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02 01 2024 Themen studentische Arbeiten(1)

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Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
Bachelorarbeiten
1. Literature study on the PFAS sum parameter TOP-Assay
Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) are a group of anthropogenic chemicals with high
thermal, biological and chemical stability. These substances are widely used in industrial and
consumer applications since the 1950s due to their water-, oil- and dirt-repellency. However, PFASs
may exhibit bioaccumulative, persistent and toxic properties. For this reason, in recent years various
restrictions, particularly on long-chain perfluorinated substances and their precursors, have been
implemented at national and international level. As a result, the industry has developed a large
number of polyfluorinated substitutes (> 10,000), the number of which is constantly increasing. Only
insufficient information about these substitutes is available. With the available target analysis only
a very small part of these chemicals can be identified. A proposed sum parameter for PFASs is the
TOP assay. Thereby the polyfluorinated precursors are oxidized by hydroxyl radicals to the
analytically detectable perfluorocarboxylic acids (PFCAs).
The objective of this study is to carry out a literature study on TOP assay for different matrices
(surface water, waste water, groundwater, soil, sediments, suspended matter, firefighting foam,
biota…), to explore and document results of validation experiments and the experimental conditions
of the TOP assay, to summarize the results for the different matrices and to estimate the load of
unknown PFASs in the different matrices.
Main Tasks:
•
Research the literature for TOP assay studies
•
Manage the literature using the reference manager Citavi
•
documentation of experimental conditions and validation experiments
•
summarize results of the TOP-Assay for different matrices and estimation of the load of
unknown PFASs
If you are interested, please send an e-mail.
Contact: Hanna Ulrich (hanna.ulrich@lfu.bayern.de , Tel. 0821-9071 1151)
Start date: As soon as possible
Published: January, 2023
TUM · Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft · Am Coulombwall · D - 85748 Garching
Telefon: +49.89.289.13701 · Telefax: +49.89.289.13718 · E-Mail: sww@tum.de · www.sww.bgu.tum.de
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
Study Projects
1. ENCOVER: Energetic utilization of CO2 to reduce the residual methane potential
Batch Test
Anaerobic digestion is an important process to produce biogas from biomass. Several
important processes take place during anaerobic digestion to degrade the organic matter
and produce the biogas. These processes need a certain amount of time, the retention time
is about 15 to 30 days. The different processes can generally be classified as hydrolysis,
acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis. All of them are regulated by different
bacterial strain with different kinetics and influence each other.
The aim of the ENCOVER project is the energetic utilization of CO2 to reduce the residual
methane potential in anaerobic digestion. In this context, plant biomass is used in the
process of biogas production, whose behavior under CO2 enrichment has not yet been
investigated. However, the use appears to be particularly promising, since in contrast to the
sewage sludge, which has been already investigated in some studies, a stimulation by a
significantly better substrate conversion seems possible. Within the main objectives of the
study, the CO2 uptake potential and the additional CH4 production are to be quantified.
The investigations will be carried out using flasks as a closed system. Due to manual
measurement the enrichment of the sludge with CO2 is possible.
The tasks of the student include but are not limited to:
• Literature review on the AD performance
• Learning/Training about Biochemical Methane Production (BMP) method.
• Setting up Lab experiments based on the BMP method with an AMPTS.
• Data recording and analysis.
Requirement:
General knowledge of the AD process.
Environmental lab experience.
Start date: As soon as possible
Supervision: Felix Müller and Konrad Koch
Contact: fel.mueller@tum.de
Published: September 2022
TUM · Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft · Am Coulombwall · D - 85748 Garching
Telefon: +49.89.289.13701 · Telefax: +49.89.289.13718 · E-Mail: sww@tum.de · www.sww.bgu.tum.de
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
2. c
Tropfkörper, auch Rieselbettreaktoren, ermöglichen biologische Abwasserreinigung unter
der Verwendung eines mit Biofilm bewachsenen Festbettes. Das Abwasser wird über dem
Füllstoff verrieselt und die Belüftung erfolgt durch die Umgebungsluft im Gegenstrom.
