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Entwicklung von faseroptischen Fluoreszenzsensoren für die Analyse von Biofilmen und deren Mikroumgebung

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[Quelle: http://d-nb.info]

Das Wachstum von Mikroorganismen auf Oberflächen und Grenzflächen im Biofilm ist sehr verbreitet und spielt eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen wie unter anderem den Materialwissenschaften, der Biomedizin und der Abwasseraufbereitung. Aufgrund der inhomogenen Struktur und der Varianz in den Konsortien der Mikroorganismen stellt die Analyse von Biofilmen allerdings eine große Herausforderung dar. Um eine nicht-invasive online Analyse von Biofilmen zu ermöglichen, wurde ein Fluoreszenzsensor für die Messung der wichtigsten biologischen Fluorophore (Proteine, NADH und Flavin) in Biofilmen entwickelt. Der Sensor bietet die Möglichkeit, kontinuierlich den Stoffwechselzustand des Biofilms zu analysieren. Besonders hervorzuheben ist die Messspitze des Sensors, welche einen Durchmesser von 1 mm aufweist und eine Messung auf der Biofilmoberfläche sowie in der Biofilmstruktur ermöglicht. In dieser Arbeit konnten der Messbereich des Sensors und die Langzeitstabilität bestimmt und die Systemtauglichkeit bestätigt werden. Die Anwendung des Sensors in einem Biofilm wurde schrittweise angenähert. Zunächst wurde der Sensor in Zellsuspensionen und in biofilmähnlichen Strukturen eingesetzt. Abschließend wurde die Bildung eines abwasserbasierten Biofilms mit dem entwickelten Sensor analysiert. Als Proof-of-Principle-Experiment bestätigt dies die Funktionalität des Sensors für den Einsatz in der Biofilmanalyse. Zusätzlich zum Fluoreszenzsensor wurde ein kommerziell erhältliches pH- sowie pO2-Sensorsystem auf die Anwendung in Biofilmen übertragen. Hierzu wurde das System in einer biofilmähnlichen Struktur aus Alginat und anschließend in einer mikrobiellen Brennstoffzelle getestet. Beide Sensorsysteme eignen sich für die Anwendung in Biofilmkultivierungen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Messungen in einer biofilmähnlichen Struktur maßgeblich von der Diffusionslimitierung beeinflusst werden. In Kombination bieten die Sensoren die Möglichkeit, nicht-invasive Biofilmanalysen durchzuführen und so Rückschlüsse auf den Zellzustand und die Prozessumgebung zu erhalten. Ein möglicher Einsatzbereich der Sensoren kann die mikrobielle Brennstoffzelle sein, deren Effizienz maßgeblich durch Sauerstoff und den metabolischen Zustand des Biofilms beeinflusst wird.

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Bücher, Broschüren

Uwe Kutter
Starkregen - Rückstau - Überschwemmung
Handbuch einer ordnungsgemäßen Haus- und Grundstücksentwässerungsanlage zur Ableitung von Schmutz- und Regenwasser
2021, 102 S., 19.4 cm, Softcover
Kommunal- und Schul-Verlag

 

 

