Abteilung Verfahrenstechnik

Verfahrenstechnik

Unsere Forschungsgruppen beschäftigen sich aus der ingenieurtechnischen Perspektive mit Problemen der Abwasserreinigung und Trinkwasseraufbereitung sowie dem Schutz der Wasserressourcen. Unser langfristiges Ziel ist es, nachhaltige Konzepte für Wasser- und Nährstoffkreisläufe in Siedlungen zu entwickeln.

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News

Prognose für Unfälle mit Nanomateralien

Während die Risiken durch die Verwendung von künstlichen Nanomaterialien gut untersucht sind, befasste sich bisher kein Projekt mit der unbeabsichtigten Freisetzung dieser Stoffe bei einem Unfall in der Produktionsfabrik oder beim Transport. (Foto: istock)
6. März 2023 –

Forschende haben erstmals abgeschätzt, wie wahrscheinlich die unfallbedingte Freisetzung von Nanomaterialien künftig sein wird.

Forschende haben erstmals abgeschätzt, wie wahrscheinlich die unfallbedingte Freisetzung von Nanomaterialien künftig sein wird.
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Bioplastik aus Abwasser gewinnen

Aus Abwasser gewonnenes Bioplastik (Foto: Antoine Brison, Eawag)
21. Februar 2023 –

Kläranlagen können mehr als Abwasser reinigen. In Zukunft sollen sie auch Ressourcen zurückgewinnen. Ein Ansatz, den Forschende der Eawag verfolgen, ist die Umwandlung des im Abwasser enthaltenen organischen Kohlenstoffs in...

Kläranlagen können mehr als Abwasser reinigen. In Zukunft sollen sie auch Ressourcen zurückgewinnen. Ein Ansatz, den Forschende der Eawag verfolgen, ist die Umwandlung des im Abwasser enthaltenen organischen Kohlenstoffs in Bioplastik mit Hilfe von Bakterien.
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«Nutrient Harvester» der «Autarky»-Toilette ausgezeichnet

Michel Riechmann neben dem Nutrient Harverster der Autarky-Toilette, der mit dem Energy-Globe-Award Südafrika ausgezeichnet wurde (Foto: Claudia Carle, Eawag)
31. Januar 2023 –

Der Autarky Nutrient Harvester ist eines von drei Modulen einer autark funktionierenden Sanitäreinrichtung und gewinnt aus Urin Dünger zurück. Dies ist besonders für infrastrukturarme Gebiete interessant, was auch ein...

Der Autarky Nutrient Harvester ist eines von drei Modulen einer autark funktionierenden Sanitäreinrichtung und gewinnt aus Urin Dünger zurück. Dies ist besonders für infrastrukturarme Gebiete interessant, was auch ein erfolgreicher Feldtest in Südafrika demonstriert hat. Nun wurde der Nutrient Harvester mit dem Energy Globe Award Südafrika ausgezeichnet.
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Water Hub: Neuer Film aus dem NEST

Publikationen

Ballikaya, P., Brunner, I., Cocozza, C., Grolimund, D., Kaegi, R., Murazzi, M. E., … Cherubini, P. (2023). First evidence of nanoparticle uptake through leaves and roots in beech (Fagus sylvatica L.) and pine (Pinus sylvestris L.). Tree Physiology, 43(2), 262-276. doi:10.1093/treephys/tpac117, Institutional Repository

Trees have been used for phytoremediation and as biomonitors of air pollution. However, the mechanisms by which trees mitigate nanoparticle pollution in the environment are still unclear. We investigated whether two important tree species, European beech (Fagus sylvatica L.) and Scots pine (Pinus sylvestris L.), are able to take up and transport differently charged gold nanoparticles (Au-NPs) into their stem by comparing leaf-to-root and root-to-leaf pathways. Au-NPs were taken up by roots and leaves, and a small fraction was transported to the stem in both species. Au-NPs were transported from leaves to roots but not vice versa. Leaf Au uptake was higher in beech than in pine, probably because of the higher stomatal density and wood characteristics of beech. Confocal (3D) analysis confirmed the presence of Au-NPs in trichomes and leaf blade, about 20–30 μm below the leaf surface in beech. Most Au-NPs likely penetrated into the stomatal openings through diffusion of Au-NPs as suggested by the 3D XRF scanning analysis. However, trichomes were probably involved in the uptake and internal immobilization of NPs, besides their ability to retain them on the leaf surface. The surface charge of Au-NPs may have played a role in their adhesion and uptake, but not in their transport to different tree compartments. Stomatal conductance did not influence the uptake of Au-NPs. This is the first study that shows nanoparticle uptake and transport in beech and pine, contributing to a better understanding of the interactions of NPs with different tree species.
Bou-Sarkis, A., Paul, E., Girbal-Neuhauser, E., Derlon, N., & Bessiere, Y. (2023). Detection of gel-forming polymers via calcium crosslinking, applied to the screening of extracellular polymeric substances extracted from biological aggregates. Gels, 9(2), 157 (14 pp.). doi:10.3390/gels9020157, Institutional Repository

