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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

Katrin Eder: „Sauberes Abwasser bedeutet mehr sauberes Trinkwasser und Lebensraum für Tiere und Pflanzen“

Klimaschutzministerin Katrin Eder überreicht weiteren Förderbescheid in Höhe von vier Millionen Euro zum Ausbau einer zusätzlichen Reinigungsstufe der Kläranlage Mainz – Medikamenten-, Kosmetikrückstände und andere Spurenstoffe sollen aus dem Abwasser beseitigt werden „Wir müssen alles dafür tun, auch in Zukunft genügend sauberes Wasser für alle zu haben. In Rheinland-Pfalz wird der Großteil unseres Trinkwassers aus Grundwasser und Uferfiltrat gewonnen. Die Erderhitzung führt aber dazu, dass es immer weniger verfügbares Wasser gibt und sich dort immer mehr Schadstoffe anreichern. Deshalb müssen wir einerseits den Klimawandel aufhalten und gleichzeitig dafür sorgen, dass unser Wasser sauber bleibt. Der Bau einer zusätzlichen Reinigungsstufe in Kläranlagen ist dabei ein wichtiges Instrument“, so Klimaschutzministerin Katrin Eder am heutigen Montag auf dem Gelände der Kläranlage Mainz. Dort überreichte sie einen weiteren Förderbescheid in Höhe von vier Millionen Euro zum Ausbau einer vierten – und damit zusätzlichen Reinigungsstufe. Die Mainzer Kläranlage ist dabei landesweit die größte kommunale Kläranlage und gleichzeitig auch die erste, die eine solche baut. Insgesamt werden nach derzeitigem Stand 65 der 660 Kläranlagen in Rheinland-Pfalz eine solche vierte Reinigungsstufe benötigen. Diese Anlagen liegen vorrangig in Städten oder dort, wo es größere Abwassereinträge aus der Industrie gibt. Der Bau einer solchen Reinigungsstufe ist teuer – rund 30 Millionen Euro wird diese in Mainz kosten. Etwa 30 Prozent der Kosten, also 10,5 Millionen Euro, übernimmt das Land. „Für die Versorgung mit unserem Lebensmittel Nummer eins und für funktionierende Ökosysteme in Bächen und Flüssen, leisten Kläranlagen einen enorm wichtigen Beitrag. Die Investitionen sind nötig, denn wir alle brauchen saubere Gewässer und sauberes Trinkwasser“, so die Klimaschutzministerin. Denn auch die Lebewesen im Wasser leiden, wenn die Wasserqualität nicht stimmt: Steigt die Wassertemperatur, schwindet unter anderem schneller überlebenswichtiger Sauerstoff im Gewässer. Gleichzeitig führt der Klimawandel aber nicht nur zu mehr Trockenheit, sondern auch zu einer Aufkonzentration von Schadstoffen in Gewässern.  Immer mehr Schadstoffe landen im Wasser: etwa Rückstände aus Putzmitteln, Medikamenten, Kosmetikprodukten und Süßstoffe aus Lebensmitteln. Diese können Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen in Gewässern schaden. Verschwinden aber diese Lebewesen, sinkt auch die Wasserqualität. Viele von ihnen sorgen etwa dafür, dass organische Stoffe zersetzt werden. Jeanette Wetterling, Vorstandsvorsitzende des Wirtschaftsbetrieb Mainz sagte bei der Förderbescheidübergabe: „Wir als Wirtschaftsbetrieb Mainz sind natürlich schon ein wenig stolz darauf, dass wir mit dem Bau der vierten Reinigungsstufe nicht nur die größte kommunale Kläranlage in Rheinland-Pfalz betreiben, sondern auch eine mit der besten Reinigungsleistung. Unseren Strom erzeugen wir schon heute größtenteils selbst und in Zukunft holen wir noch mehr Schadstoffe aus dem Abwasser heraus – nämlich so viel, wie aktuell technisch möglich ist. Übrigens: Die Entscheidung für den Bau der vierten Reinigungsstufe haben wir nicht getroffen, weil wir es mussten, sondern aus vollster Überzeugung für die Notwendigkeit dieses Schrittes.“ Wasser wird mittels Ozon und Aktivkohle gereinigt Die vierte Reinigungsstufe wird ab Anfang 2027 in Betrieb gehen und dann mittels Ozonierung und Aktivkohlefilter arbeiten. „Mit dem Bau der vierten Reinigungsstufe leistet der Wirtschaftsbetrieb der Landeshauptstadt Mainz einen gewichtigen Beitrag zum Gewässerschutz. Durch den Bau der vierten Reinigungsstufe werden wir eine deutlich verbesserte Reinigung der Abwässer erzielen. Das wirkt sich nicht nur positiv auf den Lebensraum von Tieren und Pflanzen aus, die am und ihm Rhein leben, sondern fördert die Lebensqualität der Menschen vor Ort. Unser Dank geht an das rheinland-pfälzische Umweltministerium für die finanzielle Förderung“, so Janina Steinkrüger, Mainzer Umweltdezernentin und Verwaltungsratsvorsitzende Wirtschaftsbetrieb Mainz. Klimaschutzministerin Katrin Eder betonte, dass sie nun auch auf eine baldige Umsetzung der Europäischen Kommunalabwasserrichtlinie in Deutschland hoffe, die auch die Hersteller von Produkten, die problematische Stoffe in Bezug auf das Wasser enthalten, in die Pflicht nimmt. „Es kann nicht sein, dass die Gesellschaft die Kosten tragen muss und die Unternehmen auf ein Weiter-So setzen. Einige Beispiele zeigen, dass nicht alle Spurenstoffe nötig sind, durch andere ersetzt werden und Rezepturen geändert werden können, das betrifft beispielsweise die Verwendung von Süßungsmitteln.“ Laut EU sollen mindestens 80 Prozent der Kosten der vierten Reinigungsstufe (Investitionen und Betrieb) durch die sogenannte erweiterte Herstellerverantwortung von den Verursachern der Schadstoffeinträge übernommen werden. Wann und wie dies konkret von den Mitgliedstaaten umgesetzt wird, ist bislang noch unklar. Jede und jeder kann helfen, damit das Wasser sauber ist Aber auch jede und jeder Einzelne könne, so Eder, etwas zum Schutz unserer Gewässer beitragen. So gehören Medikamente in den Müll und nicht ins Klo, wer ein Schmerzgel aufträgt, sollte sich die Hände an einem Tuch abwischen und dieses im Müll entsorgen, ehe man sich die Hände wäscht, damit Medikamentenrückstände nicht ins Wasser gelangen und Putzmittel sollten möglichst keine Duftstoffe enthalten. Auch auf Mikroplastik kann man achten. Dieses kann zwar schon jetzt zu über 90 Prozent mit den herkömmlichen Reinigungsstufen aus dem Abwasser entfernt werden, ein Teil verbleibt aber dennoch im Wasser – und schadet damit der Umwelt. Kommunen erhalten Beratung für Kläranlagen-Ausbau Kommunen, die sich in Rheinland-Pfalz für den Bau einer vierten Reinigungsstufe interessieren, sollten sich mit dem MKUEM für das weitere Vorgehen abstimmen. Sie können sich zudem kostenfrei bei der kommunalen Abwasserberatung des MKUEMs, die an der RPTU Kaiserslautern-Landau ansässig ist, beraten lassen. Denn nicht jedes Reinigungsverfahren ist für jeden Standort geeignet. So gibt es unter anderem neben der Ozonierung und der Anwendung von Aktivkohle zahlreiche Varianten und Kombinationsmöglichkeiten dieser beiden Verfahren sowie naturnahe Ansätze, zum Beispiel mittels bepflanzter Bodenfiltern.

