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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.

Forschergruppe (FOR) 5095: Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und Pathogenen in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem, Teilprojekt: Evolution and Selektion von resistenten Bakterien in in der Gegenwart von subinhibitorischen Konzentrationen von Mikroschadstoffen

Die Nutzung von Abwasser für die Bewässerung in der Landwirtschaft ist eine Möglichkeit knappe Wasserressourcen effizienter zu nutzen. Wegen der damit verbundenen Gesundheitsrisiken werden zurzeit vielerorts Kläranlagen zur Abwasserbehandlung vor der Bewässerung in Betrieb genommen, so auch im Valle Mezquital in Mexiko. Die zentrale Hypothese der FOR 5095 ist, dass die Implementierung einer konventionellen Abwasserbehandlung in etablierten Bewässerungssystemen, die bisher unbehandeltes Abwasser genutzt haben, mit bislang unvorhergesehenen Risiken verbunden ist. Diese Risiken ergeben sich i) aus der Remobilisierung der in der Vergangenheit im Boden akkumulierten Schadstoffe, die ii) zu Schadstoffkonzentrationen in Böden und Pflanzen führen, die eine (Ko-)Selektion von Antibiotikaresistenzen bewirken, wobei iii) Freisetzung und Konzentrationen von Schadstoffen sowie die Selektion von Antibiotikaresistenzen vom Bodentyp abhängen. SP 3 führt dazu Kompetitionsexperimente zwischen resistenten und empfindlichen Bakterienstämmen durch, um zu ermitteln, welche minimalen Antibiotika- (Ciprofloxacin, verschiedene MLSB-Antibiotika, Sulfamethoxazol, Trimethoprim) und Biozid-Konzentrationen (quartäre Ammoniumverbindungen) resistenten Stämmen einen Selektionsvorteil bieten und wie Kombinationen verschiedener Substanzen wirken. Diese Versuche finden in Nährlösungen und verschieden filtrierten wässrigen Extrakten mexikanischer Böden (Vertisol, Leptosol und Phaeozem) (Kooperation mit SP 1) statt, um den Einfluss von suspendierten Kolloiden und anderen Inhaltsstoffen auf die Wirksamkeit der Antibiotika und Biozide zu prüfen. Dazu verwenden wir Stammpaare von Acinetobacter baylyi, aber auch Escherichia coli- und Enterococcus faecium-Stämme mit Plasmiden, die im Laufe des Projektes von SP 4 und SP 5 aus den Böden isoliert werden. Die ermittelten minimalen selektiven Konzentrationen werden in die mathematische Modellierung des Verhaltens und der Effekte der Antibiotika und Desinfektionsmittel von SP 7 integriert. Transkriptom-Experimente zeigen mögliche Stressreaktionen der Bakterien auf die Antibiotika. Die Suche nach und Sequenzierung von resistenten Mutanten aus den Kompetitionsexperimenten werden zeigen, ob die Schadstoffkonzentrationen ausreichen, um resistente Mutanten zu selektieren. Darüber hinaus wird dieses Projekt die Antibiogramme der isolierten fakultativ pathogenen Stämme aus SP 4, SP 5 und besonders SP 6 gegenüber klinisch relevanten Antibiotika bestimmen, um zu untersuchen, ob sich in Böden mit hohen bioverfügbaren Antibiotikakonzentrationen oder sogar auf den dort kultivierten Pflanzen fakultativ pathogene Bakterien mit Multiresistenzplasmiden anreichern, die klinisch hochrelevante Resistenzen (z. B. gegen Carbapeneme, Colistin) vermitteln. So leistet SP 3 einen entscheidenden Beitrag zu einem Verständnis der Interaktionen zwischen Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und pathogenen Bakterien in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem.

