Das Projekt "Teilprojekt G" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ATEMIS GmbH Ingenieurbüro für Abwassertechnik Energie-Management und innovative Systementwicklung durchgeführt. Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die weitere Reduzierung des Stickstoffgehalts im Ablauf der Kläranlagen im Suzhou Industriepark (SIP) über das bisherige sehr gute Niveau hinaus, bis die verschärfte Zielkonzentration von 6 mg/L TN zuverlässig eingehalten werden kann. Das Ziel des Arbeitspaketes von ATEMIS ist es, durch verfahrenstechnische Ergänzungen (Deammonifikation) die Reinigungsleistung der Kläranlagen der chinesischen Partner zu verbessern. Entsprechend der Einordnung in das Gesamtkonzept bringt das Ingenieurbüro ATEMIS dazu seine Erfahrungen über Planung, Bau und Betrieb (insbesondere Anfahrbetrieb) von Reaktoren für die biologische Deammonifikation von stickstoffreichen Abwässern ein.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, Strategien für eine gesteigerte Energie- und Ressourceneffizienz der Kläranlage der Zukunft zu entwickeln. Hierzu wird eine 'Bibliothek' erprobter innovativer Verfahrensmodule entstehen, indem neue Technologien und ihre Wechselwirkungen untereinander sowie mit bewährten Verfahren erforscht werden. Zudem werden innovative Ansätze zur integrativen Stoff- und Energieflussmodellierung für die gesamte Kläranlage einschließlich der resultierenden Auswirkungen auf die Jahreskosten entwickelt, so dass nach Kalibrierung an repräsentativen großtechnischen Anlagen der Vergleich verschiedener Kläranlagenkonzepte im Hinblick auf Energie, Ressourcen und Kosten möglich wird. Darauf basierend werden interdisziplinär praxisbezogene Handlungsempfehlungen zur Transformation heutiger Kläranlagen in energieeffizientere Zukunftskonzepte als übertragbare Methodik entstehen. Im Schwerpunkt 'Design' erfolgt durch das ISAH der Aufbau eines Modellmoduls für die Deammonifikation im Teilstrom auf Basis von Literatur und labortechnischen Untersuchungen, wobei insbesondere die Einflüsse auf das Deammonifikationsverfahrens durch veränderte Randbedingungen bei der Schlammbehandlung berücksichtigt werden. Zudem erfolgt eine Zusammenstellung von maßgebenden Parametern aus der Literatur zur modell-technischen Abbildung der Deammonifikation im Hauptstrom. Im Schwerpunkt 'Operation', den das ISAH koordiniert, erfolgt die Entwicklung und Erprobung eines Simulationswerkzeuges zur integrierten Stoff- und Energieflussmodellierung, das die Energie- und Stoffflüsse über den gesamten Längsschnitt einer Kläranlage einschließlich der resultierenden Auswirkungen auf die Jahreskosten abbildet. Zudem erfolgt die Kalibrierung des Gesamtmodells an drei realen Anlagen des Ruhrverbands, die Einbindung der verfahrenstechnischen Einzelmodule in das Gesamtmodell zur Entwicklung innovativer Gesamtkonzepte und die Begleitung der Umsetzung des Stufenkonzeptes durch Szenarienmodellierung im Schwerpunkt 'Transformation'.
Das Projekt "Teilprojekt: 2 Analytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Mittelhessen (THM), FB 04 - KMUB - Krankenhaus- und Medizintechnik, Umwelt- und Biotechnologie (Gi), Studiengang Umwelt,- Hygiene- und Sicherheitsingenieurwesen durchgeführt. Ziel des zweijährigen BMBF-Projektes ist die Etablierung der Deammonifikation in einem Biofilmverfahren für einen Abwasserteilstrom einer kommunalen Kläranlage (Schlammwasser). In den ersten 3 Monaten finden Laborversuche zur Charakterisierung des Animpfschlammes statt. Dabei soll insbesondere die Aktivität des Schlammes in Abhängigkeit von pH-Wert und Ammoniakkonzentration untersucht werden. Gleichzeitig findet der Bau der Versuchsanlage statt. Danach soll die Versuchsanlage mit Schlammwasser einer kommunalen Kläranlage beschickt werden, damit sich eine günstige Biofilmdicke ausbilden kann. Nach einem Jahr stabilem Betrieb der Anlage mit Schlammwasser, soll der Biofilmreaktor mit neuem aktiviertem Trägermaterial angefahren werden, um die Betriebssicherheit beim Anfahren zu demonstrieren.