Reduzierung der Emissionen bei der Insekten-Raumbegasung durch Einsatz einer zweistufigen Adsorptionsanlage

Die bei der Begasung von Getreide in einer Muehle entstehenden unkontrollierten hochgiftigen Methylbromid-Emissionen werden vollstaendig vermieden und das eingesetzte Insektizid zurueckgewonnen und wiederverwertet. Hierzu ist folgende Verfahrenstechnik vorgesehen. Das eingesetzte Giftgas wird vor der Begasung auf einem Adsorberspeicher (Aktivkohle) gebunden und erst mit der zu begasenden Raumluft aus dem Adsorptionsmittel ausgetrieben und in die Muehle geleitet. Nach erfolgter Begasung wird durch umgekehrte Regelung von Temperatur und Druck die mit Schadstoff beladene Raumluft wieder durch das Adsorptionsmittel geleitet, wobei das Giftgas an der Aktivkohle adsorbiert wird. Mittels eines Hochleistungsgeblaeses mit Drosselventil wird ein fuer die Adsorption guenstiger Unterdruck von etwa 0,5 bar und ein fuer die Begasung (Desorption) entsprechender Unterdruck erzeugt. Durch mehrere Absperrhaehne koennen Adsorption und Desorption im Gegenstrom zueinander gefuehrt werden. Das Giftgas wird im Adsorber gespeichert und steht mit einer fahrbaren Anlage fuer eine weitere Nutzung zur Verfuegung. Durch Verringerung des Raumvolumens mittels eines aufblasbaren Verdraengungskoerpers kann der Begasungsaufwand zB bei geometrisch regelmaessig gestalteten leeren Siloraeumen deutlich gesenkt werden. Durch Anpassen der Stufenzahl der Adsorberspeicher an das Begasungsvolumen wird erreicht, dass die Adsorber immer mit annaehernd gleichen spezifischen Bedingungen arbeiten. Die Entsorgung kann durch diese mobile Anlage aeusserst wirtschaftlich durchgefuehrt werden.

Rueckgewinnung volatiler Narkosegase

Die gegenwaertig in der Gasnarkose eingesetzten Narkotika Halothan, Enfluran und Isofluran sind FCKW's, die groesstenteils ohne Umsetzung in die Atmosphaere freigesetzt werden. Durch Aktivkohlefilter lassen sich diese Gase absorbieren. In einer Vorstudie konnten wir zeigen, dass die adsorbierten Narkotika ohne chemische Umsetzung wieder thermisch desorbiert werden koennen. Ziel ist nun die Weiterentwicklung des Verfahrens und Anwendung in der Routine.

