Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

Logo E-KlärArbeitspakete im E-Klär-Schwerpunkt I: Design

Im ersten Schwerpunkt (SP I „Design“) werden technische Fragen innovativer Verfahren und ihrer Wechselwirkungen untereinander sowie mit bewährten Technologien erforscht. Dabei werden alle relevanten Prozessschritte der Kläranlage der Zukunft berücksichtigt. Die Möglichkeiten einer weitgehenden Kohlenstoffausschleusung und -nutzung zur Verbesserung der Energiebilanz zukünftiger Kläranlagen werden untersucht. Konventionelle Verfahren der Stickstoffelimination beeinflussen die Energiebilanz negativ, zum einen über den Sauerstoffbedarf der Nitrifikation und zum anderen über den Kohlenstoffbedarf der Denitrifikation. Daher werden Wissenslücken zur Einbindung autotropher Verfahren in die Kläranlage der Zukunft erforscht. Desweiteren werden die Verfahren der Spurenstoffelimination und Desinfektion betrachtet, die im Hinblick auf ihre Energieeffizienz weiterentwickelt werden. Neben der Energie ist das stoffliche Potential einer Kläranlage im Sinne des Ressourcenschutzes von Relevanz. Der Fokus wird dabei auf der Rückgewinnung von Phosphor, weiteren Wertstoffen wie Metallen und cellulosehaltigen Fasern aus kommunalem Abwasser liegen. Die Ergebnisse der erprobten und technisch innovativen Verfahrensmodule bilden die Grundlage der konzeptionellen Schwerpunkte SP ll „Operation“ und SP lll „Transformation“.

Im Rahmen des SP I „Design“ wird das Ziel verfolgt, die im Abwasser enthaltenen Energie und stofflichen Ressourcen optimal zu nutzen und gleichzeitig den Energieverbrauch der Abwasserreinigungsverfahren zu senken, indem die notwendigen Prozessschritte durch innovative Verfahren ergänzt oder ersetzt werden. Hierfür werden zunächst technische Fragen zu diesen Verfahren und ihren Wechselwirkungen untereinander sowie mit bewährten Technologien erforscht. Erprobte und innovative Verfahren werden in einer Bibliothek zusammengestellt.

AP 1.1 Kohlenstoffausschleusung

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Johannes Pinnekamp, RWTH Aachen, Institut für Siedlungswasserwirtschaft, Mies-van-der-Rohe-Straße 1, 52074 Aachen

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes werden innovative Verfahren zur Kohlenstoffausschleusung erforscht und die erzielten Daten, sowie Daten zu bewährten Verfahren als Bausteine zwecks Energieoptimierung der Kläranlage der Zukunft zur Verfügung gestellt. Es werden die mechanischen Verfahren Sedimentation, Siebung und Flotation, teils unter Zugabe chemischer Additive sowie biologische Verfahren betrachtet. Für alle diese Verfahren werden die nötigen Daten erhoben, zusammengestellt bzw. gemessen und als mathematische Funktionen dem SP II „Operation“ für die Modellierung übergeben.

AP 1.2 Stickstoffelimination

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Karl-Heinz Rosenwinkel, Dr. Maike Beier, Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Welfengarten 1, 30167 Hannover

Kurzbeschreibung:

Das Ziel dieses Arbeitspaketes ist eine erweiterte Datenbasis und vertieftes Prozessverständnis für Deammonifikationsverfahren im Zusammenhang mit veränderten Randbedingungen bei Einführung einer weitgehenden Kohlenstoffausschleusung zur energetischen Verwertung (AP 1.1 „Kohlenstoffausschleusung“) zu schaffen. Im Ergebnis liefert dieses Arbeitspaket zum einen die Grundlagen für die modelltechnische Abbildung der Stickstoffelimination des Schlammwassers im Teilstrom und Hauptstrom sowie in das Gesamtmodell transferierbare Energie- und Auslegungskennzahlen. Zum anderen werden im Rahmen der ergänzend zur Datenaufnahme vorgesehenen Laboruntersuchungen Auswirkungen einer veränderten Abwassermatrix auf die kinetischen Größen der Stickstoffelimination untersucht und für die Integration in das Gesamtmodell aufbereitet. Es ist bekannt, dass ein weitergehender Aufschluss der Schlämme ebenso wie die thermische Behandlung zu einer Freisetzung von Stoffen führen kann, die die biologische Stickstoffelimination ggf. hemmen oder vollständig zum Erliegen bringen, sodass im Hinblick auf die Auswirkungen einer vermehrten Kohlenstoffausschleusung und -nutzung (AP 1.1 und 1.4) auf diese Fragestellung der praktische Untersuchungsschwerpunkt gelegt wird.