GcBÜK400 - Kupfer im Oberboden

Kupfer ist ein für die Ernährung aller Lebewesen essentielles Element, das jedoch bei einem extremen Überangebot zu toxischen Wirkungen führen kann. Der mittlere Cu-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 14 mg/kg. Analog zu Chrom und Nickel ist es vor allem in basischen Gesteinen angereichert (Diabase, Basalte, Metabasite). Die mittleren Cu-Gehalte (Mediane) der sächsischen Haupt-gesteinstypen reichen von 2 bis 67 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges/Vogtlandes beträgt 23 mg/kg. Geogene Cu-Anreicherungen sind vor allem im Erzgebirge über den hier weit verbreiteten Mineralisationen zu finden. Chalkopyrit (Kupferkies) ist nahezu in allen Mineralassoziationen als sog. Durchläufermineral verbreitet. Starke anthropogene Cu-Einträge werden vor allem durch die Buntmetallurgie verursacht. Durch die vielfältige Verwendung von Cu, u. a. in der Elektrotechnik, als Legierungsmetall, Rohrleitungsmaterial und Regenrinnen, wird das Element auch verstärkt in das Abwasser eingetragen. Für unbelastete Böden gelten Cu-Gehalte von 2 bis 40 mg/kg als normal. Die regionale Verteilung der Cu-Gehalte im Oberboden wird vor allem durch den geogenen Anteil der Substrate bestimmt. Auf Grund der erhöhten Cu-Gehalte der im Vogtland weit verbreiteten Diabase (58 mg/kg), der punktförmig auftretenden tertiären Basaltoide (60 mg/kg) und der lokal eingelagerten Amphibolite (46 mg/kg) des metamorphen Grundgebirges, kommt es zu anomal hohen Cu-Gehalten in den Verwitterungsböden über den genannten Festgesteinen. Durch eine verstärkte Lössbeeinflussung (mit relativ niedrigen Cu-Gehalten von ca. 12 mg/kg), kann es über Cu-reichen Substraten, je nach Lössanteil, zu einem "Verdünnungseffekt" kommen (z. B. über den Monzonitoiden bei Meißen). Extrem niedrige Cu-Konzentrationen sind in den Verwitterungsböden über sauren Magmatiten (Granit von Ei-benstock, Teplice-Rhyolith), Metagranitoiden (Erzgebirgs-Zentralzone), Sandsteinen (Elbsandstein- und Zittauer Gebirge) und bei Bodengesellschaften aus periglaziären sandigen Decksedimenten in Nordsachsen zu beobachten. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum, dem wichtigsten früheren Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze. Die anthropogenen Einträge sind aber i. W. auf die unmittelbare Umgebung der Hüttenstandorte beschränkt. Dabei kommt es zu Überlagerung mit geogenen Anteilen im Boden, die in ursächlichem Zusammenhang mit der Verbreitung von Kupferkies führenden Mineralassoziationen stehen. Analoge Verhältnisse finden sich, wenn auch in abgeschwächter Form, im Raum Schneeberg - Schwarzenberg - Annaberg-Buchholz - Marienberg. Besonders hohe Cu-Gehalte weisen die Auenböden der Freiberger Mulde auf. Nach Eintritt der Freiberger Mulde in das Freiberger Bergbau- und Hüttenrevier kommt es zu einer nachhaltigen stofflichen Belastung der Auenböden, die über die Aue der Vereinigten Mulde bis an die nördliche Landesgrenze reicht. Erhöhte Cu-Gehalte, jedoch auf deutlich niedrigerem Niveau, treten auch in den Auenböden der Zwickauer Mulde auf, wo sich im Einzugsgebiet die polymetallischen Vererzungen des Westerzgebirges befinden. Infolge der beschriebenen geogenen und anthropogenen Prozesse werden in den Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde die Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Grünlandnutzung (Schafhaltung) teilweise überschritten.

