Wasserbeschaffenheit fördert eine starke Biofilm-Entwicklung – und bietet damit Lebensräume für Krankheitserreger.

Epidemien brechen nicht sofort aus, es kann aber durchaus zu Erkrankungen kommen. Kritische Situationen können zudem entstehen, wenn das Immunsystem geschwächt ist, beispielsweise nach einer Operation.

Wie geht man mit unliebsamen Bakterien um? Desinfektionsmittel können die Situation zwar verbessern, aber nicht grundlegend sanieren. Denn wird das Mittel abgesetzt, regeneriert sich der Biofilm sofort. Auch die Überwachungsmethoden, so gut sie auch sind, reichen nicht immer aus. Flemming und seine Kollegen stellten fest, „dass sich gerade die gesuchten Krankheitserreger in einen Dämmerzustand versetzen können – womit sie vom Radar der Standardmethoden verschwinden. Sobald ihre Lebensbedingungen wieder besser werden, wachen sie auf und können genau so infektiös sein wie vorher.“

Diesem Phänomen widmen sich die Forscher in den kommenden drei Jahren. Mit neuen molekularbiologischen Methoden wollen sie die pathogenen Keime und die Bedingungen für ihr „Versteckspiel“ untersuchen und die Frage beantworten, wie man das Trinkwasser hygienisch sicher machen kann. Das BMBF stellt erneut Mittel bereit, diesmal sind es mehr als zwei Millionen Euro.

Weitere Informationen: http://www.uni-due.de/biofilm-centre

Prof. Dr. Hans-Curt Flemming, Tel. 0203/379-1936, hc.flemming@uni-due.de

Über 100 Jahre altes Geheimnis gelüftet

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„Möchten Sie gerne noch ein wenig Eis in Ihr Wasser?“ – „Nicht nötig, das ist bereits drin!“
Das Leben auf der Erde ist nur möglich, weil es auf unserem Planeten genügend Wasser gibt. Was aber ist das Besondere an Wasser im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten? Vor über 100 Jahren hat Wilhelm Conrad Röntgen in seiner Schrift „Über die Konstitution des flüssigen Wassers“ zur Diskussion gestellt, ob in Wasser bei Raumtemperatur gleichzeitig neben der flüssigen Form nicht auch lokale eisartige Strukturen existieren können. Neue Untersuchungen auf atomarer Ebene zeigen, dass Wasser aus vielen nebeneinander existierenden Unterstrukturen besteht, inklusive eisartiger Strukturen auch bei Raumtemperatur. Wasser verhält sich also völlig anders als andere Flüssigkeiten, die immer in homogenem Zustand vorliegen. Mithilfe dieser Beobachtung lässt sich nun vielleicht erklären, was genau Wasser und Leben so eng miteinander verbindet.

In einem gemeinsamen Projekt von Dr. Francesco Rao, Junior Fellow am Freiburg Institute for Advanced Studies, School of Soft Matter Research, und Peter Hamm, Professor am Physikalisch-Chemischen Institut der Universität Zürich, konnte ein neues theoretisches Verfahren entwickelt werden, das sowohl die Untersuchung komplexer Netzwerke wie auch molekulare Simulationen erlaubt. Ursprünglich war dieser Ansatz entwickelt worden, um das World Wide Web und soziale Beziehungen zu untersuchen. Nun konnte mit diesem Ansatz die überraschend inhomogene Struktur des Wassers enthüllt werden. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse im Journal of Physical Chemistry.

Das Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) ist das Forschungskolleg der Universität Freiburg. Das Institut wird finanziert aus Mitteln der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder. Mit seinen vier Sektionen, der School of History, der School of Language & Literature, der School of Life Science – LifeNet und der School of Soft Matter Research stärkt das FRIAS die Spitzenforschung an der Universität Freiburg und steigert deren internationale Sichtbarkeit .