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.

Adsorption von Gasen an Feststoffen, insbesondere an Kohlenstoff

Adsorptive Abwasserreinigung

Die adsorptive Abwasserreinigung gewinnt zunehmend an Bedeutung als Ergaenzung zu biologischen Reinigungsverfahren: Insbesondere bei hochbelasteten Abwaessern muss man damit rechnen, dass die biologische Reinigung allein nicht zum Ziel fuehrt. Die adsorptive Nachreinigung der biologisch vorgereinigten Abwaesser ist vom wirtschaftlichen Standpunkt dann in Betracht zu ziehen, wenn es gelingt, auf eine Regenerierung des Adsorptionsmittels entweder zu verzichten oder mit besonders einfachen Verfahren durchzufuehren. Im Rahmen des Projekts wird als Adsorptionsmittel Braunkohlenkoks verwendet. Dieser Braunkohlenkoks ist im Vergleich zur Aktivkohle ausserordentlich preiswert. In einem neuen verfahrenstechnischen Geraet der mehrstufigen Wirbelschicht mit kontinuierlichem Durchlauf von Wasser und Adsorbern soll die Beladung des Braunkohlenkokses untersucht werden. Auf eine Regenerationsstufe wird verzichtet, da der Koks als Brennstoff fuer die Verbrennung des bei der Abwasserreinigung anfallenden Schlamms verwendet wird. Die mit diesem Verfahren zusammenhaengenden Fragen sollen im Rahmen des Projekts geklaert werden.

GC-MS-Analyse zur Unterstuetzung der Charakterisierung und Reinigung kontaminierter Waesser und Schlaemme

In der Bundesrepublik Deutschland, insbesondere im Umfeld Thueringens gibt es eine Vielzahl von Altlasten, die mit den verschiedenen Verfahren der Bodenreinigung saniert werden koennen. Bei kostenguenstigen Verfahren, wie z.B. der Bodenwaesche, bleiben bestimmte Schadstoffraktionen als hochbelastete Waesser und Schlaemme zurueck. Soweit es bei dem derzeitigen Stand der Technik wirtschaftlich moeglich ist, koennen sie weiter aufbereitet werden. Hier kommen verschiedene Verfahren, u.a. Einsatz von Aktivkohle, Hochleistungsbiologie, Strippen, und die chemische Oxidation zum Einsatz. Zur Entwicklung weiterer Verfahren zu diesem Zweck ist es erforderlich, begleitende Untersuchungen der einzelnen Verfahrensschritte zu taetigen, um somit zur Verfahrensoptimierung beizutragen und neuartigen Verfahren den Weg zur Einsatzfaehigkeit zu ebnen. Das Forschungsprojekt soll das Profil der Fachhochschule Erfurt in der Umweltanalytik erweitern sowie Gelegenheit geben, ein ueber den Durchschnitt hinausreichendes Fachwissen zu etablieren. Es soll insbesondere dem Fachbereich Versorgungstechnik, der den Aufbaustudiengang Umwelttechnik mit beinhaltet, ermoeglichen, Wirtschaftsunternehmen vor allem in Thueringen Kooperationsmoeglichkeiten anzubieten, die diese fuer die Entwicklung geeigneter Erzeugnisse, Verfahren und Anlagen nutzen koennen, um somit ihre Wettbewerbsfaehigkeit zu steigern.

Modellvorhaben gasbetriebene Nutzfahrzeuge

Spurenelementuntersuchung in Tidefluessen und Kuestengewaessern

Ziel des Vorhabens sind Bestandsaufnahmen des Belastungszustandes der norddeutschen Tidefluesse und Kuestengewaesser in Hinblick auf Schwermetalle sowie die Bilanzierung dieser Schadstoffe. Die Durchfuehrung erfolgt in enger Wechselwirkung mit hochaufloesenden hydrographischen Messungen (WA 31-059) und der Simulation der Transportvorgaenge mit mathematischen Modellen. Analysiert werden - bis in den extremen Spurenbereich - Schwebstoff-, Filtrat- und Sedimentproben sowie Gewebe aquatischer Organismen. Zur Absicherung der Richtigkeit der Ergebnisse kommen verschiedene analytische Verfahren zum Einsatz: die Aktivierungsanalyse mit thermischen Neutronen (instrumentell, radiochemisch oder mit Aktivkohle), die Aktivierungsanalyse mit 14 MeV-Neutronen, die Totalreflexions-Roentgenfluoreszenz, die optische Emissionsspektroskopie mit Plasmafackel sowie die prompte Neutroneneinfang-Gammaspektroskopie. Im Vordergrund der bisherigen Untersuchungen standen die Unterweser und die Wattenmeere an der Westkueste Schleswig-Holsteins. Die laufenden Arbeiten konzentrieren sich auf die Elbe.

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