GcBÜK400 - Kupfer im Oberboden

Kupfer ist ein für die Ernährung aller Lebewesen essentielles Element, das jedoch bei einem extremen Überangebot zu toxischen Wirkungen führen kann. Der mittlere Cu-Gehalt der Gesteine der oberen kontinentalen Erdkruste (Clarkewert) beträgt 14 mg/kg. Analog zu Chrom und Nickel ist es vor allem in basischen Gesteinen angereichert (Diabase, Basalte, Metabasite). Die mittleren Cu-Gehalte (Mediane) der sächsischen Haupt-gesteinstypen reichen von 2 bis 67 mg/kg, der regionale Clarke des Erzgebirges/Vogtlandes beträgt 23 mg/kg. Geogene Cu-Anreicherungen sind vor allem im Erzgebirge über den hier weit verbreiteten Mineralisationen zu finden. Chalkopyrit (Kupferkies) ist nahezu in allen Mineralassoziationen als sog. Durchläufermineral verbreitet. Starke anthropogene Cu-Einträge werden vor allem durch die Buntmetallurgie verursacht. Durch die vielfältige Verwendung von Cu, u. a. in der Elektrotechnik, als Legierungsmetall, Rohrleitungsmaterial und Regenrinnen, wird das Element auch verstärkt in das Abwasser eingetragen. Für unbelastete Böden gelten Cu-Gehalte von 2 bis 40 mg/kg als normal. Die regionale Verteilung der Cu-Gehalte im Oberboden wird vor allem durch den geogenen Anteil der Substrate bestimmt. Auf Grund der erhöhten Cu-Gehalte der im Vogtland weit verbreiteten Diabase (58 mg/kg), der punktförmig auftretenden tertiären Basaltoide (60 mg/kg) und der lokal eingelagerten Amphibolite (46 mg/kg) des metamorphen Grundgebirges, kommt es zu anomal hohen Cu-Gehalten in den Verwitterungsböden über den genannten Festgesteinen. Durch eine verstärkte Lössbeeinflussung (mit relativ niedrigen Cu-Gehalten von ca. 12 mg/kg), kann es über Cu-reichen Substraten, je nach Lössanteil, zu einem "Verdünnungseffekt" kommen (z. B. über den Monzonitoiden bei Meißen). Extrem niedrige Cu-Konzentrationen sind in den Verwitterungsböden über sauren Magmatiten (Granit von Ei-benstock, Teplice-Rhyolith), Metagranitoiden (Erzgebirgs-Zentralzone), Sandsteinen (Elbsandstein- und Zittauer Gebirge) und bei Bodengesellschaften aus periglaziären sandigen Decksedimenten in Nordsachsen zu beobachten. Bedeutende regionale Anomalien befinden sich vor allem im Freiberger Raum, dem wichtigsten früheren Standort des Bergbaus und der Verhüttung polymetallischer Erze. Die anthropogenen Einträge sind aber i. W. auf die unmittelbare Umgebung der Hüttenstandorte beschränkt. Dabei kommt es zu Überlagerung mit geogenen Anteilen im Boden, die in ursächlichem Zusammenhang mit der Verbreitung von Kupferkies führenden Mineralassoziationen stehen. Analoge Verhältnisse finden sich, wenn auch in abgeschwächter Form, im Raum Schneeberg - Schwarzenberg - Annaberg-Buchholz - Marienberg. Besonders hohe Cu-Gehalte weisen die Auenböden der Freiberger Mulde auf. Nach Eintritt der Freiberger Mulde in das Freiberger Bergbau- und Hüttenrevier kommt es zu einer nachhaltigen stofflichen Belastung der Auenböden, die über die Aue der Vereinigten Mulde bis an die nördliche Landesgrenze reicht. Erhöhte Cu-Gehalte, jedoch auf deutlich niedrigerem Niveau, treten auch in den Auenböden der Zwickauer Mulde auf, wo sich im Einzugsgebiet die polymetallischen Vererzungen des Westerzgebirges befinden. Infolge der beschriebenen geogenen und anthropogenen Prozesse werden in den Auenböden der Freiberger und der Vereinigten Mulde die Maßnahmenwerte der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) für Grünlandnutzung (Schafhaltung) teilweise überschritten.

