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Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm

Der Abwasserverband Braunschweig optimiert mit einer technischen Innovation die Energiebilanz seiner Kläranlage und gewinnt wertvolle Nährstoffe aus dem Klärschlamm zurück. Das Bundesumweltministerium fördert dieses Vorhaben mit knapp 2 Millionen Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm. Ziel des Vorhabens ist eine energetisch optimierte Schlammbehandlung mit erhöhter Faulgasausbeute und damit erhöhter Stromproduktion sowie die Rückgewinnung der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser für den späteren Einsatz als Düngemittel. Das Vorhaben leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Abwasserwirtschaft und ist insbesondere in Hinblick auf die Nährstoffrückgewinnung auf andere Abwasserbehandlungsanlagen übertragbar. Das jährliche Einsparpotenzial an CO2-Emissionen beträgt circa 430 Tonnen. Zudem führt das Verfahren zu einer Verbesserung der energetischen Bilanz der Kläranlage. Und so funktioniert das neue Verfahren: In einer Zentrifugenanlage wird ausgefaulter Überschussschlamm auf circa 15 Prozent Trockenrückstand entwässert und direkt einer thermischen Desintegration zugeführt, in der mittels Druckhydrolyse eine Erhöhung des abbaubaren Anteils des Schlamms erreicht wird. Damit fällt eine höhere Menge an Faulgas an, gleichzeitig sinkt die zu entsorgende Schlammmenge. Die beim Zentrifugieren anfallende hoch nährstoffreiche Flüssigkeit - das Zentrifugat - wird nacheinander den beiden Nährstoffrückgewinnungsstufen, der Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung und der Ammoniak-Strippung, zugeführt. Sowohl das dabei gewonnene Magnesium-Ammonium-Phosphat als auch das Ammoniumsulfat sind von hoher Qualität und zum Einsatz als Düngemittel geeignet. Das Bundesumweltministerium fördert mit dem Umweltinnovationsprogramm erstmalige, großtechnische Anwendungen einer innovativen Technologie. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Kläranlage Dingolfing, Neuerteilung gehobene Erlaubnis

Die Stadt Dingolfing beantragt die Neuerteilung einer gehobenen wasserrechtlichen Erlaubnis für das Einleiten von Abwasser in die Isar. Die bestehende Erlaubnis endet am 31.12.2025. Die Kläranlage Dingolfing wurde im Jahr 2005 in Betrieb genommen. Die aktu¬elle Ausbaugröße der Kläranlage beträgt 70.000 EW. Auf der Kläranlage Dingolfing wird das Abwasser der Stadt Dingolfing und der industriellen Indirekteinleiter BMW und Develey gereinigt. Die aktuelle Belastung der Kläranlage wurde auf Grundlage der Betriebstagebücher der Jahre 2021 bis 07/2024 detailliert ermittelt. Derzeit beträgt die mittlere Belastung aller Tage 58.200 EW bzw. 49.400 EW. Der 85%-Perzentil-Wert an Trockenwettertagen liegt bei 71.800 EW bzw. bei 61.800 EW. Das Kläranlagengelände liegt auf öffentlichem Grund, Gemarkung Dingolfing, auf einer mittleren Geländehöhe von 354,00 m ü. NN. Das gereinigte Abwasser fließt über einen Ableitungskanal bei Fluss-km 44,0 in die Isar (Grundstück Fl. Nr. 2260). Das Mischwasser aus dem Entlastungsbauwerk wird über einen Stauraumkanal in den linken Seitengraben der Isar (Fl.-Nr. 534/6, Gem. Gottfrieding) geleitet. Die Abwasseranlage besteht im Wesentlichen aus einem Kanalnetz im Misch¬system und Trennsystem mit Mischwasserentlastungsanlagen und einer me¬chanisch-biologischen Kläranlage mit weitergehender Reinigung (Belebungsan¬lage mit Kaskadendenitrifikation und getrennter Schlammbehandlung als Mesophile Faulung). Die Kläranlage ist ausgelegt auf eine BSB5-Fracht (roh) von 4.200 kg/d (ent¬sprechend 70.000 EW). Dies entspricht der Größenklasse 4 nach Anhang 1 zur Abwasserverordnung. Für dieses Vorhaben ist gemäß Ziffer 13.1.2 der Anlage 1 zum UVPG, § 7 Abs. 1 UVPG eine allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles durchzuführen. Diese hat ergeben, dass das Vorhaben keine erheblichen nachteiligen Umweltauswirkungen haben kann, die nach § 25 Abs. 2 UVPG bei der Zulassungsentscheidung zu berücksichtigen wären.

