Zielsetzung:
Trotz einer Elimination von Phosphor (P) auf kommunalen Kläranlagen in Deutschland von derzeit im Mittel ca. 93 % (vgl. DWA, 2021) reicht die Reinigungsleistung in vielen Gewässereinzugsgebieten nicht aus, um den nach der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (2000) geforderten guten ökologischen Zustand zu erreichen. Hierfür gilt für die meisten Gewässer ein Orientierungswert im Gewässer von meist 0,1 mg/L Gesamtphosphor (Pges) (OGewV 2016). Obwohl an größere Kläranlagen mit einer Anschlussgröße von > 100.000 Einwohnerwerten (EW) bereits die strengsten emissionsbezogenen Mindestanforderungen von 1,0 mg/l Pges im Kläranlagenablauf gestellt werden, sind oftmals weitergehende technische und platzsparende Verfahren wie Flockungsfiltration erforderlich, um P-Einträge in Gewässer weiter zu reduzieren. Einwohnerbezogen besteht bei den kleineren und mittleren Anlagen bis zu ca. 50.000 EW jedoch ein großes Potenzial, P-Emissionen zu verringern, wobei hier wartungsarme Technologien von Vorteil sind. Dazu gehören modifizierte Bodenfilter, die gerade auch unter Berücksichtigung des gegenwärtigen Fällmittelengpasses zu einer Verminderung der P-Einträge beitragen können. Durch den Einsatz von Bodenfiltern mit regenerierbaren Filtermaterialien mit hoher P-Sorptionskapazität besteht die Chance, dass sich langfristig ein niedrigerer P-Grenzwert von < 0,1 mg/l Pges einhalten lässt.
In 'BoFi+' sollen die konstruktiven Merkmale und die Betriebsstrategien von modifizierten Bodenfiltern untersucht und deren Eignung zur weitergehenden P-Elimination aus Abläufen kommunaler Kläranlagen bewertet werden. Dazu wird das Verständnis der chemisch-physikalischen und mikrobiologischen Prozesse (Adsorption, Fällung, Filtration, biologische Aufnahme) der P-Elimination im Bodenfilter bei Einsatz verschiedener Materialien und Materialmischungen verbessert und die Eignung unterschiedlicher Filtermaterialien zur P-Elimination erprobt. Zur Einsparung natürlicher Ressourcen und um ein standardisiertes Produkt herstellen zu können, erfolgt auch die Untersuchung geeigneter Baustoffrezyklate, leichter Gesteinskörnungen sowie von Hydrothermalgranulaten, die aus mineralischen Bau- und Abbruchabfällen über einen chemischen Stoffwandlungsprozess hergestellt werden. Dabei werden für die P-Elimination maßgebende Materialeigenschaften identifiziert, sodass zukünftig solche Filtermaterialien schneller beurteilt und für eine weitergehende P-Elimination in Bodenfilteranlagen eingesetzt werden können.
Abwasserbehandlungsanlagen (Kläranlagen) Darstellung nach: - Behandlungsart (mechanisch (x=m), mechanisch-biologisch (x=b), mechanisch-biologisch mit N- oder P-Eliminierung (x=np), mechanisch-biologisch mit N- und P-Eliminierung (x=w)) - Größenklasse - Zeitraum der Inbetriebnahme, letzten Rekonstruktion oder Erweiterung (bis 1990: yy=90 oder ab 1991: yy=91) Unterscheidung im Dateinamen nach Behandlungsart und Zeitraum entsprechend obiger Festlegung: x_yy_v.shp
Aufgabenträger der öffentlichen Abwasserbeseitigung: - Abwasserbeseitigungspflichtige Zweckverbände - Teilzweckverbände - Gemeinden
Ausgangslage: Die Klassifizierung der Kläranlagen nach CSB basierten EW-Gleichwerten in die Größenklassen (GK 1 - 5) ist nur eine Möglichkeit, Kläranlagen einzuordnen. Diese Klassifizierung ist m.B. auf Nährstoffe, den Energieverbrauch, die Energieerzeugung, Belastung des Abwassers mit Arzneimittelrückständen, Pestiziden und sonstigen Mikroverunreinigungen sowie Mikroplastik unzureichend genau, so dass mittlerweile ebenfalls ungenaue Zwischengrößen eingeführt werden, z.B. GK 2a und 2b.ZielstellungIn diesem Projekt sollen alternative Klassifizierungsmöglichkeiten analysiert und bewertet werden, die ggf. für bestimmte Fragestellungen (s.o.) deutlich besser geeignet sind. Forschungsfragen Z.B.: was wäre eine Klassifizierungsmöglichkeit für den Energieverbrauch einer Kläranlage und wie könnte dieser durch die Nutzung der bestehenden Messinfrastruktur dargestellt werden. Ähnliche Forschungsfragen für die anderen Parameter. Der Fokus liegt dabei natürlich auf den Kernbereichen Abwasser (z.B. Nährstoffe, Spurenstoffe), Klima (z.B. TKN) und Energie (z.B. Ammonium). Methodik: Erstellung eines datenbasierten/umfangreichen Berichts, enge Zusammenarbeit mit Anlagenbetreibern
Hintergrund: Kommunale Kläranlagen (KA) emittieren in den verschiedenen Verfahrensstufen Treibhausgase (THG). Die im Rahmen der UNFCCC-Klimaschutzberichterstattung (KB) zu erfassenden Gase sind CH4 und N2O. Neue regionale Untersuchungen (NRW) zeigen, dass diese Emissionen bei KA höher sind, als bisher angenommen. Es werden aber auch Schwachpunkte der Methodik durch die neuen Untersuchungen aufgezeigt. Ziel: Stärkung und Absicherung von Methodik und Ausbau der Datenbasis für die Umsetzung in der Emissionsberichterstattung zur Qualitätsverbesserung des Inventares. Reduktion der Emissionen durch abzuleitende Maßnahmen. Methodenvalidierung: Open-Path-FTIR-Spektroskopie hat den Vorteil, über eine spezifische Messstrecke gemittelte Ergebnisse zu ermitteln. Andere Verfahren messen nur punktuell und sind nicht an allen Verfahrensstufen anwendbar. Durch praktisch durchzuführende Messungen ist Methode mit weiteren zu wählende Alternativmethoden und Literaturdaten zu vergleichen (Plausibilität/Validität). Ausbau der Datenbasis: Repräsentative und Vergleichbare Messungen von CH4, N2O und NH3. Anhand der Messergebnisse sind Emissionsfaktoren für KA abzuleiten und mit vorhandenen Untersuchungen bzw. Veröffentlichungen zu vergleichen. Reduktionsmaßnahmen: Aufführung und Bewertung von Maßnahmen zur Reduktion der THG, sowie Abschätzung der Auswirkungen auf die zu berichtenden Emissionen bis zum Jahr 2050. Betrachtung von technischen und Managementmaßnahmen (z.B. Betriebsführung der Anlage). Gesamtbilanzielle Betrachtung hinsichtlich der tatsächlichen Verringerung der Treibhausgase (z.B. auch Emissionen aus Energiemehrverbrauch, Umbau/Produktion von Anlagenteilen). Es ist eine Priorisierung der abgeleiteten Maßnahmen anhand der Parameter Durchführbarkeit (zeitlicher Aufwand, Kosten, etc.) und Reduktion der THG-Emissionen vorzunehmen. Offene Forschungsfragen sollen bezüglich der Maßnahmen, aber auch der Messmethodik, abgeleitet und benannt werden.