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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

Betriebliche Abwasserreinigung im Kombibecken

Die Mindestanforderungen fuer die Einleitung von kommunalem Abwasser sind durch die Novelle des Anhang 1 der Rahmen-Abwasser-Verwaltungsvorschrift vom 08.09.89 verschaerft worden. Fuer die Phosphor- und Stickstoffelimination bedeutet dies, dass nahezu alle Klaeranlagen mit unterschiedlichem Aufwand saniert bzw. erweitert werden muessen. Das hier entwickelte Kombibecken soll durch Modifikation der Prozessfuehrung sowie durch konstruktive Aenderungen den neuen Anforderungen angepasst werden. Das nach dem Submersverfahren arbeitende einstufige Kombibecken im Pilotmassstab ist fuer die betriebliche Abwasserreinigung konzipiert worden und besteht aus einem Belebungsteil mit integriertem Sedimenter sowie einer Ueberschussschlammtasche. Ruehrer und Tauchstrahlbeluefter ermoeglichen das Einstellen definierter Sauerstoffpartialdruecke. In ersten orientierenden Versuchen wird der CSB von Abwaessern aus der Lebensmittelindustrie in Hoehe von 4.000 bis 7.000 mg O2/l um etwa 70 Prozent gesenkt; beim Einsatz in einem Berliner Klaerwerk betraegt die CSB-Reduktion des kommunalen Abwassers etwa 90 Prozent. Die Nitrifikation entspricht der des Klaerwerkes. Die intermittierende Denitrifikation laesst sich hier zunaechst bis zu Raumbelastungen von 0,39 kg BSB 5/m3 realisieren und wird durch periodische Belueftungsintervalle aufrechterhalten. Zur Zeit werden Mehrkammersysteme mit integrierter Phosphorelimination erprobt.

Optimierte Produktionssequenzierung in der Automobilindustrie

Ziel des Vorhabens ist die Reduktion der Anzahl von Farbwechseln in Lackierstraßen von Automobilwerken. Dadurch sollen einerseits die Produktionskosten gesenkt, andererseits die bei jedem Farbwechsel durch die notwendige Reinigung der Lackierroboter anfallenden Abwasserbelastungen vermindert werden. Die Realisierung dieses Vorhabens erfordert die Festlegung einer geeigneten Produktionssequenz. Dazu muss zunächst das Layout des jeweiligen Automobilwerkes modelliert werden können, so dass der Produktionsfluss simuliert werden kann. Durch ein vom Benutzer kontrollierbares Regelwerk können anschließend Anforderungen an die Produktionssequenz formuliert werden. Neben den Anforderungen für die Lackierstraße sind hierbei insbesondere auch Anforderungen aus allen anderen Produktionsabschnitten zu beachten. Als Lösungsverfahren kommen aufgrund der Komplexität des Problems lediglich heuristische Verfahren in Betracht, mit deren Hilfe sequentiell eine Produktionssequenz bestimmt wird. Das Verfahren wird vom Kooperationspartner seit Dezember 2003 europaweit eingesetzt.

Membranelektrolytische Regenerierung von metallabtragenden sauren Loesungen

Kontinuierliche Biotestverfahren

Der Algen-, Leuchtbakterien- sowie BSB-Test sind Testverfahren, die Reaktionen von Mikroorganismen auf Umweltveraenderungen quantitativ erfassen. Diese Messverfahren sind in Rechtsvorschriften festgelegt. Die Erweiterung auf kontinuierliche, auch prozessbegleitende Messverfahren setzt Aenderungen in den apparativen Ausfuehrungen voraus, die hier weiter optimiert bzw. den Erfordemissen des Labors fuer Bioverfahrenstechnik angepasst werden. Mit dem modifizierten Algentest ToxAlarm der Firma LAR zur Bestimmung der Guetequalitaet von Gewaessern wird die Toxitaet verschiedener Herbizide, Insektizide und Metallverbindungen mit guter Reproduzierbarkeit bestimmt. Eine eigene kontinuierlich arbeitende Biofloureszenzmesseinrichtung kommt zur Toxitaetspruefung von Tensiden fuer die situ-Bodensanierung zum Einsatz. BSB on line Messungen mit dem Biomonitor von LAR dienen vor allem der Prozesskontrolle bei der aeroben Abwasserreinigung. Die Zeitverzoegerung der Messwerte betraegt etwa sieben Minuten. Eine fuenftaegige Inkubationsphase ist nicht mehr erforderlich. Die erhaltenen Werte dienen als Mass fuer die Belastung der Klaeranlage und koennen sofort beruecksichtigt werden. Es gelingt, die Reproduzierbarkeit der Messwerte zu verbessern.

