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Upscaling and testing of a procedure for precipitation of metal oxides and metals from wastewater
Get PDFWater is essential for metal processing. Consequently, significant amounts of heavy metal-loaded wastewater are produced during the processing and manufacturing of metals. These wastewaters are classified as hazardous and toxic to humans and the environment. The collection of these wastewater as mixed wastewater makes their treatment challenging due to their complex composition. The conventional treatment method is a neutralisation process leading to the precipitation of heavy metals as hydroxides. This causes large amounts of voluminous sludge, usually disposed of in hazardous landfills. Recently, waste has received greater attention as a potential metal resource for economic and strategic reasons. Accordingly, research focuses on developing extraction methods of metals from waste. An innovative concept is the so-called Specific Product-Oriented Precipitation (SPOP) process, which aims to purify metal-bearing wastewater and recover the contained metals as a secondary resource.
This thesis focuses on scaling up the SPOP process, which has been carried out as a laboratory process. This includes the installation and optimisation of a pilot facility and its software. Three different wastewater systems (Zn, Au, and Cu) were tested using real and model wastewater. The effect of impurities in real wastewater was also tested using Cu-enriched electroplating wastewater with lower Zn, Pb, Ni, Cr, and Mn concentrations. Applying a one-step process demonstrated the recovery of Zn as ZnO and Cu as ferrite or CuO, depending on the addition of Fe to the system. In a two-step process, Au is obtained as zero-valent Au in the first step and Fe as ferrite in the second step. The treatment with the pilot facility shows good results regarding product-oriented phase formation and water purification. An alteration of the suspension generally leads to reduced metal concentrations, and limit values for discharge are met for Zn, Pb, Ni and Cr. With the upscaling of the process, new parameters became relevant. The stirring speed during precipitation influenced the phase formation and composition. Modifying the SPOP process into a continuous mode enabled the treatment of a larger volume of wastewater in a shorter process time. This variant proved particularly effective for forming specific phases such as delafossite (ABO2). Overall, it could be shown that the upscaling of the process was successful, as the laboratory and pilot scale results are comparable. The results of this thesis show that the SPOP process is robust and can be operated in an automated batch mode, treating larger wastewater quantities in series, which is a requirement for industrial implementation.Wasser ist ein wesentlicher Rohstoff für die Metallverarbeitung. Daher fallen bei der Verarbeitung und Herstellung von Metallen erhebliche Mengen an schwermetallhaltigen Abwässern an. Diese werden allgemein als gefährlich eingestuft, da sie für Mensch und Umwelt schädlich sind. Die Sammlung dieser Abwässer als gemischte Abwässer macht ihre Behandlung aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzungen zu einer Herausforderung. Die herkömmliche Behandlungsmethode ist ein Neutralisationsfällungsverfahren, bei dem die Schwermetalle in Form von Hydroxiden ausgefällt werden. Dieses Verfahren verursacht jedoch große Mengen an voluminösen Schlämmen, welche in der Regel auf Sondermülldeponien entsorgt werden. In jüngster Zeit findet Abfall aus wirtschaftlichen und strategischen Gründen größere Beachtung, da er eine potenzielle Metallressource darstellt. Dementsprechend konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung von Extraktionsmethoden für Metalle aus Abfällen. Ein innovatives Konzept für die Rückgewinnung von Metallen aus Abwässern ist der sogenannte „Spezifische Produkt-Orientierte Präzipitations“ (SPOP) Prozess, welcher zum Ziel hat Abwasser zu reinigen und die enthaltenen Metalle als Sekundärressource zurückzugewinnen.
