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ARRIVED - Klimafreundliche und ressourceneffiziente Anwendung der Wasserelektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Speichergasen kombiniert mit einer weitergehenden Abwasserbehandlung zur Mikrostoffelimination auf Kläranlagen

Der Wirtschaftsbetrieb Mainz AöR (kurz: WBM) ist eine Einrichtung der Stadt Mainz, in der Rechtsform einer rechtsfähigen Anstalt des öffentlichen Rechts mit Sitz in Mainz. Der WBM besteht aus den Betriebszweigen Bestattung und Entwässerung. Im Bereich Entwässerung ist der WBM zuständig für die Ableitung, Reinigung und unschädliche Beseitigung der Abwässer im Gebiet der Stadt Mainz und der Verbandgemeinde Bodenheim. An das Zentralklärwerk sind rd. 225.000 Einwohner sowie Gewerbe und Industrie angeschlossen. Die Ausbaugröße ist auf 400.000 Einwohnerwerte festgelegt. Damit gehört das Zentralkraftwerk Mainz zu den größten kommunalen Kläranlagen in Rheinland-Pfalz. Mit dem Vorhaben „Klimafreundliche und ressourceneffiziente Anwendung der Wasserelektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Speichergasen kombiniert mit einer weitergehenden Abwasserbehandlung zur Mikrostoffelimination auf Kläranlagen (ARRIVED)“ plant der WBM den Ausbau/ die Erweiterung der 4. Reinigungsstufe zur Spurenstoffelimination aus einer Ozonung und einer Filterstufe mit granulierter Aktivkohle mit dem Betrieb eines Elektrolyseurs mit einer Nennleistung von ca. 1,25 MW el zu kombinieren. Der Sauerstoff (O 2 ) für die Ozonierung soll überwiegend aus der geplanten Elektrolyse stammen. Dabei ist vorgesehen, die Kläranlage mit einer Wasserelektrolyse und einer Verfahrensstufe zur Mikroschadstoffelimination auszustatten. Beide Verfahrensstufen sollen gekoppelt betrieben werden. Das Vorhaben verknüpft damit die regenerative Energieerzeugung mit der Elimination von Mikroschadstoffen. Das im Elektrolyseur erzeugte regenerative Speichergas Wasserstoff (H 2 ) kann unterschiedlich genutzt werden. Es soll vorrangig ins Erdgasnetz eingespeist werden. Als weiterer Verwendungspfad ist angedacht, den Wasserstoff an den Mainzer ÖPNV oder sonstigen Mobilitätsanwendungen in der Region abzugeben. Um den energiewendedienlichen Betrieb der Elektrolyseanlage sicherzustellen, ist die Teilnahme am negativen Regeldienstleistungsmarkt sowie ein Ausbau der lokalen fluktuierenden erneuerbaren Energien zur Deckung des Grundlastbandes des Elektrolyseurs geplant. Das Vorhaben liefert einen Beitrag zur Energiewende durch die Erzeugung von Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse und Einspeisung in das städtische Gasnetz. Unter Berücksichtigung der potentiellen Nutzung des erzeugten Wasserstoffs im ÖPNV kann mit dem Vorhaben insgesamt (ÖPNV, 4. Reinigungsstufe, Wasserstoffeinspeisung, Sauerstoff aus Elektrolyse) eine Einsparung von 1.279 Tonnen CO 2 -Äquivalenten pro Jahr erzielt werden. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Wirtschaftsbetrieb Mainz AöR Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend Förderschwerpunkt: Innovative Abwassertechnik

Biologische Reinigung von Oberflaechenwasser, das von versiegelten Flaechen abfliesst

Je nach Art der Verschmutzung (bei Strassen anders als bei Gewerbeflaechen usw.) sollen, dem Standort angepasst, unterschiedlich aufwendige technische Reinigungsstufen einem Schoenungsteich, in dem die biologische Reinigung stattfindet, vorgeschaltet werden. - Das Kanalisationssystem wird entlastet und der Schoenungsteich wertet als oekologisch wertvolles Biotop die Umgebung auf. - Bei diesem Projekt kooperieren Landschaftsplaner, Tiefbaubetrieb und Gartenbaubetrieb.

Phosphateliminierung aus Siedlungsabwaessern unter dem Gesichtspunkt der Gewinnung von P-Duengemitteln

Durch chemische Ausfaellung mit Al-, Fe-Salzen oder Kalk lassen sich die Phosphate aus den Abwaessern weitgehendst entfernen. Bei einem durchschnittlichen Phosphatanfall in den haeuslichen Abwaessern von 4 g P/Einwohner/Tag liesse sich ueber die chemische Nachfaellung des Klaerwassers etwa 1 kg P/Einwohner/Jahr rueckgewinnen. Die P-reichen Faellungsprodukte werden auf ihre Duengewirksamkeit in Gefaessversuchen (auch nach Markierung mit 32 P) und Feldversuchen vergleichend mit marktgaengigen Phosphat-Handelsduengern geprueft.