Rao F., Garrett-Roe S. and Hamm P. Structural inhomogeneity of water by complex network analysis, Journal of Physical Chemistry B, Article ASAP, DOI: 10.1021/jp1060792

Kontakt:
Dr. Francesco Rao
Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS)
Tel.: 0761/203-97336
Fax: 0761/203-97451
E-Mail:francesco.rao@frias.uni-freiburg.de

MESSUNG UND MODELLIERUNG DER KEIMBELASTUNG VON WASSER AUS DER ISAR UNTER VERWENDUNG EINES FLIEßRINNENSYSTEMS IM TECHIKUMSMAßSTAB

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Der Fokus des Projektes lag zunächst auf der Bestimmung der für Isarwasser spezifischen Abbaurate von Coliformen, Fäkalcoliformen und Intestinale Enterokokken unter UV-Licht. Dazu wurde ein Fließrinnensystem im Technikumsmaßstab mit Sohlsubstrat aus der Isar verwendet, in dem Isarwasser zirkulierte. Durch Zugabe von vorgeklärtem Abwasser wurde eine stoßartige Keimbelastung initiiert und die Abnahme der Keimbelastung gemessen. Die Messdaten wurden mit Hilfe der mathematischen Simulation ausgewertet.

Projektleitung an der TUM: Prof. Dr. rer.nat. H. Horn, Prof. Dr.-Ing. M. Wichern

Projektpartner: LS für Siedlungswasserwirtschaft (TU München)

Mehr: http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Forschung/Forschungsvorhaben%20betreut.html

TOOLKIT ZUR PROJEKTBEWERTUNG UND VISUALISIERUNG VON KOMMUNALEN ABWASSERKLÄRWERKEN UNTER VERSCHIEDENEN LÄNDERSPEZIFISCHEN GEGEBENHEITEN

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Als Teilprojekt des BMBF-Verbundvorhabens „Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Abwasserbehandlung“ wurde in dem Forschungsvorhaben ein Software-Toolkit zur Bewertung und Visualisierung von kommunalen Abwasserreinigungsverfahren unter verschiedenen länderspezifischen Gegebenheiten entwickelt. In dem Vorhaben wurden die Einzelergebnisse der anderen technischen Teilprojekte des Forschungsverbundes gebündelt und in Form von stationären mathematischen Modellen in ein Software-Toolkit integriert. Dabei wurden anhand eines Kriterienkataloges eine objektive Bewertung und ein Variantenvergleich ermöglicht. Anstatt dynamischer Modelle, die aufgrund ihrer hohen Komplexität und erforderlichen Input-Parameter in der Praxis für Laien oft nur unter hohem Zeitaufwand anwendbar sind, wurden in dem Projekt leichter handhabbare stationäre Modelle entwickelt, um dem Anwender eine erste Beurteilung verschiedener Konzepte bezüglich technischer, ökonomischer, sozio-ökonomischer und ökologischer Aspekte zu ermöglichen. Dazu flossen sowohl Erkenntnisse aus der dynamischen mathematischen Modellierung technischer Aspekte als auch aus ökonomischen Analysen in das Projekt ein. Analysiert wurden verschiedene Verfahren wie Belebungsanlagen, Anaerob- und Teichanlagen, Tropf- und Tauchkörper, Festbetten, Verfahren der Schlammbehandlung und der Hygienisierung sowie Stufenausbaukonzepte für Kläranlagen. Ziel war es dabei, nicht nur die einzelnen Technologien zu betrachten, sondern vielmehr auch beliebige Kombinationen dieser Technologien beurteilen zu können.
Die umfangreichen Daten aus der Analyse der Verfahren, der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sowie der Bemessung und Modellierung wurden in dem Softwareprodukt grafisch aufgearbeitet und dem Anwender in geeigneter Weise visualisiert. Hierfür wurden Bausteine als Komponenten für eine Visualisierung entwickelt, welche fallspezifisch vereinfacht und für die Verfahren Belebungsanlage, Biofilmanlage, Anaerobanlage und Teichanlage durchgeführt werden können. Die Entwicklung einer multimedialen Schnittstelle zwischen Leitfaden und Toolkit war Bestandteil des Projektes.

