Das Projekt "Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Abwasserverband Braunschweig durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TLK Energy GmbH durchgeführt. Es gibt zahlreiche F&E-Anstrengungen, um Klärschlamm in eine leicht zu entsorgende Form umzuwandeln und dabei gleichzeitig Rohstoffe rückzugewinnen und die enthaltene Energie zu nutzen. In diesem Zusammenhang kommen biologische, chemische und auch thermische Verfahren, wie z.B. Desintegration, Hydrolyse, Faulung, Fällung, Trocknung, thermische Verwertung und NH3-Stripping, auf den Kläranlagen zum Einsatz. Durch geschickte Auswahl und Kombination dieser Verfahren, insbesondere auch durch thermodynamische Vernetzung kann die Rohstoff- und Energieausbeute der Schlammverwertung maximiert werden. Um ein energetisches Optimum für thermisch hochvernetzte Kläranlagenkonzepte erreichen zu können, sind geeignete innovative Betriebsstrategien erforderlich. Konzepte und Betriebsstrategien können mit virtuell abgebildeten Kläranlagen entwickelt und bewertet werden. Moderne MSR-Systeme erlauben den Zugriff auf zahlreiche Messdaten und Aktuatoren, und können prinzipiell mit dem Internet verbunden werden. Mit diesen Möglichkeiten ließen sich cyberphysikalische Systeme realisieren, bei denen die virtuelle Kläranlage Teil eines MSR-Systems würde, welches innovative Betriebsstrategien dynamisch umsetzen könnte. Allerdings steht bisher kein vollständiges Werkzeug für den Entwurf, die Berechnung und die Virtualisierung thermisch hochvernetzter Systeme zur Verfügung. Diesen Mangel soll das vorgeschlagene Projekt beheben. Mit dem ersten Ziel, der Bereitstellung einer neuartigen computergestützten Methodik für den Entwurf und Betrieb von Kläranlagen, wird ein vollständiges Werkzeug zur Verfügung stehen. Mit diesem sollen die beiden weiteren Ziele, Bewertung von neuartigen thermisch hochvernetzten Schlammbehandlungskonzepten inklusive deren Betriebsstrategien sowie ihre Anwendung in bestehenden Kläranlagen und Konzepte für nachhaltige und energetisch optimierte cyberphysische Kläranlagen mit neuartiger thermischer Schlammbehandlung, erreicht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TLK-Thermo GmbH durchgeführt. Es gibt zahlreiche F&E-Anstrengungen, um Klärschlamm in eine leicht zu entsorgende Form umzuwandeln und dabei gleichzeitig Rohstoffe rück zugewinnen und die enthaltene Energie zu nutzen. In diesem Zusammenhang kommen biologische, chemische und auch thermische Verfahren, wie z.B. Desintegration, Hydrolyse, Faulung, Fällung, Trocknung, thermische Verwertung und NH3-Stripping, auf den Kläranlagen zum Einsatz. Durch geschickte Auswahl und Kombination dieser Verfahren, insbesondere auch durch thermodynamische Vernetzung kann die Rohstoff- und Energieausbeute der Schlammverwertung maximiert werden. Um ein energetisches Optimum für thermisch hochvernetzte Kläranlagenkonzepte erreichen zu können, sind geeignete innovative Betriebsstrategien erforderlich. Konzepte und Betriebsstrategien können mit virtuell abgebildeten Kläranlagen entwickelt und bewertet werden. Moderne MSR-Systeme erlauben den Zugriff auf zahlreiche Messdaten und Aktuatoren, und können prinzipiell mit dem Internet verbunden werden. Mit diesen Möglichkeiten ließen sich cyberphysikalische Systeme realisieren, bei denen die virtuelle Kläranlage Teil eines MSR-Systems würde, welches innovative Betriebsstrategien dynamisch umsetzen könnte. Allerdings steht bisher kein vollständiges Werkzeug für den Entwurf, die Berechnung und die Virtualisierung thermisch hochvernetzter Systeme zur Verfügung. Diesen Mangel soll das vorgeschlagene Projekt beheben. Mit dem