Lehre und Weiterbildung

Hintergrund: Im Rahmen der Entwicklung neuer Technologien für Haushaltsgeräte wie Geschirrspüler und Waschmaschinen untersucht V-ZUG die Möglichkeiten der Elektrochemie zur Verbesserung der Reinigungsprozesse. Durch die Chlor-Alkali-Elektrolyse einer Salzlösung können Chlor und Natriumhydroxid erzeugt werden, die weiter zu Natriumhypochlorit (Bleichmittel) reagieren und so die Reinigungsleistung verbessern. Die Herausforderung besteht darin, diese Prozesse effizient und sicher in bestehende Anlagen zu integrieren. Dabei müssen Nebenprodukte wie Chlor entweder sicher neutralisiert oder gezielt wiederverwendet werden, um mögliche Risiken zu minimieren.

Ziel: Ziel dieser Arbeit ist es, die technischen Möglichkeiten und Risiken der Salzwasserelektrolyse für den Einsatz in Haushaltsgeräten zu untersuchen. Es soll untersucht werden, wie ein Bleichmittel aus Salzlösungen hergestellt und zur Unterstützung des Reinigungsprozesses in Haushaltsgeräten eingesetzt werden kann. Ausserdem soll geklärt werden, wie das entstehende Chlor sicher verwendet oder in andere chemische Verbindungen umgewandelt werden kann. Die Arbeiten sollen auch den Energieverbrauch, die Effizienz und die Machbarkeit dieser Technologie bewerten.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, was es schon gibt, was die Vor- und Nachteile sind und Zusammenstellen der relevanten Informationen
2. Laborversuche: Vorversuche im kleinen Massstab zur Bestimmung von relevanten Parametern (z.B. Elektrodenmaterial, Membranmaterial, Elektrodenabstand, usw.)
3. Interpretation: Auswerten der Versuche, Beurteilung in Bezug auf die Umsetzbarkeit (Funktioniert das Verfahren? Was sind die Kosten? Was sind die Vor- und Nachteile?)

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

Hintergrund: In der Automobilindustrie wird bei der Reinigung von Motoren, Karosserien und in Waschstraßen viel Wasser verbraucht. Dieses Waschwasser enthält diverse Schadstoffe wie Öle, Fette, Schwermetalle und Reinigungsmittel. Die gesetzlich festgelegten Grenzwerte für die Einleitung von behandeltem Waschwasser werden mit den derzeitigen Spaltmitteln nur sehr knapp eingehalten. Dies stellt ein Risiko für die Umwelt und die Einhaltung der Vorschriften dar. Daher besteht die Notwendigkeit, die Zusammensetzung der aktuellen Spaltmittel zu optimieren, um eine sicherere und effizientere Aufbereitung des Waschwassers zu gewährleisten. Eine genaue Untersuchung und Anpassung der Flockungsmittel, die als Komponenten der Spaltmittel eingesetzt werden, kann helfen, die Effizienz der Schadstoffentfernung zu verbessern und die Einhaltung der Grenzwerte sicherzustellen.

Ziel: Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären der Zusammensetzung des Abwassers in der Automobilbranche, Festlegung der Grenzwerte und Einleitbedingungen. Ermittlung der Funktion von Flockungsmittel in Spaltmittel.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, was es schon gibt, was die Vor- und Nachteile sind und Zusammenstellen der relevanten Informationen
2. Laborversuche: Untersuchung der Effizienz verschiedener Flockungsmittel in den Spaltmitteln anhand von Abwasserproben aus der Automobilbranche (Bestimmung der Eliminationsraten).
3. Interpretation: Auswertung der Laborversuche, Beurteilung der Wirksamkeit der Flockungsmittel (Welche Flockungsmittel funktionieren am besten? Welche Eliminationsraten werden erreicht? Vor- und Nachteile?).

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Hintergrund: Die Urimat Schweiz AG ist seit 25 Jahren weltweit führend in der Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von wasserlosen Urinal-Systemen. Hauptkomponente der Systeme ist der sogenannte «Trap» (Geruchsverschluss), der aus Kunststoffkomponenten sowie einem WC-Stein und einem Schlauchmembranventil besteht. Bei wasserlosen Urinalen kann sich in der Anschlussleitung ein „Urinschlamm“ (Biofilm) bilden, der in der Regel durch Reinigung mit Wasser und Druck leicht entfernt werden kann. Durch die richtige Zusammensetzung des WC-Steins kann die Bildung von Biofilm/Urinschlamm minimiert bzw. verhindert werden.

