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Permselective and ion-selective carbon nanopores and next-generation technologies for electrochemical water treatment

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[Quelle: https://publikationen.sulb.uni-saarland.de]

Als Resultat der boomenden Wirtschaft und dem weltweiten Bevölkerungswachstum steigt auch der Bedarf an Süßwasser stetig an. Angesichts des globalen Klimawandels und der vorherrschenden Wasserverschmutzung ist die Wasserknappheit längst nicht mehr nur auf einzelne Regionen begrenzt, sondern herrscht bereits in vielen Ländern auf der ganzen Welt vor. Elektrochemische Wasserentsalzungstechnologien wie die kapazitive Deionisation (CDI) nutzen elektrische Energie, um Ionen in porösen Materialien zu speichern und bieten somit die Grundlage für eine energieeffiziente Technologie zur Wasserentsalzung. Aufgrund des Kationen- und Anionenaustausches während des Lade- und Entladevorgangs ist die CDI jedoch nur für die Entsalzung von Brackwasser (Salinität von 1 bis 10 g/L) geeignet. In der vorliegenden Dissertationsschrift werden neue Ansätze für die nächste Generation an CDI zur Verbesserung der Entsalzungsleistung sowie der Wasserentsalzung bei hoher Ionenstärke untersucht. Insbesondere wird auch anhand unerwarteter Simulationsvorhersagen gezeigt, dass Kohlenstoffporen im Subnanometerbereich (Ultramikroporen) eine hocheffiziente CDI selbst beim Salzgehalt von Meerwasser ermöglichen. Diese einzigartige Fähigkeit ergibt sich aus der Energiebarriere der Ionensolvatation für Poren, die kleiner sind als die Solvatationsschale. Folglich verhalten sich ungeladene Kohlenstoff-Ultramikroporen ionophob und überwinden die Beschränkung der CDI, so dass sie für die Aufarbeitung von Brackwasser geeignet sind. Ultramikroporen bieten zusätzlich neue Perspektiven für die Ionentrennung durch das Zusammenspiel von intrinsischer und kinetischer Ionenselektivität. Mit dieser Arbeit wird ebenfalls die elektrokatalytische Brennstoffzellenentsalzung eingeführt, wobei die herkömmliche Brennstoffzellentechnologie leicht angepasst werden kann, um gleichzeitig Strom, Wärme und entsalztes Wasser zu erzeugen.

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Bücher, Broschüren

DWA-Themen T1/2022, April 2022. Hygiene in der Wasser-, Abwasser und Abfallwirtschaft
DWA-Themen, Band T1/2022
2022, 68 S., 11 Abb., 7 Tab.,

 

 

Weltweit betrachtet ist der Wasserpfad einer der bedeutendsten Übertragungswege von krankheitsauslösenden Organismen wie zum Beispiel Pilzen, Bakterien oder Sporentierchen, aber auch von Viren. Diese Krankheitserreger können auf sehr unterschiedlichen Wegen ins Wasser gelangen, zum Beispiel durch Abwässer oder als diffuse Einträge zum Beispiel durch Abschwemmungen von Flächen (u. a. aus der Landwirtschaft). In den letzten Jahren haben sich die Verwendungspfade von Wasser und damit die genutzten Wasserquellen in Deutschland immer mehr erweitert. Wasserspiele als typisches Siedlungselement oder die verstärkt notwendige Bewässerung von Grünflächen im öffentlichen Raum sind dafür bekannte Beispiele. Hier stellt die Einhaltung von Hygiene-Standards eine besondere Herausforderung für die Wasserwirtschaft dar, denn neben Trinkwasser kommt hier zunehmend Brauchwasser zur Verwendung. Dieses wird zum Beispiel aus Regenwasser-Reservoirs, aus Flusswasser oder aus oberflächennahem Grundwasser gewonnen. In Europa und in Deutschland gibt es eindeutige Rechtsgrundlagen für bestimmte, genau definierte Arten der Wassernutzung (Trinkwasser, Badewasser etc.). Oft ist auch die Art der möglichen Wasserquellen und der Wassergewinnung geregelt. Bei der Nutzung von Wasser im öffentlichen Raum dagegen (v. a. indirekter Wassergebrauch) können die Ressourcen mannigfaltig sein. Die Rechtslage in Bezug auf Anforderungen an die mikrobiologische Qualität des verwendeten Wassers ist dabei nicht immer eindeutig. Der Themenband setzt hier seinen Fokus. Er ordnet die aktuelle Situation mit ihren Herausforderungen und dem möglichen zukünftigen Handlungsbedarf ein. Ein Ziel ist es, Lücken zwischen den bestehenden gesetzlichen Regelungen und zu fordernden "Sicherheitsaspekten" aufzuzeigen. Es werden zudem mögliche technische Standards und Maßnahmen des Wassereinsatzes in den genannten Anwendungen beschrieben.

