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Einbau einer biologischen Klaeranlage in der Neumayer-Station

In der suedlichen Saison 1996/97 ist an der deutschen Antarktis-Forschungsstation 'Neumayer' eine biologische Klaeranlage zur Reinigung aller haeuslichen Stationsabwaesser (Grau- und Schwarzwasser aus Toiletten-, Kuechen-, Dusch- und Waschbereichen) in Betrieb genommen worden. Hierbei handelt es sich um eine von der Deutschen Seeberufsgenossenschaft zugelassene Anlage des Typs MSP II eines deutschen Herstellers, die im Einklang mit IMO, MEPC 2(IV) zugelassen wurde und die Vorschriften und Verordnungen erfuellt, die von IMO, USOG, dem Russischen Schiffsregister und anderen Flaggenstaaten erlassen worden sind und spezielle Zertifikate fuer Klaeranlagen vorschreibt. Mit diesem Anlagentyp und der beschriebenen Verfahrensweise werden folgende Qualitaetswerte des gereinigten Ablaufwassers erreicht bzw. sogar unterschritten: - Suspendierte Feststoffe kleiner 100mg/ Liter - Coliforme Bakterien kleiner 200/100 ml, - BSB5 kleiner 50mg/ Liter. Das gereinigte Abwasser wird vor Abgabe in einem UV-Reaktor behandelt. Der anfallende Klaerschlamm wird nachbehandelt und getrocknet, vollstaendig aus dem Vertragsgebiet rueckgefuehrt und in Deutschland fachgerecht entsorgt.

Innovative Verfahrenskombination aus Naturfaservlies, UV-LED und Photooxidation zur Wasserreinigung im Re-Use-Prozess, Teilprojekt 2

Hygienisierung von landwirtschaftlichen Abwaessern durch Mikrowellen

In einer Mikrowellenfilteranlage wird die Abtoetung von verschiedenen Viren in Fluessigmist im Durchflussverfahren ueberprueft.

Modellierung anaerober Umsetzungsprozesse mit dem Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1)

Für die mathematische Beschreibung anaerober Prozesse wurde von der IWA das Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1) entwickelt. Das ADM1 berücksichtigt einen allgemein gültigen Satz von Substraten und biochemischen Prozessen und wurde zunächst für die anaerobe Schlammstabilisierung entwickelt. Für die kinetischen Parameter werden Größenordnungen vorgegeben, die jedoch hohe Schwankungen aufweisen. Kalibrierte Stoffdaten und Angaben für die Zulaufcharakterisierung und -fraktionierung unterschiedlicher Abwässer fehlen. Eine Abbildung von reaktorspezifischen Bedingungen zur Behandlung industrieller Abwässer (z.B. für UASB-Reaktoren oder EGSB-Systeme) erfordert den Aufbau von mehrstufigen angepassten Modellen, die neben dem vierstufigen Prozess auch die entsprechenden verfahrenstechnischen Stufen abbilden. Die Ziele des Vorhabens sind:1.Modellentwicklung für verfahrenstechnische Varianten der anaeroben Industrieabwasserbehandlung zur verbesserten Abbildung aller Umsetzungsprozesse (z.B. UASB-Reaktor, zweistufiger Prozess; Verlängerungsphase des Antrages: EGSB-Reaktors, Modellkalibrierung, Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen),2. Bestimmung der wesentlichen Modellparameter und ihren Schwankungsbreiten durch Sensitivitätsanalysen, Kalibrierung und Validierung der Modelle mit Daten aus anaeroben Batchuntersuchungen und kontinuierlich betriebenen anaeroben Laborversuchen,3. Ermittlung von abwasser- und biomassenspezifischen Stoffdaten für eine Fraktionierung der Inhaltsstoffe industrieller Abwässer und von kinetischen Parametern der Biomasse im Rahmen von Laboruntersuchungen zur Anpassung des ADM1.

Ozon

Entwicklung einer Technologie zur wirtschaftlichen Erzeugung grosser Mengen von Ozon. Entwicklung von Methoden zur Reinigung, Entkeimung, Schonung von Trink- und Abwasser. Einsatz von Ozon in umweltschonenden Oxidations- und Bleichprozessen (z.B. Ersatz von Chlor).

