Moderne Abwassertechnik: Erhebung, Modellabsicherung, Scale-Up, Planung
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Weinheim
WILEY-VCH
2006
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ALEXANDRU BRAHA UND GHIOCEL CROZA
MODERNE ABWASSERTECHNIK
ERHEBUNG, MODELLABSICHERUNG, SCALE-UP, PLANUNG
WILEY
VC
H
WILEY-VCH VERLAG GMB
H & CO. KGAA
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT
IX
EINLEITUNG: ABWASSERTECHNIK - STIEFKIND DER VERFAHRENSTECHNIK?
XIII
DANKSAGUNG
XVII
1 MIKROBIOLOGISCHE CRUNDZUEGE IN DER BIOVERFAHRENSTECHNIK
1
1.1 FORM UND GESTALT DER MIKROORGANISMEN IN OEKOSYSTEMEN UND
IN DER INDUSTRIELLEN BIOTECHNOLOGIE
1
1.1.1 EUKARYOTISCHE UND PROKARYOTISCHE ZELLEN UND IHRE STRUKTUR 2
1.1.2 GRUND- UND REGULATIONSMECHANISMEN DES STOFFWECHSELS
UND DER ENERGIEUMWANDLUNG 4
1.1.3 MUTATION UND ERBGUTUEBERTRAGUNG 6
1.2 BIOVERFAHRENSTECHNISCHE ASPEKTE DES STOFFWECHSELS 8
1.2.1 PRODUKTIONSVERFAHREN 8
1.2.1.1 BIOMASSEGEWINNUNG 8
1.2.1.2 BIOSYNTHESE VON STOFFWECHSELPRODUKTEN 8
1.2.1.3 BIOTRANSFORMATION 9
1.2.1.4 INDUSTRIELLER EINSATZ VON BIOMASSE AN NATUERLICHEN STANDORTEN
(ERZLAUGUNGSVERFAHREN) 9
1.2.2 SUBSTRATABBAU
10
1.2.2.1 DENITRIFIKATION
11
1.2.2.2 METHANBILDUNG
11
1.2.2.3 OXIDATION VON TOC- UND TKN-HALTIGEN VERBINDUNGEN
13
2 VERFAHRENSTECHNISCHE UEBERLEGUNGEN ZUR MODELLBILDUNG IN DER
BIOLOGISCHEN
ABWASSERBEHANDLUNG
21
2.1 REAKTIONSTECHNISCHES VERHALTEN VON BIOREAKTOREN MIT SUSPENDIERTER
BIOMASSE
22
2.1.1 VERWEILZEITVERHALTEN
22
2.1.2 KINETIK DER KONZENTRATIONSABNAHME KOHLENSTOFFHALTIGER
VERBINDUNGEN
36
2.1.2.1 REAKTION 0. ORDNUNG (N= 0)
36
2.1.2.2 REAKTION 1. ORDNUNG (N= 1)
37
MODERNE ABWASSERTECHNIK.
ALEXANDRU BRAHA UN
D GHIOCEL GROZA
COPYRIGHT 2006 WILEY-VCH VERLAG GMB
H & CO. KGAA, WEINHEIM
ISBN: 3-527-31270-6
VI |
CONTENTS
2.1.2.3 REAKTIONEN 2. ORDNUN
G (N= 2)
43
2.1.2.4 REAKTIONEN N
. ORDNUN
G
44
2.1.2.5 REAKTION 1. ORDNUN
G MI
T NICHT ABBAUBAREM TERM 50
2.1.3 VARIIERENDE REAKTIONSORDNUNG UN
D BIOMASSEKONZENTRATION 53
2.1.3.1 C-OXIDATION BEI VERNACHLAESSIGBARER BIOMASSEZUFUHR DURC
H DEN
ABLAUF DES VORKLAERBECKENS (VKB) 53
2.1.3.2 C-OXIDATION MIT GLEICHZEITIGEM BIOMASSEZUWACHS 60
2.1.3.3 N-OXIDATION MIT GLEICHZEITIGEM BIOMASSEZUWACHS
78
2.1.3.4 KINETIK DER DENITRIFIKATION
83
2.1.3.5 KINETIK DES SAUERSTOFFVERBRAUCHES 92
2.1.4 KINETIK STRENG ANAEROBER PROZESSE
95
2.2 REAKTIONSTECHNISCHES VERHALTEN VON REAKTOREN MI
T IMMOBILISIERTER
BIOMASSE
99
2.2.1 REAKTION 1. ORDNUN
G
100
2.2.2 REAKTION VARIIERENDER ORDNUN
G
104
2.3 ERKUNDUNG DES TEMPERATUREINFLUSSES AUF DIE BIOKINETISCHEN