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Skalierung des SPOP-Prozesses, welches bisher als Laborverfahren angewendet wurde. Dabei wurde eine Technikumsanlage installiert und die automatisierte Behandlung inklusive der Software optimiert. Drei Abwassersysteme (Zn, Au und Cu) wurden mit Industrie- und Modellabwässern getestet. Der Einfluss von Verunreinigungen wurde mit Cu-angereichertem Galvanikabwasser mit niedrigeren Konzentrationen an Zn, Pb, Ni, Cr und Mn getestet. Die Anwendung eines einstufigen Prozesses zeigte die Rückgewinnung von Zn in Form von ZnO und Cu in Form von Ferrit oder CuO, je nach Zugabe oder Ausschluss von Fe zum System. In einem zweistufigen Verfahren wurde erst nullwertiges Au und im zweiten Schritt Fe als Ferrit gewonnen. Eine Alterung der Suspension führt im Allgemeinen zu verringerten Metallkonzentrationen und die Grenzwerte für die Einleitung konnten für Zn, Pb, Ni und Cr eingehalten werden. Damit konnte gezeigt werden, dass sowohl eine produkt-orientierte Phasenbildung als auch eine Wasserreinigung mit der SPOP Technikumsanlage möglich ist. So erwies sich beispielsweise die Rührgeschwindigkeit während der Fällung als ein einflussreicher Prozessparameter für die Phasenbildung und -zusammensetzung. Durch die Modifizierung des SPOP-Verfahrens in einen kontinuierlichen Betrieb konnte eine größere Abwassermenge in einer kürzeren Prozesszeit behandelt werden. Diese Variante erwies sich als besonders geeignet für die Bildung von Delafossit (ABO2). Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das Upscaling des Prozesses erfolgreich war, da die Ergebnisse im Labor- und Pilotmaßstab vergleichbar sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das SPOP-Verfahren robust ist und in einem automatisierten Batch-Modus betrieben werden kann, um größere Abwassermengen in Serie zu behandeln, was eine Voraussetzung für die industrielle Umsetzung ist
Wenn Wunsch auf Wirklichkeit trifft
Get PDFDie Ambivalenz zwischen Traditionellem und Neuem, Analogem und Digitalem bestimmt den Englischunterricht im Zeitalter der Digitalisierung. Am bayerischen Gymnasium befinden sich die Lehrkräfte in einer Umbruchphase, die nicht nur durch den bildungspolitischen Willen zur Digitalisierung geprägt ist, sondern auch durch den kompetenzorientierten LehrplanPLUS. Bei der Neuausrichtung der Unterrichtspraxis zwischen Wunsch und Wirklichkeit wirkt persistent als Fixstern am Fremdsprachenhorizont das Englisch-Lehrwerk als zentrales Bildungsmedium, mit dessen Neuentwürfen die Digitalisierung verbunden scheint.
Auf der Basis eines semiotischen Medienbegriffs und der Lehrwerkgebundenheit im Fach Englisch als institutioneller Stellschraube der Digitalisierung wird in der Fallstudie die konzeptionelle und praktische Digitalität der LehrplanPLUS-Lehrwerke erforscht. Die Lehrwerkstudie ist explorativ und hinsichtlich ihrer Ergebnisse zur pädagogischen Digitalisierung instrumentell. Sie erforscht den ambivalenten medialen Charakter der Lehrwerke, ihr Potential für die Füllung bildungstheoretischer Leerstellen und für die Digitalisierungspraxis der Lehrkräfte und trägt dadurch zur Charakterisierung der Digitalisierung im lehrwerkgebundenen Englischunterricht bei.
Die Fallstudie gründet auf den Theoremen der interdisziplinären Multimodalitätsforschung. Sie entwickelt zunächst ein multidimensionales Modell der Lehrwerksdigitalität, aus dessen Schichten sich als Methodendesign die Differenzierung einer lehrwerkanalytischen Hauptstudie und einer Mikro-Aktionsstudie zur Lehrwerkpraxis an der Schule der Verfasserin ergeben. In ihrer Ausrichtung auf die Lehrkraft als Produser (Producer + User) des Praxislehrwerks schließt sie mit Überlegungen zu Desideraten zukünftiger Lehrwerksdigitalität, die eine Bandbreite von Akteuren auf dem Feld des lehrwerkgebundenen Englischunterrichts betreffen
Mitochondrial genome segregation dynamics and quality control in S. cerevisiae
Get PDFMitochondrial DNA (mtDNA), present as multiple copies within cells, encodes crucial subunits of the mitochondrial respiratory chain and is essential for ATP generation. Within individual cells, mtDNA copies can vary in sequence, leading to a state known as heteroplasmy. Dynamic changes in heteroplasmy are not well understood due to the challenge of real-time monitoring. We employ mtDNA-based fluorescent markers, microfluidics, and automated cell tracking to observe mtDNA variants in live heteroplasmic yeast populations at the single-cell level. This method, combined with direct mtDNA tracking and data-driven mathematical modeling, reveals that asymmetric partitioning of mtDNA copies during cell division and limited mitochondrial fusion and fission frequencies are critical for mtDNA variant segregation and homoplasmy establishment.