Das Projekt "Deutsch-Japanische Kooperation - Dynamische Konzepte zur Bemessung, Planung und Betrieb von Klaeranlagen mit biologischer Phosphorelimination" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Im Rahmen einer auf Regierungsebene vereinbarten wissenschaftlich-technischen Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Japan erfolgen im Bereich der Abwasserreinigung seit ca. 15 Jahren vorbereitende Gespraeche und gemeinsam veranstaltete Workshops. Das Projekt stellt eine Intensivierung dieser Zusammenarbeit dar. Das Partnerinstitut auf japanischer Seite ist die Gruppe Advanced Waste Water Treatment des Public Works Research Institute (PWRI), der zentralen Forschungseinrichtung des japanischen Bauministeriums (Tsukuba Science City, Naehe Tokio). Im Zeitraum 1.4.-30.9. 1995 arbeitet ein Wissenschaftler des PWRI am ISAH, fuer Ende 1995 / Anfang 1996 ist ein Aufenthalt von Mitarbeitern des ISAH in Japan vorgesehen. Im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens steht die Weiterentwicklung bestehender mathematischer Modelle zur biologischen Phosphor-Elimination (Bio-P). Hierfuer werden zwei Laborklaeranlagen betrieben (je ca. 30l), in denen verschiedene Anlagenkonfigurationen eingestellt werden koennen. Im Rahmen der Arbeiten wird das Zusammenspiel von Bio-P und N-Elimination (bes. Denitrifikation) naeher untersucht. Von besonderem Interesse ist die Frage, bei welchen Randbedingungen unter anoxischen Bedingungen eine P-Aufnahme, wann u.U. eine P-Rueckloesung stattfindet. Weiterhin wird die Auswirkung eines anaeroben Beckens auf die Denitrifikation betrachtet. Zur Anwendung der mathematischen Modelle ist die Kenntnis von moeglichst vielen kinetischen und stoechiometrischen Parametern erforderlich. Stoechiometrischen Groessen sollen aus SteadyState-Einstellungen der Laboranlagen abgeleitet werden, kinetische Paramter in Batch-Tests bestimmt werden. Weiterhin ist die Kenntnis der Abwasserzusammensetzung essentiell. Hierzu sollen u.a. mit Hilfe von automatisierten Respirationsmessungen Kenndaten ermittelt werden (leicht abbaubarer CSB-Anteil, heterotrophe Biomasse im Abwasser). Mit einem kalibrierten Modell sollen Steuerungsstrategien fuer Klaeranlagen mit Bio-P per Simulation erprobt und entwickelt werden. Aus Japan liegen Daten aus Bio-P-Versuchsanlagen vor, in deren aeroben Zonen Pellets als Aufwuchsflaechen insbesondere fuer Nitrifikanten eingesetzt werden. Es wird an der Entwicklung eines mathematischen Modells zu diesen Anlagen gearbeitet.
Das Projekt "Teilprojekt: 1 Reaktorentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EMW Filtertechnik GmbH durchgeführt. Die Stickstoffentfernung in Kläranlagen beruht normalerweise auf der Kombination Nitrifikation/Denitrifikation. Hierbei wird das Ammonium NH4+ zunächst zu Nitrat NO3- oxidiert und dann zu elementaren Stickstoff N2 reduziert. Der Stickstoff gast in die Atmosphäre aus, die schon zu 79 Prozent aus Stickstoff besteht. Deammonifikation steht für einen 'abgekürzten' Reaktionsweg, bei dem die Hälfte des Ammoniums zu Nitrit NO2- und dann die andere Hälfte des Ammoniums mit dem gebildeten Nitrit anoxisch zu N2 oxidiert wird. Während bei der herkömmlichen Kombination Nitrifikation/Denitrifikation wegen des großen Sauerstoffbedarfes und des damit verbundenen hohen Lufteintrags ins Wasser ca. 3,6 kWh/kg N benötigt werden, lässt sich durch Deammonifikation der Energieverbrauch auf unter 1,5 kWh/kg N senken. Im Rahmen eines zweijährigen BMBF-Projektes sollen die für die Deammonifikation verantwortlichen Organismen auf porösen Schaum der Firma EMW immobilisiert werden. Im ersten Teil des Projektes soll auf einer kommunalen Kläranlage eine Pilotanlage aufgebaut und mit stark stickstoffhaltigem Schlammwasser beschickt werden. Im zweiten Teil des Projektes soll die Pilotanlage erneut angefahren werden, um die Betriebssicherheit beim Anfahren zu demonstrieren. Der Bau der Versuchsanlage sowie Versuche zur Immobilisierung der Organismen auf dem porösen Träger werden von EMW durchgeführt. Die Analytik und der Betrieb der Anlagen vor Ort erfolgen durch die Fachhochschule Gießen-Friedberg.