Projektleitung an der TUM: Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Prof. Dr. rer.nat. H. Horn
Projektpartner: LS für Siedlungswasserwirtschaft (TU München), Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (Leibniz-Universität Hannover), Institut für Umwelttechnik und Management (Universität Witten/Herdecke gGmbH), LS für Siedlungwasserwirtschaft (RUB), Institut für Automation und Kommunikation (ifak)

Quelle: http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Forschung/Forschungsvorhaben%20betreut.html

EINSATZ DER DYNAMISCHEN SIMULATION ZUR PROZESSSTEUERUNG UND OPTIMIERUNG DES ANAEROBEN VERGÄRUNGSPROZESSES

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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde die mathematische Modellierung anaerober Vergärungsprozesse genutzt, um eine geeignete Prozesssteuerung zur Stabilisierung und Optimierung des Betriebes von Anaerobreaktoren zu entwerfen. In der Betriebspraxis von Anaerobreaktoren gibt es häufig das Problem, dass höchst unterschiedliche Substrate zugegeben werden. Durch Hemmungsreaktionen oder Übersäuerung des Reaktors können dann beispielsweise die Methanogenese und daraus folgend die Acetogenese stark eingeschränkt werden oder ganz zusammenbrechen. Es liegt also ein äußerst instabiles Prozessgefüge verschiedener Abbauschritte vor. Mittels einer Prozesssteuerung können u.a. durch die Messung von H2, Methangas, organischen Säuren und pH-Wert frühzeitig zukünftige Betriebsprobleme erkannt werden, und es kann durch geeignete Maßnahmen gegengesteuert werden (Zugabe basischer Mittel, Stoppen des Zuflusses, etc.).
Anhand vorhandener Messdaten zur Vergärung wurden international anerkannte Simulationsmodelle weiterentwickelt und kalibriert. Danach konnte die Leistungsfähigkeit verschiedener Steuerungsstrategien auf Basis von Fuzzy Control für dynamische Zulaufdaten am mathematischen Modell getestet werden. Es war durch die Simulation möglich, detaillierte Prognosen und Steuerungsstrategien für zahlreiche Abwasserzuläufe und Betriebszustände im Anaerobreaktor zu entwickeln, die sonst nur durch aufwendige und teure Messphasen ermittelt werden könnten. Für das Übertragen der Erkenntnisse aus der Simulation in die Praxis war eine genaue Kalibrierung des mathematischen Modells an den vorhandenen Praxisdaten nötig.

Projektleitung an der TUM: Prof. Dr.-Ing. M. Wichern
Projektleitung: LS für Siedlungswasserwirtschaft (TU München)

Quelle: http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Forschung/Forschungsvorhaben%20betreut.html

Mathematik sorgt für sauberes Wasser

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Noch ist die Situation nicht besorgniserregend, aber die Wirkstoffrückstände von Arzneimitteln in unserem Trinkwasser nehmen zu. Sowohl bei der Erkennung und Einordnung dieser Rückstände wie auch der Reduzierung will Dr. Marcus Weber, Mathematiker am DFG-Forschungszentrum MATHEON, helfen.
Trinkwasser ist für alles Leben auf der Erde die grundlegende Voraussetzung und deshalb vielleicht unser wertvollster Rohstoff. Doch auch dieser Rohstoff droht knapp zu werden. Zusätzlich ist er zunehmend vielfachen Belastungen ausgesetzt. Eine bisher kaum beachtete Belastung der Gewässer geht von unseren Medikamenten aus. Zwar noch lange nicht dramatisch aber durchaus merkbar sammeln sich die unterschiedlichsten Arzneimittelwirkstoffe im Wasser an. Die Folgen einer unbewussten Medikamentierung für Menschen, Tiere und Pflanzen über das Trinkwasser sind derzeit kaum erforscht.