Für alle, die ein Haus haben, ist die ordnungsgemäße Haus-/Grundstücksentwässerung mehr als eine rechtliche Betrachtung. Die DIN 1986-100 beinhaltet bei der Planung und dem Bau von Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke vielfältige Anforderungen, die in vielen Fällen bei Bestandsgebäuden mit Keller nicht eingehalten wurden und den meisten Hauseigentümern nicht bekannt sind. Das Problembewusstsein wird erst geweckt, wenn Wasser- und Feuchtigkeitsschäden durch Eindringen von Oberflächenwasser, Rückstau aus dem Kanalnetz und Bodenfeuchtigkeit durch Sicker- und Grundwasser an dem Gebäude auftreten. Gerade der nicht auszuschließende Rückstau des Abwasserkanals, der bei Nichteinhaltung der Anforderungen der DIN 1986-100 (ordnungsgemäße Rückstausicherung) dazu führt, dass der Keller mit Schmutzwasser geflutet wird, ist mehr als nur unangenehm und ein nicht versicherter Schadensfall. Die Folgeschäden sind immens und kostenintensiv. Schimmel und Hausschwamm beeinträchtigen nicht nur die Gebäudesubstanz, hier geht es um die Gesundheit der Bewohner. Vorsorge und Wissen um die Problematik beim Hauseigentümer, beim Bauherr sowie Architekten/Bauingenieur tut also Not. Bei einem Neubau sollte neben der Gestaltung und Raumaufteilung des Gebäudes die Grundstücksentwässerung bei den Bauherren und Architekten ein zentraler Planungspunkt sein. Beim Erwerb von Altimmobilien ist die Klärung und Prüfung der Anlagen zur Beseitigung von Abwasser und Niederschlagswasser wichtig, um sich vor unangenehmen Überraschungen zu schützen. Nur eine ordnungsgemäße Entwässerungsanlage minimiert etwaige Schadensereignisse und ist Grundvoraussetzung für Ansprüche aus einer Elementarschadenversicherung (notwendige Zusatzversicherung für Überschwemmungsschäden) und möglicher Regressansprüche gegenüber der Kommune. Dieses Werk fasst übersichtlich zusammen, was beim Bau zu beachten ist. Checklisten und Abbildungen veranschaulichen die Problematik.

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DWA-Themen T4/2019, Oktober 2019. Digitale Transformation in der deutschen Abwasserwirtschaft - Rahmen und Praxisbeispiele anhand einer Steckbriefsammlung
DWA-Themen, Band T4/2019
2019, 29 S., 3 Abb., 4 Tab., 1 ZIP-Datei,

 

 

Der Themenband vermittelt den Einstieg in Themen und Konzepte der digitalen Transformation in der deutschen Abwasserwirtschaft und dient der Motivation für Ihre eigenen Projekte. Der Themenband richtet sich an alle Akteure der Wasserwirtschaft, insbesondere an kleinere und mittlere Betreiber bzw. Unternehmen. Eine umfangreiche Steckbriefsammlung zu umgesetzten oder noch in der Planung befindlichen Digitalisierungsprojekten ist beim Kauf des Themenbands inkludiert. Darüber hinaus ist der Mustersteckbrief auch eine geeignete Arbeitshilfe bzw. Leitfaden bei der Implementierung und Bewertung von neuen Projekten im Rahmen der Digitalisierung. Hinweis: Die Steckbriefe werden in einer separaten ZIP-Datei zur Verfügung gestellt.

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DWA-Themen T5/2019, Oktober 2019. Vliestücher in Abwassersystemen
DWA-Themen, Band T5/2019
2019, 46 S., 11 Abb., 5 Tab.,

 

 

Die seit Jahren zunehmenden Probleme in Abwassersystemen (Verstopfungen von Abwasserpumpen, Ablagerungen im Kanal sowie die Zunahme an Rechengutmengen) werden von Betreibern meist mit über die Toilette entsorgten Vliestüchern (umgangssprachlich Feuchttüchern) in Verbindung gebracht. In der öffentlichen Diskussion herrscht Uneinigkeit hinsichtlich der Vliestucharten, die zu den Betriebsproblemen beitragen. In dem Themenband werden die durch Vliestücher verursachten Betriebsprobleme analysiert, bestehende Prüfverfahren und Richtlinien zur Spülbarkeit vorgestellt und Anforderungen für die Abwassersystemverträglichkeit als "spülbar" bezeichneter Vliestuchprodukte abgeleitet. Außerdem erhalten Sie konkrete Handlungsempfehlungen zur Reduzierung der Betriebsprobleme. Der Themenband richtet sich an Betreiber von Abwasseranlagen, Nutzer von Vliestüchern, Hersteller/Zwischenhändler/Händler von Vliestüchern, Hersteller von Pumpanlagen, Forschungseinrichtungen, das Normungswesen sowie die Umweltgesetzgebung.