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Wilhelm G. Coldewey
Handbuch Hydrogeologie
GWF Edition
Das Standardwerk für Lehre und Praxis
2022, 764 S., 23 cm, Hardcover
Vulkan Verlag

 

 

Das Grundwasser ist der wichtigste Grundpfeiler unserer Trinkwasserversorgung. Die Kenntnis über Vorkommen, Lage, Strömungen und Veränderungen des Grundwassers, gerade in Zeiten des Klimawandels, sind essenziell für eine sichere Wasserversorgung. Das Standardwerk bietet das umfangreiche Wissen sowie die notwendigen Werkzeuge und Methoden zur Erkundung und Überwachung des Grundwassers. Neben dem technischen und naturwissenschaftlichen Wissensschatz werden auch grundlegende Kenntnisse zu rechtlichen Fragestellungen in der Hydrogeologie vermittelt.

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DWA-Themen T1/2021, August 2021. Auswirkungen von landwirtschaftlichen Maßnahmen auf die Beschaffenheit des Sicker- und Grundwassers
DWA-Themen, Band T1/2021
Inhaltsgleich mit DVGW-Information Wasser Nr. 109.
2021, 162 S., 106 Abb., 27 Tab.,

 

 

Der Themenband ergänzt das Merkblatt DWA-M 911 "Möglichkeiten der Effizienzkontrolle von Maßnahmen zur grundwasserschonenden Bodennutzung am Beispiel des Stickstoffs" mit einer bundesweiten Beispielsammlung für den Einsatz von Maßnahmen, Anbauverfahren und Fruchtfolgen zur Reduzierung des Stickstoffaustrags in der Landwirtschaft. Die Beispiele umfassen einerseits betriebliche Maßnahmen und Verfahren zur Steuerung des Stickstoffaustrags. Andererseits werden Maßnahmen und Auswirkungen auf der Ebene von Einzugsgebieten mit einem breiten regionalen Querschnitt vorgestellt und schließlich Landesprogramme zur Nitratminderungsstrategie und Umsetzung der Vorgaben der EG-Wasserrahmenrichtlinie. Zielgruppe: in der Landwirtschaft Tätige und landwirtschaftliche Berater*innen, Verantwortliche für die Steuerung der Nährstoffflüsse in der Umwelt. Der DWA-Themenband wird inhaltsgleich als DVGW-Information Wasser Nr. 109 erscheinen.

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6. Kolloquium Trinkwasserspeicherung in der Praxis
Fachtagung über Planung, Bau, Instandhaltung, Instandsetzung und Betrieb von Trinkwasserbehältern
2021, 239 S., 295 mm, Softcover
expert-verlag

 

 

