The landfill leachate is commonly treated for non-biodegradable organic matters, ammonia and colour. Experimental investigations using polyaluminium chlorite (PAC) and UV/O3 have been conducted for the determination of optimal pH value, reaction time and PAC concentration for the removal of chemical oxygen demand (COD) and colour. In pre-treatment coagulation stages, the highest COD and colour removal efficiencies were observed at the concentration of PAC ≥ 3,000 mglG1 and pH values between 7 and 8. However, these experiments also indicated significant removal efficiency for PAC starting with concentrations of 1,500 mglG1. The efficiency of COD and colour removal were approximately 30% and 70%, respectively. Similar efficiencies have been observed also during the second treatment stage where UV/O3 processes were used to treat coagulated leachate. After UV/O3 application, the pH of leachate reached the optimum value of 7.5 whereas the highest COD and colour removal efficiency was 55% and 72%, respectively, and the optimal reaction time was achieved after 80 min. / Nước rỉ rác sinh ra từ bãi chôn lấp chất thải rắn cần được xử lý các thành phần chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, xử lí amoni và độ màu. Một số kết quả thử nghiệm về xử lý COD và màu của nước rỉ rác bằng việc sử dụng phương pháp keo tụ với PAC và quá trình UV/O3 đã được thực hiện cùng với việc xác định các giá trị pH tối ưu, thời gian phản ứng và nồng độ PAC tối ưu. Hiệu suất xử lý cao nhất đạt được khi nồng độ của PAC ≥ 3.000 mg/l, pH trong khoảng từ 7 đển 8 trong giai đoạn tiền xử lý. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ COD và màu bắt đầu tăng rõ khi nồng độ PAC từ 1.500 mg/l trở lên. Hiệu quả loại bỏ COD và màu tương ứng là khoảng 30% và 70%. Các giá trị pH này phù hợp cho quá trình phản ứng UV/O3 được sử dụng sau giai đoạn keo tụ. Sau quá trình xử lý bằng hệ UV/O3, pH của nước rỉ rác tối ưu được xác định là 7,5 (hiệu suất xử lý COD và màu cao nhất tương ứng là 55% và 72%), thời gian phản ứng tối ưu là 80 phút.

Es wurde die sorptive Bindung von in Wasser gelösten Schadstoffen an der Oberfläche von cellulose- und stärkehaltigen Naturstoffen untersucht. In einem umfangreichen Screening wurde die Aufnahme von Schwermetallionen durch Ionenaustausch sowie von organischen Verbindungen durch Adsorption nachgewiesen. Die mathematische Beschreibung der Sorptionsvorgänge erfolgte durch Langmuir- und Freundlich-Isothermen. Durch chemische Modifikationen der Cellulosematrix wurde eine weitere Steigerung der Sorptionskapazitäten angestrebt. Der Einbau von phosphorhaltigen funktionellen Gruppen in verschiedene cellulosebasierte Naturstoffe erbrachte eine deutliche Erhöhung der Schwermetallbeladungen. Die Praxistauglichkeit der Sorbentien wurde in Durchbruchsversuchen mit synthetischen und realen Abwässern nachgewiesen, wobei sowohl native als auch chemisch modifizierte Stoffe einzeln und in Kombinationen zum Einsatz kamen.