Daher hatte das Umweltbundesamt (UBA) und das Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) auf Anregung des Bundesministeriums für Gesundheit im Januar in Berlin Experten des Gesundheitswesens, der pharmazeutischen Industrie, der Wasserwirtschaft, der Wissenschaft, der Umweltverbände und der Verbraucherorganisationen zu einer Tagung „Handlungsmöglichkeiten zur Minderung des Eintrags von Humanarzneimitteln und ihren Rückständen in das Roh- und Trinkwasser“ eingeladen. Unter den 50 Experten war als einziger Mathematiker auch Dr. Marcus Weber, Mitarbeiter am DFG-Forschungszentrum MATHEON.

Als Ergebnis dieser Konferenz erschien nun ein Konsenspapier mit einigen sehr praktikablen Vorschlägen, deren Umsetzung in naher Zukunft beabsichtigt ist. In einigen Bereichen des Maßnahmenkatalogs ist eine wesentliche Beteiligung der Mathematik vorgesehen, die zu bisher nicht erwarteten Ergebnissen führen soll.

Schon seit Jahren arbeitet Marcus Weber im MATHEON und im Zuse-Institut an den mathematischen Voraussetzungen für eine schnelle und effiziente Simulation von Molekülen und deren Funktion in verschiedenen Arzneimitteln. Dabei wird das sog. „Schlüssel-Schloss-Prinzip“ angewandt, bei dem am Rechner die Moleküle so konstruiert werden, dass sie vorhersehbar an ein schädliches Protein andocken, es blockieren und es damit unschädlich machen. Dank Visualisierung und Simulation kann das virtuelle Wirkstoffmolekül im Computer so lange umgebaut werden, bis ein optimales Ergebnis erreicht ist.

Ein Vorgang, der mit enormen Schwierigkeiten verbunden ist, denn sowohl das Wirkstoffmolekül wie auch das schädliche Protein verändern unter bestimmten Einflüssen wie z.B. Körpertemperatur ständig ihre Gestalt. Marcus Weber geht davon aus, dass derzeit weltweit bis zu 80 Prozent der Rechnerleistung moderner Großrechner alleine für die Simulation von Molekülen benötigt wird. Hier hilft die Mathematik mit neuen Algorithmen, die die Berechnungen vereinfachen und damit die Rechnerleistung optimieren. Die bisherigen Arbeiten von Marcus Weber sind hier sicherlich richtungweisend.

Und diese Forschungen von Marcus Weber und seiner Arbeitsgruppe können natürlich bei der Simulation von Schadstoffen, die möglicherweise in den Wasserkreislauf gelangen und dort in zu hoher Konzentration schädliche Auswirkungen für alle Lebewesen haben, hervorragend eingesetzt werden und zu ganz neuen Ansätzen führen.

So wurde auf der Tagung im Januar beispielsweise empfohlen, die Trinkwasserrelevanz von Medikamenten schon beim Design mit zu berücksichtigen. „Es bereitet uns keine Schwierigkeiten, nicht nur die pharmazeutische Wirkung der eigentlichen Arzneistoffe im Voraus zu simulieren, sondern wir können dabei auch deren mögliche Abbau- und Transformationsprodukte ins Auge fassen“, sagt Dr. Weber. In einem weiteren Schritt können dann ebenso Medikamente entwickelt werden, die bestimmte Eigenschaften beinhalten, die ihre Bindung an Sedimente und Aktivkohle erhöhen. Damit wären diese Arzneien leichter aus dem Wasserkreislauf zu entfernen. Außerdem kann erreicht werden, dass der Wirkstoffanteil im Medikament, der den Körper ungenutzt verlässt, vermindert oder im Idealfall ganz eliminiert wird.

Ein weiteres Feld, bei dem Marcus Weber und seine mathematischen Forschungen große Fortschritte beim Rohwasserschutz erreichen könnten, ist die Risikoabschätzung der Wirkung bestimmter Arzneimittelrückstände im Trinkwasser. Viele dieser Spurenstoffe im Wasser können nicht in Tierversuchen untersucht werden, weil sie dazu isoliert oder im Labor künstlich hergestellt werden müssten, was für viele Verbindungsformen noch nicht möglich ist. Marcus Weber aber ist der Ansicht, dass „wir mit unseren Algorithmen ein virtuelles Labor schaffen können, in dem toxikologische Wirkungen von solchen Abbauprodukten simuliert werden. Das ist allerdings auch für uns eine relativ neue Fragestellung, aber eine sehr interessante und sicherlich lösbare Herausforderung“, sagt der Mathematiker. Ein zusätzlicher Erfolg wäre, dass mit dem Einsatz mathematischer Grundlagen für toxikologische Untersuchungen Tierversuche ersetzt, eingeschränkt oder zumindest besser geplant werden können.

Marcus Weber ist überzeugt, dass die Fachtagung und das daraus entstandene Konsenzpapier ein wichtiger Schritt zur Reinhaltung unserer Lebensgrundlage Wasser ist. „Für mich ist dieser Aspekt ein weiteres Beispiel, auf dem unsere mathematischen Arbeiten die Grundlagen für eine erfolgreiche und vor allem die Natur schützende Maßnahme sind.“

Weitere Informationen: Dr. Marcus Weber, DFG-Forschungszentrum MATHEON, Tel.: +49-30-8 41 85-189, Email: weber@zib.de

Weitere Informationen:
http://www.matheon.de
http://www.zib.de/Numerik/DrugDesign/index.en.html

Rudolf Kellermann

EINSATZ UND ANPASSUNG ANERKANNTER SIMULATIONSMODELLE FÜR VERSCHIEDENE KLIMAZONEN ALS BEITRAG ZUR EFFIZIENTEN, KOSTENGÜNSTIGEN BEMESSUNG UND BETRIEBSOPTIMIERUNG VON ABWASSERREINIGUNGSANLAGEN

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Das beantragte Forschungsvorhaben hatte zum Ziel, anerkannte Simulationsmodelle für die Kohlenstoff- und Stickstoffelimination so an die Gegebenheiten anderer Klimazonen anzupassen, dass sie effizient zur Auslegung und Betriebsoptimierung von Abwasserreinigungsanlagen genutzt werden können. Die Simulation wurde zudem als Werkzeug genutzt, das einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung und Absicherung von Bemessungsrichtlinien für das Belebungsverfahren, Tropf- und Tauchkörperanlagen sowie Anaerob- und Teichanlagen im internationalen Raum leistet.
Die Modelle (Activated Sludge Model No.1 und No.3; (ASM 1 und ASM 3)) der IWA Task Group on Mathematical Modeling for Design and Operation of Biological Wastewater Treatment sind in Deutschland und im Ausland zur Beschreibung von biologischen Abbauvorgängen in Belebungsanlagen außerordentlich anerkannt. Die Modellierung mit diesen Ansätzen wird an zahlreichen ausländischen Universitäten gelehrt, da sie u.a. äußerst flexibel bei verschiedenen Temperaturen, Abwasserzusammensetzungen, Hemmungen und Sauerstoffeinträgen einsetzbar sind. Die in der Praxis oft kritische Frage, welcher Berechnungsansatz in welcher Region im Ausland Gültigkeit hat und wie dieser anzuwenden ist, stellt sich bei der Anwendung der IWA-Modelle so nicht. Es ist jedoch unabdingbar, dass diese Modelle und deren Anwendung so vereinfacht werden, dass sie für verschiedene Länder und Klimazonen nutzbar sind. Von besonderer Wichtigkeit ist eine Vereinfachung bei der Kalibrierung der Ansätze, die Elimination weniger wichtiger Prozesse sowie die Reduzierung der Anzahl der zu messenden biologischen/chemischen Parameter und Zulaufgrößen. Dadurch wird es möglich, die Ansätze kostensparend im Rahmen von Ausschreibungen, bei der Einschätzung von Marktchancen, bei der Visualisierung von Ergebnissen, der ‚Vorabbemessung‘ vor Ort am Notebook und im Besonderen bei Betreibertätigkeiten einzusetzen. Neben der Berechnung von Belebungsanlagen werden darüber hinaus im Projekt Anaerobanlagen (ADM 1), Biofilmanlagen und Teichanlagen modelliert.
Projektleitung an der TUM: Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Prof. Dr. rer.nat. H. Horn
Projektpartner: LS für Siedlungswasserwirtschaft (TU München), Fachhochschule Emden (Eutec), Institut für Automation und Kommunikation (ifak

