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Ressourcenschonung in der kommunalen Abwasserreinigung unter dem Aspekt der Nährstoffrückgewinnung von Phosphor und Stickstoff und der Energieoptimierung

Ziel des Vorhabens ist es, ein gesamtheitliches Konzept zur Nährstoffrückgewinnung und Energieoptimierung auf der Kläranlage Felsalbe umzusetzen. Diese ist ausgelegt für 36.500 Einwohnerwerte (EW) und verfügt über eine zentrale Schlammbehandlungsanlage. Die technische Innovation des neuen Pilotprojektes besteht in der Kombination von Thermodruckhydrolyse im Teilstromverfahren und zwischengeschalteter Hochlastfaulung mit anschließender Fällung von Magnesiumammoniumphosphat. Es sollen jährlich 9.000 Kubikmeter Sekundärschlamm mit dem Ziel behandelt werden, 250 Tonnen Magnesiumammoniumphosphat aus dem Faulschlamm zurückzugewinnen. Magnesiumammoniumphosphat kann wegen seiner guten Pflanzenver- fügbarkeit direkt als Düngemittel eingesetzt werden. Zusätzlich ist geplant, aus einem Teil der im Schlamm enthaltenen Stickstofffracht Flüssigdünger in Form von Ammoniumsulfat (ca. 30 Tonnen pro Jahr) zu gewinnen, um so die anlageninterne Rückbe- lastung mit Ammonium zu verringern. Mit dem Vorhaben können mehr als 60 Prozent Phosphor zurückgewonnen werden. Die Gasausbeute soll sich um 15 Prozent und die Eigenenergieerzeugung von 10 auf 16 Kilowattstunden pro EW steigern. Der Energieverbrauch kann von 18 auf 16 Kilowattstunden pro EW gesenkt werden. Die damit verbundene Verringerung des CO 2 -Ausstoßes beträgt rund 75 Tonnen pro Jahr. Die Reduktion des Klärschlamms beträgt bis zu 15 Prozent, die Einsparung an Fällmittel bis zu 60 Prozent und von Polymer bis zu 50 Prozent. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Stadt Pirmasens Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: seit 2016 Status: Laufend