Oily wastewater produced from petroleum and petrochemical refining processes is one of the gravest environmental threats. Oil waste ending up in sewers and dumps each year is equal to 25 times the amount of crude oil spilled in the Exxon Valdez accident (1989). Oil/Water separation covers a broad spectrum of industrial process operations. There are many techniques employed depending on each situation. The byproduct of water recovery from oily wastewater is a sludge rich in oil, surfactants and particles (oily sludge). The oily sludge still contains significant amounts of waters, which need to be recovered prior to its disposal. The use of polyelectrolytes for the flocculation of the emulsified oil and its separation from the aqueous phase is usually one of the steps of the wastewater as well as oily sludge treatment process. The efficiency of polyelectrolytes as floculants is quite often evaluated via trial and error and the appropriate polymer is selected according to the case. Even in scientific investigations it is rather common to use industrial oily sludge samples. The industrial oily sludge is characterized and treated by polyelectrolytes. Nevertheless industrial oily sludge is quite complicated and variable to be approximated by a model. For the systematic study of polyelectrolytes efficiency a stable, realistic and well-defined oily sludge model is necessary. In the present work an oily sludge model was successfully developed and characterized. The model consists on water, oil (kerosene), surfactant (sodium dodecyl sulphate, SDS) and clay particles (Blauton). The emulsifying efficiency of the surfactant and the clay were studied independently. The interactions between the surfactant and the clay including adsorption of the former on the later and cation exchange reactions were investigated. The four components were finally combined to form a series of emulsions varying the relative amounts of the emulsifiers for the highest stability to be encountered. Having concluded on the composition of the oily sludge model the efficiency of various polyelectrolytes was evaluated. Commercial natural (chitosans), synthetic (PolyDADMACs) polyelectrolytes and oilbreaks as well as lab-scale semi-synthetic polymers (modified chitosans) were tested. The flocculation efficiency was determined based on the amount and quality of water that was recovered as well as on the floc stability, size and sedimentation speed. The recovered water was characterized according to the environmental protection agency (EPA). The analysis included measurements on: total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5), total suspended solids (TSS) and pH. Selection of the appropriate flocculant also depends on the type of flocs formed in combination to the treatment following the flocculation. When filtration or centrifugation is used as a post-flocculation process the appropriate polymers are those that form large and porous flocs, as the case of the modified chitosans AG95 and AG97. Clarification devices on the other hand require dense flocs as these produced by the use of PolyDADMACs, commercial chitosans, oilbreaks and modified chitosans GA35, GA41 and AG79. Regarding the water quality, some of the polymers used that have low values of COD, TOC and BOD5, may not need the secondary treatment (biological) prior to discharge, such as P187K (PolyDADMAC) and GA41 (modified chitosan). The others require a biological treatment for the regulation limits to be reached. The pH values of modified chitosans (except of AG97), lab-scale PolyDADMACs and an oilbreak (OCAA) are all in range of the regulation limits. The applicability of biopolymers as flocculants for oil sludge dewatering is a relatively new field of investigation. As a consequence of the growing demand for environmentally friendly technologies as well as renewable resources the interest on natural flocculants has increased. The aminopolysaccharide chitosan and its modified derivatives have outstanding properties such as biocompability, biodegradability, hydrophilicity, adsorption, flocculating ability and antibacterial properties. These natural polymers derived from the sea-food industry waste products would be very useful as residue oil adsorbents in any oily wastewater and can be among the most promising candidates as a replacement of the synthetic flocculants. / Ölhaltiges Abwasser, das bei Erdöl- und petrolchemischen Raffinierungsprozessen entsteht, ist eine der größten Umweltgefahren. Dieses Altöl landet jedes Jahr in der Kanalisation und in Deponien. Es handelt sich dabei um die 25-fache Menge an Rohöl, die beim Unfall der Exxon Valdez (1989) ausgeflossen ist. Die Öl/Wasser-Trennung überspannt ein breites Spektrum industrieller