ersten Ziel, der Bereitstellung einer neuartigen computergestützten Methodik für den Entwurf und Betrieb von Kläranlagen, wird ein vollständiges Werkzeug zur Verfügung stehen. Mit diesem sollen die beiden weiteren Ziele, Bewertung von neuartigen thermisch hochvernetzten Schlammbehandlungskonzepten inklusive deren Betriebsstrategien sowie ihre Anwendung in bestehenden Kläranlagen und Konzepte für nachhaltige und energetisch optimierte cyberphysische Kläranlagen mit neuartiger thermischer Schlammbehandlung, erreicht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von awama GmbH durchgeführt. Es gibt zahlreiche F&E-Anstrengungen, um Klärschlamm in eine leicht zu entsorgende Form umzuwandeln und dabei gleichzeitig Rohstoffe rückzugewinnen und die enthaltene Energie zu nutzen. In diesem Zusammenhang kommen biologische, chemische und auch thermische Verfahren, wie z.B. Desintegration, Hydrolyse, Faulung, Fällung, Trocknung, thermische Verwertung und NH3-Stripping, auf den Kläranlagen zum Einsatz. Durch geschickte Auswahl und Kombination dieser Verfahren, insbesondere auch durch thermodynamische Vernetzung kann die Rohstoff- und Energieausbeute der Schlammverwertung maximiert werden. Um ein energetisches Optimum für thermisch hochvernetzte Kläranlagenkonzepte erreichen zu können, sind geeignete innovative Betriebsstrategien erforderlich. Konzepte und Betriebsstrategien können mit virtuell abgebildeten Kläranlagen entwickelt und bewertet werden. Moderne MSR-Systeme erlauben den Zugriff auf zahlreiche Messdaten und Aktuatoren, und können prinzipiell mit dem Internet verbunden werden. Mit diesen Möglichkeiten ließen sich cyberphysikalische Systeme realisieren, bei denen die virtuelle Kläranlage Teil eines MSR-Systems würde, welches innovative Betriebsstrategien dynamisch umsetzen könnte. Allerdings steht bisher kein vollständiges Werkzeug für den Entwurf, die Berechnung und die Virtualisierung thermisch hochvernetzter Systeme zur Verfügung. Diesen Mangel soll das vorgeschlagene Projekt beheben. Mit dem ersten Ziel, der Bereitstellung einer neuartigen computergestützten Methodik für den Entwurf und Betrieb von Kläranlagen, wird ein vollständiges Werkzeug zur Verfügung stehen. Mit diesem sollen die beiden weiteren Ziele, Bewertung von neuartigen thermisch hochvernetzten Schlammbehandlungskonzepten inklusive deren Betriebsstrategien sowie ihre Anwendung in bestehenden Kläranlagen und Konzepte für nachhaltige und energetisch optimierte cyberphysische Kläranlagen mit neuartiger thermischer Schlammbehandlung, erreicht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal - CUTEC Clausthaler Umwelttechnik Forschungszentrum durchgeführt. Es gibt zahlreiche F&E-Anstrengungen, um Klärschlamm in eine leicht zu entsorgende Form umzuwandeln und dabei gleichzeitig Rohstoffe rückzugewinnen und die enthaltene Energie zu nutzen. In diesem Zusammenhang kommen biologische, chemische und auch thermische Verfahren, wie z.B. Desintegration, Hydrolyse, Faulung, Fällung, Trocknung, thermische Verwertung und NH3-Stripping, auf den Kläranlagen zum Einsatz. Durch geschickte Auswahl und Kombination dieser Verfahren, insbesondere auch durch thermodynamische Vernetzung kann die Rohstoff- und Energieausbeute der Schlammverwertung maximiert werden. Um ein energetisches Optimum für thermisch hochvernetzte Kläranlagenkonzepte erreichen zu können, sind geeignete innovative Betriebsstrategien erforderlich. Konzepte und Betriebsstrategien können mit virtuell abgebildeten Kläranlagen entwickelt und bewertet werden. Moderne MSR-Systeme erlauben den Zugriff auf zahlreiche Messdaten und Aktuatoren, und können prinzipiell mit