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Plastik - Verbundprojekt REPLAWA: Reduktion des Eintrags von Plastik über das Abwasser in die aquatische Umwelt, Teilprojekt 3

Im REPLAWA-Verbund werden die zentralen Fragen zum Thema Plastik in der Umwelt in Zusammenhang mit der Abwasserableitung und -behandlung untersucht. Das ISWW entwickelt dabei u.a. eine Analysemethodik für die Mikroplastikdetektion in Klärschlämmen. Darauf aufbauend werden großtechnischen Kläranlagen hinsichtlich ihrer Mikroplastikfrachten v.a. in Bezug auf die Schlammbehandlung bilanziert, sowie der Eintrag in die Landwirtschaft durch die Abwasserverregnung und Schlammverwertung evaluiert. Filtrationstechnologien zur Reduktion der Plastikeinträge werden neben der Schlammfaulung gezielt in dotierten halbtechn. Versuchsanlagen untersucht. Aus den Ergebnissen werden Strategien zur Sensibilisierung von Verbrauchern und Betreibern sowie zur Verminderung des Eintrags über das Abwasser abgeleitet. Die sozialwissenschaftliche Forschung des ISW-IB im Projektverbund ermittelt, inwiefern die internationale Debatte um die Regulierung von Plastik geeignet sind, die technisch möglichen Lösungen zu realisieren. Dabei interessiert insbesondere die internationale Normgenese im Bereich Mikroplastik und Abwasser. Es wird untersucht, inwiefern politische Lösungen mit den technischen Problemen und Herangehensweisen korrespondieren, sowie das mögliche Verhältnis von konsumentenorientierten Lösungen zu technischen 'End-of-pipe-Lösungen', die im REPLAWA-Verbund untersucht werden. ISWW: AP1: Methodenentwicklung Schlammaufschluss für Mikroplastikanalyse und Dotierung halbtechn. Versuche AP2: Untersuchung Einträge in Landwirtschaft und Grundwasser im Verregnungsgebiet Braunschweig AP3: Bilanzierung Mikroplastikfrachten auf Kläranlage Braunschweig, Unterstützung der TU Berlin bei Beprobung weiterer Kläranlagen AP4: Durchführung halbtechn. Versuche zur weitergehenden Mikroplastikabscheidung sowie Schlammfaulung AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops ISW-IB: AP5: Sozialwissenschaftliche Analyse AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops.

Umweltfreundliche Phosphorrückgewinnung auf Basis des P-RoC-Verfahrens: Phosphorbilanz und Wirtschaftlichkeit (P-RoCXL)

Weiterentwicklung des Sprühwäscheprozesses zur Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen

Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Untersuchung und Weiterentwicklung der nachgeschalteten CO2-Abtrennung durch einen Sprühwäscheprozess aus Kraftwerksrauchgasen. Der Fokus liegt in der Entwicklung eines effizienten und wirtschaftlichen Sprühabsorptionsverfahrens unter größtmöglicher Lastflexibilität. Dazu soll der Prozess im Versuchsbetrieb im Technikumsmaßstab optimiert werden, während gleichzeitig besonders geeignete Absorptionsmittel gezielt untersucht und verbessert werden. Die energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses ermöglicht die Abschätzung des Energiebedarfs und der CO2-Vermeidungskosten. Für die experimentellen Untersuchungen steht die im Vorgängerprojekt installierte Versuchsanlage zur Verfügung, die punktuell modifiziert werden soll. Schwerpunkte der Betrachtungen liegen auf der Abhängigkeit des Absorptionsprozesses vom Lastfall, d.h. von Rauchgasstrom und -zusammensetzung sowie von der Spraycharakteristik. Auch das dynamische Verhalten beim Übergang zwischen Lastzuständen soll untersucht werden. Für die detaillierte Bestimmung der Absorptionsraten unter realistischen Strömungsbedingungen wird ein Tropfenschwarmabsorber in einen Bypass der Versuchsanlage integriert. Die Ergebnisse sollen die Vorteile der Sprühwäsche gegenüber der Verwendung von Packungskolonnen wie z.B. den flexibleren Lastbereich, niedrigeren Druckverlust und die Verwendbarkeit einer größeren Bandbreite an Absorptionsmitteln nutzbar machen. Weiterhin sollen durch den Einbau von unterschiedlichen Zerstäuberdüsen und Wandabstreifern Möglichkeiten für die Prozessintensivierung betrachtet werden. Die Degradation des Absorptionsmittels wird beobachtet, um Rückschlüsse auf das erforderlichen Solvent Management ziehen zu können. Die energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses unter Berücksichtigung von Kraftwerksflexibilität, Anlagenkonfiguration und Absorptionsmitteln hinsichtlich Energiebedarf und CO2-Vermeidungskosten schließt das Projekt ab.