Das 6. Kolloquium Trinkwasserspeicherung in der Praxis (vormals "Betonbauwerke in der Trinkwasserspeicherung") an der Technischen Akademie Esslingen behandelt die Themenbereiche der Regelwerke, Trinkwasserhygiene und -aufbereitung sowie Werkstoffkorrosion im Kontakt mit Trinkwasser. Die Fachtagung bietet somit eine aktuelle Plattform zur Vorstellung von Richtlinien, deren Anwendung und Umsetzung. Es werden Bauweisen (Neubau, Teilneubau, Systembehälter), Bauverfahren, Instandsetzungsprinzipien, Auskleidungsprinzipien und marktübliche Werkstoffe und Systeme präsentiert. In rund 30 Fachvorträgen werden die neuesten Erkenntnisse über Planung, Bau, Instandhaltung, Instandsetzung und Betrieb von Trinkwasserbehältern behandelt. Inhalt: - Stand der Technik und der Regelwerke; - Planungsanforderungen/-abläufe; - Erneuerung, Umnutzung, Rückbau; - Neubau von Trinkwasserspeichern/Materialien; - Hydrolyse/Werkstoffkorrosion; - Stahlkorrosion und Kathodischer Korrosionsschutz; - zementgebundene Baustoffe; - polymere Auskleidungssysteme; - Edelstahlauskleidungen; - Lösungen außerhalb des Regelwerks; - Fugen, Risse, Durchführungen, Einbauteile; - Fertigteile/Systemlösungen; - Qualitätssicherung; - Hygienekonzept; - Forschung und Entwicklung.

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Arnd Bürschgens
Hygiene in Trinkwasser-Installationen
Betrieb und Instandhaltung Kommentar zur VDI 3810 Blatt 2/ VDI 6023 Blatt 3
2021, 256 S., 21 cm, Softcover
Beuth

 

 

Die Hygiene in Trinkwasserinstallationen unterliegt strengen Regeln und ist nicht umsonst mit dem Infektionsschutzgesetz verknüpft. Verantwortlichkeiten und Verpflichtungen sind eindeutig definiert, um Unklarheiten und Probleme zu vermeiden. Die VDI-Doppelrichtlinie 3810 Blatt 2 und 6024 Blatt 3 beinhaltet die Informationen zu den Betreiberpflichten, sowie die Anforderungen an den sicheren, bestimmungsgemäßen, bedarfsgerechten und wirtschaftlichen Betrieb von Trinkwasser-Installationen. Der Beuth Verlag gibt mit dem vorliegenden Kommentar eine Praxishilfe für die rechtssichere Arbeit mit der Doppelrichtlinie heraus. Der Kommentar beinhaltet: Wichtige Hinweise zu den VDI-Richtlinien VDI 3810 Blatt 2 und 6024 Blatt 3-Erläuterungen und Zusatzinformationen-Arbeitshilfen: Musterschreiben, Formulare-Hinweise zur Erstellung von Instandhaltungs- und Hygieneplänen.

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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.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

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Alexander Vogt, Marten F. Brunk, Christoph van Treeck
Entwicklung, Bewertung und simulatorische Untersuchung eines neuartigen Systems zur energieeffizienten Trinkwarmwassererzeugung durch dezentrale Wärmepumpensysteme und zentraler regenerativ bereitgestellter Wärme. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3032
2017, 110 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aufgrund der fortschreitenden Anstrengungen zur Reduktion des Heizwärmebedarfs von Gebäuden steigt der Anteil der benötigten Energie für die Warmwasseraufbereitung, die unverändert bleibt, in den kommenden Jahren erheblich an. Die fortschreitende Wärmepumpentechnologie steigert die Effizienz des Warmwasserversorgungsbereichs erheblich. Das Forschungsprojekt untersuchte eine neuartige Lösung für ein energieeffizientes Trinkwarmwassersystem mittels dezentral angeordneten Wärmepumpen. Hierbei wurden verschiedene Systeme erstellt, rechnerisch bemessen, simuliert und ausgewertet. Dabei wurden zu jeder Zeit die allgemein anerkannten Regeln der Technik hinsichtlich der hygienischen Qualität des Trinkwarmwassers und der energetischen Vorteilhaftigkeit des Systems beachtet. Ziel war es, mittels regenerativer Energien, beispielsweise Geothermie oder Solarkollektoren, einen zentralen Heizwasserspeicher auf einem Temperaturniveau von ca. 30 Grad Celsius vorzuhalten.

