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Titelaufnahme

Titel
Low pressure operated membrane bioreactors for dezentralized grey water recycling / Simon Raffael Jabornig
VerfasserJabornig, Simon Raffael
Begutachter / BegutachterinRauch, Wolfgang
Betreuer / BetreuerinRauch, Wolfgang
Erschienen2014
UmfangXIV, 149 S. : graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeSeptember 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Grauwasser / Membranbioreaktor / Biofilm / Modellierung / Wirtschaftlichkeit / Betriebskosten
Schlagwörter (EN)Grey water / membrane bioreactor / biofilm process / modelling / feasibility / operating costs
Schlagwörter (GND)Häusliches Abwasser / Brauchwasser / Wasseraufbereitung / Abwasserreinigung / Membranbioreaktor
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-1587 Persistent Identifier (URN)
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Low pressure operated membrane bioreactors for dezentralized grey water recycling [2.44 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Produktion und Verfügbarkeit von Lebensmitteln auf der Erde sind, wie allgemein bekannt, äußert ungleichmäßig verteilt. Das lebensnotwenigste Grundnahrungsmittel, nämlich Wasser, stellt dabei leider keine Ausnahme dar. Während es in vielen Gebieten auf der Erde saisonal zu Wasserknappheit kommt bzw. es überhaupt nur wenig nutzbares Trinkwasser gibt, steigen in den gut versorgten Industriestaaten kontinuierlich die Kosten für Aufbereitung, Logistik und Abwasserbehandlung. Die Lösung der dahinterstehenden Problematiken und Zusammenhänge, muss ein zentraler Fokus der Politik und Siedlungswasserwirtschaft im kommenden Jahrhundert sein.

Diese Arbeit darf hierzu als ein kleiner Mosaikstein zu diesen Lösungsstrategien angesehen werden. Der zentrale Inhalt ist die mehrfache Nutzung von Wasser, also Wasserrecycling. Im Speziellen wird die Anwendung der Aufbereitung von Grauwasser (Abwasser aus Dusche, Waschbecken, Waschmaschine) zu Brauchwasser für die neuerliche Nutzung im Haushalt untersucht und diskutiert. Es zeigte sich, dass mit dem derzeitigen Stand der Technik in der Aufbereitung (Jahr 2013) sich diese Anlagen noch nicht rechnen und dadurch generell noch sehr selten eingesetzt werden. Dabei war nicht nur die Ablaufqualität und Akzeptanz das Hindernis für die Anwendung, sondern vor allem die relativ hohen Betriebskosten und Prozessunsicherheit. Daher wurden auf Grundlage der bewährten Membranbioreaktor Technologie zwei Alternativprozesse für die Anwendung im häuslichen Bereich entwickelt, untersucht und dokumentiert. Der erste vorgestellte Prozess beinhaltet die Kombination von Biofilm Aufwuchskörpern mit einer nachgeschalteten Membranfiltration. Der zweite Prozess nutzt keine Aufwuchskörper, jedoch eine Hohlfasermembran mit hoher spezifischer Oberfläche als kombinierte Aufwuchsfläche für Biofilm und Membranfiltration. Eine zusätzliche Belebtschlammstufe war in beiden Fällen nicht notwendig. Das Ziel war es jeweils, die Qualität hinsichtlich internationaler Richtlinien für Brauchwasser (z.B. NSF oder fbr) zu erreichen. Bei der Untersuchung und Optimierung dieser Prozesse wurde das Hauptaugenmerk auf die Reduktion der Investition, Betriebskosten und Wartung gelegt. Dadurch konnte in beiden Fällen bei gleichbleibender hoher Ablaufqualität der Strombedarf für diese Kleinstanlagen unter 1,5 kWh/m gereinigtem Wasser gesenkt werden. Neben der genauen Prozessdokumentation wurden die Betriebsdaten und Abbaukurven der ersten Anlage dazu genutzt, ein allgemeines mathematisch-mechanistisches Modell zu erstellen. Dadurch ist es auch in Zukunft möglich, allgemeine Ansätze für die Dimensionierung abzuleiten und Vorhersagen von Ablaufdaten bei diesen Kleinanlagen zu treffen.

Die Ergebnisse der Untersuchungen sind vielversprechend und bieten die Grundlage für weitere Forschungen und Optimierungen. Die beschriebenen Prozesse haben das Potenzial, weite Verbreitung zu finden und dadurch ihren Teil zur Ressourcenschonung und Versorgungssicherheit beizutragen.

Zusammenfassung (Englisch)

It is common knowledge that the production and availability of food in the world is most unevenly distributed. Unfortunately, this holds also true for the most important foodstuff i.e. water. While there is seasonal water scarcity in many regions of the world and only little potable water available respectively, the costs for water treatment, logistics and wastewater treatment continue to increase in the industrial nations with good water supply. Hence, the focus of politics and water management in the next century must be on the solution of the underlying problems and their interdependencies.

In this context this thesis may be regarded as a small contribution to these solution strategies by focussing on multiple use of water i.e. water recycling. In detail, the processes for the production of service water from grey water (shower, washbasin, washing machine) for reuse in households are analysed and discussed. The analyses have shown that state-of-the-art processes (year 2013) are not profitable yet and therefore in general rarely applied. The reason for this does not only lie in effluent quality and acceptance, but much more in relatively high operation costs and process uncertainties. Therefore, based on the proven membrane bioreactor technology, two alternative processes for the application in households were developed, analysed, and documented. The first process described is a combination of biofilm carrier material with downstream membrane filtration. The second does not use any carrier material, but a hollow fibre membrane with high specific surface as combined growth area for biofilm and membrane filtration. An additional activated sludge stage was not necessary in either case. In both cases, the aim was to reach the quality requested in international guidelines for service water e.g. NSF or fbr. In the analyses and optimization of these processes the focus was on the reduction of investment, operation and maintenance costs. In this respect, it was possible to reduce the power consumption of both small plants to less than 1.5 kWh/m treated water at constantly high effluent quality.

In addition to the detailed process documentation the operating data and degradation curves of the first plant described were used to elaborate a general mathematical-mechanistic model, with which it will be possible to identify general approaches for dimensioning and predict the effluent data of these small plants in the future.

The results of the analyses are promising and may serve as the basis for further research work and optimization. The processes described have the potential to become widely disseminated and by this contribute to resource conservation and supply security.

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