Wirkung von Fällmitteln auf Sedimentation, Biozönose und Physiologie von Belebtschlämmen

Teilprojekt 4, Teilprojekt 2

Entwicklung eines Verfahrens zur wirtschaftlichen Mitbehandlung von (Faulraum)-Truebwasser

Truebwasser aus Faulanlagen gibt auf Klaeranlagen haeufig Anlass zu Stoerungen, wenn sie als Konzentrate anaeroben Ursprungs zur weiteren Behandlung aus dem Schlammbehandlungsteil in die Abwasserbehandlungsstufe zurueckgefuehrt werden; Ursachen der Stoerungen sollen herausgefunden werden; Vorschlaege zur Mitbehandlung erarbeitet werden; dazu sind besondere Probleme der biologischen Abbaubarkeit zu loesen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Metabolit-Regulation von Cryptochrom 2 Aktivität und Blühzeitpunkt

Der UV-A/Blaulichtrezeptor Cryptochrom 2 (cry2) spielt eine zentrale Rolle bei der photoperiodischen Blühinduktion. Wichtige Komponenten der Signalleitung von cry2 sind mehrere nah verwandte bHLH Transkriptionsfaktoren (CIB1, CIB2, CIB4, CIB5), die Blaulicht-abhängig an cry2 binden, als Heterodimere an nicht-kanonische E-Box Motive in der Promotorregion des FLOWERING LOCUS T (FT) Gens binden und hierdurch die Expression dieses zentralen Blühgens induzieren. Weiterhin interagiert cry2 im Blaulicht mit SPA-Proteinen und inhibiert damit die Aktivität der E3 Ubiquitin Ligase CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 1 (COP1), die maßgeblich am Abbau des FT-Transkriptionsaktivators CONSTANS (CO) beteiligt ist. Wir haben gezeigt, dass der FAD-Chromophor im signalaktiven Zustand von cry2 in der neutralen Semichinonform vorliegt und die Bildung dieser Form durch Metabolite wie ATP und NADPH verstärkt wird. Gerichte und strukturbasierte Mutagenese von CRY2 lieferte Hinweise darauf, welche Aminosäuren für die Metabolit-Kontrolle erforderlich sind. Diese Information soll genutzt werden, um die Rolle dieser Metabolite bei der photoperiodischen Blühinduktion aufzuklären. Geplant ist hierfür die Expression entsprechender cry2 Allele in planta und die Analyse der generierten Pflanzenlinien hinsichtlich Blühverhalten, FT-Expression und Interaktion mit down-stream Komponenten. Diese Untersuchungen sollen durch in vitro Studien mit rekombinanten Proteinen komplettiert werden. Im Gegensatz zum Wildtyp Allel von cry1 induziert die cry1L407F Mutante gesteigerte Expression von CO und FT sowie frühes Blühen im Kurztag. In vitro Analysen zeigten ein tryptisches Spaltmuster von cry1L407F im Dunkeln, welches dem von Wildtyp cry1 im Blaulicht entspricht. Das geplante Vorhaben soll klären, ob cry1L407F die gleichen Komponenten wie cry2 für die Induktion von FT nutzt. Hierfür sind Analysen der cry1L407F Mutante im cib1/cib2/cib5 Hintergrund sowie Interaktionsstudien mit cry2 Partnern geplant. Direkte Zusammenarbeiten ergeben sich mit den Vorhaben von Christian Jung (Blühkontrolle bei Beta vulgaris) und Markus Schmid (Regulation des Blühzeitpunkts durch Trehalose-6-P).