Mutations in mtDNA can lead to cellular energy shortages and numerous mitochondrial diseases, and the mechanisms by which cells maintain mtDNA integrity over generations remain unclear. By using S. cerevisiae, we investigated whether cells can intracellularly distinguish between functional and defective mtDNA. Our findings indicate that mother cells promote the generation of daughter cells with healthier mtDNA content. Purifying selection for functional mtDNA occurs within a continuous mitochondrial network and relies on stable mitochondrial subdomains and intact cristae morphology. We suggest that cristae-dependent proximity of mtDNA and its encoded proteins creates a spatial ’sphere of influence,’ linking lack of functional fitness to the clearance of defective mtDNA.
These comprehensive approaches offer new insights into mtDNA heteroplasmy dynamics and the role of mitochondrial architecture and essential mechanisms in mtDNA quality control.Die mitochondriale DNA (mtDNA), die in Form von mehreren Kopien in Zellen vorhanden ist, kodiert wichtige Untereinheiten der mitochondrialen Atmungskette und ist für die ATP-Erzeugung unerlässlich. Innerhalb einzelner Zellen können die mtDNA-Kopien in ihrer Sequenz variieren, was zu einem Zustand führt, der als Heteroplasmie bekannt ist. Die dynamischen Veränderungen in der Heteroplasmie sind aufgrund der Schwierigkeit der Echtzeitbeobachtung nicht gut verstanden. Wir setzen mtDNA-basierte Fluoreszenzmarker, Mikrofluidik und automatisierte Zellverfolgung ein, um mtDNA Varianten in lebenden heteroplasmatischen Hefepopulationen auf Einzelzellniveau zu beobachten. Diese Methode, kombiniert mit direkter mtDNA-Analyse und datengetriebener mathematischer Modellierung, zeigt, dass die asymmetrische Aufteilung der mtDNA Kopien während der Zellteilung und die begrenzten mitochondrialen Fusions- und Fissions- frequenzen für die Segregation der mtDNA Varianten und die Etablierung der Homoplasmie entscheidend sind.
Mutationen in der mtDNA können zu zellulärem Energiemangel und zahlreichen
mitochondrialen Krankheiten führen, und die Mechanismen, durch die die Zellen die Integrität der mtDNA über Generationen hinweg aufrechterhalten, sind noch unklar. Mit Hilfe von S. cerevisiae haben wir untersucht, ob Zellen intrazellulär zwischen funktioneller und defekter mtDNA unterscheiden können. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Mutterzellen die Erzeugung von Tochterzellen mit gesünderem mtDNA Gehalt fördern. Die Selektion auf funktionelle mtDNA findet innerhalb eines kontinuierlichen mitochondrialen Netzwerks statt und hängt von stabilen mitochondrialen Subdomänen und einer intakten Cristae Morphologie ab. Wir vermuten, dass die cristae-abhängige Nähe von mtDNA und den kodierten Proteinen eine räumliche "Einflusssphäre" schafft, die einen Mangel an funktioneller Fitness mit der Beseitigung defekter mtDNA verbindet.
Diese umfassenden Ansätze bieten neue Einblicke in die Dynamik der mtDNA Heteroplasmie sowie in die Rolle der mitochondrialen Architektur und der wesentlichen Mechanismen bei der Qualitätskontrolle der mtDNA
Untersuchung von thorakalen Ergüssen nach präklinischer orthotoper kardialer Xenotransplantation
Get PDFVisualizing bacterial protein organization at the nanoscale using DNA-PAINT super-resolution microscopy
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