AP 1.3 Spurenstoffelimination und Desinfektion

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Johannes Pinnekamp, RWTH Aachen, Institut für Siedlungswasserwirtschaft, Mies-van-der-Rohe Straße 1, 52074 Aachen

Kurzbeschreibung:

Das Ziel dieses Arbeitspaketes ist es, die Ausstattung der Kläranlage der Zukunft mit den energieoptimierten Bausteinen „Spurenstoffelimination“ und „Desinfektion“ zu ermöglichen. Es werden folgende Verfahren betrachtet. Für die Spurenstoffelimination wird die Adsorption an Aktivkohle als Filtration über GAK und als Zugabe von PAK in den Flockungsraum eines Filters (PAK I) sowie in ein Kontaktbecken mit anschließender Sedimentation und Filtration (PAK II) berücksichtigt. Zudem wird die Ozonung untersucht, welche ebenfalls eine Desinfektion bewirkt. Weitere Desinfektions-verfahren sind die UV-Bestrahlung und die Membranfiltration. Für alle diese Verfahren werden die nötigen Daten erhoben, zusammengestellt bzw. gemessen und zum SP II „Operation“ für die Modellierung übergeben.

AP 1.4 Kohlenstoffnutzung

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Norbert Dichtl, TU Braunschweig, Institut für Siedlungswasserwirtschaft, Pockelsstr. 2a, 38106 Braunschweig

Kurzbeschreibung:

In Im Rahmen dieses Arbeitspaketes werden die folgenden drei Verfahrenskonzepte Optimierung der Faulung durch Thermodruckhydrolyse, Co-Vergärung von Rechengutwaschwasser und Entwässerung mit einer Schneckenpresse untersucht. Ziel der Untersuchungen zur Thermodruckhydrolyse ist es, die vorhandenen Energiepotentiale des Kohlenstoffes im Klärschlamm optimiert zu nutzen. Durch den Aufschluss von Klärschlamm vor der Faulung mittels Thermodruckhydrolyse soll das vorhandene Energiepotential der organischen Verbindungen weiter erschlossen werden. Durch Co-Vergärung von konzentrierten Waschwässern aus einer Rechengutpresse kann die Biogasproduktion vorhandener Faulungen gesteigert werden. Das kohlenstoffreiche Material fällt während der Waschung und Pressung von Rechengut an und wird bislang mit relativ viel Wasser verdünnt wieder dem Zulauf der Kläranlage zugegeben. Ziel der Untersuchungen zur Entwässerung mit einer Schneckenpresse ist eine Minimierung des Energieverbrauchs bei der Wasserabscheidung von Klärschlamm. Zugleich werden eine Steigerung des Entwässerungsgrades und eine Minimierung des Flockungsmitteleinsatzes sowie der Rückbelastung aus Zentratwasser angestrebt.

AP 1.5 Wertstoffrückgewinnung

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Johannes Pinnekamp, RWTH Aachen, Institut für Siedlungswasserwirtschaft, Mies-van-der-Rohe Straße 1, 52074 Aachen

Kurzbeschreibung:

Die Untersuchungen zur Wertstoffrückgewinnung umfassen die Phosphorrückgewinnung, die Rückgewinnung von Metallen und die Faserrückgewinnung unter Berücksichtigung der Auswirkungen der Prozessänderungen, die mit den Verfahren zur Kohlenstoffausschleusung und –nutzung sowie Stickstoffelimination einhergehen. Neben der Durchführung umfangreicher Literaturrecherche werden großtechnische Versuchsanlagen betrieben. Die gewonnenen Erkenntnisse werden aufbereitet und dem SP II übergeben.