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GC-MS-Analyse zur Unterstuetzung der Charakterisierung und Reinigung kontaminierter Waesser und Schlaemme

In der Bundesrepublik Deutschland, insbesondere im Umfeld Thueringens gibt es eine Vielzahl von Altlasten, die mit den verschiedenen Verfahren der Bodenreinigung saniert werden koennen. Bei kostenguenstigen Verfahren, wie z.B. der Bodenwaesche, bleiben bestimmte Schadstoffraktionen als hochbelastete Waesser und Schlaemme zurueck. Soweit es bei dem derzeitigen Stand der Technik wirtschaftlich moeglich ist, koennen sie weiter aufbereitet werden. Hier kommen verschiedene Verfahren, u.a. Einsatz von Aktivkohle, Hochleistungsbiologie, Strippen, und die chemische Oxidation zum Einsatz. Zur Entwicklung weiterer Verfahren zu diesem Zweck ist es erforderlich, begleitende Untersuchungen der einzelnen Verfahrensschritte zu taetigen, um somit zur Verfahrensoptimierung beizutragen und neuartigen Verfahren den Weg zur Einsatzfaehigkeit zu ebnen. Das Forschungsprojekt soll das Profil der Fachhochschule Erfurt in der Umweltanalytik erweitern sowie Gelegenheit geben, ein ueber den Durchschnitt hinausreichendes Fachwissen zu etablieren. Es soll insbesondere dem Fachbereich Versorgungstechnik, der den Aufbaustudiengang Umwelttechnik mit beinhaltet, ermoeglichen, Wirtschaftsunternehmen vor allem in Thueringen Kooperationsmoeglichkeiten anzubieten, die diese fuer die Entwicklung geeigneter Erzeugnisse, Verfahren und Anlagen nutzen koennen, um somit ihre Wettbewerbsfaehigkeit zu steigern.

Entwicklung eines Konzeptes zur Reinigung hochbelasteter Abwässer aus der chemischen Industrie

Weiterentwicklung und Erprobung eines Festbett-Biowäscher-Kaskadenreaktors zur biologischen Reinigung von organisch hoch belasteten gewerblichen und industriellen Abwässern

Teilprojekt 3, Teilprojekt 1

Teilprojekt 3, Teilprojekt 2

Entwicklung eines computergestützen Bemessungsmoduls für die Behandlung hochbelasteter organischer Abwässer aus der intensiven Tierhaltung

Mit einem Bestand von über 25 Mio. Tieren, die in 226.500 Betrieben gehalten werden, ist die Schweineproduktion ein wichtiger Wirtschaftsfaktor in der Bundesrepublik Deutschland. Legt man einen durchschnittlichen Gülleanfall von 4,5 Liter Gülle pro Tier und Tag zugrunde, so fallen jeden Tag rund 112.500 m3 Schweinegülle in Deutschland an. Aufgrund der lokal und regional durchgeführten Schweinemast konzentriert sich der Gülleanfall auf diese Gebiete. Dies führt zu einem Nährstoffüberschuss in den betroffenen Regionen. Auch in den europäischen Nachbarländern findet sich diese Problematik. Durch den lokal begrenzten Anfall von Wirtschaftsdüngern ist die umweltverträgliche und pflanzenbedarfsgerechte Verwertung auf den zur Verfügung stehenden landwirtschaftlichen Nutzflächen nicht mehr gegeben. Gülletransporte über die Güllebörsen verlagern nur kurzfristig das Problem ohne es langfristig zu lösen. Hinzu kommt, dass diese Transporte nur über kurze Entfernungen Sinn machen. Zu den am häufigsten genannten Problemen bei der Gülledüngung zählt neben der damit verbundenen Geruchsbelästigung vor allem die Umweltbelastung durch nicht pflanzenbedarfsgerechte Ausbringung. Als umweltbelastend gelten hier im Wesentlichen die Nährstoffe Stickstoff und Phosphor, die durch Bodenauswaschung zur Eutrophierung der Oberflächengewässer beitragen. Bedingt durch die Stickstoffüberversorgung gelangen Nitrate in das Grundwasser, die unser Trinkwasser zunehmend beeinträchtigen. Dennoch ist die umweltverträgliche Nutzung von Wirtschaftsdüngern in der Landwirtschaft unverzichtbar. Zur Verbesserung der momentanen Situation wurden in Deutschland seit 1990 zahlreiche Forschungs- und Entwicklungs(F+E)- Projekte gefördert, die sich mit der Thema der umweltverträglichen Gülleaufbereitung beschäftigen. Auch der vorliegende Bericht wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Projektziel ist es, eine marktfähige Anlage zu entwickeln, die eine bedarfsgerechte Reinigung von Schweinegülle gemäß den Vorgaben der Düngeverordnung ermöglicht. Als Verfahren der Nährstoffelimination wird das Sequencing-Batch-Reactor-Verfahren gewählt. Diese spezielle Variante der Belebtschlammverfahren hat sich als besonders leistungsfähige und flexible Möglichkeit der Abwasserreinigung erwiesen. Mit dem Hof Streyl in Dülmen-Rorup wurde ein idealer Ort für den Aufbau und Betrieb der Versuchsanlage gefunden, da hier sowohl Platz, als auch das entsprechende Abwasser in ausreichender Menge zur Verfügung standen. Bestandteil dieses Forschungsprojektes war es auch, ein Bemessungsmodul zu entwickeln, mit dem SBR-Anlagen für die bedarfsgerechte Reinigung von Schweinegülle dimensioniert und betrieben werden können.