JPI Water Verbundprojekt StARE: Vermeidung der Evolution von Antibiotikaresistenzen, Teilprojekt 1: Untersuchungen zur Evolution von medizinisch bedeutsamen Antibiotikaresistenzen in der Umwelt

Das Projekt zielt (1) auf ein besseres Verständnis der Dynamik von Antibiotika-Resistenzgenen im Abwasser sowie (2) die Entwicklung effizienter Technologien zur Reduzierung von Keimzahlen und Antibiotika-Rückständen im Europäischen Abwasser ab. Die Arbeitsgruppe der TU Dresden entwickelt ein konzeptionelles ökologisches Modell, welches den Prozess des Gentransfers sowie den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Ausbreitung resistenter Bakterien in Fließgewässern beschreibt. Die Arbeitsgruppe ist weiterhin mit der praktischen Detektion und Quantifizierung von Antibiotika-Resistenzgenen im Abwasser sächsischer Kläranlagen beschäftigt.

Untersuchung zur Auswirkung des neuen Umweltbeihilferahmens

Der Umweltbeihilferahmen der EU (UBR) ist zum Ende des Jahres 1999 ausgelaufen. Er wurde verlaengert bis zum Jahresende 2000. Entgegen den Erwartungen, dass die EU-Kommission eine Gruppenfreistellungsverordnung Umwelt vorlegt, erarbeitet sie z.Z. einen neuen UBR. Ein erster Entwurf liegt vor und macht deutlich, dass einschneidende Aenderungen im Vergleich zum vorher genannten UBR zu erwarten sind. Vor dem Hintergrund der Weiterentwicklung der nationalen rechtlichen Regelungen zur Foerderung von Umweltschutzmassnahmen, wie im Bereich Oekosteuern, erneuerbarer Energien und integrierter Technologien sollen die Auswirkungen des UBR geprueft werden. Weiterhin ist die Kohaerenz des UBR mit den anderen EU-Beihilferegelungen zu pruefen. Die Ergebnisse sollen in einer Form aufbereitet werden, die fuer eine Verwendung im europaeischen Rahmen geeignet ist.

Bau und Betrieb einer Demonstrationsanlage zur Wasserkreislaufschließung, Verminderung von Abwassermenge und Abwasserfracht und Wertstoffgewinnung in einem mittelständischen Molkereibetrieb