Das Projekt "Entwicklung innovativer Verfahren zur Stickstoffelimination aus hochbelasteten Gärresten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik durchgeführt. Die Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftliche Flächen wird mit steigenden Produktionskapazitäten vor allem von Schweinen (Deutschland) und Geflügel (Chile) zusehends kritisch. Um vor allem die Stickstoffbelastung von Boden und Grundwasser einzudämmen, sind technische Lösungen zur effektiven und wirtschaftlichen Behandlung von Gülle und Gärresten dringend erforderlich. Energieeffiziente Technologien zur Stickstoffelimination stehen aber bisher nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Die Entwicklung effizienter und robuster Technologien zur Stickstoffelimination aus Gärresten mittels Deammonifikation ist daher Ziel dieses Forschungsprojekt. Zusammen mit den Partnern in Chile soll ein robustes biologisches Verfahren zur Stickstoffelimination aus Gärresten auf Basis der Deammonifikation entwickelt und optimiert werden. Dabei sollen insbesondere die für Gärreste aus Biogasanlagen spezifischen Charakteristika (z.B.: hohe CSB-Konzentrationen, Salzgehalt) bzw. deren Einfluss auf die Deammonifikation umfassend untersucht werden. Mit umfassenden Laborversuchen (kontinuierlicher Reaktorbetrieb, Monitoring, begleitende Batchtests und Analytik) soll so die Anwendbarkeit der Deammonifikation für Gärrests nach anaerober Vorbehandlung nachgewiesen, optimiert und so etabliert werden.
Das Projekt "Untersuchungen zur direkten biologischen Stickstoffumsetzung von Ammonium zu N2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Fuer das Modellieren der Stickstoffumsetzungen im Biofilm und vor allem auch die Dimensionierung von Biofilmanlagen ist eine moeglichst weitreichende Kenntnis ueber ablaufende Reaktionen, Umsatzgeschwindigkeiten und beteiligte Organismen von groesster Bedeutung. Eine einstufige Stickstoffentfernung, wie sie im Biofilm haeufig zu beobachten ist, hat u a Auswirkungen auf die Notwendigkeit und Dimensionierung einer Denitrifikationsstufe, auf den Substratbedarf fuer die Denitrifikation und die Kapazitaeten, die fuer eine Rueckfuehrung des nitrathaltigen Abwassers zur Denitrifikationsstufe bereitgestellt werden muessen. Ausgehend von Beobachtungen nicht stimmiger Stickstoffbilanzen auf technischen Biofilmanlagen, kann heute nur vermutet werden, dass es bei niedrigen CSB:N-Verhaeltnissen zu 'alternativen' Stickstoffumsetzungen, z B einer direkten Umsetzung von Ammonium zu Ntief2 kommen kann. Die Moeglichkeiten, die eine gezielte direkte Umsetzung von Ammonium zu Ntief2 z B fuer die getrennte Behandlung von hoch stickstoffhaltigen Schlammwaessern bieten wuerde, begruenden detaillierte, grundlegende Forschungsarbeiten. An ausgewaehlten Grossanlagen bzw Versuchsanlagen werden Mischbiozoenosen in Batchversuchen in ihren Stickstoffumsetzungen charakterisiert. Durch komplette N-Bilanzierung, unter Einbeziehung der organischen Fraktionen und eventueller gasfoermiger Endprodukte, wird der Weg des Stickstoffs detailliert verfolgt. Parallel dazu werden durch eine Kombination von in situ Hybridisierung und konfokaler Laser Scanning Mikroskopie wichtige Organismengruppen identifiziert und in ihrer raeumlichen Verteilung dargestellt. Das Projekt soll durch die Kopplung von neuen Methoden der experimentellen Forschung an Mischbiozoenosen 'Biofilm' zu identifizieren und verantwortlichen Organismengruppen zuzuordnen.
