Effizienzsteigerung bei der Ethanolherstellung durch Einsatz von Membranverfahren in der Abwasserreinigung:
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Hannover
ISAH
2012
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
I
INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS I
BILDVERZEICHNIS V
TABELLENVERZEICHNIS X
GLEICHUNGEN XIV
ABKUERZUNGEN UND GLOSSAR XVI
1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1
2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 3
2.1 MEMBRANFILTRATION 3
2.1.1 SYSTEMATIK UND MATERIAL VON MEMBRANEN 3
2.1.1.1 AUFBAU VON MEMBRANEN 4
2.1.1.2 ORGANISCHE MEMBRANEN 4
2.1.1.3 ANORGANISCHE MEMBRANEN 5
2.1.2 TRANSPORTVORGAENGE 7
2.1.3 FILTRATIONSARTEN UND TRANSPORTWIDERSTAENDE 8
2.1.3.1 CROSSFLOW UND DEAD-END FILTRATION 8
2.1.3.2 DECKSCHICHTBILDUNG 9
2.1.3.2.1 EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE LEISTUNG DER MEMBRAN 11
2.1.3.2.2 REINIGUNGSARTEN UND-MITTEL 12
2.2 MEMBRANVERFAHREN 13
2.2.1 PARAMETER ZUR VERFAHRENSCHARAKTERISIERUNG 14
2.2.1.1 TRANSMEMBRANDRUCK 14
2.2.1.2 FLUSS 14
2.2.1.3 PERMEABILITAET 14
2.2.1.4 UEBERSTROEMUNGSGESCHWINDIGKEIT 15
2.2.1.5 SPEZIFISCHER LUFTEINTRAG 16
2.2.1.6 ENERGIEBEDARF 17
2.2.2 BETRIEBSKONZEPTE 18
2.2.2.1 DRUCKROHRMEMBRANEN 18
2.2.2.2 GETAUCHTE MEMBRANEN 19
2.2.3 MODULBAUFORMEN 19
2.2.3.1 KAPILLARMODULE 20
2.2.3.2 PLATTENMODULE 21
2.2.4 DECKSCHICHTKONTROLLE 22
2.2.4.1 UEBERSTROEMUNG 23
2.2.4.1.1 FLUID 23
HTTP://D-NB.INFO/1029474087
IMAGE 2
II
INHALTSVERZEICHNIS
2.2.4.1.2 GAS 23
2.2.4.2 HYBRIDKONZEPTE 24
2.2.4.2.1 ROTATION 24
2.2.4.2.2 ABRASION 25
2.2.5 EINSATZ VON KERAMISCHEN MEMBRANEN 28
2.2.5.1 ROTATIONSSCHEIBENFILTER 29
2.2.5.2 GETAUCHTE KERAMISCHE PLATTENMEMBRANEN 30
2.2.5.3 EINFLUSSPARAMETER AUF MEMBRANLEISTUNG UND BIOFOULING 32
2.3 ABWASSERTECHNISCHE VERFAHREN 34
2.3.1 AEROBE KOHLENSTOFFELIMINATION
2.3.2 STICKSTOFFOXIDATION
2.3.3 ANOXISCHE UND ANAEROBE ABWASSERREINIGUNGSVERFAHREN 2.3.3.1
KOHLENSTOFFELIMINATION 2.3.3.2 MEMBRANGESTUETZTES ANAEROBVERFAHREN
2.3.3.3 STICKSTOFFELIMINATION
2.3.3.3.1 DENITRIFIKATION 2.3.3.3.2 DENITRITATION, AMMONIUMOXIDATION UND
DEAMMONIFIKATION
2.3.4 FAELLUNG
2.4 ETHANOL- UND BIOETHANOLHERSTELLUNG
2.4.1 EINSATZSTOFFE
2.4.2 PRODUKTIONSPROZESS 2.4.2.1 VERFAHRENSTECHNIK 2.4.2.2
VERFAHRENSWEITERENTWICKLUNG 2.4.2.3 WILKENING-VERFAHREN
2.4.3 WEGE DER VERWERTUNG VON NEBENPRODUKTEN DER PRODUKTION 2.4.3.1
VERFUETTERUNG 2.4.3.2 VERGAERUNG 2.4.3.3 VERBRENNUNG 2.4.3.4 DUENGUNG
2.4.4 ENERGIEEFFIZIENZ DER BIOETHANOLPRODUKTION
3 MATERIAL UND METHODEN
3.1 ANALYTIK
3.1.1 ABWASSER
3.1.2 SCHLAMM 3.1.2.1 BRENNWERTE 3.1.2.2 ENTWAESSERBARKEIT
3.1.3 GASZUSAMMENSETZUNG UND ORGANISCHE SAEUREN
3.2 LABORUNTERSUCHUNGEN ZU UMSATZRATEN UND HEMMUNGEN
3.2.1 RESPIRATION 3.2.1.1 KOHLENSTOFFUMSATZ 3.2.1.2
KOHLENSTOFFFRAKTIONIERUNG
3.2.2 GASBILDUNGSRATE 3.2.2.1 KOHLENSTOFFUMSATZ
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
III
3.2.2.2 STICKSTOFFUMSATZ 65
3.2.3 HEMMUNGEN 66
3.3 ANLAGENTECHNIK 67
3.3.1 ANAEROBER MEMBRANBIOREAKTOR AMBR 68
3.3.1.1 FUNKTIONSPRINZIP 68
3.3.1.2 BAUTEILE UND FLIESSWEGE 69
3.3.1.3 MESS-/STEUER-/REGELTECHNIK 71
3.3.2 AEROB/ANAEROBER MEMBRANBIOREAKTOR (A)MBR 74
3.3.2.1 FUNKTIONSPRINZIP 74
3.3.2.2 BAUTEILE UND FLIESSWEGE 75
3.3.2.3 MESS-/STEUER-/REGELTECHNIK 78
3.3.3 MEMBRANMODULE 81
3.3.3.1 PILOTTECHNISCHE MODULE 81
3.3.3.2 HOHLFASERMEMBRANEN 81
3.3.3.3 PLATTENMEMBRANEN 82
3.3.3.4 GROSSTECHNISCHE MODULE 83
4 UNTERSUCHUNGEN ZUR BEHANDLUNG DES ABWASSERS AUS DER ETHANOLHERSTELLUNG
DURCH AEROBE UND ANAEROBE VERFAHREN 87 4.1 ABWASSERCHARAKTERISTIK 88
4.1.1 ABWASSER AUS DER BIOETHANOLHERSTELLUNG 90
4.1.1.1 PHYSIKALISCHE VORBEHANDLUNG 90
4.1.1.2 ABBAUBARKEIT 92
4.1.2 ABWASSER AUS DER ETHANOLHERSTELLUNG 93
4.2 ANAEROBES MEMBRANVERFAHREN ZUR KOHLENSTOFFELIMINATION AM BEISPIEL
VON ABWASSER AUS DER BIOETHANOLHERSTELLUNG 94
4.2.1 BIOLOGISCHE VERFAHRENSPARAMETER 94
4.2.1.1 BELASTUNG UND ELIMINATIONSLEISTUNG 95
4.2.1.1.1 KOHLENSTOFF 97
4.2.1.1.2 GASANFALL UND -QUALITAET 99
4.2.1.1.3 STICKSTOFF 101
4.2.1.1.4 HEMMUNG 102
4.2.1.2 SCHLAMMCHARAKTERISTIK 105
4.2.1.2.1 BIOMASSEAKTIVITAET 105
4.2.1.2.2 PARTIKELGROESSENVERTEILUNG 107
4.2.1.2.3 ENTWAESSERBARKEIT 108
4.2.1.2.4 SCHLAMMPRODUKTION 1
4.2.1.2.5 BRENNWERTBESTIMMUNGEN 11
4.2.1.3 VERGLEICHBARE UNTERSUCHUNGEN MIT SUSPENDIERTER BIOMASSE 1
4.2.2 DECKSCHICHTKONTROLLE DURCH BIOGAS-CROSSFLOW 1
4.2.2.1 FILTRATIONSLEISTUNG 1
4.2.2.2 SCALING 1
4.2.3 ZUSAMMENFASSUNG 1
4.3 AEROBES MEMBRANVERFAHREN ZUR STICKSTOFFELIMINATION AM BEISPIEL VON
ABWASSER AUS DER ETHANOLHERSTELLUNG 1
IMAGE 4
IV
INHALTSVERZEICHNIS
4.3.1 BIOLOGISCHE VERFAHRENSPARAMETER 121
4.3.1.1 BELASTUNG UND ABBAULEISTUNG 122
4.3.1.1.1 ANFAHRPHASE 122
4.3.1.1.2 SAUERSTOFFKONZENTRATIONEN 124
4.3.1.1.3 KOHLENSTOFFELIMINATION 126
4.3.1.1.4 STICKSTOFFOXIDATION UND -ELIMINATION 130
4.3.1.2 VERGLEICHBARE UNTERSUCHUNGEN MIT SUSPENDIERTER BIOMASSE 133
4.3.2 MASSNAHMEN ZUR DECKSCHICHTKONTROLLE DURCH MECHANISCHE ABREINIGUNG
135 4.3.2.1 MINIMIERUNG DER EINGESETZTEN BELUEFTUNGSENERGIE 135
4.3.2.2 UMWAELZUNG DURCH STROEMUNGSPUMPE 138
4.3.2.3 BEEINFLUSSUNG DER MEMBRAN DURCH ABRASIONSKOERPER 140
4.3.2.4 UNTERSUCHUNGEN ZU ALTERNATIVEN ABRASIONSKOERPERN 142
4.3.3 ZUSAMMENFASSUNG 147
5 EFFIZIENZBETRACHTUNG UND WIRTSCHAFTLICHKEIT 149
5.1 MATERIALEFFIZIENZ 149
5.2 WIRTSCHAFTLICHKEITSVERGLEICH 152
5.2.1 AEROBES MEMBRANVERFAHREN 153
5.2.2 ANAEROBES MEMBRANVERFAHREN 160
5.2.2.1 INVESTITIONEN 162
5.2.2.2 BETRIEBSKOSTEN 163
5.2.2.3 NACHFOLGENDE BEHANDLUNGSSCHRITTE 164
5.3 POTENTIALE INTEGRIERTER VERFAHREN BEI DER BIOETHANOLPRODUKTION 165
5.3.1 DUENGERPRODUKTION 165
5.3.2 ENERGETISCHE NUTZUNG VON ABWASSER UND NEBENPRODUKTEN 167
5.4 UEBERTRAGBARKEIT 170
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 170
7 LITERATURVERZEICHNIS 174 |
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