Statistik der öffentlichen Wasserversorgung und der öffentlichen Abwasserbeseitigung

1.Wasserversorgung: Gewinnung und Bezug von Grundwasser, Quellwasser und Oberflächenwasser, getrennt nach Gewinnungsanlagen. Abgabe von Wasser nach Menge und Zahl der versorgten Einwohner. 2.Abwasserbeseitigung: Menge und Herkunft des Abwassers; Art und Wirkungsgrad der Abwasserbehandlung; an Kanalisation und Kläranlagen angeschlossene/nicht angeschl. Einwohner; Schädlichkeit des Abwassers; Sammlung und Ableitung des Abwassers über die öffentliche Kanalisation; Menge, Behandlung, Verwendung und Beseitigung des Klärschlamms.

Statistik der Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung in der Landwirtschaft

Erhebung in landwirtschaftlichen Betrieben sowie Unternehmen und Einrichtungen, die Wasser zur Bewässerung von Anbauflächen im Acker-, Garten- und Dauerkulturbau gewinnen oder Abwasser in Gewässer einleiten. Erhebungsmerkmale: Gewinnung von Grund- und Oberflächenwasser sowie Bezug und Abgabe von Wasser, Verwendung von Wasser, getrennt nach Einsatzbereichen, Größe der bewässerten Fläche, Behandlung und Verbleib des Abwassers, Art der Abwasserbehandlung.

Erstmalige Demonstration einer Mikro- und Nanofiltrationsanlage zur Aufbereitung und Nutzung von Brauch- und Regenwasser in einer Wäscherei mit wissenschaftlicher Begleitung

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die ITEX Gaebler-Industrie-Textilflege GmbH & Co. KG ist ein Unternehmen, das sich auf Berufskleidungs- und Textilleasing spezialisiert hat. Vor Projektbeginn fand keine Wasserbehandlung statt. Die Abwasserteilströme wurden gesammelt, zum Hauptkontrollschacht gepumpt und flossen von dort im Überlauf in den Kanal, wobei keine Angaben über die Wassermengen existierten. Ziel des Projektes lag darin, die bestehenden Verbräuche an Wasser, Waschmittel und Energie im Unternehmen mit Hilfe einer optimalen Nutzung der anfallenden Regenwassermengen und der Wiederaufbereitung des Brauchwassers mit Hilfe von Mikro - und Nanofiltration zu minimieren. Der jährliche Verbrauch von ca. 37.000 m3 Frischwasser sollte dabei um ca. 80 % verringert werden. Zusätzlich sollten ca. 15 % der verwendeten Waschmittel eingespart werden. Fazit: Die Vorreinigung von Schmutzwässern vor dem Passieren von Membrantrennanlagen wird von vielen Anlagenherstellern bei Angebotserstellung vernachlässigt; Nachrüstungen wie im vorliegenden Fall sind die mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand verbundenen Folgen. Ebenso wird von Anlagenherstellern häufig der Vorversuchsphase zu wenig Bedeutung zugemessen; es sollte bei neuen Anlagenkonzepten darauf geachtet werden, dass ausführliche Versuche an Versuchsanlagen mit Prozesswässern über mehrere Wochen im Betrieb durchgeführt werden. Nur dann kann die Eignung der einzusetzenden Module in Bezug auf die Prozesswasserinhaltsstoffe sicher festgestellt werden. Die Einsparpotentiale im Bereich des Wasserverbrauchs und der Wärmeenergie müssen vor dem Hintergrund der hohen Betriebskosten einer solchen Anlage (Stromverbrauch, Wartung und Reparatur) kritisch betrachtet werden. Für die weitere Optimierung der Anlage wurde in 2004 ein Klärdekanter in den Prozesskreislauf integriert. Zudem wurde die Nanofiltration in eine Umkehrosmose umgewandelt und damit die Reinigungsleistung des Systems stabilisiert.