Ziel: Ziel der Studienarbeit ist es, zunächst durch Recherchen die Komponenten eines „typischen“ Biofilms/Urinschlamms in der Anschlussleitung von wasserlosen Urinalen zu ermitteln und zu analysieren, welche Komponente(n) sich positiv bzw. negativ auf eine Biofilmreduktion/-bildung auswirken könnte(n). Die theoretischen Ergebnisse sind durch geeignete Laborversuche (mit realem Urinschlamm/Biofilm) zu bestätigen. Auf Basis der Gesamtergebnisse ist ein Vorschlag für die Zusammensetzung eines optimalen WC-Steins zu erarbeiten.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Recherchen zum Thema Zusammensetzung & Bildung von Biofilm/Urinschlamm in Leitungen (speziell: Ableitung von wasserlosen Urinalen). Recherchen bzgl. welche biologischen oder chemischen Komponenten wirken sich positiv/negativ auf eine Biofilmbildung/-reduktion aus
2. Laborversuche: Entwicklung und Aufbau eines geeigneten Laborversuches zur Prüfung der Auswirkung einzelner Komponenten auf den Biofilm
3. Interpretation: Analyse der Ergebnisse und Ermittlung der Zusammensetzung des „perfekten“ WC-Steins“ (im Vergleich zum derzeitig verwendeten „Referenzstein“)

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Hintergrund: Das Sickerwasser aus Schiessanlagen ist mit den Schwermetallen Blei, Kupfer und Antimon kontaminiert und muss deshalb gereinigt werden. In den letzten Jahren wurden dazu im KMN verschiedene Methoden zur Behandlung des Sickerwassers untersucht. Eine mögliche Behandlungsmethode ist eine Filterschicht, welche toxische Schwermetalle aus dem Sickerwasser entfernt, bevor es versickern kann. Dies funktioniert für die beiden Metalle Blei und Kupfer sehr gut, für Antimon aber nur unzureichend. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Boden und verschiedene Adsorptionsmaterialien (z.B. Zeolithe) als Filter auf die Reinigungsleistung hinsichtlich Antimons und auf ihre Sickerleistung untersucht werden. Die einzelnen Komponenten des Bodens sollen auf ihre Rückhaltekapazität für Antimon bei unterschiedlichen Rahmenbedingungen (pH, Leitfähigkeit) untersucht werden. Daraus soll ein optimaler Bodenfilter für Antimon entwickelt werden.

Ziel: Mit Laborversuchen sollen Grösse, Zusammensetzung, optimale Dimensionierung und Standzeit des Filters ermittelt und die zu erwartenden Kosten abgeschätzt werden.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, was es schon gibt, was die Vor- und Nachteile sind und Zusammenstellen der relevanten Informationen
2. Laborversuche: Vorversuche im kleinen Massstab zur Bestimmung von relevanten Parametern (z.B. Sb-Rückhalt in Abhängigkeit des pH-Werts, des Tongehalts, der Art des Tons, zeitliche Entwicklung der Sb-Freisetzung, Kapazität der verschiedenen Bodenbestandteile und Filtermaterialien)
3. Auswerten der Versuche, Beurteilung in Bezug auf die Umsetzbarkeit (Funktioniert das Verfahren?, Was sind die Kosten?, Was sind die Vor- und Nachteile?)

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

Hintergrund: Im Strassenabwasser sind diverse Schadstoffe enthalten, die von den Fahrzeugen und dem Strassenbelag stammen (Abrieb, Verbrennungsrückstände…). Das Strassenabwasser fliesst durch die Gully-Gitter in die Ablaufschächte, in denen die Partikel sedimentieren und das überstehende Wasser durch ein Tauchrohr in Aufbereitungsanlagen oder direkt in Oberflächengewässer (Seen, Flüsse) fliesst. Bei stärkeren Regenereignissen werden sedimentierte Partikel aufgewirbelt und ausgetragen. Ist keine Behandlung nachgeschaltet, gelangen die Schadstoffe in die Oberflächengewässer.

Ziel: In einem aktuellen Projekt wurde mittels eines Computermodells das Verhalten von Sediment und einströmenden Partikel während eines Regenereignisses in einem Schlammsammler simuliert. In dieser Studienarbeit soll das Simulationsmodell in der Realität überprüft werden. Dafür steht ein Modell-Schlammsammler (34x34x68cm) zur Verfügung.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, was es schon gibt, was die Vor- und Nachteile sind und Zusammenstellen der relevanten Informationen
2. Laborversuche: Untersuchung des Partikelverhaltens im Modell-Schlammsammler (Labor), Computersimulationen mit vorhandenem Modell (kurze Einführung in das Programm und Modell durch Mitarbeiter des IET)
3. Interpretation: Auswerten der Laborversuche, Auswerten der Daten aus den Computersimulationen, Beurteilung des Computermodells (Funktioniert das Modell? Was sind die Vor- und Nachteile? Grenzen? ...)