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die Nahrungsmittelindustrie gehört zu den Hauptquellen umweltrelevanter Emissionen. Es fallen Abwässer mit hohen Gehalten an organischen Verbindungen und Geruchsemissionen an. Darüber hinaus entstehen häufig feste und pastöse Rückstände. Die Abwasser- und Abfallproblematik wird häufig durch End-of-pipe-Techniken angegangen - Verwertungstechniken sind bislang kaum verbreitet. In Deutschland werden jährlich in etwa 430 Betrieben ca. 26,4 Mio. t Milch verarbeitet. Dabei anfallende 40 Mio. m3 Abwasser entsprechen einer jährlichen CSB-Fracht von 100000 t und einer BSB5-Fracht von 60000 t. Für einen Molkereibetrieb, der italienische Käsespezialitäten produziert, sollte die Abwasserfracht deutlich reduziert werden. Beispielhaft sollte gezeigt werden, dass es möglich ist, durch Ultrafiltration die Schadstofffracht einzelner Abwasserströme um 50-70 Prozent zu reduzieren, Prozesswasser aufzubereiten und die Ausbeute an Wertprodukten zu erhöhen. Es sollten die Stoffströme eines Molkereibetriebes analysiert werden. Ein Prozesswasserbehandlungssystem basierend auf Ultrafiltration sollte mit einer Demonstrationsanlage umgesetzt werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Zunächst erfolgte eine Analyse der vorhandenen Stoffströme mit der Bewertung derselben. Darauf aufbauend wurde ein Gesamtkonzept zur Schließung von Wasserkreisläufen, einer veränderten Abwasserbehandlung sowie zur Reduzierung des Dampf- und Energieverbrauchs erstellt. Sowohl zur Schließung von Wasserkreisläufen als auch in Teilbereichen der Abwasserbehandlung wurde die Unterdruckultrafiltration in einer Demonstrationsanlage/Pilotanlage angewendet. Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse wurde der Prozess optimiert. Abschließend erfolgte eine Bewertung der Ergebnisse sowie der Praxistauglichkeit des Konzepts. Das Projekt wurde von einem wissenschaftlichen Beirat begleitet. Fazit: Die stark zunehmende Anzahl von Biogasanlagen in Deutschland eröffnet die Möglichkeit, belastete Abwässer der Lebensmittel- und Molkereiindustrie zu verwerten. Voraussetzung ist eine betriebssichere und kostengünstige Konzentrierung der organischen Abwasserinhaltsstoffe. Die Unterdruckultrafiltration hat sich als geeignete Methode zur Konzentrierung von Teilströmen von Molkereiabwasser und -prozesswasser herausgestellt. Eine Minderung der CSB-Werte um ca. 70 Prozent ist möglich. Die Unterdruckbetriebsweise bringt neben der Erhöhung der Filtrationsleistung deutliche Vorteile hinsichtlich der Filterstabilität. Sie ist steigert grundsätzlich die Effektivität der Ultrafiltration und soll nach Projektbeschluss auch an anderen Anlagen getestet und bewertet werden.

Wirksamkeit und Kosteneffizienz von produktbezogenen und nachgeschalteten Maßnahmen zur Verminderung des Eintrages von Mikroschadstoffen in die Gewässer

Für viele Mikroschadstoffe, wie z.B. Haushaltchemikalien, Einsatzstoffe in KMUs, Arzneimittel oder Biozide stellt der Eintrag über das kommunale Abwassersystem (Einleitung, Mischwasserabschläge und je nach Anwendungsfall auch Regenwassereinleitungen) den dominierenden Eintragspfad in die Gewässer da. In diesem Vorhaben sollen an wichtigen Vertretern, die bereits teilweise als prioritäre Stoffe der Wasserrahmenrichtlinie geregelt wurden oder geregelt werden sollen (z.B. Diuron oder Diclofenac) das exemplarische Zusammenwirken, die Wirksamkeit und Kosteneffizienz von Stoffregulierungen und nachgeschalteten Maßnahmen (gezielte Eliminierungsstufen in der kommunalen Abwasserbehandlung, Verbesserung der Misch- und Regenwasserbehandlung) untersucht werden. Ziel ist es, geeignete Kombinationen von Maßnahmen und ihre Randbedingungen vorzuschlagen, die sich durch eine hohe Kosteneffizienz auszeichnen. Diese Maßnahmenkombinationen sollen einer Wirkungsabschätzung zugänglich und somit gut in den Planungsprozess der Wasserrahmenrichtlinie integrierbar sein.

Natürliche Wassersysteme und Technologien zur Behandlung von Wasserknappheit in urbanen Gebieten in Indien (NaWaTech)