Innovative Verfahrenskombination aus Naturfaservlies, UV-LED und Photooxidation zur Wasserreinigung im Re-Use-Prozess

Innovative Verfahrenskombination aus Naturfaservlies, UV-LED und Photooxidation zur Wasserreinigung im Re-Use-Prozess, Teilprojekt 1

Öffentliche Abwasserentsorgung

<p>Das Hauptziel der Abwasserbehandlung ist, Gewässerbelastungen weitgehend zu reduzieren. Dabei fällt Klärschlamm an, der inzwischen zumeist in getrockneter Form thermisch verwertet wird. Die Rückgewinnung und Wiederverwertung von Stoffen wie Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm trägt dazu bei Nährstoffkreisläufe zu schließen.</p><p>Rund 10 Milliarden Kubikmeter Abwasser jährlich</p><p>8.659 öffentliche Kläranlagen haben im Jahr 2022 nach Erhebungen des Statistischen Bundesamtes über 8,33 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³) Abwasser behandelt und anschließend in Oberflächengewässer eingeleitet. Die behandelte Abwassermenge sank damit gegenüber der Erhebung im Jahr 2019 um 0.72 Mrd m³. Diese Abwassermenge setzte sich aus rund 4,82 Mrd. m³ Schmutz-, 1,49 Mrd. m³ Fremd- und 2,02 Mrd m³ Niederschlagswasser zusammen (siehe Tab. „In öffentlichen Kläranlagen behandelte Abwassermenge“). Schmutzwasser ist jenes Wasser aus privaten Haushalten sowie aus gewerblichen und industriellen Betrieben, das in die Kanalisation eingeleitet wird. Als Fremdwasser wird jenes Wasser bezeichnet, das nicht gezielt in die Kanalisation eingeleitet wird, also etwa in diese aus dem Boden einsickert.</p><p>Fast 100 Prozent biologisch gereinigt</p><p>Die rund 8.700 Kläranlagen haben im Jahr 2022 rund 99,99 % des Abwassers biologisch und weniger als 0,005 % ausschließlich mechanisch behandelt (siehe Tabelle). In einem Großteil der Anlagen wird Stickstoff in zwei Schritten entfernt.</p><p>Bei einem Großteil des Abwassers erfolgt darüber hinaus die Entfernung von Phosphor. Hierbei werden Phosphat-Ionen entweder durch Zugabe von Salzen ausgefällt oder mit Hilfe von Bakterien ausgetragen und in den Klärschlamm überführt.</p><p>Bei 3,7 % des Abwassers wurde in 2022 zusätzlich eine Elemination von Spurenstoffen durchgeführt. Als weitere zusätzliche Verfahrensstufen kamen Filtration und Desinfektion des Abwassers zur Anwendung.</p><p>Klärschlamm aus öffentlichen Kläranlagen</p><p>Auf Kläranlagen fiel im Jahr 2023 Klärschlamm mit einer Trockenmasse von etwa 1,63 Millionen Tonnen an (siehe <a href="https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Umwelt/Wasserwirtschaft/Tabellen/liste-klaerschlammverwertungsart.html">Tabelle Destatis</a>, abgerufen am 31.03.2025).</p><p>Rohstoffquelle Abwasser und Klärschlamm</p><p>Abwasser enthält neben einer Vielzahl von anthropogenen Spurenstoffen auch viele Stoffe, die es lohnt aus dem Abwasser zu recyceln. Dies betrifft vor allem die Rückgewinnung von Nährstoffen. Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff in der Pflanzenernährung. Der weltweite Phosphorverbrauch vor allem in Form von Mineraldünger ist in den letzten Jahren deutlich angestiegen an. Deutschland und die EU sind bei mineralischen Phosphatdüngemitteln vollständig von Einfuhren z. B. aus Russland abhängig, während derzeit immer noch phosphatreiche Abfälle und Abwässer meist ohne Nutzung der Nährstoffe entsorgt werden. Deshalb schränkt die 2017 novellierte <a href="https://www.gesetze-im-internet.de/abfkl_rv_2017/BJNR346510017.html">Klärschlammverordnung</a> ab 2029 die bodenbezogene Klärschlammverwertung gegenüber einer thermischen Vorbehandlung und anschließendem Phosphorrecycling erheblich ein. Gleichzeit wird damit der unerwünschte Eintrag von anthropogenen Spurenstoffen, wie Arzneimittel oder Bioziden, weiter eingeschränkt. Klärschlamm aus großen Kläranlagen und Klärschlamm, welcher die Grenzwerte für eine bodenbezogene Nutzung nicht einhält muss ab einem Phosphor-Gehalt von 20 g/kg Klärschlamm Trockenmasse einer technischen Phosphorrückgewinnung zugeführt werden. Die Rückgewinnung des Nährstoffes Phosphor hilft Stoffkreisläufe im Sinne nachhaltiger Ressourcennutzung und -schonung zu schließen.</p><p>Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm </p><p>Allein das kommunale Abwasser Deutschlands birgt ein jährliches Reservoir von mehr als 70.000 Tonnen (t) Phosphor. Zirka 65.000 t Phosphor finden sich im Klärschlamm wieder. In den letzten Jahren führt Deutschland im Schnitt jährlich mehr als 100.000 t Phosphor in Form von Mineraldüngern ein. Große Anteile kommen hiervon aus Russland. In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche entwickelt. Das Bundesumweltministerium fördert im Rahmen des Umweltinnovationsprogrammes die großtechnische Umsetzung innovativer Verfahren zur Phosphorrückgewinnung. Erste großtechnische Anlage zur Produktion zur Rückgewinnung von Phosphor – z. B. Herstellung von Phosphorsäure aus Klärschlammasche – werden aktuell umgesetzt.</p>

