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Entwicklung einer Methode zur direkten Messung der Lachgasbildungsrate in Nitritationsverfahren

Fontes, Tim

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Zugriffsbeschränkung: nur innerhalb des Universitäts-Campus
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Monographie
ISBN: 978-3-8428-2982-4
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 24.06.2015
Kurzfassung auf Deutsch: Distickstoffmonoxid (N2O) ist ein geschmackloses, reaktionsträges, in kleinen Mengen ungiftiges Gas, welches eingeatmet Sinnestäuschungen und Lachlust hervorruft. Aus diesem Grund trägt Distickstoffmonoxid den Beinamen Lachgas. In der Industrie wird Lachgas als Treibgas für Lebensmittel, in der Medizin hingegen als Anästhetikum verwendet. Problematisch ist jedoch, dass N2O neben CH4, FCKW und CO2 ein sehr langlebiges Spurengas ist (Riedel, 2007). Lachgas gilt als starkes Treibhausgas, welches 310-mal folgenreicher eingeschätzt wird als CO2 (Barton, 2002). Entsprechend dieses hohen Global Warming Potential (GWP-Wertes) hat Lachgas einen großen Einfluss auf die zukünftige Klimaentwicklung. Lachgas wird nicht nur anthropogen freigesetzt, sondern auch indirekt durch verschiedene mikrobiologische Prozesse. So trägt neben der Landwirtschaft und der natürlichen Umsetzung in Böden die Abwassertechnik zur Bildung von N2O-Emissionen bei. Hier entweicht N2O bei der weit etablierten biologischen Stickstoffeliminierung aus mikrobiellen Zellen während der Nitrifikation und Denitrifikation (Firestone, 1989). Aktuelle Untersuchungen zeigen zudem, dass bei einer unvollständigen Nitritation von erhöhten Lachgasemissionen ausgegangen werden muss. Aufgrund der zuvor genannten Gründe ist es daher zwingend erforderlich, diese Prozesse unter dem Gesichtspunkt der Emission und dem damit einhergehendem Klimaeinfluss genauer zu bewerten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es durch den Einsatz eines zur N2O-Messung in der Flüssigphase entwickelten Mikrosensors eine Messmethode zu entwickeln, mit der die Lachgasbildung in Nitritationsverfahren bewertet werden kann. Zu Beginn dieser Arbeit wird ein Überblick über bisher verwendete Verfahren zur Bestimmung von Gasbildungsraten und Gaszehrungsraten aus der Fachliteratur gegeben. Im Zuge dieser Betrachtung für die Messung von Gasbildungsraten im Abwasser, werden die Stickstoffumsätze auf Kläranlagen unter der besonderen Betrachtung möglicher N2O-Quellen etablierter Verfahren näher beleuchtet. Darauf aufbauend wird das gewählte Konzept zum Messvorgang der möglichen Lachgasbildungsrate in belüfteten Reaktoren mittels eines Mikrosensor für gelöste N2O-Konzentrationen vorgestellt. Ergänzend folgen die Beschreibung der Umsetzung und die Funktionsweise des Messsystems. Ebenso werden der konkrete Aufbau und die Umsetzung der benötigten und gewählten Mess- und Steuerungstechnik dargestellt. In diesem Zusammenhang werden zudem die Kalibrierung und der beispielhafte Einsatz der Messtechnik beschrieben. Abschließend werden die erhobenen Messdaten anhand der berechneten N2O-Bildungsraten bewertet und der Einsatz wird anhand zweier verschiedener Betriebseinstellungen verglichen.Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: AbbildungsverzeichnisIII TabellenverzeichnisV FormelverzeichnisV AbkürzungsverzeichnisV 1.Einleitung1 2.Grundlagen3 2.1Messtechnische Grundlagen3 2.1.1Labormessverfahren4 2.1.2In-Situ Messverfahren8 2.2Biologische Grundlagen11 2.2.1Stickstoffeinträge11 2.2.2Nitrifikation / Nitritation13 2.2.3Mittel zur Unterdrückung der Nitritation14 2.2.4Lachgas (N2O)16 2.2.5Bildungsrate17 2.3Statistische Grundlagen21 3.Material und Methoden24 3.1Aufbau der benötigten Mess- und Steuerungstechnik26 3.2Materialien und Software28 3.2.1Verwendete Geräte28 3.2.2Verwendete Materialien29 3.2.3Verwendete Software29 3.3Messmethodik35 3.3.1Randbedingungen und sicherheitsrelevante Aspekte36 3.3.2Vorbereitende Schritte einer Messung36 3.3.3Kalibrierung und Kontrolle der Messtechnik40 3.3.4Beispielhafter Einsatz des entwickelten Vorgehens45 3.3.5Analytische Methoden46 3.4Berechnung der N2O Bildungsrate49 4.Auswertung52 4.1Bewertung des Reaktorbetriebs53 4.2Bestimmung der Lachgasbildungsrate in Nitritationsverfahren55 5.Zusammenfassung67 6.Ausblick69 Literaturverzeichnisi AnhangvTextprobe:Eine Textprobe von 2-3 Seiten kann beim Verlag unter info@diplom.de angefordert werden.


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Letzte Änderung: 12.10.2015