GESCHWINDIGKEITSKOEFFIZIENTEN
108
2.4 KINETIK DES SAUERSTOFFTRANSPORTS
112
2.5 ZWISCHENBEMERKUNGEN ZU BIOREAKTOR UN
D MODELLBILDUNG
119
3 STATISTISCHE DATENAUSWERTUNGSVERFAHREN
123
3.1 STATISTISCHE KENNWERTE UN
D PRUEFVERFAHREN
124
3.1.1 STATISTISCHE KENNWERTE 226
3.1.2 STATISTISCHE PRUEFVERFAHREN
129
3.2 REGRESSIONSRECHNUNG
138
3.3 ZWISCHENBEMERKUNGEN ZU STATISTISCHEN AUSWERTUNGSVERFAHREN
158
4 BAKTERIENMISCHPOPULATIONEN UND STOFFUMWANDLUNGSPROZESSE
BEI MULTIPLEN ABWASSERSUBSTRATEN
165
4.1 BIOMASSENZUWACHS/BESTIMMUNGSVERFAHREN
165
4.2 MULTIPLE SUBSTRATE UN
D DEREN ANALYTISCHE BESTIMMUNG 168
4.3 ALLGEMEINE BEMERKUNGEN ZUR ANWENDUNG VON SUMMENPARAMETER
N
BEI DER MODELLBILDUNG
168
4.4 KINETIK MIKROBIELLER PROZESSE BEI SUSPENDIERTER BIOMASSE 169
4.4.1 STATISCHE KULTUREN
(BATCH CULTURE) 169
4.4.1.1 DIE ADAPTATIONS-ODER LAG-PHASE 172
4.4.1.2 EXPONENTIELLES WACHSTUM
172
4.4.1.3 UEBERGANGSPHASE 274
4.4.1.4 STATIONAERE PHASE
179
4.4.1.5 ABSTERBEPHASE 279
4.4.2 KINETIK DYNAMISCHER KULTUREN
(CONTINUOUS CULTURE) 180
4.4.2.1 CSTRS OHN
E BIOMASSERUECKFUEHRUNG 280
4.4.2.2 CSTRS MI
T BIOMASSERUECKFUEHRUNG
181
4.4.2.3 ENERGIEDICHTE, SCHERKRAEFTE UN
D BELUEFTEN 186
CONTENTS
VII
4.5 TROPFKOERPER - KINETIK MIKROBIELLER PROZESSE BEI AUF FUELLKOERPERN
IMMOBILISIERTER BIOMASSE 292
4.5.1 PROZESSINTENSIVIERUNG - FALLSTUDIE 293
4.5.2 VERSUCHSPLANUNG UN
D -DURCHFUEHRUNG
200
4.5.3 DISKUSSION DER MODELLERGEBNISSE
202
5 DURCHFUEHRUNG KINETISCHER UNTERSUCHUNGEN MITTELS LABOR
UND HALBTECHNIKUMS-BELEBTSCHLAMMREAKTOREN
207
5.1 VERSUCHE IN EINSTUFIGEN HALBSTECHNIKUMS
BELEBTSCHLAMMREAKTOREN
211
5.1.1 VERSUCHSPLANUNG UND-DURCHFUEHRUN
G
211
5.1.2 BATCHREAKTOR - VERSUCHSPLANUNG/-DURCHFUEHRUNG
225
5.1.3 ZWISCHENBEMERKUNGEN ZU EINSTUFIGEN BELEBTSCHLAMMREAKTOREN
BEI DER INDUSTRIE-ABWASSERREINIGUNG
240
5.2 VERSUCHE IN EINER HALBTECHNIKUMS-MISCHBECKENKASKADE
242
5.2.1 BESCHREIBUNG DER ANLAGE UN
D VERSUCHSPLANUNG
242
5.2.2 DATENAUSWERTUNG UN
D DISKUSSION DER ERGEBNISSE 248
5.2.2.1 KURZER THEORETISCHER ABRISS
248
5.2.2.2 CSTR-KASKADE - MESSERGEBNISSE UN
D MODELLVORAUSSAGEN 251
5.2.2.3 ZWISCHENBEMERKUNGEN ZU
M SUBSTRATABBAU IN
MISCHBECKENKASKADEN 256
5.3 SCHLUSSFOLGERUNGEN ZU
R MODELLERSTELLUNG/-UEBERTRAGUNG AUF
BIOREAKTOREN IN DER KLAERTECHNIK 256
6 DAS LAWRENCE-MCCARTY-MODELL 261
6.1 DAS SCHLAMMALTER ALS PLANUNGS- UN
D BETRIEBSREGELGROESSE
261
6.2 MODELL-ERWEITERUNG UN
D FALLSTUDIEN BEI INGENIEUR-BUEROS 265
6.2.1 THEORETISCHE GRUNDUEBERLEGUNGEN
265
6.2.2 ANWENDUNG DES ERWEITERTEN SCHLAMMALTER-MODELLS 267