Prozesse. Es gibt viele Techniken, die abhängig von jeder Situation eingesetzt werden. Das Nebenprodukt bei der Abtrennung von Wasser aus ölhaltigen Abwässern ist ein Schlamm (Ölschlamm), der reich an Öl, Tensiden und Partikeln ist. Der Ölschlamm enthält noch bedeutende Mengen an Wasser, die vor ihrer Entsorgung verwertet werden müssen. Die Verwendung von Polyelektrolyten zur Ausflockung des emulgierten Öls und seine Trennung von der wässrigen Phase ist in der Regel einer der Schritte zur Behandlung von Abwässern sowie ölhaltigen Schlämmen. Die Effizienz von Polyelektrolyten als Flockungsmittel wird ganz häufig über Versuch und Fehler bewertet, und das passende Polymer wird entsprechend dem jeweiligen Fall ausgewählt. Sogar in wissenschaftlichen Untersuchungen ist es eher üblich, industrielle Ölschlamm-Proben zu verwenden. Der industrielle Ölschlamm wird charakterisiert und mit Polyelektrolyten behandelt. Dennoch ist der industrielle Ölschlamm ziemlich kompliziert und variabel und muss durch ein Modell angenähert werden. Für die systematische Untersuchung der Effizienz von Polyelektrolyten als Flockungsmittel ist ein stabiles, realistisches und klar definiertes Ölschlamm-Modell notwendig. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Ölschlamm-Modell erfolgreich entwickelt und charakterisiert. Das Modell besteht aus Wasser, Öl (Kerosin), Tensid (Natriumdodecylsulfat, SDS) und Tonteilchen (Blauton). Die Emulgiereffizienz des Tensids und des Tons wurden unabhängig voneinander untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen dem Tensid und dem Ton, die sowohl die Adsorption des Ersteren auf dem Letzteren einschließen als auch einen Kationenaustausch, wurden untersucht. Die vier Komponenten des Ölschlamm-Modells wurden schließlich kombiniert und es wurde eine Reihe von Emulsionen hergestellt, bei denen die relativen Mengen der Emulsionsmittel verändert wurden, um eine möglichst hohe Stabilität zu erreichen. Nachdem ein geeignetes Ölschlamm-Modell zur Verfügung stand, wurde die Effizienz der verschiedenen Polyelektrolyte als Flockungsmittel bewertet. Kommerzielle natürliche (Chitosane), synthetische (PolyDADMACs) Polyelektrolyte und Oilbreaks sowie Labor-semi-synthetische Polymere (modifizierte Chitosane) wurden getestet. Die Flockungseffizienz wurde sowohl basierend auf der Menge und Qualität des Wassers, das zurückgewonnen wurde, als auch bezogen auf die Flockenstabilität, die Flockengröße und die Sedimentationsgeschwindigkeit bestimmt. Das zurückgewonnene Wasser wurde entsprechend der Vorschriften der Behörde für Umweltschutz (EPA) charakterisiert. Die Analysen enthielten die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC), des chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB5), des Gesamtgehalts an suspendierten Partikeln (TSS) und die Bestimmung des pH. Die Auswahl geeigneter Flockungsmittel hängt auch von der Art der gebildeten Flocken, in Kombination mit der Behandlung, die den Flockungsprozess folgt, ab. Wenn als Postflockungsprozess Filtration oder Zentrifugation folgen, sollten Polymere verwendet werden, die große und poröse Flöckchen bilden, wie im Fall der modifizierten Chitosane AG95 und AG97. Andererseits verlangen Geräte zur Klärung von Abwässern dichte Flocken, wie solche, die beim Einsatz von PolyDADMACs, kommerziellen Chitosanen, Oilbreaks und den modifizierten Chitosanen GA35, GA41 und AG79 entstehen. In Bezug auf die Wasserqualität erhält man mit einigen der verwendeten Polymere so niedrige Werte von CSB, TOC und BSB5, dass wie im Falle von P187K (PolyDADMAC) und GA41 (modifiziertes Chitosan) keine biologische Sekundärbehandlung notwendig ist. Im Falle der anderen Polymere ist eine biologische Behandlung nötig, um die vorgeschriebenen Grenzen zu erreichen. Die pH-Werte der modifizierten Chitosane (außer der AG97), der im Labor hergestellten PolyDADMACs und des Oilbreak OCAA sind alle in Bereich der vorgeschriebenen Grenzen. Die Anwendbarkeit von Biopolymeren als Flockungsmittel für die Ölschlammentwässerung ist ein relativ neuer Forschungsbereich. Als Folge der wachsenden Nachfrage nach umweltfreundlichen Technologien sowie erneuerbarer Ressourcen hat das Interesse an natürlichen Flockungsmitteln zugenommen. Das Aminopolysaccharidchitosan und dessen modifizierte Produkte haben hervorragende Eigenschaften wie Biokompatibilität, Biodegradierbarkeit, Hydrophilie, Adsorption, die Fähigkeit zur Flockung und antibakterielle Eigenschaften. Diese natürlichen Polymere, die aus Meeresfrüchte-Industrieabfallprodukten gewonnen werden, sollten als Restöl-Adsorbentien bei der Aufarbeitung jedes ölhaltigen Abwassers sehr nützlich sein und können zu den vielversprechendsten Kandidaten als Ersatz der synthetischen Flockungsmittel werden.

Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) such as disseminated by the Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA) are increasingly being recognized by decision makers across the world as an option for service delivery in densely populated low-income areas. However, little practical experience has been gathered methodologically on basic engineering and performance aspects surrounding these systems. This thesis investigates full-scale anaerobic reactors of communal DEWATS implemented in tropical regions in order to consolidate the basis of future design and support monitoring, operation and maintenance procedures. Special focus is laid on the operation of the Anaerobic Baffled Reactor (ABR) as the core technology of DEWATS. Field research has been conducted for over four years at numerous communal systems in Indonesia, India and South Africa in order to (i) verify the generally used parameter values for DEWATS design and operation, (ii) identify factors limiting the treatment efficiency of existing systems in the field and (iii) investigate the performance of DEWATS and DEWATS treatment steps (especially ABRs) under tropical field conditions in terms of effluent concentration, Chemical Oxygen Demand (COD) removal, sludge stabilisation and sludge activity. Field data on average per capita wastewater production in DEWATS implementation areas, long term fluctuations and peak-flow values are presented. General per capita organic load and per capita nutrient load, per capita biogas production in digesters and per capita sludge accumulation in ABRs are estimated. Based on available data and field observations, treatment limiting factors are hypothesised to be rain-water intrusion, general under-loading, organic under-loading and elevated raw-water salinity in coastal areas. Effluent measurements performed at one hundred nine systems in Indonesia indicated guaranteed maximum concentrations of 200 mg CODt l-1 for anaerobic DEWATS treatment effluent if the treated wastewater is non-saline. ABR COD reduction of four case studies was poor in three cases and fair in one case. Sludge accumulation rates indicated good sludge stabilisation and sludge activity in all four systems. Anaerobic Filters (AF) contributed in all three case studies, in which they were part of the plant design, significantly to COD reduction. Nutrient effluent concentrations were comparably high. Large fractions of effluent organics were found to be biodegradable. It is hypothesised that system treatment would improve significantly if maximum hydraulic load was lower, general organic load was higher and therefore both close to design estimation. It is thus proposed to control the amount of storm water intruding the systems, increase feed concentration through partial grey-water exclusion and reduce the nutrient load in system effluent through partial urine diversion. It is further proposed to reduce the HRT of the settler below 10 h in order to increase the organic load to the ABR. It is further hypothesised that systems could be operated at higher hydraulic dry weather load than currently assumed since active anaerobic digestion appears to be capable of establishing itself under extreme hydraulic pressure. This may lead to a considerable reduction of building costs. Anaerobic digestion modelling with the existing ADM-3P model confirmed that observed sludge accumulation rates indicate active hydrolytic systems. The model could however not be used to produce soluble COD effluent concentration benchmarks due to its sensitivity to methanogenic rate constants. The general view held for anaerobic reactors treating wastewater with high solid content is that hydrolysis is the rate-limiting degradation step. It is hypothesised that this does not apply for solid accumulating systems such as the ABR. / Die durch die Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA) verbreiteten Decentralised Wastewater Treatment Systems (DEWATS) werden international von Entscheidungsträgern zunehmend als Möglichkeit angesehen, kommunale Abwasserreinigung in dichtbesiedelten, einkommensschwachen Gegenden zu ermöglichen. Allerdings wurden