Diese Biofilme beinhalten eine große Diversität an Mikroorganismen, welche verschiedene
durch das Abwasser eingeführte Stoffe verstoffwechseln. Schaut man sich diese Organismen
genauer an, so ist über die Bakterien bereits viel bekannt. Welche biologische Nische Pilze
jedoch besiedeln, die erwiesenermaßen in einer großen Vielfalt in Kläranlagen vorkommen,
ist weitestgehend unerforscht. Um dies zu ändern, sind Probenahmen an Stellen mit bereits
nachgewiesenem großem Reichtum an Pilzen notwendig, wie Biofilmen in Tropfkörpern.
Aufgaben des Study Projects beinhalten, aber sind nicht limitiert auf:
•
•
•
•
•
Kläranlagen mit Tröpfkörpern ausfindig machen
Mit Kläranlagenbetreibenden in Kontakt treten
Informationen über Kläranlagen zusammentragen
Beprobungsstrategien für Tropfkörper überlegen
Probenahme Kampagne planen, ggf. durchführen
The tasks of the student include but are not limited to:
• Literature review on the AD performance
• Learning/Training about Biochemical Methane Production (BMP) method.
• Setting up Lab experiments based on the BMP method with an AMPTS.
• Data recording and analysis.
Start date: As soon as possible
Published: 19.09.2022
1st supervisor: Katrin Stüer-Patowsky
Contact: katrin.stueer@tum.de, 089 289 13720 Additional supervisors: Dr. rer. nat.
Christian Wurzbacher
TUM · Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft · Am Coulombwall · D - 85748 Garching
Telefon: +49.89.289.13701 · Telefax: +49.89.289.13718 · E-Mail: sww@tum.de · www.sww.bgu.tum.de
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
3. Pharmaceuticals extraction from edible crops irrigated with reused water
Pharmaceuticals and other contaminants of emerging concern (CECs) are continuously introduced
into the agroecosystem via reclaimed water irrigation, a common agricultural practice in waterscarce regions. Although reclaimed water irrigated crops are sold and consumed, only limited
information is available on the occurrence of pharmaceuticals and other CECs in edible produce. In
this study we aimed to analyze the abundance of micropollutants, which landed in plants and soil
after irrigation using reclaimed water.
In the scope of project Nutzwasser, one of the most outstanding water reuse projects in Germany
(https://www.nutzwasser.org/public/), the produced reclaimed water after employing several
advanced treatment facilities is getting used in a greenhouse for irrigating edible crops including
lettuce, honey melons, Kohlrabi, tomato etc. In order to have a proper risk management strategy
for water reuse application, the analysis of micropollutants in plants and soil is critical for human
health and environment protection. Pharmaceuticals and other CECs were found in quantifiable
levels in all irrigation water (two different water qualities: EU minimum and Nutzwasser) but it is
not clear if there is any bio-accumulation or degradation of micropollutants in soil and plants
happening.
This study aims to assess micropollutants pathway in plants and soil after irrigation by reclaimed
water by extracting these contaminants from soil and plant samples using Soxhlet extraction
method.
Tasks:
- The extraction of micropollutants using Soxhlet extraction method
- Sample preparation for LC-MS/MS analysis
Requirements:
- Hydrochemistry lab
Start date: As soon as possible
Published: June 2023
1st supervisor: Javad Ahmadi
Contact: j.ahmadi@tum.de, 089 289 13733
Additional supervisors: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
TUM · Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft · Am Coulombwall · D - 85748 Garching
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Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
Masterarbeiten
1. Pilotierung einer biologischen Stufe in der Kläranlage der Papierfabrik
Neenah Gessner GmbH
PROBLEMDARSTELLUNG
Die Nennah Gessner GmbH betreibt auf ihrem Werksgelände in Feldkirchen-Westerham 2
Papiermaschinen zur Erzeugung von technischen Spezialpapieren und –vliesen.