Fallbeispiele

Optimierung der biologischen Reinigungsstufe Einbau von Membran-Belüfterplatten sowie Systemänderung zu intermittierender Denitrifikation mit Pfropfenströmung ; Kläranlage Kaiserslautern (Ausbaugröße 210.000 E) Anpassung des Schlammalters und der Sauerstoffkonzentration ; Kläranlage Speyer(Ausbaugröße 95.000 E) Einbau von Membran-Belüfterplatten ; Kläranlage Hoppstädten-Weiersbach (Ausbaugröße 23.000 E) Einbau von Membran-Belüfterplatten ; Kläranlage Almerich,  Idar-Oberstein (Ausbaugröße 33.000 E) Einbau von Membran-Belüfterplatten, Systemänderung in intermittierende Denitrifikation sowie Regelung mit Fuzzy-Regler ; Kläranlage Traben-Trarbach (Weinbaukampagneeinfluss, Ausbaugröße 22.000 E) Prozessoptimierung durch bedarfsorientiertes und lastabhängiges Regelkonzept ; Kläranlage Pirmasens-Felsalbe (Ausbaugröße 37.900 E) Erhöhung der Eigenstromerzeugung auf Anlagen mit Faulung Steigerung der Klärgaserzeugung durch Co-Fermentation ; Kläranlage Bitburg-Ost (Ausbaugröße 25.000 E) Neubau eines BHKW < 50 KW elektrisch ; Kläranlage Daun (Ausbaugröße 22.500 E) Klärschlamm-Behandlung mit Thermodruckhydrolyse ; Projekt KA Blümeltal (Stadt Pirmasens) Steigerung der Klärgaserzeugung durch Desintegration ; Kläranlage Oppenheim (Ausbaugröße 25.200 E) Klärschlammbehandlung in 2-straßigem Kompaktfaulbehälter mit quadratischem Grundriss ; KA Linz-Unkel Umstellung von Stabilisierungsanlage auf Schlammfaulung Umstellung von Stabilisierungsanlage auf Schlammfaulung ; Kläranlage Linz-Unkel (Ausbaugröße 30.000 E) Interkommunales Klärschlammbehandlungszentrum Interkommunales Klärschlammbehandlungszentrum ; Kläranlage Selters (Ausbaugröße 11.500 E, Schlammbehandlung 34.700 E) Semizentrales Schlammbehandlungscenter - Studie ; VG Sprendlingen-Gensingen (tectraa) Abwasserwärmenutzung Gebäudeheizung mit Abwärme aus Schaltwarte und Gebläsehalle - KA Siesbachtal - Idar-Oberstein Wärmerückgewinnung aus der Druckluft - KA Hellertal (Abwasserverband Hellertal) Abwasserwärmenutzung im Nachklärbecken - KA Nassau Kläranlage – innovative Verfahren der Abwasserbehandlung Belebungsanlage nach dem BIOCOS-Verfahren - KA Breunigweiler (VG Winnweiler) Ertüchtigung Abwasserteichanlage zu CWSBR-Anlage - KA Fockenbachtal (VG Rengsdorf) Ertüchtigung Abwasserteichanlage zu SBLR-Anlage - KA Langenbach (VG Bad Marienberg) Erweiterung Tropfköperanlage um belebten Bodenfilter - KA Bechhofen (VG Zweibrücken-Land) Pflanzenkläranlage - KA St. Alban (VG Rockenhausen) SBR-Anlage mit Kampagne-Einfluss - KA Heßheim (AZV Mittleres Eckbachtal) Beratung bei Bläh- und Schwimmschlamm - Projekt ZERBERUS (tectraa) Integrierte Betrachtung von Kanalnetz und Kläranlage - Projekt EPIKUR (tectraa) Kombibehälter als Vorlage für SBR-Anlage und RÜB - KA Görgeshausen (VG Montabaur) Kläranlagen – Kleinkläranlagen Kleinkläranlagen mit Membrantechnik - VG Brohltal Klärschlammentwässerung/-trocknung/-verbrennung Klärschlammvererdungsanlage - KA Simmern (VG Simmern Hunsrück) Organisation und Verwaltung des Betriebs Anschluss KA Aach an Hauptklärwerk Trier - Projekt Trier-Land und Stadtwerke Trier Fernüberwachung durch Kameras - KA Hochspeyer (VG Hochspeyer) Gemeinschaftskläranlage mit Luxemburg - KA Mompach (VG Trier-Land) Kooperation zwischen den VG Alsenz-Obermoschel - Rockenhausen und Winnweiler Studie zur künftigen gemeinsamen Klärschlammverwertung in der Südpfalz Kanal – Weitergehende Mischwasserbehandlung Retentionsbodenfilter - Bolanden (VG Kirchheimbolanden) Retentionsbodenfilter - Gau-Bischofsheim Retentionsbodenfilter zur Keimreduzierung - Hallschlag (VG Obere Kyll) Kanal – Abwasserwärmenutzung Energiegewinnung aus dem Abwasserkanal - Projekt Yachthafen Speyer Kanal – Fremdwasser- bzw. Außengebietswasserreduzierung Systematische Fremdwassermessung und -kartierung - VG Montabaur Entwässerungskonzeption Neubau zentrale Kläranlage als Ersatz für 6 dezentrale Anlagenstandorte - GKA Westerburg Trennung von Schwarz- und Grauwasser - Projekt Komplett (tectraa)