Spurenstoffelimination und Desinfektion- Entwicklung einer 200 % Zelle zur elektrochemischen Synthese von Ferrat und Wasserstoffperoxid

Optimierter Einsatz von Pulveraktivkohle und Ultrafiltratiton als 4. Reinigungsstufe (UF/PAK 4.0)

Neuere Forschungsergebnisse bestätigen, dass kommunale Kläranlagen zwar viele Mikroschadstoffe aus dem Abwasser eliminieren können, die konventionellen Verfahren aber keine ausreichende Barriere für einige dieser Stoffe darstellen. Um den Rückhalt dieser Schadstoffe dennoch zu erreichen, ist eine Erweiterung der kommunalen Kläranlagen durch eine zusätzliche Eliminationsstufe erforderlich. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass hierzu insbesondere Ozonung und Aktivkohleadsorption geeignet sind. Die großtechnische Umsetzung dieser Technologien als sogenannte 4. Reinigungsstufe erfolgt derzeit an ausgesuchten Stellen mit finanzieller Förderung des Landes NRW. Hierbei zeigt sich, dass neben wichtigen ungelösten technischen Fragestellungen die Wirtschaftlichkeit der Umsetzung im Vordergrund steht und zunehmend diskutiert wird. Eine Kosten-Nutzen-Optimierung der Verfahrenstechnik und eine Verbesserung der Reinigungsleistung würde daher einen entscheidenden Beitrag für eine umfassendere Umsetzung der 4. Reinigungsstufe liefern. Genau dies ist das Ziel des Projekts Optimierter Einsatz von Pulveraktivkohle und Ultrafiltration als 4. Reinigungsstufe (UF/PAK 4.0) . Die Reinigungsleistung von Kläranlagen soll durch eine hybride Prozesskombination hinsichtlich Mikroverunreinigungen und weiterer relevanter Parameter optimiert werden. Es sollen Synergien bei der Zusammenschaltung von Prozessen ausgenutzt werden, die es erlauben, den Gesamtprozess bei mindestens gleicher Leistungsfähigkeit wirtschaftlich günstiger zu gestalten. Realisiert werden soll dies durch eine Pulveraktivkohle (PAK)-Adsorptionsstufe mit nachgeschalteter Ultrafiltrationsanlage zur Partikelseparation. Vorteil dieser Verfahrenskombination ist eine effizientere Mikroschadstoffelimination, gegeben durch die Möglichkeit, deutlich feiner vermahlene PAK verwenden zu können. Eine derartige PAK weist günstigere Eigenschaften in Bezug auf die Kinetik auf. Dadurch kann auf zusätzliche Behälter zur Erhöhung der Aufenthaltszeit der PAK verzichtet werden. Trotz ihrer Feinheit werden die Aktivkohlepartikel durch die folgende Membranfiltration vollständig entfernt und damit nicht der aquatischen Umwelt zugeführt. Beim Einsatz von Ultrafiltrationsmembranen kann zudem eine gleichzeitige Hygienisierung des gereinigten Abwassers in Bezug auf mikrobiologische Parameter und ggf. im Wasser befindlicher Mikroplastikpartikel erfolgen. Durch die Dosierung einer geringen Menge Flockungsmittel in den Zulauf der 4. Stufe kann zusätzlich die Phosphatelimination gezielt gesteigert werden. Im Projekt UF/PAK 4.0 wird mittels Laboruntersuchungen und einer halbtechnischen Pilotierung die technologische Machbarkeit dieser hybriden Verfahrenskombination untersucht. Die ermittelten Daten werden außerdem verwendet, die Wirtschaftlichkeit einer Großanlage darzustellen. (Text gekürzt)

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