The valorization of biological aggregates through the extraction of hydrogel-forming polymers can enhance the economics and sustainability of various processes in which bacteria are involved in organic waste transformation, such as wastewater treatment. Achieving these goals requires the development of a method capable of detecting the presence of gel-forming polymers in complex mixtures containing biopolymers that are most often unknown and uncharacterized. A miniaturized screening method capable of detecting gelation via ionic crosslinking using only 1 to 3 mg of the tested samples (commercial molecules or extracellular polymeric substances, EPSs) is proposed. The method consists of calculating a percentage of reactivity (%R) through UV-vis spectra and determining the percentage of gel volume (%Vg) formed after the addition of calcium. Both factors were combined to give a gelling factor (GF), and the test was applied to pure commercial molecules (BSA, DNA, alginate (ALV), and a mixture of them), allowing the classification of the following solutions according to their gel-forming capacity: GF(ALV) > GF(ALV+DNA) > GF(BSA+ALV+DNA) > GF(BSA+ALV) > GF(DNA) > GF(BSA+DNA) > GF(BSA). As a relevant tool for screening hydrogel-forming solutions, the method was applied to the EPS extracted from aerobic granular sludge. The EPS (0.5% w/v) had a GF of 0.16 ± 0.03, equivalent to approximately half of the GF of ALV (0.38 ± 0.02 at 0.5% w/v). The developed test pushes the limits of the existing gel-detection techniques because it allows for quicker, less consuming, and more informative gelation detection through the use of simple methods that do not require sophisticated equipment.
Brison, A., Rossi, P., & Derlon, N. (2023). Single CSTR can be as effective as an SBR in selecting PHA-storing biomass from municipal wastewater-derived feedstock. Water Research X, 18, 100165 (13 pp.). doi:10.1016/j.wroa.2023.100165, Institutional Repository

A key step for the production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) from organic waste streams is the selection of a biomass with a high PHA-storage capacity (selection-step), which is usually performed in sequencing batch reactors (SBR). A major advancement would be to perform such selection in continuous reactors to facilitate the full-scale implementation of PHA production from municipal wastewater (MWW)-derived feedstock. The present study therefore investigates to what extent a simple continuous-flow stirred-tank reactor (CSTR) represents a relevant alternative to anSBR. To this end, we operated two selection reactors (CSTR vs. SBR) on filtered primary sludge fermentate while performing a detailed analysis of the microbial communities, and monitoring PHA-storage over long-term (∼150 days) and during accumulation batches. Our study demonstrates that a simple CSTR is as effective as an SBR in selecting biomass with high PHA-storage capacity (up to 0.65 gPHA gVSS−1) while being 50% more efficient in terms of substrate to biomass conversion yields. We also show that such selection can occur on VFA-rich feedstock containing nitrogen (N) and phosphorus (P) in excess, whereas previously, selection of PHA-storing organisms in a single CSTR has only been studied under P limitation. We further found that microbial competition was mostly affected by nutrient availability (N and P) rather than by the reactor operation mode (CSTR vs. SBR). Similar microbial communities therefore developed in both selection reactors, while microbial communities were very different depending on N availability. Rhodobacteraceae gen. were most abundant when growth conditions were stable and N-limited, whereas dynamic N- (and P-) excess conditions favoured the selection of the known PHA-storer Comamonas, and led to the highest observed PHA-storage capacity. Overall, we demonstrate that biomass with high storage capacity can be selected in a simple CSTR on a wider range of feedstock than just P-limited ones.
Dieziger, C., Freimann, R., Durisch-Kaiser, E., & Joss, A. (2023). Lachgasemissionen aus Faulwasserbehandlung. Beprobung und Einordnung 12 Schweizer Anlagen. Aqua & Gas, 103(3), 50-54. , Institutional Repository

Lachgas ist neben Kohlendioxid und Methan eines der potentesten Treibhausgase und hauptverantwortlich für den Abbau der stratosphärischen Ozonschicht. Auf Schweizer Abwasserreinigungsanlagen (ARA) ist die Faulwasserbehandlung, die hauptsächlich mit dem ein- oder zweistufigen anaeroben Ammonium-Oxidation-Verfahren (Anammox) durchgeführt wird, eine mögliche Quelle für Lachgas. Messungen zeigen, dass die Lachgasemissionen im klimarelevanten Bereich liegen und Reduktionsmassnahmen zu empfehlen sind.

Forschungsprojekte

Indem wir Nährstoffe aus Urin zurückgewinnen, entwickeln wir ein Sanitärsystem, welches wertvollen Dünger produziert

VUNA - Nährstoffrückgewinnung in Südafrika
In Autarky entwickeln wir kleine Anlagen für die getrennte Behandlung von Urin, Abwasser und Fäkalien direkt in der Toilette.

Blue Diversion AUTARKY – Abwasserbehandlung ohne Netzanschluss
GDM ist eine einfache, wartungsfreie Technologie für die Trinkwasserversorgung ohne Elektrizität und Chemie.

GDM Gravity-Driven Membrane technologie

Nitrations- / Anammoxprozess

Micro-sieving of municipal wastewater

Aerobic Granular Sludge
Mathematische Modellierung aerober granulierter Belebtschlamm (AGS) - Reaktoren

Eawag Aerobic Granular Sludge (AGS) Model

Weitere Forschungsprojekte