Chemielabor für Praktikas und eigene Versuche

Lehre und Weiterbildung

Im Fachbereich Chemie legen wir Wert auf eine umfassende Bildung und Unterstützung unserer Studierenden. Unsere Vorlesungen bieten fundiertes Fachwissen und Einblicke in aktuelle Entwicklungen. Die Praktika ermöglichen praktische Erfahrungen und vertiefen das theoretische Verständnis. Wir betreuen Studierende individuell bei ihren wissenschaftlichen Arbeiten, um ihre akademischen Ziele zu unterstützen.

 

Themen Semester- und Bachelorarbeiten EEU

Hintergrund: Obwohl Urin weniger als 1% des Abwasservolumens ausmacht, enthält er 80% des Stickstoffs und 50% des Phosphors im häuslichen Abwasser. Die Urinseparierung an der Quelle (z.B. mit wasserlosen Urinalen) ermöglicht eine effiziente Rückgewinnung dieser Nährstoffe und reduziert die Stickstoff- und Phosphorbelastung auf der Abwasserreinigungsanlage (ARA). Um die Verflüchtigung von Ammoniak zu verhindern, ist vor der Verwendung des Urins als Dünger ein Behandlungsschritt zur Stickstoffstabilisierung wie die Nitrifikation erforderlich. Bei der Nitrifikation wandeln Bakterien den Ammoniak zunächst in Nitrit (Ammoniakoxidation) und anschliessend das Nitrit in Nitrat (Nitrit-Oxidation) um. Der zweite Teilprozess, die biologische Nitrit-Oxidation, ist jedoch störanfällig. Mittels elektrochemischer Nitrit-Oxidation könnte die biologische Nitrit-Oxidation unterstützt oder ganz ersetzt werden.

Ziel: Ziel dieser Arbeit ist es, die Grundlagen der elektrochemischen Nitrit-Oxidation für die Nährstoffrückgewinnung aus Urin zu untersuchen (Umsatzraten, geeignete Elektroden, Nebenprodukte, Stromverbrauch usw.). Dazu soll einerseits mit synthetischen Lösungen gearbeitet werden, andererseits aber auch mit realem Urindünger der Eawag (www.vunanexus.com). Das Verfahren soll bezüglich Wirtschaftlichkeit mit der biologischen Nitrit-Oxidation verglichen 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. Elektrodenmaterial, Abstand der Elektroden, Spannung, Stromstärke, Homogenisierung)
  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: 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? ...)

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

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: Geruchsemissionen aus Abwasserkanälen treten oft sporadisch auf und sind deshalb schwierig zu erfassen. Als Leitsubstanz zur Erfassung von Geruchsbelästigungen dient oftmals Schwefelwasserstoff. Messgeräte zur Erfassung von Schwefelwasserstoff liefern aber nicht immer die gewünschten Resultate. Eine ergänzende Erfassung des Redox-Potentials könnte hier wesentliche Mehrinformationen liefern. Schwefelwasserstoff und andere geruchsintensive Substanzen entstehen nämlich bevorzugt bei tiefen Redox-Potentialen.
Möglicherweise könnte die Erfassung des Redox-Potentials genutzt werden, um den Zustand eines Abwasserkanals in Bezug auf geruchliche Emissionen zu beurteilen. Weiter könnte das Redox-Potential genutzt werden, um die Dosierung von Chemikalien zur Stützung des Redox-Potentials (und somit der Verhinderung der Schwefelwasserstoff-Bildung) zu steuern.

Ziel: Im Rahmen der Arbeit soll eine bereits durchgeführte Studienarbeit fortgesetzt und dabei der Zusammenhang zwischen Geruchsemissionen aus Abwasserkanälen und dem Redox-Potential evaluiert werden. Dies soll vorerst anhand von Laborversuchen und einem Versuchsaufbau geschehen. Anschliessende Untersuchungen in einem realen Abwasserkanal sollen die Möglichkeiten zum Einsatz der Redox-Potentialmessung bei der Beurteilung und zur Verhinderung von Geruchsemissionen aus Abwasserkanälen überprüft 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. Labor- und Feldversuche: Vorversuche im kleinen Massstab zur Bestimmung von relevanten Parametern (z.B. H2S-Emission in Abhängigkeit des Redox-Potentials, zeitliche Entwicklung der H2S-Bildung, Bestimmungsgrenzen)
  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: 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?).

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

Hintergrund: Farben und Lacke, die im Außenbereich verwendet werden, enthalten oft Pestizide, um Fassaden vor biologischem Bewuchs wie Algen, Pilzen und Flechten zu schützen. Bei der Reinigung von Pinseln und anderem Malerwerkzeug gelangen diese Pestizide ins Abwasser, da aktuelle Spaltanlagen in Malerbetrieben nur die Farbpigmente zurückhalten. Pestizide sind problematisch, da sie toxisch für Wasserorganismen sind und in höheren Konzentrationen das Trinkwasser gefährden können. Der Einsatz von Pulveraktivkohle (PAK) im Spaltmittel kann Pestizide im Schlamm binden, aber es ist noch nicht ausreichend erforscht, welche PAK und in welcher Menge am effektivsten sind. Daher ist eine detaillierte Untersuchung notwendig, um ein optimales Spaltmittel zu entwickeln und die Wasserqualität zu schützen.

Ziel: Im Rahmen dieser Semesterarbeit soll untersucht werden, welche Pestizide in der Schweiz üblicherweise in Aussenfarben eingesetzt werden und welche PAK in welchem Verhältnis dem Spaltmittel beigemischt werden muss, um diese Pestizide effektiv zu entfernen.

Organisation: Die Arbeit besteht aus den folgenden drei Teilen:

  1. Literatur-Recherche / Stand der Technik: Abklären, welche Pestizide in Aussenfarben eingesetzt werden, Vor- und Nachteile der existierenden Methoden zur Pestizidbindung und Zusammenstellung relevanter Informationen.
  2. Laborversuche: Untersuchung der Effizienz verschiedener PAKs und deren Mengenverhältnisse im Spaltmittel zur Bindung der Pestizide.
  3. Interpretation: Auswertung der Laborversuche, Beurteilung der Wirksamkeit der PAKs (Welche PAKs funktionieren am besten? Was sind die optimalen Mengenverhältnisse? Grenzen und Vor- und Nachteile?).

Kontakt:jeanmarc.stoll@ost.ch

Themen Semester- und Bachelorarbeiten Bau

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

Praktikum

Hier finden Sie zusätzliches Videomaterial, das zur Unterstützung der Lehrveranstaltung an der OST - Ostschweizer Fachhochschule erstellt wurde.

Hofmannsche Apparatur

Entdecken Sie die Hofmannsche Apparatur: eine wichtige Erfindung für die Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Im Video erfahren Sie, wie diese Apparatur elektrische Energie in chemische Energie umwandelt und so zur Speicherung von überschüssigem Strom beiträgt.

Kontakt

Prof. Dr. Jean-Marc Stoll

KMN Kompetenzzentrum für Mathematik und Naturwissenschaften Professor, Fachbereichsleiter Angewandte Chemie

+41 58 257 43 11 jeanmarc.stoll@ost.ch