Validierung eines hoch effizienten Übergangsmetall- clusters zur photokatalytischen Schadstoffentfernung im Wasser, Teilvorhaben: Technische Universität Berlin

Validierung eines hoch effizienten Übergangsmetall- clusters zur photokatalytischen Schadstoffentfernung im Wasser, Teilvorhaben: Helmholtz-Zentrum Berlin

Durchführung von Rührversuchen mit Pulveraktivkohlen der Firma Chemviron

Von 2003 bis 2009 untersuchte die Hochschule Biberach in einem FuE-Vorhaben, wie und in welchem Umfang die organische Restverschmutzung im Ablauf kommunaler Kläranlagen mit Hilfe von Pulveraktivkohle weiter verringert werden kann. Ziel des Vorhabens war es, eine dauerhafte Unterschreitung der CSB-Ablaufwerte von 20 mg/L sicherzustellen. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass das Produkt'SAE Super' von Norit die höchsten Eliminationsraten hinsichtlich des DOC aufweist, weshalb diese Pulveraktivkohlesorte primär für die Versuche im Durchlaufbetrieb eingesetzt wurde. Mittlerweile zeigen jedoch auch andere Wettbewerber Interesse am Einsatz ihrer Pulveraktivkohleprodukte für diese Verfahrenstechnik. Da die Bewertung der Eliminationsleistung eines Produktes anhand eines Durchlaufversuchs vergleichsweise zeit- und kostenintensiv ist, wird zunächst ein Laborversuch durchgeführt: In biologisch gereinigtes Abwasser werden verschiedene Aktivkohlemengen des zu bewertenden Produktes sowie des Referenzproduktes (hier: Norit'SAE Super') zugegeben und 30 Minuten bzw. 24 Stunden lang gerührt. Nach dieser Zeit wird ein Teil der Probe membranfiltriert, sodass anschließend ein direkter Vergleich der noch vorhandenen, gelösten Verschmutzung möglich ist. Die Firma Chemviron beauftragte die Hochschule Biberach mit der Durchführung dieser Untersuchung, bei der sieben Aktivkohleprodukte des Herstellers getestet wurden.

Ressortforschungsplan 2024, Spurenstoffsurvey:  Stoffströme und Behandlungsmöglichkeiten von Spurenstoffen in abwassertechnischen Anlagen - ein Überblick

Zur Spurenstoffelimination aus dem Abwasser beginnen zur Zeit einige Bundesländer mit der Einführung einer 4. Reinigungsstufe auf Kläranlagen. Die dabei gängigen adsorptiven (Aktivkohle), oxidativen, osmotischen sowie bestrahlenden Verfahren können bisher nicht alle Spurenstoffe gleichermaßen gut eliminieren. Mit dem Spurenstoffsurvey soll mittels einer quantitativen und qualitativen Analyse von Spurenstoffströmen in abwassertechnischen Anlagen eine Übersicht über die wichtigsten Spurenstoffe und deren Entfernungsmöglichkeiten aus dem Abwassersystem erstellt werden. Dabei soll das Eliminationspotenzial gängiger technischer Verfahren der 4. Reinigungsstufe zur Bestimmung des Abbaugrades dieser Stoffauswahl ermittelt werden. Ebenso sollen der Stand der Technik und Stand der Wissenschaft dazu ermittelt werden. Um stoffbezogen qualitative und quantitative Erkenntnisse zur Eliminierbarkeit zu gewinnen, sollen vergleichende Analysen von Teilstrombehandlungen vorgenommen werden. Das Forschungsinteresse gilt auch der Untersuchung kausaler Beziehungen zwischen molekularen Eigenschaften von Stoffen und deren Eliminierbarkeit in Kläranlagen. Im Ergebnis soll die Zweckmäßigkeit der betrachteten nachgeschalteten Maßnahmen anhand von Effektivität, Effizienz und technischer Machbarkeit bewertet werden.

Ressortforschungsplan 2024, Finanzierung der vierten Reinigungsstufe/Ausgestaltung Herstellerverantwortung

Die erweiterte Herstellerverantwortung (EHV) (finanzielle Beteiligung von Arzneimittel- und Kosmetikaherstellern an den Kosten einer 4. Reinigungsstufe) ist im KOM-Vorschlag zur Novelle der KomAbwRL verankert. Für die deutsche Umsetzung der Novelle sind Umsetzungsoptionen zu entwickeln, die eine Abwägung der Vor- und Nachteile sowohl praktischer, als auch ökonomischer und rechtlicher Natur beinhalten.