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DWA Topics T4/2016, October 2016. Design of wastewater treatment plants in hot and cold climates
DWA-Themen, Band T4/2016
Corrected version May 2019 (German original edition: October 2016).
2019, 304 S., 68 illus., 101 tab.,

 

 

The design of wastewater and sludge treatment plants under deviating wastewater and climatic conditions in other countries requires an amendment of existing design rules compliant to the DWA Set of Rules, which have been primarily developed for Central European conditions. This concerns, for example, the consideration of high or low wastewater temperatures, increased salt content or special discharge requirements. Within the framework of the "EXPOVAL" research project funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF), internationally applicable design approaches have been developed. The results have been prepared for the volume in the form of internationally applicable design approaches and supplement the DWA Set of Rules accordingly. The new and extended design approaches include activated sludge plants, trickling filter systems and wastewater ponds, UASB-reactors, plants for anaerobic sludge stabilisation and solar sewage sludge drying, aeration systems and the elimination of helminth eggs. Practical calculation examples are presented for all processes. In addition to the extension and adaptation especially to different temperature conditions, the design approaches in the volume were uniformly converted to the internationally widespread monitoring practice by means of daily average values and to the chemical oxygen demand (COD) for the cleaning objective of carbon degradation.

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DWA-Themen T1/2019, Mai 2019. Aktivkohleeinsatz auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung - Verfahrensvarianten, Reinigungsleistung und betriebliche Aspekte
DWA-Themen, Band T1/2019
2019, 108 S., 56 Abb., 13 Tab.,

 

 

In der Fachwelt wird derzeit für kommunale Kläranlagen sowohl die Anwendung von Aktivkohle als auch der Einsatz von Ozon bzw. eine kombinierte Anwendung beider Betriebsmittel als Möglichkeit angesehen, um gelöste organische Spurenstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Ende des Jahres 2017 waren im deutschsprachigen Raum bereits rund 20 Kläranlagen vorhanden, auf denen Aktivkohle dauerhaft zur weitergehenden Abwasserreinigung bzw. gezielten Spurenstoffelimination eingesetzt wird. Von mehr als 15 weiteren Kläranlagen ist bereits bekannt, dass sie in den nächsten 5 Jahren um ein Aktivkohleverfahren zur gezielten Spurenstoffelimination erweitert werden. Der Themenband gibt einen Überblick über den gegenwärtigen Wissensstand zum Aktivkohleeinsatz auf Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung. Hierzu sind verschiedene Teilaspekte zur Aktivkohleanwendung dargelegt. Insbesondere werden die Ausführung und Spurenstoffeliminationsleistung von geeigneten Aktivkohleverfahren beschrieben. Es werden Hinweise zu betrieblich relevanten Aspekten gegeben, wirtschaftliche Gesichtspunkte der Aktivkohleanwendung auf Kläranlagen aufgeführt und Entscheidungs- und Bewertungskriterien zur Findung eines geeigneten Aktivkohleverfahrens aufgezeigt. Die aufgeführten Auslegungsgrößen der bereits in Betrieb befindlichen Aktivkohleanlagen sind hierbei nicht als allgemeingültige Bemessungsvorgaben zu verstehen. Jedoch ist nach den bisherigen Erfahrungen bei Einhaltung dieser Angaben ein stabiler Anlagenbetrieb gegeben. Der Themenband "Aktivkohleeinsatz auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung" wurde von der DWA-Arbeitsgruppe KA-8.6 "Aktivkohle" im DWA-Fachausschuss KA-8 "Verfahren der weitergehenden Abwasserreinigung nach biologischer Behandlung" erstellt. Der Themenband richtet sich an Betreiber, Planer und genehmigende Behörden.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Ansgar Beuth, Achim Hamann
Hemmnisse und Potenziale der Abwasserwärmenutzung zur Gebäudeheizung - technische, wirtschaftliche, planerische und rechtliche Aspekte
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3123
2019, 120 S., 63 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es ist festzustellen, dass das Potenzial der Abwasserwärmenutzung bisher nicht in dem bestmöglichen Maße genutzt zu werden scheint, obwohl ausgereifte Technologien zur Verfügung stehen. Demnach ist der Kernfrage nachzugehen, welche Hemmnisse und Anreize im Zusammenhang bei der Abwasserwärmenutzung vorliegen und welche Strategien zur Beseitigung technischer, wirtschaftlicher, planerischer und rechtlicher Hemmnisse zur Einbeziehung der Abwasserwärmenutzung in den Wärmemarkt formuliert werden können. Dazu waren die Akteure der Immobilienwirtschaft, des Hochbaus bzw. der Bauwirtschaft im Allgemeinen zu identifizieren, die bei der Entwicklung, der Planung, dem Bauen und Betreiben von Immobilien beteiligt sind. Um deren Erfahrungen und Standpunkte zu nutzen, kam methodisch eine thematisch strukturierte Online-Befragung mit einem Höchstmaß an Datensicherheit in Frage. Festgestellt wurde, dass Defizite bezüglich Erfahrungen, Informationsbezug und Kenntnissen zu Investitionskosten und Wirtschaftlichkeit bestehen. Daraus leiten sich die Strategien und Handlungsfelder ab aus denen dann Handlungsempfehlungen zur Steigerung der Anwendungsfälle der Abwasserwärmenutzung formuliert wurden.