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CAMBI Deutschland GmbH durchgeführt. Die Thermodruckhydrolyse (TDH) wird in der Praxis in Europa aber auch weltweit bereits vereinzelt großtechnisch angewandt, wurde aber bis dato wissenschaftlich noch nicht untersucht. Im Arbeitsteilpaket (ATP) 1.4.1 Thermodruckhydrolyse ist daher die Bilanzierung der Stoff- und Energieströme von thermisch hydrolysiertem und anschließend ausgefaultem Klärschlamm vorgesehen. Der thermische Aufschluss des Schlammes führt in der anschließenden Faulung zu einer Steigerung der Gasproduktion. Eine optimierte Energieausnutzung aus dem Kohlenstoffpfad ist die Folge. Dem gegenüber steht ein erhöhter Verbrauch an thermischer Energie durch den Einsatz der TDH. Es soll quantifiziert werden wie hoch der Nettogewinn an Energie angesetzt werden kann. Daneben sollen sekundäre Auswirkungen wie eine verbesserte Entwässerbarkeit sowie die Rückbelastung der Kläranlage charakterisiert werden, um die Veränderungen der Stoffströme durch den Einsatz der TDH in ein Softwaremodell integrieren zu können. Ebenso muss erarbeitet werden, wie die desinfizierende Wirkung des Verfahrens im Vergleich von Verfahrenstechniken eine Bewertung erfährt. bNach Beginn des Projekts wird der Versuchscontainer in Abstimmung mit dem Versuchsträger, dem ISWW gebaut und bereitgestellt. Die Herstellung wird ca. 6 Monate benötigen. Im Anschluss wird der Container in Abstimmung mit den Projektpartnern zu den Einsatzorten gebracht und in Betrieb genommen, sowie der technische Betrieb sichergestellt.

Teilprojekt 7

Das Projekt "Teilprojekt 7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HST Systemtechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. Im Forschungsprojekt IntenKS werden sowohl Möglichkeiten zur stofflichen wie auch zur energetischen Verwertung von Klärschlamm im Zielland China erforscht. Die Etablierung angepasster, verfahrenstechnischer Lösungen bietet erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Entsorgungssituation, da ein Großteil des Klärschlamms bisher unstabilisiert deponiert wird. Dazu werden die thermischen Verfahren der Thermodruckhydrolyse (TDH) und der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und deren Auswirkungen auf die anaerobe Stabilisierung, Prozesswasserbehandlung und Reststoffverwertung untersucht. Die unvermeidbare Bildung refraktärer, organischer Verbindungen wird bewertet und ein integriertes Konzept zum Management anfallender Reststoffe unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Ziellandes China entwickelt und validiert. Ziel ist, neben der Erarbeitung eines ökonomisch sowie ökologisch nachhaltigen Konzepts zur verbesserten Schlamm- und Reststoffbehandlung, die Implementierung der erzielten Ergebnisse im chinesischen Markt und im Richtlinienwerk chinesischer Institutionen.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Aqseptence Group GmbH durchgeführt. Im Forschungsprojekt IntenKS werden sowohl Möglichkeiten zur stofflichen wie auch zur energetischen Verwertung von Klärschlamm im Zielland China erforscht. Die Etablierung angepasster, verfahrenstechnischer Lösungen bietet erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Entsorgungssituation, da ein Großteil des Klärschlamms bisher unstabilisiert deponiert wird. Dazu werden die thermischen Verfahren der Thermodruckhydrolyse (TDH) und der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und deren Auswirkungen auf die anaerobe Stabilisierung, Prozesswasserbehandlung und Reststoffverwertung untersucht. Die unvermeidbare Bildung refraktärer, organischer Verbindungen wird bewertet und ein integriertes Konzept zum Management anfallender Reststoffe unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Ziellandes China entwickelt und validiert. Ziel ist, neben der Erarbeitung eines ökonomisch sowie ökologisch nachhaltigen Konzepts zur verbesserten Schlamm- und Reststoffbehandlung, die Implementierung der erzielten Ergebnisse im chinesischen Markt und im Richtlinienwerk chinesischer Institutionen.