Das Projekt "Prozesswasserbehandlung als Baustein einer energie- und ressourceneffizienten Klärschlammbehandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik durchgeführt. Hintergrund und Aufgabenstellung: Die zukünftige Nutzung der Faulung von kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen für eine bedarfsgerechte Energieproduktion erfordert eine Flexibilisierung der Faulung durch die Einbeziehung von Stoßbelastungen durch Co-Substrate. Die geänderte flexibilisierte Betriebsweise der Faulung hat dabei direkten Einfluss auf die Down-Stream-Prozesse. Aus Sicht der Abwasserbehandlung ist dabei das bei der Faulschlammentwässerung anfallende Prozesswasser von Relevanz, da dieses zu einer Rückbelastung in den Zulauf der Abwasserbehandlung führt. Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen Grenzen der Flexibilisierung des Faulungsbetriebes ausgehend von der Prozesswasserbehandlung erarbeitet werden. Im Fokus des Forschungsprojektes stehen aufgrund der zukünftigen Anforderungen Teilstrombehandlungsverfahren mittels Deammonifikation und/oder Strippung. Abschließend erfolgt eine Bewertung der Verfahren nach ökonomischen, ökologischen und technischen Aspekten in Abhängigkeit der Änderungen im Faulungsbetrieb. Ziel des Projektes ist die Rückkopplung der Ergebnisse bzgl. des flexiblen Betriebs der Faulraumbewirtschaftung. Vorgehensweise: Ausgehend von eventuellen hemmenden Wirkungen verschiedener Prozesswässer in Abhängigkeit der Faulraumbewirtschaftung werden zunächst verschiedene Prozesswässer auf Ihre Abbaubarkeit untersucht. Anschließend erfolgen Untersuchungen im Labormaßstab anhand von 'Stress'-Tests durch Variation der Zulaufqualitäten (NH4-N, CSB, Salzgehalt und TS) mit dem Ziel Randbedingungen, unter welchen eine stabile Prozessführung der Prozesswasserbehandlung mittels Deammonifikation noch gewährleistet werden kann zu verifizieren. Die Untersuchungen erfolgen aufgrund der geringeren Sensitivität gegen Zulaufschwankungen für eine zwei-stufige Deammonifikation. Des Weiteren werden Untersuchungen zur Strippung als Alternativverfahren im Labormaßstab durchgeführt. Zuletzt wird auch untersucht, inwiefern eine Verfahrenskombination aus Strippung und Deammonifikation die Lücke zwischen 'unflexiblen', aber ökonomisch vorteilhaften Verfahren, wie die Deammonifikation, und 'flexiblen', aber teuren Verfahren (Strippverfahren) schließen kann, um den zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden. Abschließend erfolgt eine Bewertung der Verfahren nach ökonomischen, ökologischen und technischen Aspekten in Abhängigkeit der Änderungen im Faulungsbetrieb auf Basis einer Nutzwertanalyse und eines Kostenvergleichs mit dem Ziel der Erarbeitung von Handlungsempfehlungen für die Faulraumbewirtschaftung.
Das Projekt "Behandlung von Prozesswässern aus der Schlammbehandlung mittels Deammonifikation für kleine bis mittlere kommunale Kläranlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz durchgeführt. Im Rahmen der Steigerung der Energieeffizienz und der Erhöhung der Anlagenkapazität wird die biologische Deammonifikation für die Behandlung von Prozesswässern aus der Schlammbehandlung bereits auf verschiedenen Kläranlagen in Österreich eingesetzt und stellt eine zukunftsträchtige Technologie zur alternativen Nährstoffentfernung dar. Derzeit bleibt die Anwendung des Verfahrens allerdings auf große Anlagen beschränkt, da die Betriebsführung verfahrenstechnisch komplex und störungsanfällig ist und daher nur auf Anlagen mit entsprechender personeller und infrastruktureller Kapazität bewältigt werden kann. Der mögliche Anwendungsbereich des grundsätzlich sehr leistungsfähigen Verfahrens geht allerdings wesentlich weiter und umfasst eine große Anzahl kleinerer Anlagen. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung der Deammonifikation für die effiziente Prozesswasserbehandlung auf kleineren bis mittleren Kläranlagen in Österreich (ab Faulungsgrenze mit ca. 10.000-20.000 EW Ausbaugröße, siehe unten). Die Neuentwicklung soll insbesondere ein kompaktes, anwenderfreundliches Verfahren ergeben, welches sich durch seine hohe Leistungsfähigkeit, die leichte Nachrüstbarkeit auf bestehenden Anlagen und die Vermeidung von klimarelevanten Emissionen auszeichnet. Der Forschungsansatz beruht auf der Weiterentwicklung der bisher angewandten Verfahrensführungen durch verbesserte Reaktorkonfiguration, Biomasserückhalt und Mess- Steuerung und Regelung (MSR). Bekannte bisherige Probleme bei Großanlagen werden gezielt vermieden. Damit wird die Prozessstabilität erhöht, geringere klimarelevante Emissionen erreicht und die Anwendungsfreundlichkeit gegeben.
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