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Alexander Vogt, Christoph van Treeck
Optimierung von Abwasserwärmetauschern für den gebäudetechnischen Einsatz. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3055
2018, 102 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die zentrale Problematik bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser ist der gehemmte Wärmeübertrag. Grund dafür ist der Biofilm auf den Wärmeüberträgern, der sich im Abwasser bildet. Dieses Biofilmwachstum wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher zum Gegenstand dieses Forschungsprojektes gemacht. Dazu wurde ein Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht das Biofilmwachstum auf Wärmeübertragern ausreichend genau zu ermitteln. Es wurden verlässliche Angaben über die Biofilmentwicklung auf Wärmeübertragern sowie die Höhe der Wärmeübertragsreduktion ermittelt. Außerdem wurden verschiedene Arten der Anströmung auf den Wärmeübertrager durchgeführt und dadurch eine Reduktion des Biofilms erreicht.

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D. Stein, A. Brauer
Entwicklung von Prüf- und Beurteilungskriterien für Sanierungsverfahren für Abwasserleitungen zur Erteilung bauaufsichtlicher Zulassungen. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3059
2004, 144 S., 12 Abb., 26 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die bauliche Sanierung von Abwasserleitungen und -kanälen ist generell eine Qualitätssicherung erforderlich, um eine fach- und umweltgerechte Ausführung zu gewährleisten. Grundlage der Qualitätssicherung sind verfahrensspezifische Eignungsnachweise. Sie haben die Aufgabe, im Rahmen von Prüfungen unter simulierten Betriebsbedingungen die Tauglichkeit des jeweiligen Sanierungsverfahrens nachzuweisen. Zur Zeit existieren keine allgemeinen Richtlinien oder verbindliche und einheitliche Kriterien zur Beurteilung der Eignung von Sanierungsverfahren. Im diesem vom DIBt geförderten Forschungsvorhaben wurden allgemeine Prüfrichtlinien für die wichtigsten grabenlosen Verfahren zur Reparatur, Renovierung und Erneuerung von nichtbegehbaren Abwasserleitungen (DN/ID kleiner gleich 800) entwickelt, auf deren Grundlage zukünftig die Erteilung entsprechender Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen durch das DIBt nach einheitlichen Prüf- und Beurteilungskriterien erfolgen können (Nachweis der bautechnischen Eignung und Nachweis der verfahrensbezogenen Umweltverträglichkeit). Die Arbeitsanleitungen umfassen: - Allgemeine Eignungsprüfungen; - Geometrische Eignungsprüfungen; - Physikalische Eignungsprüfungen; - Chemische, biologische und biochemische Eignungsprüfungen; - Sonstige Eignungsprüfungen; - Umweltverträglichkeitsprüfungen. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens sollen als Grundlage für die Erarbeitung einer entsprechenden DIBt-Richtlinie bzw. eines DIBt-Merkblattes dienen. Darüber hinaus sollen sie auch einen Beitrag zur Verbesserung der Qualität der Ausführung von Sanierungsarbeiten leisten und insofern helfen, die diesbezüglichen Bestrebungen der Kommunen und Kanalnetzbetreiber sowie der zuständigen Verbände (z.B. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (ATV-DVWK), Güteschutz Kanalbau) zu unterstützen.