REFOPLAN 2025 - Ressortforschungsplan 2025, Fachliche Unterstützung bei der Umsetzung EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL)

Die revidierte Kommunalabwasserrichtlinie ist fachlich sehr breit angelegt und umfasst eine Vielzahl neuer Aspekte im Kontext der Abwasserbehandlung. Exemplarisch seien hier die Bereiche Wassermanagementpläne, Einführung einer vierten Reinigungsstufe, Energie, gesundheitliches Monitoring, Nährstoffrecycling und analytische Fragestellungen genannt. Das Vorhaben soll dazu beitragen, schnelle fachliche Zuarbeiten in Bezug auf die Umsetzung der neuen Anforderungen der EU-Kommunalabwasserrichtlinie zu ermöglichen. Es werden in Bezug auf die Umsetzung vielfältige fachtechnische, rechtliche und gebührenbezogene Fragen in Abhängigkeit von der Kläranlagengröße und Ausstattung zu beantworten sein, die absehbar nicht alle UBA intern gelöst werden können. Dazu sind ggf. kurzfristige Modellierungen u.a. mit vorhandenen oder kurzfristig zu erhebenden Daten durchzuführen. Ebenso sind detaillierte Kostenabschätzungen im Zuge der Umsetzung zu vorzunehmen. Desweiteren sind Schnittstellen zu anderen Rechtsbereichen (u.a. Gesundheit Artikel 17; Abfall Artikel 20) zu bewerten.

Überlebensstrategie und Pathogenität von Clostridioides difficile in Abwasser, Klärschlamm, Oberflächengewässer, Gülle, Futtermittel und Silage - Behandlungsmöglichkeiten zur Risikominimierung (SUPER safe)

Das strikt anaerobe, Endosporen-bildende Bakterium Clostridioides difficile ist der Verursacher von nosokomialen Durchfallerkrankungen bei Mensch und Tier. Eine C. difficile Infektion (CDI) erfolgt meist nach einer Antibiotikabehandlung welche die Darmflora schädigt und bei der Wiederbesiedlung das Auskeimen von C. difficile ermöglicht. Weltweit ist eine Zunahme der Inzidenz so wie ein schwerer Verlauf von CDI zu beobachten was die Gesundheitskosten in die Höhe treibt und verstärkte Maßnahmen zur Infektions-Prävention und Kontrolle der Ausbreitung erfordert. Die Behandlung einer CDI wird dadurch erschwert dass Endosporen resistent gegenüber einer Antibiotikabehandlung sind. Vegetative Zellen und Sporen des Darmbesiedlers C. difficile werden mit den Fäzes ausgeschieden und können so in die Umwelt gelangen. C. difficile wird in Fäkal-belasteten Matrices wie Abwasser, Klärschlamm, Gülle und in mit Fäkalien in Berührung gekommenem Viehfutter oder Silage nachgewiesen. Durch den rasanten Anstieg der Anaerobtechnologie in Biogasanlagen zur Schlamm- oder Güllebehandlung kann davon ausgegangen werden, dass C. difficile in solchen Milieus überlebt oder sich sogar vermehrt und mit den Gär-Rückständen als Dünger in der Umwelt verbreitet wird. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist, solche fäkal-belasteten Proben zu identifizieren und daraus C. difficile zu quantifizieren und Isolate zu charakterisieren. Neben dem Nachweis der Gene der Virulenzfaktoren für das Enterotoxin A und Cytotoxin B und dem binären Toxin CDT werden die Isolate einer Ribotypisierung und einer Antibiotikaempfindlichkeitstestung zur MHK Bestimmung unterzogen. Zudem sollen auch Antibiotika-Resistenzgene sowie konjugative Transposons nachgewiesen werden. Zum quantitativen Nachweis von C. difficile und dem Antibiotikaresistenz-vermittelnden konjugativen Transposon Tn5397 soll eine qPCR etabliert werden die es ermöglicht, Zellzahlen und Pathogenität von C. difficile in Fäkal-belasteten Proben zu bestimmen. Bedingt durch den hohen Stellenwert der Anaerobtechnologie für die Abwasserreinigung und Güllebehandlung sollen im Labormaßstab Biogasreaktoren aufgebaut und unter 'Realbedingungen' betrieben werden, um das Überleben, eine Vermehrung oder die Reduktion/Elimination von C. difficile Zellen/Sporen sowie die Exkretion des konjugativen Transposons Tn5397 zu testen. Diese Versuche sollen auch in Laboranlagen zur Simulation der konventionellen Güllelagerung sowie nach Behandlung in einer Labor-Ozonierungs- und UV-Entkeimungsanlage durchgeführt werden. Letztere werden unter anderem als vierte Reinigungsstufe zur Abwasserbehandlung in der Praxis empfohlen. Nur in Kombination von Umweltmikrobiologie und Verfahrenstechnik können die gesetzten Ziele erreicht und neues Wissen generiert werden um Aussagen bezüglich der Überlebensfähigkeit, Pathogenität und Verbreitungspfaden von C. difficile zu treffen und um das Infektionsrisiko für Mensch und Tier besser abschätzen zu können.

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