dem Internet verbunden werden. Mit diesen Möglichkeiten ließen sich cyberphysikalische Systeme realisieren, bei denen die virtuelle Kläranlage Teil eines MSR-Systems würde, welches innovative Betriebsstrategien dynamisch umsetzen könnte. Allerdings steht bisher kein vollständiges Werkzeug für den Entwurf, die Berechnung und die Virtualisierung thermisch hochvernetzter Systeme zur Verfügung. Diesen Mangel soll das vorgeschlagene Projekt beheben. Mit dem ersten Ziel, der Bereitstellung einer neuartigen computergestützten Methodik für den Entwurf und Betrieb von Kläranlagen, wird ein vollständiges Werkzeug zur Verfügung stehen. Mit diesem sollen die beiden weiteren Ziele, Bewertung von neuartigen thermisch hochvernetzten Schlammbehandlungskonzepten inklusive deren Betriebsstrategien sowie ihre Anwendung in bestehenden Kläranlagen und Konzepte für nachhaltige und energetisch optimierte cyberphysische Kläranlagen mit neuartiger thermischer Schlammbehandlung, erreicht werden.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Thermodynamik durchgeführt. Es gibt zahlreiche F&E-Anstrengungen, um Klärschlamm in eine leicht zu entsorgende Form umzuwandeln und dabei gleichzeitig Rohstoffe rückzugewinnen und die enthaltene Energie zu nutzen. In diesem Zusammenhang kommen biologische, chemische und auch thermische Verfahren, wie z.B. Desintegration, Hydrolyse, Faulung, Fällung, Trocknung, thermische Verwertung und NH3-Stripping, auf den Kläranlagen zum Einsatz. Durch geschickte Auswahl und Kombination dieser Verfahren, insbesondere auch durch thermodynamische Vernetzung kann die Rohstoff- und Energieausbeute der Schlammverwertung maximiert werden. Um ein energetisches Optimum für thermisch hochvernetzte Kläranlagenkonzepte erreichen zu können, sind geeignete innovative Betriebsstrategien erforderlich. Konzepte und Betriebsstrategien können mit virtuell abgebildeten Kläranlagen entwickelt und bewertet werden. Moderne MSR-Systeme erlauben den Zugriff auf zahlreiche Messdaten und Aktuatoren, und können prinzipiell mit dem Internet verbunden werden. Mit diesen Möglichkeiten ließen sich cyberphysikalische Systeme realisieren, bei denen die virtuelle Kläranlage Teil eines MSR-Systems würde, welches innovative Betriebsstrategien dynamisch umsetzen könnte. Allerdings steht bisher kein vollständiges Werkzeug für den Entwurf, die Berechnung und die Virtualisierung thermisch hochvernetzter Systeme zur Verfügung. Diesen Mangel soll das vorgeschlagene Projekt beheben. Mit dem ersten Ziel, der Bereitstellung einer neuartigen computergestützten Methodik für den Entwurf und Betrieb von Kläranlagen, wird ein vollständiges Werkzeug zur Verfügung stehen. Mit diesem sollen die beiden weiteren Ziele, Bewertung von neuartigen thermisch hochvernetzten Schlammbehandlungskonzepten inklusive deren Betriebsstrategien sowie ihre Anwendung in bestehenden Kläranlagen und Konzepte für nachhaltige und energetisch optimierte cyberphysische Kläranlagen mit neuartiger thermischer Schlammbehandlung, erreicht werden.
Das Projekt "RePhoR - Projekt p2b (Konzeptphase): Regionales Phosphor-Recycling in der Region Zweibrücken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft (IWG-SWW) durchgeführt. Phosphor (P) ist ein essentieller und nicht substituierbarer Baustein in allen Lebewesen und wird vor allem als Dünger für eine ertragreiche Landwirtschaft gebraucht.