6.2.3 MODELLMAESSIGE PROZESSANALYSE DER MESSERGEBNISSE 268
6.3 SCHLUSSBETRACHTUNGEN ZU
M SCHLAMMALTER-MODELL
274
6.4 AUTOMATISCHE BETRIEBSFUEHRUNG AUF DER GRUNDLAGE
REAKTIONSTECHNISCHER MODELLE
278
6.4.1 AUFGABENSTELLUNG BEIM GROSSKLAERWERK ISAI
278
6.4.2 IST-ZUSTAND DER OERTLICHEN GEGEBENHEITEN IN IASI
278
6.4.3 BETRIEBLICHE GRUNDUEBERLEGUNGEN ZU
R ABF
278
6.4.4 ABF - VERFAHRENSTECHNISCHE BESCHREIBUNG
280
6.4.4.1 DIE (9
C
)
MODE
N
T
-20 C -PROZESSFUEHRUNG
280
6.4.4.2 DIE (0
C
)EMP.,T=20-C-PROZESSFUEHRUNG
290
6.4.4.3 PROZESSFUEHRUNG NACH (E
C
)
H
ANDBETRIEB,T-20-C
290
6.5 ABF - IASI - BEMERKUNGEN/AUSBLICK
291
7
YYSTATE OFTHE ART"
IN DER KLAERTECHNIK UND BIO-VERFAHRENSTECHNIK 295
7.1 EINLEITENDER UEBERBLICK 295
7.2 KOMMENTAR/AUSBLICK
299
VIII
CONTENTS
8 FEST-FLUESSIG-TRENNUNG IN STATISCHEN KLAERERN UND EINDICKERN
303
8.1 ABWASSERTECHNISCHE KLASSIFIZIERUNG VON SUSPENSIONEN
303
8.2 MODELLERSTELLUNG FUER FEST-FLUESSIG-TRENNEINHEITEN
307
8.3 ZWISCHENBEMERKUNGEN/AUSBLICK
307
9 GLEICHMAESSIGES ABSETZEN VERSUS FLUIDISATION
309
9.1 THEORETISCHE GRUNDUEBERLEGUNGEN
309
9.2 MODELLANSAETZE BEI ABSETZ-/FLUIDISIERUNGSPROZESSEN
311
9.3 BEMERKUNGEN ZU
YYZONE-SETTLING'
UN
D FLUIDISIERUNGSANSAETZEN
323
10 DIE
YYLIMITING-SOLIDS-FLUX-THEORY"
- FALLSTUDIEN
329
10.1 THEORETISCHE ASPEKTE
329
10.2 SEDIMENTATION-FALLSTUDIEN
339
10.2.1 PROZESSANALYSE KOMPAKT AUSFLOCKENDER PARTIKEL
339
10.2.1.1 LABORVORSCHRIFT - ALLGEMEINES 339
10.2.1.2 DISKUSSION DER ERGEBNISSE
340
10.2.1.3 ZWISCHENBEMERKUNGEN
348
10.2.2 FALLSTUDIE - SCHWACH AUSFLOCKENDE PARTIKEL
349
10.2.2.1 ALLGEMEIN
349
10.2.2.2 LABOR-VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
350
10.2.2.3 PROZESSANALYSE UN
D DISKUSSION DER ERGEBNISSE
352
10.2.2.4 ZWISCHENBEMERKUNGEN
361
10.3 SCHLUSSBEMERKUNGEN ZUR MODELLERSTELLUNG MITTELS
SEDIMENTATIONSVERSUCHEN 362
11 EINBINDUNG DER FLOCKENKOMPRESSION BEI BELEBTSCHLAEMMEN
IN DIE MASSEN-FLUX-THEORIE 367
11.1 SCHLAMMKOMPRESSION -
STATE OFTHE ART
367
11.2 AUFGABENSTELLUNG
370
11.3 VERSUCHSPLANUNG UND-DURCHFUEHRUN
G
370
11.4 THEORETISCHE GRUNDUEBERLEGUNGEN
379
11.4.1 DER KURGAEV'SCHE KOMPRESSIONSANSATZ 379
11.4.1.1 ERWEITERUNG DES KURGAEV'SCHEN MODELLS
383
11.4.2 DER COULSON-RICHARDSON-KOMPRESSIONSANSATZ (CR)
385
11.4.2.1 ERWEITERUNG DES CR-KOMPRESSIONSANSATZES 386
11.5 DISKUSSION DER ERGEBNISSE
388
11.6 DIMENSIONIERUNG EINES STATISCHEN EINDICKERS
397
11.7 SCHLAMMKOMPRESSION - SCHLUSSBEMERKUNGEN 399
12 SCHLUSSWORT - AUSBLICK 409
STICHWORTVERZEICHNIS 429 |
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