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Rainer Weltring, Dieter Arlt
Wirtschaftlichkeit und Langzeitbewährung von Wasserleitungs- und Entwässerungsrohren aus Kunststoffen im Vergleich unter Einbeziehung technischer, ökologischer, hygienischer und toxikologischer Aspekte
Bau- und Wohnforschung
1999, 207 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die im Bericht vorgestellten Beispiele von Rohrleitungen aus verschiedenen Kunststoffen, die alle weit über 20, teilweise bis über 50 Jahre in Betrieb waren, zeigen, daß schon die polymeren Rohrwerkstoffe der "ersten Generation" ein beachtliches Zeitstandverhalten aufweisen. Bei den Polymerrohren ist im wesentlichen die Kombination von Biegeweichheit und Korrosionsfreiheit für das gute Langzeitverhalten verantwortlich. Der Vergleich von aktuellen Anforderungen mit dem derzeitigen Leistungsprofil der verschiedenen Rohrwerkstoffe zeigt, daß die Rohre aus polymeren Werkstoffen für den Einsatz in vielen Bereichen der Trink- und Abwassernetze am besten geeignet sind. Als Nachteile der Kunststoffrohre sind allgemein deren Brennbarkeit und die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften zu nennen. Diese Einschränkungen wirken sich jedoch in der Anwendungspraxis der Kunststoffrohre kaum nachteilig aus, da die Temperaturgrenzen bekannt sind und die einzelnen Polymerrohre nur in den Bereichen eingesetzt werden kann, für die sie geeignet sind. Lediglich die Forderung nach der Verwendung nicht brennbarer Rohre kann den generellen Verzicht auf Kunststoffrohre bewirken. Bezüglich der Wirtschaftlichkeit kann festgestellt werden, daß vor allem die für höhere Anforderungen konzipierten Rohre aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, Polyethylen-HD und Polyethylen-X häufig teurer sind, als die alternativ einsetzbaren Produkte aus anderen Werkstoffen. Zumindest dann, wenn man den Anschaffungspreis von Rohren und Zubehörteilen in DM pro Meter Rohrmaterial betrachtet. Leichte Handhabbarkeit, Verbindungstechnik und Flexibilität der Kunststoffrohre bieten bei Einbau und Verlegung wirtschaftliche Vorteile.

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Michael Vorländer, Malte Kob
Schaffung eines Bezugs-IGN zur Abstimmung von Normprüfständen hinsichtlich des Geräuschverhaltens von Armaturen und Geräten der Wasserinstallation. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2671
1995, 50 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ausgangspunkt dieses Projektes waren die recht großen Abweichungen bei Vergleichsmessungen mit Installationsgeräuschnormalen (IGN) in verschiedenen Prüfstellen. Es sollte das unterschiedliche Geräuschverhalten verschiedener IGN aufgeklärt und beseitigt werden. Auch war zu prüfen, ob die Unterschiede durch Kalibrierungen von IGN berücksichtigt werden können. Es konnte gezeigt werden, daß die in den Vorversuchen aufgetretenen Abweichungen der IGN bei sorgfältiger Fertigung mit Einhaltung der Normmaße und bei Beachtung bestimmter Gebrauchsvorschriften nicht in Erscheinung treten. Die dann noch zu beobachtenden Abweichungen der IGN befinden sich in einem Größenbereich, in dem eine "zahlenmäßige" Kalibrierung nicht sinnvoll ist. Um sicherzustellen, daß IGN möglichst vergleichbar sind, sollten sie einer Geräuschmessung im Vergleich mit einer Gruppe von Primärnormalen unterzogen (d.h. kalibriert) werden. Die Entwicklung der Primärnormale war ein Hauptbestandteil dieses Forschungsprojektes. Für ein lückenloses System zur Kalibrierung von IGN wurden Gruppen von Primärnormalen entwickelt, die sich durch eine extreme Langzeitstabilität und durch eine hohe Übereinstimmung innerhalb der Gruppe auszeichnen.