Quelle: http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Forschung/Forschungsvorhaben%20betreut.html

HYDROLYSE VON STRUKTURMATERIALIEN DURCH EINSATZ SPEZIELLER BIOZÖNOSEN RESI II

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Ziel des Projektes ist es unter anderem, zu einer Leistungssteigerung der thermophilen anaeroben Behandlung von Fäkalschlamm zu kommen. Der Lehrstuhl hat im Rahmen des Vorhabens die Aufgaben der mathematischen Modellierung des anaeroben Prozesses zur Steigerung der Hydrolyse, der Stabilisierung des Prozesses und der Optimierung der Leistungsfähigkeit des Membranverfahrens im zweistufigen Verfahren übernommen. Durchgeführt wurden des Weiteren mikrobielle Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der Hygenisierung im thermophilen Verfahren, die mathematische Modellierung der Hygenisierung, die Analyse der Zusammensetzung der mikrobiellen Population mittels FISH-Technik und die Erarbeitung von Vorschlägen für eine geeignete Membran (Diffusionsmembran) zur Verringerung der Energiekosten des Verfahrens.
Für die mathematische Modellierung des anaeroben Prozesses kommt das aktuelle IWA Anaerobic Digestion Model No. 1 (2002) zum Einsatz. Die Hygienisierungseffizienz des untersuchten anaeroben Verfahrens wird anhand der Indikatorparameter Coliforme, Fäkalcoliforme, Enterokokken und fäkale Enterokokken bestimmt. Es wird ein empirisches mathematisches Modell entwickelt, anhand dessen eine Beschreibung und Optimierung des Hygienisierungspotentials des thermophilen Anaerobsystems erfolgt. Populationsanalysen über FISH mit Schwerpunkt auf methanogene Archaea sollen mikrobielle Veränderungen während der Prozesse dokumentieren. Durch die Kombination von mathematischer Modellierung, Ingenieurwesen und mikrobiologische Untersuchungen wurde ein detaillierter Einblick in die biologischen Prozesse innerhalb des Reaktors gewonnen.

Projektleitung an der TUM: Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Prof. Dr. rer.nat. H. Horn
Projektpartner: LS für Siedlungswasserwirtschaft (TU München), Hans Huber AG, ATZ-Evus

Quelle: http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Forschung/Forschungsvorhaben%20betreut.html

