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Die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlämmen wurde mit der novellierten Klärschlammverordnung im Jahr 2017 stark eingeschränkt. Für Kläranlagen der Größenklassen 4b und 5 wird in Zukunft die Rückgewinnung von Phosphor aus dem Klärschlamm oder aus der Klärschlammasche verpflichtend. Da die Rückgewinnungsquote für Phosphor gesetzlich vorgeschrieben ist und der Phosphor in Klärschlammaschen höher konzentriert vorliegt, gibt es zahlreiche Verfahren, die an dieser Stelle ansetzen. Mit dem Bau der Monoklärschlammverbrennungsanlage am Standort Büddenstedt hat sich die EEW Energy from Waste GmbH (EEW) entschieden, ein Baustein dieser Prozesskette zu sein. Die Kernkompetenz von EEW liegt jedoch im Betrieb von Verbrennungsanlagen, somit soll das künftig geforderte Phosphorrecycling durch einen kompetenten Partner durchgeführt werden. Im Fokus steht dabei die Firma Seraplant mit ihrem nasschemischen Verfahren. Aufgrund der bereits in Haldensleben errichteten großtechnischen Anlage der Firma Seraplant zur Düngemittelherstellung aus Klärschlammaschen und der geringen Entfernung zum EEW Standort, ist die Firma Seraplant ein attraktiver Partner. Im Rahmen der genehmigungsrechtlichen Auflagen und der durch die Firma Seraplant festgelegten Ascheannahmebedingungen müssen die Klärschlammaschen bereits bei der Anlieferung bestimmte Schadstoffgrenzwerte einhalten. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Klärschlämme auf ihre Zusammensetzung untersucht, um kritische Schwermetallparameter zu identifizieren sowie den P2O5-Gehalt der späteren Asche einschätzen zu können. Anhand der Analysen und Hochrechnungsdaten der verschiedenen Elemente in Bezug auf den Aschegehalt konnten Arsen, Blei, Chrom, Quecksilber und Thallium als unkritisch eingestuft werden, da die Mittelwerte bezogen auf den Aschegehalt zum Teil weit unter dem Annahmegrenzwert lagen. Der Mittelwert des Elementes Nickel überschreitet den Grenzwert um knapp 10% und wurde als mäßig kritisch eingeordnet. Sofern in Zukunft hoch und niedrig belastete Klärschlämme mit Hilfe von geeigneten Prozessen unterschieden werden können, könnte ein gezieltes Stoffstrommanagement die Einhaltung des Grenzwertes gewährleisten. Die Elemente Cadmium und Kupfer sind im Hinblick auf die Verwertung im Seraplant-Phosphorrecyclingverfahren als kritisch einzustufen, da die Mittelwerte die Annahmegrenzwerte der Firma Seraplant deutlich überschreiten. Es ist daher wichtig, die angelieferten Klärschlämme zu kennen und zu kontrollieren. Daher wurde ein entsprechendes Annahmekonzept entwickelt, welches auch die Möglichkeit zur Mitverbrennung in der benachbarten Abfallverbrennungsanlage bis zur gesetzlichen Recyclingpflicht beinhaltet. Generell ist für alle betrachteten Parameter zu berücksichtigen, dass durch das Zusammenführen und Mischen der Klärschlämme im Klärschlammbunker ein Verdünnungseffekt von hoch belasteten Klärschlämmen erfolgt und somit für eine Verwertbarkeit der Klärschlammaschen im Seraplant-Verfahren spricht. Anknüpfend an diese Arbeit sollte betrachtet werden, welche der künftigen Klärschlämme, die mit einer Jahresmenge von mehr als 5000 Tonnen der Monoklärschlammverbrennungsanlage zugeführt werden, hohe Gehalte der (mäßig) kritisch eingestuften Schwermetallparameter aufweisen, um diese künftig steuern zu können.