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Fridtjof Bauer
Die unterirdischen Abflußverhältnisse im Dachsteingebiet und ihre Bedeutung für den Karst-Wasserschutz
Bauforschung, Band T 2315
1989, 84 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Dachstein ist eines der größten Karstmassive Österreichs. Zahlreiche Gemeinden in den Bundesländern Oberösterreich, Steiermark und Salzburg beziehen ihr Trinkwasser aus den Quellen rings um das Gebirge. Diese Trinkwasservorkommen sollen durch eine Schongebietsverordnung vor Beeinträchtigungen, die sich aus verschiedenen Nutzungen (Gletschergebiet, Skipisten, Schutzhütten, Truppenübungsplatz, Land- und Forstwirtschaft) ergeben können, geschützt werden. Um die Einzugsgebiete der Quellen und das unterirdische Abflußverhalten zu erkunden, wurden von der Abteilung Wasserhaushalt von Karstgebieten in den Jahren 1984-1986 insgesamt 19 Einspeisungen mit Fluoreszentracern durchgeführt und nach dem neuesten Stand der Meßtechnik ausgewertet. Dabei wurden die Ergebnisse der bereits im Zeitraum 1953-1960 durchgeführten pionierhaften Sporentriftversuche überprüft und ergänzt. Dem Vergleich der mit diesen beiden Untersuchungsmethoden erzielten Ergebnisse wird in diesem Bericht besonderes Augenmerk geschenkt. (-z-)

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Heinz Frischherz, J. Ernst, W. Stuckart, E. Benes, F. Hager
Trinkwasseraufbereitung mit Ultraschall. Projekt-Abschnitt 1. Schlußbericht
1989, 172 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die ultraschallinduzierte Koagulation ist ein völlig neuartiges Verfahren zur Wasseraufbereitung und stellt einen auf rein physikalischen Methoden beruhenden Prozeß zur Entfernung von mikroskopischen Wasserinhaltsstoffen in Suspensionen dar - ganz im Gegensatz zu der bisher meist verwendeten Methode, bei der die Zugabe von Chemikalien (sogenannten Flockungsmitteln) eine Ausfällung der Verunreinigungen bewirkt. Bei der ultraschallinduzierten Koagulation wird die Suspension einer stehenden Ultraschallwelle ausgesetzt. Durch die stehende Ultraschallwelle werden stark gerichtete Kräfte auf die dispergierten Teilchen ausgeübt. Diese Kräfte zwingen die Schwebeteilchen, sich einander zu nähern um schließlich in Berührung zu geraten. Der große Vorteil dieses Verfahrens liegt in seinem umweltschutzrelevanten Charakter, der darin begründet ist, daß man nun auf den Zusatz dieser Flockungsmittel - das sind Eisen- und Aluminiumsalze - weitgehend verzichten oder ihn zumindest verringern kann, und durch diese Einsparung eines Teiles oder sogar jeglicher chemischer Zusatzstoffe die Wasserqualität naturgemäß stark verbessert wird. Es wurde der Versuch unternommen, die akustische Koagulation auf eine fundierte theoretische Basis zu stellen und diese theoretischen Ergebnisse anhand von Experimenten zu überprüfen. Weiter wurden eine Reihe von systematischen Untersuchungen an verschiedenen praxisorientierten Suspensionen durchgeführt, die Ergebnisse dokumentiert und interpretiert. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Klein, Martin; Theobald, Stephan
Modellbasierte prädiktive Regelung des Sees Genezareth zur verbesserten Wasserversorgung des Unteren Jordantals
Wasserwirtschaft, 2022

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Härtel, Christoph
Polare Substanzen in der Ruhr
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2022

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Schauer, Christian
Planerleistung und WSP: eine untrennbare Beziehung. Water Safety Plan (WSP)
TGA Fachplaner, 2022

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Godek, Manfred
KRITIS oder nicht? Was für eine Frage!
Energie Wasser-Praxis, 2022

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Hügler, Michael; Leister, Carolin; Hambsch, Beate
Einsatz der MALDI-TOF-­Massenspektroskopie zur Bakterien-Identifizierung in der Trinkwasser-Mikrobiologie
Energie Wasser-Praxis, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022