UNTERSUCHUNGEN ZUR BEDARFSORIENTIERTEN KANALREINIGUNG UNTER NUTZUNG BETRIEBLICHER SYNERGIEN

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Die Kanalreinigung ist ein wichtiger Beitrag zur Funktionserhaltung der Kanalisation und beansprucht einen beträchtlichen Anteil der Budgets der Kommunen in Nordrhein-Westfalen. Die praktische Umsetzung der SüwVKan, die in Nordrhein-Westfalen die Häufigkeit der Überprüfung von Kanalbauwerken regelt, erfolgt in den Kommunen häufig derart, dass das gesamte Kanalnetz ohne vorherige Überprüfung des Ablagerungszustandes vorsorglich alle ein bis zwei Jahre gereinigt wird. Erfahrungen zeigen jedoch, dass bei einigen der so gereinigten Kanäle kein Reinigungsbedarf besteht. Sie weisen zum Zeitpunkt der Reinigung keine oder nur unbedeutende Ablagerungen auf, wohingegen andere Kanalabschnitte stark belastet sind. Hier bietet sich die Möglichkeit, durch die Einführung einer bedarfsorientierten Reinigungsstrategie Optimierungspotentiale zu nutzen und Kosten zu sparen, ohne durch die Verlängerung der Reinigungsintervalle Einschränkungen hinsichtlich der Betriebssicherheit zu riskieren.
Häufige Argumente gegen größere Intervalle sind erhöhte Schmutzfrachtausträge an Mischwasserentlastungen aufgrund höheren Aufkommens remobilisierbarer Ablagerungen und verstärkte Schwefelwasserstoffprobleme (Geruch, Korrosion) durch hohe biologische Aktivität in älteren Ablagerungen. Im Rahmen eines bereits abgeschlossenen, vom MUNLV NRW geförderten Forschungsprojektes mit dem IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur ließen sich diese Argumente durch vom Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik der Ruhr-Universität durchgeführte Schmutzfracht- und Schwefelwasserstoffmessungen sowie durch Ablagerungsanalysen in realen Kanälen nicht bestätigen.
Im Rahmen des aktuellen Forschungsprojektes soll unter Einbindung der Kommunen in NRW ein umfassender Ansatz zur Erschließung weiterer Potenziale innerhalb der bedarfsorientierten Kanalreinigung gefunden werden. Hierbei werden zum einen betriebliche Synergien innerhalb des Kanalbetriebs selbst und zudem Optimierungsmöglichkeiten beispielsweise durch übergemeindliche Zusammenarbeit aufgezeigt. Zum anderen soll anhand technischer Versuche an einer Kanalteststrecke der tatsächliche Reinigungsbedarf in Abhängigkeit der Ablagerungssituation ermittelt werden. Hierbei sind aus technischer Sicht neben der hydraulischen Leistungsfähigkeit auch die zu erwartenden Emissionen (Schmutzfrachten und H2S-Bildung)zu berücksichtigen. Durch die Zusammenführung der Erkenntnisse aus den wissenschaftlich-technischen Untersuchungen und die Analyse der betrieblichen Abläufe des Kanalbetriebs soll eine umfassende Strategie für die bedarfsorientierte Kanalreinigung entwickelt werden. Durch verschiedene Workshops und eine Telefon-Hotline soll engagierten Kanalbetreibern Hilfestellung bei einer Effizienzsteigerung in den betrieblichen Strukturen und bei konkreten technischen Fragen gegeben werden. Den Kanalnetzbetreibern soll im Ergebnis ein anwendungsorientiertes Handbuch NRW zur Verfügung gestellt werden, das eine weitere Verbesserung der bedarfsorientierten Reinigungsstrategie erleichtert und betriebliche Synergien aufzeigt.

Projektträger: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Verbundleitung:Prof. Dr.-Ing.. Marc Wichern (RUB)
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. Ruben-Laurids Lange
Projektpartner: IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen

Quelle: http://www.ruhr-uni-bochum.de/siwawi/Forschung/Forschungsvorhaben.html

Störungen in Abwassersystemen beheben. Diagnose mit aktiver Abwehr

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Seit Abwasser gepumpt wird, kämpfen wir gegen Verstopfungen in den Pumpen und Anlagen in diesem Sinne sind die Abwasserpumpsysteme seit ihrer Einführung in Europa vor über hundert Jahren immer mit erheblichem Einsatz an Personal und Technik verbunden gewesen, um einen gesicherten Abtransport des Abwassers zu gewährleisten. Unbestritten sind jedoch große Fortschritte hinsichtlich geeigneter Abwasserpumpen und in der Auslegung von Anlagenkomponenten der Abwasserpumpsysteme. Es werden deutlich weniger Personal und moderne, baukleine Abwasserpumpen eingesetzt und trotzdem die gestiegenen Anforderungen hinsichtlich Hygiene und Umwelt erfüllt.

Artikel aus der Zeitschrift: wwt Wasserwirtschaft Wassertechnik
ISSN: 1438-5716
Nr.6, 2010
Seite 13-16, Abb.,Lit.
Thamsen, Paul Uwe; Bashinskiy, Sergej; Röding, Bert;

Standort in der IRB-Bibliothek: IRB Z 200

Quelle:
http://www.baufachinformation.de/zeitschriftenartikel.jsp?z=2010079007587