Eine hinreichende Wasserversorgung und ein Abwassersystem zu gewährleisten, ist besonders in Ballungsgebieten eine Herausforderung für Regierungen weltweit. Die prognostizierten dramatischen globalen Veränderungen machen diese Aufgabe noch schwieriger. Bevölkerungswachstum, Verstädterung, die voranschreitenden Industrialisierung, der Klimawandel und ein drastischer Anstieg des Wasserverbrauchs belasten urbane Wasserressourcen massiv. Um die Wasserknappheit in Ballungsgebieten zu regulieren, braucht es einen Paradigmenwechsel vom konventionellen end-of-pipe-Wassermanagement (nachgeschaltete Maßnahmen) hin zu einem integrierten Ansatz. Dieser integrierte Ansatz sollte verschiedene Elemente beinhalten. Hierzu zählen: (i) Maßnahmen für den gesamten städtischen Wasserkreislauf (sowohl Ab- als auch Frischwasser werden hier als Bestandteile von Wasserressourcen im Allgemeinen betrachtet); (ii) Optimierung des Wasserverbrauchs durch die Wiederverwendung von Abwasser und durch das Verhindern der Verunreinigung von Frischwasser; (iii) Priorisierung von natürlichen und technischen Kleinanlagen, die flexibel und kosteneffizient sind und nur einen minimalen Instandhaltungsaufwand erfordern. Solche Anlagen, wie z.B. Pflanzenkläranlagen, Rigolenversickerung, Bodenfilterung und Uferfiltration, fördern die naturnahe Wasserreinigung und -speicherung. Außerdem haben kompakte technische Anlagen wie SBR (Sequencing Batch Reactor) und MBR (Membranbioreaktoren) in den letzten Jahren einen großen Entwicklungsfortschritt gemacht. Darüber hinaus können sie große und stark variierende Schadstoffbelastungen aufnehmen, saisonale Fluktuationen in der Wasserverfügbarkeit ausgleichen und in die Stadtplanung als grüne Infrastruktur, die zusätzliche sozioökonomische Vorteile wie z.B. Erholungsmöglichkeiten bietet, integriert werden. In Europa werden diese Systeme seit vielen Jahren entwickelt und das Potential für ihre Anwendung in Entwicklungs- und neu-industrialisierten Ländern ist weithin anerkannt. Allerdings herrschen in Indien und vielen weiteren Entwicklungs- und neu-industrialisierten Ländern in wärmeren Klimazonen andere Umweltbedingungen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen zielt das Projekt NaWaTech auf die Maximierung des Nutzens von natürlichen und kompakten technischen Systemen und Prozessen für das effektive Management von kommunalen Wasserressourcen, von Wasserversorgung und Abwasserentsorgung und von kommunalen Wasserkreisläufen in städtischen Gebieten in Indien. (Text gekürzt)

Dienstleistungen zur Unterstützung der Weiterentwicklung von Systemen zur Abgaswärmenutzung und Abgasnachbehandlung

Ermittlung des Standes der Technik bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln unter Betrachtung von Klimaschutzmaßnahmen

Ausgangslage: Das Umweltbundesamt wird regelmäßig um Mitwirkung und das Einbringen von Expertise bei Projekten im Bereich der Holzmöbelherstellung gebeten. So wirkt das Umweltbundesamt u.a. als wissenschaftlicher Partner bei der Carbon Performance Improvement Initiative (CPI2) und bringt hierfür fachlichen Input zur Berücksichtigung hoher Umwelt- und Klimaschutzstandards ein. Für die Erstellung von fundierten Beiträgen zu solchen Projekten und zur Weiterentwicklung der fachlichen Expertise im Umweltbundesamt ist es notwendig, den deutschen Stand der Technik für die Holzmöbelbranche zu ermitteln. Zielstellung: Ziel des Vorhabens ist es, den Stand der Technik in Deutschland bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln zu ermitteln. Zusätzlich sollen auch klimarelevante Umweltentlastungspotentiale identifiziert werden. Es sind konkrete Daten und Beispiele für fortschrittliche produktionsintegrierte und nachgeschaltete Maßnahmen in Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln zu sammeln und zu bewerten. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen u.a die Carbon Performance Improvement Initiative im Bereich der Holzmöbel unterstützen. Methodik: Für die emissionsrelevanten Teilprozesse, wie Beschichtung, Konfektionierung und direkt mit der Möbelherstellung assoziierte Feuerungsanlagen, sind die entsprechenden Emissionen (z.B..Staub, VOC, Formaldehyd, NOx, CO), Verbräuche (Chemikalien-, Wasser-, Energieverbräuche) sowie Emissionsminderungsmaßnahmen zu ermitteln und in Form von fact sheets darzustellen. Zusätzlich sind für den gesamten Prozess der Möbelherstellung Techniken zur Verminderung und Vermeidung von CO2-Emissionen zu beschreiben. Hierfür sind zwei Fachveranstaltungen sowie Anlagenbesichtigungen geplant.

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