Gewinnung von Biogas aus organischen Abfaellen und Biomasse

Die Gewinnung von Biogas durch Ausnutzung natuerlicher Ressourcen bietet die Moeglichkeit, den vollen Eigenenergiebedarf der Regionalklaeranlage Linz in Asten voll zu decken. Durch Intensivierung der anaeroben Schlammfaulung bei geeigneten Betriebsbedingung soll die Methanausbeute optimiert werden. Ziele des Projektes: weitgehende Ausschoepfung des Energiepotentials der im Substrat Biomasse und Klaerschlamm enthaltenen organischen Stoffe, Einhaltung einfacher, robuster Verfahrenstechniken bei groesster Betriebssicherheit, ausgeglichene energiewirtschaftliche Bilanz der Regionalklaeranlage Linz in Asten, Laborversuchsanstalt zur Ermittlung der Gasausbeute in Abhaengigkeit der Art des Substrates (abgeschlossen), Versuche im halbtechnischen Massstab zur Ermittlung des Einflusses von Betriebsparametern, Versuche im technischen Massstab.

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.

Forschungsprojekt Klaerschlamm

Klaerschlamm ist das wichtigste Nebenprodukt der Abwasserreinigung. Man hatte lange gehofft, den ausgefaulten Klaerschlamm als Duenger verwenden und die Schlamminhaltsstoffe so wieder in die Naturkreislaeufe zurueckfuehren zu koennen. Die Schadstoffe, die der Schlamm enthaelt, Schwermetalle und xenobiotische organ. Verbindungen stellen jedoch die landwirtschaftl. Wiederverwertung des Schlamms immer mehr in Frage. Es gibt keine Rezepte fuer die Verwertung oder 'Beseitigung' des Schlammes. Die anaerobe Ausfaulung hat sich fast ueberall durchgesetzt. Fuer die meisten Beseitigungsarten braucht es zusaetzliche Behandlungsverfahren. Sowohl die Verbrennung als auch die Deponierung des Schlammes sind mit signifikanten Umweltbelastungen (Belastung der Atmosphaere mit Schwermetallen, Verbrennungsprodukten; Infiltration von Schadstoffen in Grundwasser und Gewaessern) verbunden. Die Verfahrenstechnik Schlamm (biol. Stabilisierung, Flockung, Elutriation, Hygienisierung, Entwaesserungs- und Filterungsprozesse) ist sehr vielseitig. Leider fehlen der EAWAG bisher die Mittel zur Aneignung einer umfassenden Kompetenz in diesen Techniken.

Anaerob-aerobe Reinigung des Abwassers einer Zitronensaeure-Fabrik

Bei der Zitronensaeureherstellung aus Melasse treten hoch organisch verunreinigte Abwaesser auf, deren Reinigung mit den bisher angewandten Verfahren (aerobe biologische Reinigung, Eindampfung) enorme Kosten verursacht. Mit Hilfe der anaeroben biologischen Reinigung soll es gelingen, den groessten Teil der Verschmutzung bei gleichzeitiger Energiegewinnung aus dem Faulgas aus dem Abwasser zu entfernen. Ziel der Untersuchungen ist es, die gesamte aerob-anaerobe Reinigung des Zitronensaeurefabrikabwassers bis zur technischen Reife zu entwickeln. Ergebnisse: anaerober Prozess prinzipiell einsetzbar, Verfahrensprobleme verschiedener Art noch nicht geloest (Einfahren, Gasverwertung). Versuchsmethodik: Laborversuche; halbtechnische und technische Versuchsanlagen in einer Fabrik.

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