Nitrifikation hochbelasteter Abwaesser in beluefteten Rotationsscheibenreaktoren

Abwaesser mit hohen Ammonium-Konzentrationen fallen sowohl in der chemischen Industrie (Duengemittelherstellung, Erdoelverarbeitung), als auch im Deponiesickerwasser und bei der Massentierhaltung an. In den meisten Faellen enthalten die Abwaesser auch hohe Konzentrationen an organischen Stoffen, die jedoch bei der anaerob/aeroben Behandlung weitgehend abgebaut werden koennen, so dass ein Rest mit hohem NH4-Gehalt uebrig bleibt. Bei Konzentrationen von 200 - 1000 mg/l NH4-N und kleineren Frachten lohnt sich der Strippprozess mit anschliessender Produktion von verduennter Schwefelsaeure oder von Ammonium-Magnesium-Phosphat (MAP) noch nicht, so dass hier die Nitrifikation und Denitrifikation angewandt werden muss. In diesem Projekt wird die Nitrifikation eines Abwassers mit 500 - 600 mg/l NH4-N in Rotationsscheibenreaktoren optimiert. Von grosser Bedeutung ist die pH-Regelung auf optimale Werte in Abhaengigkeit von der axialen Position und der Konzentration. Da das Ammoniak bzw. die salpetrige Saeure Substrate der zweistufigen Nitrifikation sind, wird eine optimale NH3-Konzentration angestrebt, ohne dass sich Nitrit anreichert.

CLIENT II-Definitionsprojekt - RENERCHI-DEF: Gewinnung erneuerbarer Energie aus Abwasser und Bioabfällen der chinesischen Leichtindustrie

In weiten Landesteilen Chinas werden durch die Leichtindustrie die Grund- und Oberflächengewässer belastet. Derzeit werden hoch belasteten Abwässer und Abfälle aus industriellen Gebieten Chinas mehrheitlich unsachgemäß auf ungeordneten Deponien entsorgt, was zahlreiche Umweltbelastungen verursacht. Die Gewinnung von erneuerbarer Energie aus Abwasser und Bioabfällen der Leichtindustrie stellt einen wichtigen Schritt in der Kreislaufwirtschaft dar. Deutschland ist eines der führenden Länder in der Nutzung von Erneuerbarer Energie aus nachwachsenden Rohstoffen sowie aus Abfällen und Abwässern. Das Ziel des Definitionsprojektes ist es, ein Netzwerk zwischen Industrie, Forschungsinstituten und Regierungsinstitutionen in Deutschland und China zu etablieren, um den Wissens-Transfer zu verbessern. Das Projekt soll dazu dienen, die Hürden und die Chancen der Biogastechnologie speziell im Bereich der Leichtindustrie zu identifizieren. Das Netzwerk der multidisziplinären Partner soll die Grundlagen für ein weitergehendes Projekt der CLIENT II Ausschreibung schaffen. Dadurch sollen für China innovative und nachhaltige Lösungsansätze zur Nutzung von Abfällen und Abwässern entwickelt werden, um ein besseres Wassermanagement, sowie bessere Energie- und Ressourcennutzung zu erreichen. Gleichzeitig können neue Marktpotenziale für deutsche Unternehmen erschlossen werden.