bislang wenig praktische Erfahrungen methodisch über grundlegende Aspekte der Anlagendimensionierung und Anlagenleistungsfähigkeit aufgenommen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden anaerobe Reaktoren kommunaler DEWATS unter tropischen Feldbedingungen untersucht, um eine Datengrundlage für zukünftige Dimensionierung, Wartung und Betrieb, als auch Monitoring der Anlagen zu schaffen. Schwerpunkt wurde dabei auf den Anaerobic Baffled Reactor (ABR) als Kerntechnologie von DEWATS gelegt. Felduntersuchungen wurden in der Zeit von mehr als vier Jahren an zahlreichen kommunalen DEWATS in Indonesien, Indien und Südafrika durchgeführt, um (i) die gängig gewählten Parameterwerte für Anlagen-Dimensionierung und -Betrieb zu überprüfen, (ii) leistungslimitierende Faktoren im Feldbetrieb zu identifizieren und um (iii) die Leistungsfähigkeit von DEWATS und DEWATS-Reinigungsstufen (insbesondere des ABRs) unter tropischen Feldbedingungen bezüglich Abflusskonzentrationen, Reduzierung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB), Schlammstabilisierung und Schlammaktivität zu untersuchen. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen, wurden durchschnittliche Einwohnergleichwerte, Langzeitvariationen und Faktoren für Zuflussspitzen für kommunale Abwasserproduktion in DEWATS-Zielbevölkerungsgruppen präsentiert. Ferner werden allgemeine Pro-Kopf-CSB-Frachten, -Ammoniumfrachten und -Phosphorfrachten, die Pro-Kopf-Biogasproduktion in kommunalen Biogasanlagen sowie die Pro-Kopf-Schlammakkumulation in ABRs abgeschätzt. Auf Felduntersuchungen basierend, wurden Fremdwassereinfluss, generelle Unterbelastung, organische Unterbelastung und erhöhte Frischwassersalinität in Küstengebieten als leistungslimitierende Faktoren im Feldbetrieb identifiziert. An 109 indonesischen Anlagen durchgeführte Abflusskonzentrationsmessungen ließen auf eine garantierte Abflusskonzentration der anaeroben Reaktoren von 200 mg CSB l-1 schließen, wenn der negative Einfluss von erhöhter Frischwassersalinität ausgeschlossen werden kann. Der CSB-Abbau durch ABRs in vier detailliert untersuchten DEWATS war gering in drei Fällen und befriedigend in einem Fall. Anaerobe Filter (AF) trugen in den drei Fällen, in denen sie Teil der Anlagenkonfigurationen waren, signifikant zur CSB-Reduzierung bei. Ammonium- und Phoshorkonzentrationen in allen Reaktorabläufen waren vergleichsweise hoch. Ein großer Anteil des CSBs in Reaktorabläufen war biologisch abbaubar. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass sich die Leistungsfähigkeiten der Anlagen signifikant verbessern würden, wären die Anlagenbelastungen den Auslegungswerten ähnlicher, d.h., wären die maximalen hydraulischen Belastungen geringer und die organischen Belastungen höher. Es wird deshalb geraten, den Fremdwasserzufluss zu minimieren, die Anlagenzulaufkonzentration durch partielle Grauwasserversickerung zu erhöhen und die Ammonium- und Phoshorkonzentration im Zulauf durch partiellen Urinabschlag zu verringern. Es wird außerdem vorgeschlagen, die hydraulische Aufenthaltszeit in Absetzbecken (settlers) auf zehn Stunden zu begrenzen, um so die organische Belastung der ABRs zu erhöhen. Ferner wird die Hypothese aufgestellt, dass Anlagen unter höherer Trockenwetterbelastung als bislang angenommen betrieben werden können, da aktiver anaerober Abbau auch unter extremen hydraulischen Belastungen möglich erscheint. Dies könnte zu einer signifikanten Senkung der Baukosten führen. Die Modellierung anaerober Abbauprozesse mit dem existierenden ADM-3P-Modell bestätigten, dass im Feld beobachtete Schlammakkumulationsraten auf eine aktive Hydrolyse schließen lassen. Das Modell konnte jedoch nicht genutzt werden, um Bezugswerte für den gelösten CSB im Ablauf der Anlagen zu erhalten, da es eine vergleichsweise hohe Sensitivität in Bezug auf die Raten für Methanogenese aufwies. Die allgemein anerkannte Sichtweise ist, dass die Hydrolyse den geschwindigkeitsbestimmenden Abbauschritt bei der anaeroben Behandlung feststoffreicher Abwässer darstellt. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass dieses nicht für feststoffakkumulierende Systeme, wie den ABR, zutrifft.