Zur Behandlung des Abwassers wird eine Sedimentation betrieben. Zur Unterstützung der
Absetzwirkung werden Fäll- und Flockungsmittel eingesetzt. Damit für den Abwasserparameter
BSB5 auch bei der zukünftigen Entwicklung neuer Produkte an den Papiermaschinen eine
zuverlässige Einhaltung der Bescheidwerte gegeben ist, wird die Kläranlage erweitert werden
müssen.
Im Rahmen einer Konzeptstudie wurden verschiedene Verfahren untersucht und bewertet.
Insbesondere der Einsatz von Schwachlastverfahren mit sessilen Mikroorganismen wurde als
geeignet zu Behandlung des Abwassers identifiziert.
UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND
Im Rahmen der Pilotierung soll ein geeignetes Verfahren zur Behandlung des Abwassers nach dem
Stand der Technik ermittelt werden. Ziel der geplanten Versuche von NEENAH ist es insbesondere,
die Möglichkeiten der biologischen Behandlung des Abwassers unter den vorhandenen
Praxisbedingungen zu bewerten und damit die Einsatzfähigkeit eines biologischen Verfahrens zu
bestätigen, mit dem eine nachhaltige Reduzierung des BSB5-Wertes erreicht werden kann.
Untersuchungsgegenstand ist ein von der Fa. Nordic Water angebotener aktivierter Sandfilter.
Diese Pilotanlage wird auf dem Werksgelände von Neenah Gessner aufgestellt. Im Laufe der Studie
soll der Sandfilter hinsichtlich der Effektivität in der Reduktion der BSB5-Konzentration, sowie dem
Feststoffrückhalt unter verschiedenen Bedingungen bewertet werden. Hierbei sind beispielsweise
die Temperatur, die BSB5-Fracht im Peak oder Variation der Filtergeschwindigkeit oder
Spülwassermenge zu nennen. Besonderes Augenmerk ist in der Versuchsdurchführung auf den
Einfluss der Abwasserzusammensetzung auf die Abbauleistung zu legen. Hierbei sind sowohl die
Auswirkungen von Frachtschwankungen (z.B. durch Abstellungen) als auch mögliche hemmende
Einflüsse zu untersuchen.
ARBEITSABLAUF
Der Student / die Studentin ist durchgehend im Kontakt sowohl mit dem Anlagenbetreiber, als
auch mit M Consult. Die Messdaten müssen selbstständig Vorort erhoben und ausgewertet
werden. Die Art und der Umfang der Messkampagne muss hierbei noch spezifiziert werden.
Die Messergebnisse müssen nachvollziehbar und transparent dem Anlagenbetreiber, sowie
M Consult bereitgestellt werden. M Consult steht hierbei betreuend/beratend zur Seite. In einem,
hier noch nicht näher spezifizierten Turnus, sollten Zwischenergebnisse mit allen Beteiligten
besprochen und das weitere Vorgehen diskutiert werden.
TUM · Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft · Am Coulombwall · D - 85748 Garching
Telefon: +49.89.289.13701 · Telefax: +49.89.289.13718 · E-Mail: sww@tum.de · www.sww.bgu.tum.de
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
ZEITPLAN
Start der Pilotierung so bald wie möglich, spätestens ab Februar/März 2023 geplant. Die
Pilotierung läuft hierbei mindestens 6 Monate, um möglichst viele variable Bedingungen zu
erfassen. Es wäre zudem denkbar, die studentische Begleitung auf zwei Studierende zu verteilen,
damit ein längerer Messzeitraum erfasst werden kann. Für Studierende wird eine
Aufwandsentschädigung für die Dauer der Arbeit entrichtet.
KONTAKTDATEN
Dr.-Ing. Johannes Kappen
Tel.: +49-8709-9150-25
E- Mail: JKappen@MConsult.de
Moritz Bissinger, M.Sc.