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H. Doll, K. Hilmer, A. Hoch
Dimensionierung von Linern zur Sanierung geschädigter Rohrleitungen. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1998, 96 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die experimentelle Verifizierung der Berechnungsannahmen der ATV M127 Teil 2 war Ziel des Forschungsvorhabens. Untersucht wurde das auflastbedingte Verformungsverhalten von mit Schlauchlinern sanierten Betonrohren DN 800. Es wurden 2 großmaßstäbliche Versuche mit 2 unterschiedlichen Linerwandstärken (9,0 mm bzw. 18,0 mm) durchgeführt. Die maximalen Linerbeanspruchungen traten bei beiden Versuchen in der Sohle auf. Ferner wurde deutlich, daß der dünnere Liner unabhängig von der Laststufe nur ca. 50% der Beanspruchung des dickeren Liners erfährt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen ergab keine befriedigende Übereinstimmung. Als Schlußfolgerungen hinsichtlich der Planung von Sanierungsmaßnahmen ergeben sich: Mit Linern sanierte biegesteife Rohre weisen ein erhebliches Verformungsvermögen auf. Die gemessenen Linerdehnungen zeigen ferner, daß ein dünnerer Liner geringer beansprucht wird; d.h. gegenüber einer Berechnung nach ATV A127 (bisher gängige Praxis) können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

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Tamas Szabo, Johannes Schmidt
Die Planung und Dimensionierung selbstreinigender Druckentwässerungssysteme. Ergebnisbericht, Bemessungshilfen
Bauforschung, Band T 2778
1996, 77 S., Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Seit Ende der 60er Jahre sind Druckentwässerungsverfahren in Deutschland bekannt geworden. Diese Abwasserentsorgung ist vor allem in wenig genutzten, nur weitläufig bebauten Wohn- und Erholungsgebieten mit ungünstigen topographischen Geländebedingungen (meist ebenes Gelände), in Gelände mit hohem Grundwasserstand bzw. anstehendem Fels geeignet. Es wird in Auswertung unterschiedlichster Lösungsansätze ein selbstreinigendes Druckentwässerungssystem vorgestellt, welches die bei anderen Abwassersystemen notwendige periodische Rohrspülung durch den Einsatz spezieller Pumpen und einer auf Grundsätzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung beruhenden Dimensionierung des Rohrleitungsnetzes überflüssig macht. Selbstreinigende Druckentwässerungen werden in Ungarn bereits geplant und ausgeführt und arbeiten seit Ende der 80er Jahre problemlos. Der Ergebnisbericht enthält Bemessungshilfen (Diagramme) für die Berechnung dieser Systeme sowie Tabellen zur Dimensionierung der einzelnen Rohrstränge. Beispielberechnungen und Berechnungstabellen sind eine wertvolle Unterstützung für die praktische Planungstätigkeit.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Wissing, Maike; Petruck, Andreas; Mang, Jürgen
Beurteilung der Gewässerverträglichkeit von Mischwassereinleitungen mittels kontinuierlichem, chemisch-physikalischem Monitoring
Wasser und Abfall, 2022

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Ishorst, Bernd
Überflutungen normgerecht vermeiden. Rückstauschutz von A bis Z - SBZ-Serie, Teil 1 (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2022

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Offermann, Martin; Hein, Andreas; Mandel, Vanessa
Wasserverband Peine entwickelt Digitalisierungs-Roadmap
Energie Wasser-Praxis, 2022

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Ahnert, Markus; Hurzlmeier, Stefan; Kühn, Volker; Wichern, Marc
Empfehlungen für die Durchführung von Plausibilitätsprüfungen bei der Erarbeitung von Belastungsdaten zur Kläranlagenbemessung
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2022

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Offermann, Martin; Feierabend, Maryna
Kollaborative Arbeitsweise im Rahmen der digitalen Transformation der Wasserwirtschaft. Erkenntnisse eines Online-Impulses und Fallbeispiele von HAMBURG WASSER
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022