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Hintergrund: In den kommunalen Kläranlagen der Schweiz fallen jährlich rund 5'700 Tonnen Phosphor an, während jährlich 4'200 Tonnen Phosphor als Mineraldünger in die Schweiz importiert werden. Gegenwärtig wird der Phosphor aus kommunalem Abwasser mit Eisen- und Aluminiumsalzen ausgefällt und nach der Verbrennung von Klärschlamm in Form von Eisen- und Aluminiumphosphat deponiert. Um diesen Phosphor pflanzenverfügbar zu machen, bedarf es aber aufwändiger Verfahren. Ab 2026 muss der Phosphor aus kommunalem Abwasser recykliert werden. Am KMN wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem der Phosphor aus dem mit Eisenphosphat angereicherten Klärschlamm herausgelöst und anschliessend durch elektrochemische Zugabe von Magnesium als Struvit ausgefällt wird. Dieses Magnesiumammoniumphosphat kann als Stickstoff- und Phosphordünger eingesetzt werden. Der erste Schritt, das Auflösen des Eisenphosphats, wurde im Rahmen von Studien- und Bachelorarbeiten optimiert. Jetzt soll darauf aufbauend der zweite Schritt, das Ausfällen als Struvit, optimiert werden.

Ziel: Durch elektrolytische Fällung des Phosphors aus dem kommunalen Abwasser an einer Magnesium-Anode als Magnesiumammoniumphosphat (MAP) soll direkt ein pflanzenverfügbares Salz hergestellt werden.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, was es schon gibt, was die Vor- und Nachteile sind und Zusammenstellen der relevanten Informationen
2. Laborversuche: Vorversuche im kleinen Massstab zur Bestimmung von relevanten Parametern (z.B. Auswahl des Elektrodenmaterials, Bestimmen von optimalen Reaktionsbedingungen)
3. Auswerten der Versuche, Beurteilung in Bezug auf die Umsetzbarkeit (Funktioniert das Verfahren?, Was sind die Kosten?, Was sind die Vor- und Nachteile?)

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

Hintergrund: Im Strassenabwasser sind diverse Schadstoffe enthalten, die von den Fahrzeugen und dem Strassenbelag stammen (Abrieb, Verbrennungsrückstände…). Das Strassenabwasser fliesst durch die Gully-Gitter in die Ablaufschächte, in denen die Partikel sedimentieren und das überstehende Wasser durch ein Tauchrohr in Aufbereitungsanlagen oder direkt in Oberflächengewässer (Seen, Flüsse) fliesst. Bei stärkeren Regenereignissen werden sedimentierte Partikel aufgewirbelt und ausgetragen. Ist keine Behandlung nachgeschaltet, gelangen die Schadstoffe in die Oberflächengewässer.

Ziel: In einem aktuellen Projekt wurde mittels eines Computermodells das Verhalten von Sediment und einströmenden Partikel während eines Regenereignisses in einem Schlammsammler simuliert. Dafür wurden verschiedene Partikelklassen definiert und die Sinkgeschwindigkeit nach Stokes berechnet. In dieser Studienarbeit sollen die berechneten Sinkgeschwindigkeiten im Labor überprüft werden.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Theoretischer Hintergrund, Aktueller Wissensstand, Vor- und Nachteile Methoden, Zusammenstellen der relevanten Informationen
2. Laborversuche: Methodenentwicklung zur Messung der Sinkgeschwindigkeit, Untersuchung der Sinkgeschwindigkeit definierter Partikelklassen
3. Interpretation: Auswerten der Laborversuche, Vergleich mit Berechnungen, Beurteilung

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

Hintergrund: Das Schwammstadtkonzept zielt darauf ab, städtische Infrastrukturen an veränderte klimatische Bedingungen anzupassen, insbesondere durch die Verbesserung der Regenwasserrückhaltung und -versickerung. Dies hilft, Überschwemmungen zu verhindern und die Grundwasserneubildung zu fördern. Bisher gibt es jedoch nur begrenzte Kenntnisse über die Eigenschaften der verschiedenen Materialien, die für Schwammstadtsubstrate verwendet werden. Insbesondere die Kornform beeinflusst die Eigenschaften wie Sickerfähigkeit und Wasserspeicherung, aber genaue Identifikationskennwerte außer der Traglast sind kaum vorhanden. Eine Untersuchung der verschiedenen Materialien für Schwammstadtsubstrate kann wertvolle Informationen liefern, um die Materialwahl und Substratzusammensetzung zu optimieren.

Ziel: Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Sickerfähigkeit und Wasserspeicherfähigkeit von verschiedenen Materialien für Schwammstadtsubstrate (insbesondere Kies und Splitt) zu untersuchen. Dabei soll ein experimentelles Konzept entwickelt werden, um systematisch die Sicker- und Wasserspeicherfähigkeit der Grundmaterialien von Substratmischungen für Schwammstadtkonzepte zu überprüfen und miteinander zu vergleichen

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, welche Materialen und Mischungen für Schwammstadtkonzepte bereits existieren, Vor- und Nachteile sowie Zusammenstellung relevanter Informationen.
2. Laborversuche: Untersuchung der Materialeigenschaften verschiedener Grundmaterialien (z.B. Wasserspeicherfähigkeit, Sickerfähigkeit, Gasaustausch).
3. Interpretation: Auswertung der Laborversuche, Beurteilung der Eignung der untersuchten Materialien (Welche Materialien und Mischungen sind optimal? Wie können die Faktoren getestet werden? Vor- und Nachteile?).

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch