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Improving digestibility of cattle waste by thermobarical treatmentBudde, Jörn 16 April 2015 (has links)
Im Laborversuch konnte der positive Einfluss einer thermobarischen Vorbehandlung auf die Hydrolysier- und Vergärbarkeit von Rinderfestmist und Rindergülle nachgewiesen werden. Die Laborergebnisse wurden innerhalb eines theoretischen Modells in den Praxismaßstab übertragen, um den Einfluss auf Treibhausgasemissionen, Energiebilanz und Ökonomie zu bewerten. Die Vorbehandlungstemperaturen im Labor lagen zwischen 140 und 220°C in Schritten von 20 K und einer Vorbehandlungszeit von jeweils 5 Minuten. Die höchste Methanmehr¬ausbeute von 58 % konnte bei einer Temperatur von 180°C ermittelt werden. Das Auftreten von Inhibitoren und nicht vergärbaren Bestandteilen führte bei einer Aufbereitungstemperatur von 220°C zu Methanausbeuten, die geringer waren als die des unaufbereiteten Einsatzstoffes. In einer erweiterten Analyse konnte ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Methanausbeute nach 30 Tagen und der Methanbildungsrate und -ausbeute während der Beschleunigungsphase gezeigt werden. Mittels einer Regressionsanalyse der so ermittelten Werte wurde nachgewiesen, dass die optimale Aufbereitungstemperatur 164°C ist und die minimale größer als 115°C zu sein hat. Treibhausgasemissionen und Energiebilanz wurden im Rahmen einer Ökobilanz nach ISO 14044 (2006) ermittelt, sowie eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Dazu wurde eine Anlage zur thermobarischen Vorbehandlung entwickelt und innerhalb eines Modells in eine Biogasanlage integriert. Weiterhin wurde in diesem Modell Maissilage durch Rinderfestmist und / oder Rindergülle als Einsatzstoff ersetzt. Rinderfestmist, ein Einsatzstoff mit hohem organischen Trockenmassegehalt, der ohne Vorbehandlung nicht einsetzbar wäre, erreichte eine energetische Amortisationszeit von 9 Monaten, eine Vermeidung in Höhe der während der Herstellung emittierten Treibhausgase innerhalb von 3 Monaten und eine ökonomische Amortisationszeit von 3 Jahren 3 Monaten, wohingegen Rindergülle keine positiven Effekte zeigte. / Hydrolysis and digestibility of cattle waste as feedstock for anaerobic digestion were improved by thermobarical treatment in lab-scale experiments. The effects of this improvement on greenhouse gas emissions, energy balance and economic benefit was assessed in a full-scale model application. Thermobarical treatment temperatures in lab-scale experiments were 140 to 220°C in 20 K steps for a 5-minute duration. Methane yields could be increased by up to 58 % at a treatment temperature of 180°C. At 220°C, the abundance of inhibitors and other non-digestible substances led to lower methane yields than those obtained from untreated material. In an extended analysis, it could be demonstrated that there is a functional correlation between the methane yields after 30 days and the formation rate and methane yield in the acceleration phase. It could be proved in a regression of these correlation values that the optimum treatment temperature is 164°C and that the minimum treatment temperature should be above 115°C. The theoretical application of a full-scale model was used for assessing energy balance and greenhouse gas emissions following an LCA approach according to ISO 14044 (2006) as well as economy. A model device for thermobarical treatment has been suggested for and theoretically integrated in a biogas plant. The assessment considered the replacement of maize silage as feedstock with liquid and / or solid cattle waste. The integration of thermobarical pretreatment is beneficial for raw material with high organic dry matter content that needs pretreatment to be suitable for anaerobic digestion: Solid cattle waste revealed very short payback times, e.g. 9 months for energy, 3 months for greenhouse gases, and 3 years 3 months for economic amortization, whereas, in contrast, liquid cattle waste did not perform positive replacement effects in this analysis.