Deutsch-Polnische Nachhaltigkeitsforschung: Reduzierung der N2O-Emissionen bei der Stickstoffelimination aus hoch- und schwachbelasteten Abwässern - modellbasierte Prozessoptimierung großtechnischer Anlagen (Wastewater) (RENEMO), Teilprojekt 1: Kinetische Untersuchungen der Lachgasbildung

Ziel des Projektes ist die Optimierung biologischer Abwasserreinigungsverfahren im Hinblick auf eine Emissions-Minimierung des klimaschädlichen Treibhausgases Lachgas (N2O). Im Fokus steht neben Standardverfahren insbesondere ein neues Verfahren zur Stickstoffelimination aus hochbelasteten Abwässern (Deammonifikation). Im Rahmen von labortechnischen Untersuchungen werden maßgebende Betriebsparameter, die eine vollständige Stickstoffumsetzung behindern, identifiziert und die N2O-Bildungspotentiale quantifiziert. Durch Erweiterung der vorhandenen biologischen Modelle um eine Gasbildungskomponente wird ein Werkzeug zur modellgestützten Bewertung von Verfahren im Hinblick auf N2O-Emissionspotentiale geschaffen. Die im Rahmen des Projektes entwickelten optimierten Verfahren werden großtechnisch umgesetzt und evaluiert. Unterteilung des Arbeitsplans: 1. Entwicklung von Messmethoden zur Quantifizierung von N2O-Emissionen; 2. Durchführung von Intensivmessphasen zu N2O-Emissionen auf ausgewählten Deammonifikationsanlagen; 3. Durchführung gezielter Laborversuche zur Untersuchung der Einflussfaktoren und Kinetik der biologischen N2O-Bildungsprozesse; 4. Entwicklung von Modellbeschreibungen für die N2O-Bildung; 5. Kalibrierung des fertigen Modells anhand von Messdaten und Simulation optimierter Verfahrensstrategien; 6. Auswahl geeigneter Strategien zur Reduktion von N2O-Emissionen und messtechnische Begleitung der Umsetzung in zwei Deammonifikationsanlagen.

Teilprojekt 13, Teilprojekt 12

1. Vorhabenziel: In TAP 3.1 wird von der TU Stuttgart die Behandlung von Schwarzwasser, Grauwasser und verschiedenen gewerblichen Abwässern im Hinblick auf eine Energierückgewinnung in Form von Biogas als auch eine Nährstoffrückgewinnung (Stickstoff. Phosphor) in Form von MAP (Magnesium-Ammonium-Phosphat) untersucht. In einer ganzheitlichen Versuchsanordnung. zu der u.a. die Pilotanlage der HST gehört werden die Abläufe aus eine anaeroben Behandlung nach einer Feststoffabtrennung einer MAP-Fällung unterworfen. Anhand von Ergebnissen mit Schwarzwasser sollen in einer ersten Versuchsphase verschiedene entscheidende Parameter wie die Raumbelastung. die Aufenthaltszeit und die Prozesstemperatur variiert werden. Die Pilotanlage der HST wird auf dem Gelände des ISWA aufgebaut. Um die Übergangszustände auf die komplette separate Abtrennung von Schwarzwasser zu simulieren werden in weiteren Versuchsphasen die anaeroben Reaktoren mit verschiedene Mischungen aus Schwarzwasser und Grauwasser bzw. aus Schwarzwasser und einem gewerblichen Co-Ferme, beschickt. Als Co-Ferment können hierzu verschiedene organisch hoch belastete und gut abbaubare Abwässer beispielsweise aus der Lebensmittelindustrie, der Fruchtsaftindustrie, dem Weinbau und von Backereien oder Metzgereien herangezogen werden. HST plant, baut, liefert und wartet die Pilotanlage. Der Betrieb wird von der TU Stuttgart durchgeführt. 2. Arbeitsplanung: Die Konzeption des Pilotcontainers wird anhand von R&I-Schemen in eine Werkplanung überführt.

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