Diese Diplomarbeit behandelt den konstruktiven Entwicklungsprozess eines handgeführten Messsondensystems. Das Projekt, dem diese Aufgabe zugrunde liegt, wird vom BMWi gefördert. Es werden nacheinander alle Bereiche vom Entwurf der Messsonde über die Konstruktion bis hin zur Fertigung eines Erprobungsprototyps abgearbeitet. Dabei wird detailliert auf die einzelnen Bereiche eingegangen und deren Notwendigkeit erklärt. Die Anwendung verschiedener konstruktionsspezifischer Methoden wird gezeigt. Zur Auswahl einer Vorzugsvariante wird eine Bewertung mittels VDI 2225 vorgenommen. Ein 3D-CAD-Modell wird mit CATIA V5 erstellt. Auf Grundlage dieses Modells erfolgt die Fertigung des Prototyps sowie die Ableitung technischer Zeichnungen und einer Montageanleitung. Das Ergebnis der Entwicklung wird abschließend diskutiert und ein Ausblick auf eine mögliche Weiterentwicklung gegeben.

Hyperspektrale Bildgebung gewinnt in vielen Bereichen der Forschung, Industrie und Medizin an Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Messplatz zur inversen hyperspektralen Bildgebung zu realisieren. Dazu wird eine Lichtquelle hinsichtlich der spektralen Leistungsdichte optimiert und charakterisiert. Die realisierten Beleuchtungsarten wurden, wie auch die bildgebende Einheit, charakterisiert und in einen automatisierten Messplatz integriert. Die automatisierte Ansteuerung der Komponenten des Messplatzes ermöglicht es, die spektralen Informationen der Probe innerhalb weniger Sekunden zu erfassen. Zur Evaluation des Systems werden eine standardisierte Probe und präpariertes Haut-, Muskel-, Sehnen-, und Knochengewebe untersucht. Durch den realisierten Messplatz zur inversen hyperspektralen Bildgebung und der numerischen Lösung der so entstandenen Bilddaten können zelluläre Strukturen und Merkmale des biologischen Gewebes sichtbar gemacht und somit differenziert werden.

Die vorliegende Diplomarbeit beinhaltet die funktionsfähige Entwicklung von Analyse- und Darstellungsmethoden zur automatisierten Auswertung von Fahrzeugmessdaten innerhalb einer spezifischen Auswertungssoftware. Dies wird innerhalb der Arbeit am konkreten Fahrzeugdiagnosepaket zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern beschrieben. Hierbei werden zum Zweck der Methodenerstellung auch wichtige Anforderungen und Probleme innerhalb der Serienentwicklung von Ottomotoren thematisiert. Weiterhin werden die in dieser Arbeit entwickelten Auswertungsregeln neben weiteren Analysen innerhalb einer Testaus- wertung angewandt und deren Ergebnisse anschließend hinsichtlich Aussagekraft und Effizienz bewertet. Im ersten Schritt werden verschiedene Anforderungsbereiche in der Serienentwicklung von Ottomotoren betrachtet. Hierbei erfolgt sowohl eine Untersuchung von technischen, als auch gesellschaftlichen Aspekten. Zudem werden auch Anforderungen thematisiert, die aus branchentypischen Vorgehensweisen zur Absicherung der Steuergerätefunktionen von Fahrzeugantriebssystemen in der seriennahen Entwicklungsphase hervorgehen. Anschließend wird zu Beginn des zweiten Kapitels das generelle Funktionsprinzip zur Steuerung moderner Ottomotoren beschrieben. Dabei findet auch die Betrachtung wichtiger Schlüsselbegriffe der Motorsteuerung statt, die in späteren Kapiteln vermehrt angewandt werden. Ein weiterer Schwerpunkt dieses Kapitels ist die Betrachtung der verbrennungsbe- einflussenden Steuerungspfade und deren wichtige Einflussgrößen. Hierzu wird explizit nach dem Luftpfad, dem Kraftstoffpfad und dem Zündungspfad unterschieden. Auch der Einfluss des Verbrennungsgemischs auf die Abgaszusammensetzung wird thematisiert. Diese Grundlagen bilden zusammen mit der ebenfalls kurz beleuchteten Diagnosestrategie in PKWs die Basis für das abschließend in diesem Kapitel untersuchte Diagnosepaket zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern. Dabei wird neben spezifischen gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich der Detektion insbesondere das Funktionsprinzip eines herstellerspezifischen Verfahrens untersucht, auf dessen Basis im späteren Verlauf entsprechende Auswertungsmethoden