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Wirkung von Umweltchemikalien auf Gammarus fossarum - Populationsexperimente und individuenbasiertes ReproduktionsmodellSchmidt, Jens 12 June 2004 (has links) (PDF)
Das Schutzziel in der Ökotoxikologie ist die Population. Untersuchungen zur Wirkung von subletalen Konzentrationen einer Umweltchemikalie auf Populationsebene, zum Beispiel mit künstlichen Fließgewässersystemen (Mikrokosmen) können aussagekräftigere Beiträge zur ökotoxikologischen Bewertung einer Umweltchemikalie liefern. Außerdem können bei solchen Untersuchungen mögliche indirekte Effekte erfaßt werden. Über die Reaktion von Fließgewässer-Biozönosen gegenüber Umweltchemikalien ist relativ wenig bekannt. Die überwiegende Zahl der Untersuchungen zur Abschätzung des Gefährdungspotentials von Umweltchemikalien wurde mit Testsystemen für Lebensgemeinschaften in stehenden Gewässern untersucht. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse dieser Tests auf Fließgewässer-Lebensgemeinschaften ist meist nicht gegeben. Daher ist es notwendig Testsysteme zu etablieren, mit denen die Wirkung von Umweltchemikalien auf Fließgewässer-Lebensgemeinschaften untersucht werden kann. In einem Gewächshaus wurden fünf Fließrinnen etabliert, mit denen die physikalisch-chemischen Bedingungen in einem Bach simuliert werden können. Im Gegensatz zu Untersuchungen einer komplexen Lebensgemeinschaft mit hoher Variabilität, wie sie sich beispielsweise durch das Einbringen von natürlichem Sediment aus Fließgewässern einstellt, wurde in diesen Experimenten die Wirkung von Chemikalien auf eine einfache Lebensgemeinschaft untersucht. Die Lebensgemeinschaft in den Fließrinnen bestand deshalb aus wenigen, ausgewählten Arten. Untersucht wurden die Konzentrationen 0,6, 6, 60 und 600 µg/l (Terbutryn) und 0,05, 0,5, 5 und 50 µg/l (Fenoxycarb). Gegenstand der vorliegenden Arbeit waren die Untersuchungen mit Gammarus fossarum. In einem akuten Toxizitätstest wurde die LC50 von Terbutryn für adulte und juvenile Gammariden ermittelt. In den Fließrinnenexperimenten mit Terbutryn und Fenoxycarb wurden populationsrelevante Parameter der Gammaridenpopulationen untersucht. Ob und in welchem Umfang sich Effekte, die mit den Standardtests gemessen wurden, auf bestimmte ökotoxikologische Endpunkte der Population auswirken, kann nicht immer unmittelbar abgeleitet werden. Eine Möglichkeit wäre die aufwendige Durchführung von Populationsexperimenten mit einfachen oder komplexeren Modellökosystemen über eine lange Zeit. Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung mathematischer Modelle zur Beschreibung der Populationsdynamik. Das begleitend zu den Untersuchungen entwickelte individuenbasierte Reproduktionsmodell GamMod bildet die Populationsdynamik einer abgeschlossenen Population von Gammarus fossarum in künstlichen Fließgewässersystemen ab. Es wird die Struktur und Dynamik des realen Systems (Populationsdynamik) unter Einbeziehung der Kenntnisse des Reproduktionszyklus modelliert. Modellszenarien sollen Aussagen über den Einfluß der Änderung einer Variablen bezüglich der Populationsdynamik liefern.
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Wirkung von Umweltchemikalien auf Gammarus fossarum - Populationsexperimente und individuenbasiertes ReproduktionsmodellSchmidt, Jens 10 November 2003 (has links)
Das Schutzziel in der Ökotoxikologie ist die Population. Untersuchungen zur Wirkung von subletalen Konzentrationen einer Umweltchemikalie auf Populationsebene, zum Beispiel mit künstlichen Fließgewässersystemen (Mikrokosmen) können aussagekräftigere Beiträge zur ökotoxikologischen Bewertung einer Umweltchemikalie liefern. Außerdem können bei solchen Untersuchungen mögliche indirekte Effekte erfaßt werden. Über die Reaktion von Fließgewässer-Biozönosen gegenüber Umweltchemikalien ist relativ wenig bekannt. Die überwiegende Zahl der Untersuchungen zur Abschätzung des Gefährdungspotentials von Umweltchemikalien wurde mit Testsystemen für Lebensgemeinschaften in stehenden Gewässern untersucht. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse dieser Tests auf Fließgewässer-Lebensgemeinschaften ist meist nicht gegeben. Daher ist es notwendig Testsysteme zu etablieren, mit denen die Wirkung von Umweltchemikalien auf Fließgewässer-Lebensgemeinschaften untersucht werden kann. In einem Gewächshaus wurden fünf Fließrinnen etabliert, mit denen die physikalisch-chemischen Bedingungen in einem Bach simuliert werden können. Im Gegensatz zu Untersuchungen einer komplexen Lebensgemeinschaft mit hoher Variabilität, wie sie sich beispielsweise durch das Einbringen von natürlichem Sediment aus Fließgewässern einstellt, wurde in diesen Experimenten die Wirkung von Chemikalien auf eine einfache Lebensgemeinschaft untersucht. Die Lebensgemeinschaft in den Fließrinnen bestand deshalb aus wenigen, ausgewählten Arten. Untersucht wurden die Konzentrationen 0,6, 6, 60 und 600 µg/l (Terbutryn) und 0,05, 0,5, 5 und 50 µg/l (Fenoxycarb). Gegenstand der vorliegenden Arbeit waren die Untersuchungen mit Gammarus fossarum. In einem akuten Toxizitätstest wurde die LC50 von Terbutryn für adulte und juvenile Gammariden ermittelt. In den Fließrinnenexperimenten mit Terbutryn und Fenoxycarb wurden populationsrelevante Parameter der Gammaridenpopulationen untersucht. Ob und in welchem Umfang sich Effekte, die mit den Standardtests gemessen wurden, auf bestimmte ökotoxikologische Endpunkte der Population auswirken, kann nicht immer unmittelbar abgeleitet werden. Eine Möglichkeit wäre die aufwendige Durchführung von Populationsexperimenten mit einfachen oder komplexeren Modellökosystemen über eine lange Zeit. Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung mathematischer Modelle zur Beschreibung der Populationsdynamik. Das begleitend zu den Untersuchungen entwickelte individuenbasierte Reproduktionsmodell GamMod bildet die Populationsdynamik einer abgeschlossenen Population von Gammarus fossarum in künstlichen Fließgewässersystemen ab. Es wird die Struktur und Dynamik des realen Systems (Populationsdynamik) unter Einbeziehung der Kenntnisse des Reproduktionszyklus modelliert. Modellszenarien sollen Aussagen über den Einfluß der Änderung einer Variablen bezüglich der Populationsdynamik liefern.
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