Teilprojekt 6

Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Haarslev Industries GmbH durchgeführt. Im Forschungsprojekt IntenKS werden sowohl Möglichkeiten zur stofflichen wie auch zur energetischen Verwertung von Klärschlamm im Zielland China erforscht. Die Etablierung angepasster, verfahrenstechnischer Lösungen bietet erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Entsorgungssituation, da ein Großteil des Klärschlamms bisher unstabilisiert deponiert wird. Dazu werden die thermischen Verfahren der Thermodruckhydrolyse (TDH) und der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und deren Auswirkungen auf die anaerobe Stabilisierung, Prozesswasserbehandlung und Reststoffverwertung untersucht. Die unvermeidbare Bildung refraktärer, organischer Verbindungen wird bewertet und ein integriertes Konzept zum Management anfallender Reststoffe unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Ziellandes China entwickelt und validiert. Ziel ist, neben der Erarbeitung eines ökonomisch sowie ökologisch nachhaltigen Konzepts zur verbesserten Schlamm- und Reststoffbehandlung, die Implementierung der erzielten Ergebnisse im chinesischen Markt und im Richtlinienwerk chinesischer Institutionen.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Oswald Schulze Umwelttechnik GmbH durchgeführt. Im Forschungsprojekt IntenKS werden sowohl Möglichkeiten zur stofflichen wie auch zur energetischen Verwertung von Klärschlamm im Zielland China erforscht. Die Etablierung angepasster, verfahrenstechnischer Lösungen bietet erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Entsorgungssituation, da ein Großteil des Klärschlamms bisher unstabilisiert deponiert wird. Dazu werden die thermischen Verfahren der Thermodruckhydrolyse (TDH) und der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und deren Auswirkungen auf die anaerobe Stabilisierung, Prozesswasserbehandlung und Reststoffverwertung untersucht. Die unvermeidbare Bildung refraktärer, organischer Verbindungen wird bewertet und ein integriertes Konzept zum Management anfallender Reststoffe unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Ziellandes China entwickelt und validiert. Ziel ist, neben der Erarbeitung eines ökonomisch sowie ökologisch nachhaltigen Konzepts zur verbesserten Schlamm- und Reststoffbehandlung, die Implementierung der erzielten Ergebnisse im chinesischen Markt und im Richtlinienwerk chinesischer Institutionen.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) GmbH durchgeführt. Im Forschungsprojekt IntenKS werden sowohl Möglichkeiten zur stofflichen wie auch zur energetischen Verwertung von Klärschlamm im Zielland China erforscht. Die Etablierung angepasster, verfahrenstechnischer Lösungen bietet erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Entsorgungssituation, da ein Großteil des Klärschlamms bisher unstabilisiert deponiert wird. Dazu werden die thermischen Verfahren der Thermodruckhydrolyse (TDH) und der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und deren Auswirkungen auf die anaerobe Stabilisierung, Prozesswasserbehandlung und Reststoffverwertung untersucht. Die unvermeidbare Bildung refraktärer, organischer Verbindungen wird bewertet und ein integriertes Konzept zum Management anfallender Reststoffe unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Ziellandes China entwickelt und validiert. Ziel ist, neben der Erarbeitung eines ökonomisch sowie ökologisch nachhaltigen Konzepts zur verbesserten Schlamm- und Reststoffbehandlung, die Implementierung der erzielten Ergebnisse im chinesischen Markt und im Richtlinienwerk chinesischer Institutionen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik durchgeführt. Im Forschungsprojekt IntenKS werden sowohl Möglichkeiten zur stofflichen wie auch zur energetischen Verwertung von Klärschlamm im Zielland China erforscht. Die Etablierung angepasster, verfahrenstechnischer