entwickelt und bewertet werden. Innerhalb vom dritten Kapitel findet im ersten Schritt eine Analyse der verfügbaren Auswertungssoftware statt. Aus den daraus analysierten Voraussetzungen werden anschließend Kriterien abgleitet, die zur Analyse von Fahrzeugmessdaten innerhalb der Software erfüllt sein müssen. Weiterhin werden die Rahmenbedingungen für die zu erstellende Auswertungsbibliothek festgelegt. Abschließend findet in diesem Kapitel die Entwicklung und Implementierung der Auswertungsstruktur in der Projektdatenbank der Auswertungssoftware statt. Kapitel 4 befasst sich umfangreich mit der praktischen Entwicklung von Analyse- und Darstellungsregeln für das in Kapitel 2 beschriebene und in Kapitel 3 festgelegte Arbeitspaket der Aussetzererkennung. Auch Auswertungsmethoden zur Analyse von allgemeinen Randbedingungen, die zur Bewertung der Aussetzererkennung relevant sind, werden in diesem Kapitel thematisiert. Im thematisch letzten Kapitel 5 findet eine Bewertung der entwickelten Analysemethoden statt. Hierzu wird eine Auswertung des gesamten Arbeitspaketes der Aussetzererkennung einschließlich weiterer zur Einschätzung notwendiger Analysen anhand einer repräsentativen Messdatengrundlage durchgeführt. Anschließend erfolgt auf der Grundlage der Auswertungsergebnisse eine individuelle Betrachtung der Arbeitspaketbestandteile. In einer zusätzlichen Versuchsreihe wird zudem auf der gleichen Messdatenbasis die zu erwartende Auswertungszeit des entwickelten Arbeitspaketes analysiert und bewertet. Mithilfe der erzielten Erkenntnisse aus den Versuchen erfolgt im abschließenden Fazit eine kritische Einschätzung der entwickelten Auswertung. Das Ziel dieser Arbeit wurde grundlegend erreicht, allerdings sind die entwickelten Auswertungsalgorithmen nur in Verbindung mit einer herstellerspezifischen Steuergerätesoftware ohne weitere Zuarbeit nutzbar. Für die Verwendung in zukünftigen Projekten ist zudem damit zu rechnen, dass auf Grundlage der entwickelten Auswertungsbibliothek individuelle Anpassungen an das vorliegende Antriebskonzept erfolgen beziehungsweise weitere gänzlich neue Lösungsansätze zur Analyse der Messdaten entwickelt werden müssen. Die Vorge- hensweisen aus der vorliegenden Diplomarbeit und der erarbeitete Entwicklungsleitfaden zur Erstellung neuer Auswertungsregeln können dabei als Grundlage dienen. Weiterhin entstehen durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der verwendeten Software ständig neue Auswertungsmöglichkeiten, die gegebenenfalls aussagekräftigere und effizientere Analysemethoden ermöglichen als sie innerhalb dieser Arbeit entwickelt wurden.

Für die Beschreibung von Bioprozessen mit Mikroorganismen ist die Erfassung mehrerer Prozess-Parameter relevant. Die Biomassekonzentration eines biologischen Systems gibt Aufschluss über die Wachstumsprozesse der Organismen, die eine wichtige Rolle in der Bio-technologie spielen. Zur online-Bestimmung der Biomasse wurde der „Cell Growth Quantifier“ der Firma aquila biolabs eingesetzt, welcher nach dem Prinzip der Rückstreumessung arbeitet. Für die Kultivierung der Hefe Yarrowia lipolytica wurden Glucose als hydrophiles Substrat und Sonnenblumenöl als hydrophobes Substrat eingesetzt. Zur Quantifizierung wurden Stoffbilanzen aufgestellt. Bei der Fermentation mit Glucose konnten Wachstumskurven generiert und Wachstumsraten mit 0,09 h-1 für Glucose und 0,24 h-1 für Sonnenblumenöl bestimmt werden. Mit Hilfe des online-Signals konnte bei der Bilanzierung eine Änderung in der Reaktionsstöchiometrie festgestellt werden und ein Hinweis auf eine Unterteilung in zwei Phasen, aufgrund einer möglichen Produktbildung, gewonnen werden. Der Signalverlauf des online-Biomassesensors beim Einsatz hydrophiler Substrate entspricht weitestgehend den Werten der Methoden der offline Biomassebestimmung. Für die Fermentation mit Pflanzenöl konnte dagegen keine Korrelation festgestellt werden. Sowohl die Biomasse als auch das hydrophobe Substrat sorgen für ein Streusignal, welches auch nicht durch unterschiedliche Wellenlängeneinstellungen des online-Sensors getrennt werden konnte.