Tel.: +49-8709-9150-26
E- Mail: MBissinger@mconsult.de
M Consult GmbH
Gesellschaft für Papier-, Umwelt- und Energietechnik
Bichlmannstr. 7
D - 84174 Eching / Haselfurth
Internet: www.mconsult.de
TUM-Betreuerin: Prof. Brigitte Helmreich, b.helmreich@tum.de
Veröffentlicht: 11/2022
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Telefon: +49.89.289.13701 · Telefax: +49.89.289.13718 · E-Mail: sww@tum.de · www.sww.bgu.tum.de
Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
2. Elimination von Spurenstoffen - Säulenversuche zur Simulation eines Filters nach DWA-A 262
mit einem Layer aus Aktivkohle
Trotz hohem Reinigungsstandard für Abwasser gelangen in Deutschland über kommunale
Abwässer zahlreiche anthropogene Spurenstoffe in die aquatische Umwelt. Insbesondere
biologisch schwer abbaubare und mobile Stoffe passieren konventionelle
Abwasserbehandlungsanlagen nahezu unverändert. Dort können diese Stoffe zu nachteiligen
Effekten führen, z.B. bei aquatischen Organismen und der Trinkwassergewinnung aus
Uferfiltrat. Derzeit wird der Einsatz einer zusätzlichen Reinigungsstufe für Spurenstoffe vor
allem auf mittleren bis großen Kläranlagen erprobt und umgesetzt, um eine größtmögliche
Reduzierung des Eintrags in die Umwelt zu erreichen. Als Verfahren haben sich die Adsorption
an Aktivkohle (PAK oder GAK) und die Ozonung sowie eine Kombination aus beiden Verfahren
weitgehend durchgesetzt. Für kleinere Kläranlagen im Bereich von 2.000-10.000 EW wurde die
Spurenstoffelimination bisher kaum diskutiert. Im Rahmen des Forschungsprojekts wird für
eine Kläranlage <10.000 EW ein Filter nach DWA-A 262 mit einer Schicht aus Aktivkohle zur
Entfernung der Spurenstoffe geplant. Bei einer guten Vorbehandlung und hohen Kontaktzeiten
können zum Teil sehr hohe Standzeiten für entsprechende Aktivkohleschichten erreicht
werden, bis eine Regeneration oder ein Austausch der Kohle notwendig wird.
Im Filter sorgen neben oxidativen und sorptiven Verfahren auch naturnahe, biologische
Prozesse für eine effektive Entfernung von Spurenstoffen. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass
optimale Bedingungen mit ausreichend Reaktionszeit eingestellt werden.
Zur Simulation des Filters finden am Technikum des Lehrstuhls in Garching an mehreren Säulen
Untersuchungen statt. Mit verschiedenem Filtermaterialien, sowie unterschiedlichen
Operationsmodi soll untersucht werden, ob sich günstige Konditionen für den biologischen
Abbau von Spurenstoffen einstellen.
Im Rahmen dieser Arbeit soll die Inbetriebnahme des Versuchsaufbaus begleitet werden und
anschließend bei laufendem Betrieb Analysen und Messungen durchgeführt werden.
Schwerpunkte sollen unter anderem folgende Punkte sein:
• Begleitender Betrieb der Versuchsanlage
• Recherche zu Messparametern bei ähnlichen Anlagen und Untersuchungszielen
• Entwurf eines Konzepts für Sensorik und Messprogramm an der Versuchsanlage
• Entwurf eines Konzepts zur Variation der Operationsmodi
• Durchführung von Probenahmen zur Evaluation des Abbaus von Spurenstoffen im
System
Beginn:
Supervisor:
Veröffentlicht:
ab sofort möglich
Sonia Kau (sonia.kau@tum.de)
März 2022
TUM · Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft · Am Coulombwall · D - 85748 Garching
Telefon: +49.89.289.13701 · Telefax: +49.89.289.13718 · E-Mail: sww@tum.de · www.sww.bgu.tum.de
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