Zwischenstaatliches Abwasserkolloquium 'Anpassung bestehender Klaeranlagen an eine weitergehende Abwasserreinigung' Deutschland/Polen

Sonderabfall und Deponieverfahren

Verwertung und schadlose Beseitigung von Sonderabfaellen durch thermische Verfahren. Betrieb von Labor- und Technikumsanlagen zur Abfallverbrennung mit reinem Sauerstoff. Entwicklung einer zweistufigen Wirbelschichtanlage zur Verbrennung fluidisierbarer Produktionsrueckstaende. Entwicklung und praxisnahe Erprobung von on-line- und in-situ-Sensoren zur Emissionskontrolle von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) in Aerosolform. Untersuchungen zum Verhalten von Schadstoffen an Aktivkohlen und Zeolithen bei der trockenen Rauchgasreinigung. Verfestigung von Rueckstaenden aus der Rauchgasreinigung. Pyrolyse von Klaerschlamm und Einsatz des Pyrolysekokses bei der Abwasserreinigung und Behandlung frischer Klaerschlaemme.

Versuchskläranlage

Die Abwasserreinigung steht mit der Entfernung von organischen Spurenschadstoffen und kleinsten Partikeln (Mikroplastik, Nanopartikel) sowie dem Paradigmenwechsel von der Abwasserentsorgung zur Ressourceneffizienz (Minimierung des Chemikalien- und Energieeinsatzes) und Ressourcenrückgewinnung (z.B. von Wasser, Kohlenstoff und Nährstoffen) vor enormen Herausforderungen. Dies bedarf der Erforschung des Stoffverhaltens und der Prozesse im Abwassersystem, der Entwicklung von Verfahrenstechniken und der Abstimmung der vielfältigen Verfahren (mit teilweise sehr unterschiedlichen Anforderungen an die Prozessbedingungen) aufeinander. Dies ist weder nur im Labor, wo die Randbedingungen weit von der Realität entfernt sind, noch in der Großtechnik leistbar, da bei Versuchen im laufenden Betrieb die Gefahr unvorhergesehener Gewässerverschmutzungen besteht und die Versuchsbedingungen nicht definiert werden können. Zur Lösung der angesprochenen Probleme bedarf es eines Zwischenschrittes: durch den Einsatz einer mobilen Versuchskläranlage können Prozessbedingungen im realitätsnahen System auf verschiedenen Kläranlagen gezielt gewählt, Verfahrensschritte entwickelt und bei gleichen Randbedingungen miteinander verglichen und optimiert werden. Weiterhin können Prozessketten aufeinander abgestimmt und Wechselwirkungen untersucht werden. Daraus können Kennwerte abgeleitet, Steuerungs- und Regelungsstrategien entwickelt und erprobt werden, um so Grundlagen für die Umsetzung im großtechnischen Betrieb zu schaffen.

Entfernung von toxischen Schwermetallen aus industriellen Abwässern unter Verwendung immobilisierter Makroalgenbiomasse

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, ein wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur Schwermetallentfernung auf der Grundlage von Algenbiomasse zu entwickeln. Die Grundlage für die Antragstellung bilden die Ergebnisse, die zur Abtrennung von Schwermetallen aus der wässrigen Phase im Sonderforschungsbereich 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 'Biologische Behandlung industrieller und gewerblicher Abwässer' an der Technischen Universität Berlin in der 3. und 4. Förderphase von 1997 bis 2001 unter Verwendung von Mikroalgenbiomasse erreicht wurden. Mit dem Forschungsvorhaben soll versucht werden, dem Problem der Bereitstellung preiswerter Biomasse näher zu kommen. Hierzu können marine Makroalgen, die aus dem Meer gewonnen werden oder die bereits zur Wertstoffgewinnung verwendet werden, dienen. Bisher sind in den Teilprojekten F2 und F3 des Sonderforschungsbereichs 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 30 verschiedene Mikroalgen aus unterschiedlichen Bezugsquellen eingesetzt worden. Der gegenwärtige Stand der Untersuchungen im Hinblick auf Aufnahmekapazität und -geschwindigkeit der Schadstoffe lässt Rückschlüsse auf eine erfolgversprechende technische Anwendungsmöglichkeit zu. Voraussetzung dafür ist die Lösung des Problems des durch die Kultivierungsbedingungen für die Mikroalgen noch zu hohen Preises für die Biomasse. Zeigen Makroalgen im Vergleich zu den Mikroalgen ähnliche positive Eigenschaften im Hinblick auf die Aufnahmefähigkeit (Kapazität, Selektivität) für Schwermetallionen, so könnten Immobilisate auf der Basis von Makroalgenbiomasse eine Alternative darstellen. Neben den bereits im Sonderforschungsbereich 193 eingesetzten Metallen Blei, Nickel, Cadmium, Zink und Kupfer ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf weitere Metalle geplant, die als Kontaminationen in der Abwasseraufbereitung unterschiedlicher Herkunftsquellen eine wichtige Rolle spielen. Vorgesehen ist eine Erweiterung auf die Metalle Chrom (Cr+3) und Arsen (As). Der Schwerpunkt der Untersuchungen sollte auf industriell nutzbaren preiswerten Makroalgen liegen, die in großer Menge als Biomassenquelle vorhanden sind und leicht beschafft werden können.

Zur Biologie und Oekologie von Salzpflanzen in Brack-, Suess- und Zivilisationsgewaessern

Salzpflanzen koennen auch in Industriewaessern wachsen; koennen sie auch eliminieren? Gezeiten sind ganz wesentlich; Verfahren in hochbelasteten Binnengewaessern angewendet.

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