Lösungen bietet erhebliches Potenzial zur Verbesserung der Entsorgungssituation, da ein Großteil des Klärschlamms bisher unstabilisiert deponiert wird. Dazu werden die thermischen Verfahren der Thermodruckhydrolyse (TDH) und der Hydrothermalen Carbonisierung (HTC) und deren Auswirkungen auf die anaerobe Stabilisierung, Prozesswasserbehandlung und Reststoffverwertung untersucht. Die unvermeidbare Bildung refraktärer, organischer Verbindungen wird bewertet und ein integriertes Konzept zum Management anfallender Reststoffe unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Ziellandes China entwickelt und validiert. Ziel ist, neben der Erarbeitung eines ökonomisch sowie ökologisch nachhaltigen Konzepts zur verbesserten Schlamm- und Reststoffbehandlung, die Implementierung der erzielten Ergebnisse im chinesischen Markt und im Richtlinienwerk chinesischer Institutionen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik durchgeführt. Die Steigerung der Energieeffizienz ist im Bereich der Abwasserbehandlung als größter kommunaler Energieverbraucher von besonderem Interesse und steht somit im Kontext aktueller Fragen zur Energiewende in Deutschland. Dies führt zur zentralen Frage: Lässt sich aus Abwasser bzw. Klärschlamm Energie so erzeugen und verteilen, dass sie flexibel je nach Bedarf zur Verfügung steht? Das Verbundprojekt Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch (ESiTI) geht dieser und weiteren Fragestellungen nach, um ein Planungswerkzeug für die Anwendung in der Praxis zu erstellen. Energieverbrauch und -erzeugung auf kommunalen Kläranlagen unterliegen in der Regel separat optimierten Prozessen und sind örtlich und zeitlich voneinander getrennt. In Abhängigkeit der Betriebsbedingungen unterliegt der Energieverbrauch tageszeitlichen und saisonalen Schwankungen. Bei energetischen Optimierungen kommunaler Kläranlagen werden diese zeitlichen Schwankungen derzeit nicht berücksichtigt. Ziel des Verbundprojektes ist es, vorhandene Energiepotentiale unter Berücksichtigung innovativer Verfahren nutzbar zu machen. Durch die Vernetzung von Energieverbrauch und -erzeugung wird die Kläranlage als Energiesystemdienstleister untersucht, wobei durch Interaktion mit peripheren Einrichtungen weitere Potenziale zur Effizienzsteigerung erschlossen werden. Im Mittelpunkt der Betrachtung steht die Klärschlammbehandlung als Energiespeicher und -erzeuger. Diese wird derzeit unter nahezu konstanten Bedingungen bei entsprechend konstant erzeugtem Faulgasvolumenstrom betrieben. Durch Flexibilisierung der Faulung soll der zeitlichen Varianz im Energieverbrauch Rechnung getragen werden. Im Rahmen des Projekts erfolgt zunächst die exemplarische Untersuchung am Beispiel der Wissenschaftsstadt Darmstadt. Den technischen Untersuchungen folgend erfolgen eine abschließende, ganzheitliche Betrachtung des Systems Abwasser- und Klärschlammbehandlung unter Einbeziehung umliegender Infrastruktur anhand ökonomischer, ökologischer und gesellschaftlicher Kriterien und die Erstellung eines Planungswerkzeugs für die Praxis für den flexibilisierten Betrieb einer Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft. Die Projektbearbeitung erfolgt in einem interdisziplinären Projektteam aus Wissenschaft, Praxis sowie Kommune/Betreiber. Das Fachgebiet Abwassertechnik, Institut IWAR, der TU Darmstadt übernimmt die gesamte Projektleitung, die Bearbeitung verfahrenstechnischer Fragestellungen zur Klärschlammbehandlung unter Einbeziehung von Co-Substraten, Thermodruckhydrolyse und Hochlastfaulung sowie die Erarbeitung des Planungswerkzeugs. Das Fachgebiet Stoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft, Institut IWAR, der TU Darmstadt übernimmt die ökobilanzielle Bewertung der Aspekte zur Abwasser/-Klärschlammbehandlung als Energiesystemdienstleister. Weitere Informationen sind auf www.esiti.de zu finden.

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