Errichtung einer Ozonungsanlage zur Entfärbung von stark farbigen Abwässern aus der Reaktivfärbung und Recycling des entfärbten Abwassers

Die Hecking Deotexis GmbH ist ein 150 Jahre altes, mittelständisch geprägtes Textilunternehmen am Standort Neuenkirchen. Das Unternehmen stellt Oberbekleidungsstoffe für Damen und Herren her. Es verfügt über eine Weberei, Färberei und Ausrüstung. So werden u. a. Baumwolle und Elastomerfäden mit Reaktivfarbstoffen und Pigmenten gefärbt. Eine Besonderheit ist die Indigo-Kettfärbeanlage für Jeans. Die Firma plant die Errichtung einer neuen Anlage, wo die konzentrierten Abwässer aus der Färberei von Baumwollwebware mit Hilfe eines Ozonungsverfahren entfärbt und praktisch vollständig wieder verwendet werden sollen. Dazu sollen die konzentrierten Farbabwässer aus den verschiedenen Behandlungsstufen zusammengeführt und in einem Reaktor mit Ozon entfärbt werden. Die Ozonungsanlage wird in eine neue betriebliche Anlage integriert. Die Wiederverwendung des entfärbten Abwassers kann allerdings wegen der Aufkonzentrierung der Salze nicht im kompletten Kreislauf stattfinden. Die eine Hälfte soll als Waschwasser wieder in die Farbnachwäsche gehen, d.h. im eigentlichen Färbeprozess wieder eingesetzt werden, die andere Hälfte soll für innerbetriebliche Prozesse wie das Reinigen von Gefäßen und Ansatzbehältern genutzt werden. Dieses hat eindeutige Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. So ist kein Einsatz zusätzlicher Chemikalien notwendig, es erfolgt eine Verringerung der anfallenden Klärschlammmenge und eine Einsparung von über 5000 Kubikmeter Frischwasser pro Jahr. Auch die kommunale Kläranlage, in die die Färbeabwässer bislang ungeklärt eingeleitet wurden, wird deutlich entlastet. Allerdings liegt der Energiebedarf bei der Ozonung höher, soll aber durch eine Optimierung des Verfahrens gesenkt werden.

Entwicklung eines neuen Arbeitsverfahrens von der Weiche bis zur Chromgerbung im Durchlauf mit haengenden Haeuten

Fuer die Wasserwerkstattarbeiten bei der Lederfertigung wird viel Wasser verbraucht. Das anfallende Abwasser ist stark verschmutzt. Es ist gekennzeichnet durch eine hohe Alkalitaet, eine hohe Konzentration an Sulfiden, einen sehr hohen Anteil an Proteinen durch die zerstoerte und partiell aufgeloeste Haarmasse, einen hohen Gehalt an Neutralsalzen und schliesslich durch eine verhaeltnismaessig hohe Konzentration dreiwertiger Chromsalze. Die bisherigen Arbeitsverfahren lassen nur ein sehr aufwendiges Aufarbeiten des Abwassers zu. Es wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem durch eine vorgezogene Enthaarung Haarkeratin abgetrennt und sofort in eine Form umgewandelt wird, die als Protein eine Wiederverwendung in der Landwirtschaft zulaesst. Alle folgenden Prozessabschnitte werden im Duschverfahren durchgefuehrt, wobei die Loesungen rezirkuliert und dabei auf einen konstanten pH-Wert geregelt werden. Zur Durchfuehrung dieses Verfahrens wurde eine im Durchlauf arbeitende Apparatur konstruiert und gebaut, bei der die Haeute, ueber Stangen haengend, automatisch durch die einzelnen Reaktionsbereiche geleitet werden.

Belastbarkeit und Veraenderung von Bestand, Boden und Grundwasser bei Abwasserverrieselung auf bewaldeten Standorten

Methodik: Untersuchung des Abwassers sowie des Sickerwassers und der Elementvorraete im Boden vor, waehrend und in verschiedenen Zeitpunkten nach der Berieselung; Aufstellung von Elementbilanzen.

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