Daher hat die Bundesregierung die Rückgewinnung von Phosphor im Deutschen Ressourceneffizienzprogramm (ProgRessII) als wichtigen Baustein zur Etablierung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft verankert und mit der im Oktober 2017 in Kraft getretenen Novellierung der Klärschlammverordnung die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Für kommunale Kläranlagen mit einer Ausbaugröße über 50.000 Einwohnerwerten ist demnach ab dem Jahr 2032 die Rückgewinnung von Phosphor grundsätzlich vorgeschrieben. In diesem Zusammenhang wurde ein ganzheitliches Konzept zum regionalen P-Recycling in einer als Beispielregion ausgewählten Region erstellt. Ausgangspunkt des Recyclingkonzeptes ist eine kommunale Kläranlage mit einer Ausbaugröße von 72.000 Einwohnerwerten (GK 4). Das Konzept sieht die großtechnische Umsetzung eines Phosphor-Rückgewinnungsverfahrens auf der Kläranlage vor. Dabei soll das Phosphor-Recycling durch eine thermische Desintegration des Klärschlamms in Verbindung mit einer MAP-Kristallisation (MAP: Magnesium-Ammonium-Phosphat) realisiert werden. Für den an Phosphor abgereicherten Klärschlamm mit einem Phosphorgehalt von weniger als 20 Gramm je Kilogramm Trockenmasse ist eine Zuführung in eine anderweitige Verwertung, insbesondere in der Zementindustrie, vorgesehen. Hinsichtlich der auf der Kläranlage gewonnenen Phosphor-Rezyklate sieht das Konzept eine konsequente regionale Verwertung in der Landwirtschaft, vorzugsweise im Ökolandbau vor. Die Einhaltung der durch die Novelle der Klärschlammverordnung gegebenen gesetzlichen Rahmenbedingungen bezüglich des Phosphor-Recyclings stand bei der Konzepterstellung im Vordergrund.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines Ultraschalltestreaktors zur intensiven Desintegration großer Mengen Klärschlamms im Durchflussverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bandelin electronic GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Steigerung der Energieeffizienz bei der kommunalen Abwasserreinigung. Die Energieeffizienz soll dabei durch die Steigerung des Biogasertrages aus der Klärschlammverwertung verbessert werden, indem der Vergärungsprozess durch die vorherige mechanische Zerkleinerung der Schlammpartikel beschleunigt wird. Dies geschieht zum Einen aufgrund der vergrößerten Oberfläche die den anaeroben Mikroorganismen nach der Zerkleinerung zur Verfügung steht, sowie durch die Freisetzung von intrazellulären Substanzen, insbesondere Enzymen, die den biologischen Abbau weiter beschleunigen. Ein weiterer Vorteil neben der Steigerung der Gasausbeute ist die damit einhergehende Verringerung der zu entsorgenden Klärschlammmengen durch einen beschleunigten Abbau einerseits und eine bessere Entwässerbarkeit andererseits. Der Aufschluss des Schlamms soll mittels ultraschallinduzierter Kavitation in einem zu entwickelnden hocheffizienten Flächen-Schwingsystem erfolgen, welches in bestehende Kläranlagen nachrüstbar ist. Zunächst sollen dafür die Grundmechanismen der Gasertragssteigerung durch den Aufschluss mit Labor-Ultraschallsystemen nach dem Flächenschwingprinzip im Labor der Technischen Universität München (TUM) genau verstanden werden. Anschließend sollen die Laborergebnisse auf unterschiedliche großtechnische Anlagen innerhalb der dreijährigen Projektdauer übertragen werden. Das Projektteam besteht dabei aus der TUM als wissenschaftlichen Partner, dem auf die Optimierung von Kläranlagen spezialisierten Ingenieurbüro GFM und dem Hersteller verschiedenster Hochleistungs-Ultraschallsysteme BANDELIN. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse über die Wirkungsweise der Ultraschallbehandlung sowie möglicher Bauformen geeigneter Ultraschallreaktoren soll nach dem Abschluss des Projektes ein nachrüstbares, leistungs- und marktfähiges Ultraschallsystem entwickelt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Reaktorbetrieb, Analytik und Bilanzierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorien für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Steigerung der Energieeffizienz bei der kommunalen Abwasserreinigung. Die Energieeffizienz soll dabei durch die Steigerung des Biogasertrages bei der anaeroben Klärschlammstabilisierung verbessert werden, indem der Vergärungsprozess durch die vorherige mechanische Zerkleinerung der Schlammpartikel beschleunigt wird. Dies geschieht zum einen aufgrund der Auflösung von Schlammflocken und der vergrößerten Oberfläche die den anaeroben Mikroorganismen nach der Zerkleinerung zur Verfügung steht, sowie zum anderen durch die Freisetzung von intrazellulären Substanzen, insbesondere Enzymen, die den biologischen Abbau weiter beschleunigen. Ein weiterer Vorteil neben der Steigerung der Gasausbeute ist die damit einhergehende Verringerung der zu entsorgenden Klärschlammmengen durch einen beschleunigten Abbau und eine bessere Entwässerbarkeit. Der Aufschluss des Schlamms soll mittels ultraschallinduzierter Kavitation in einem zu entwickelnden hocheffizienten Flächen-Schwingsystem erfolgen, welches in bestehende Kläranlagen nachrüstbar ist. Zunächst sollen dafür die Grundmechanismen der Gasertragssteigerung durch den Aufschluss mit Labor-Ultraschallsystemen nach dem Flächenschwingprinzip im Labor der Technischen Universität München (TUM) genau verstanden werden. Anschließend sollen die Laborergebnisse auf drei unterschiedliche großtechnische Anlagen innerhalb der dreijährigen Projektdauer übertragen werden. Das Projektteam besteht dabei aus der TUM als wissenschaftlichen Partner, dem Hersteller verschiedenster Hochleistungs-Ultraschallsysteme BANDELIN und dem auf die Optimierung von Kläranlagen spezialisierten Ingenieurbüro GFM als Unterauftragnehmer. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse über die Wirkungsweise der Ultraschallbehandlung sowie möglicher Bauformen geeigneter Ultraschallreaktoren soll im Rahmen des Projektes ein nachrüstbares, leistungs- und marktfähiges Ultraschallsystem entwickelt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Aufarbeitung, Charakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut durchgeführt. Entwicklung eines leichten geschäumten Verpackungsmaterials aus Maisspindeln. Der Rohstoff wird in Gegenwart von Wasser zu einer hochviskosen Konsistenz mittels mechanischer Desintegrationsverfahren zerkleinert. Die Suspension kann zusätzlich Holzfaserstoffe enthalten. Die lignofaserstoffhaltige Suspension wird aufgeschäumt und getrocknet. Im Ergebnis entsteht ein druckfester Schaumkörper, der aus bis zu 100 % Lignocellulosen besteht und daher wie Altpapier recycelt werden kann, wodurch eine stoffliche Kaskadennutzung ermöglicht wird. Der Zusammenhalt wird alleine durch die während des Herstellungsprozesses aktivierten lignocelluloseeigenen Bindekräfte erzielt; die porösen Formkörper enthalten daher keinerlei synthetische Bindemittel. Speziell erfolgen in dem Projekt stoffliche und verfahrenstechnische Untersuchungen zur Herstellung von Verpackungsmitteln. Zum Projektende soll eine verfahrenstechnisch prozessfähige Lösung vorliegen, dessen Treibhausgasemissionen begleitend bewertet und mit den Treibhausgasemissionen konventioneller Schaumstoffe verglichen wurden. Entwicklung und Herstellung eines druckfesten geschäumten Verpackungsmaterials aus überwiegend agrarischen Reststoffen (Maisspindeln) und weiteren lignocellulosehaltigen Rohstoffen (z. B. Holz). Die Schaumkörper sind hinsichtlich einer Verwendung als Verpackungsmaterial praxisnah zu testen. Das Verfahren und das Material ist einer Life-Cycle-Analyse zu unterziehen.
