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Gewinnung von Biogas aus organischen Abfaellen und Biomasse

Die Gewinnung von Biogas durch Ausnutzung natuerlicher Ressourcen bietet die Moeglichkeit, den vollen Eigenenergiebedarf der Regionalklaeranlage Linz in Asten voll zu decken. Durch Intensivierung der anaeroben Schlammfaulung bei geeigneten Betriebsbedingung soll die Methanausbeute optimiert werden. Ziele des Projektes: weitgehende Ausschoepfung des Energiepotentials der im Substrat Biomasse und Klaerschlamm enthaltenen organischen Stoffe, Einhaltung einfacher, robuster Verfahrenstechniken bei groesster Betriebssicherheit, ausgeglichene energiewirtschaftliche Bilanz der Regionalklaeranlage Linz in Asten, Laborversuchsanstalt zur Ermittlung der Gasausbeute in Abhaengigkeit der Art des Substrates (abgeschlossen), Versuche im halbtechnischen Massstab zur Ermittlung des Einflusses von Betriebsparametern, Versuche im technischen Massstab.

CLIENT II China - PIRAT-Systems: Energetische Prozessoptimierung und Implementierung von Ressourceneffizienten Abwassertechnologien auf kommunalen Kläranlagen, Teilprojekt 4

Auf dem Weg zu einer Energie-minimierten und Ressourcen-orientierten Abwasserwirtschaft ist die anaerobe Schlammbehandlung ein essentieller Baustein den es zu forcieren gilt. Neben der Stabilisierung und Hygienisierung der Schlämme könnte die Gewinnung von Energie durch Nutzung der erneuerbaren Ressource Methan des Faulgases ein Anreiz für einen optimierten Betrieb bestehender Anlagen bzw. für eine weitere Installierung von Anaerobreaktoren sein. Durch den Einsatz von vergärbaren, Organik-reichen Co-Substraten kann die kommunale Schlammfaulung optimiert und der Gasertrag gesteigert werden. Geeignete Co-Substrate wie z.B. Reisstroh oder Bioabfälle könnten das Nährstoff-Verhältnis für alle an der anaeroben Umsetzung von Schlammbestandteilen beteiligten Bakterien verbessern, die Kinetik der Methanbildung erhöhen und die Schlammentwässerungseigenschaften positiv beeinflussen. Die genannten Co-Substrate zur Erhöhung der Faulgasproduktion sind Abfallstoffe und treten nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Die Auswahl geeigneter Co-Substrate, deren Zusammensetzung sowie der fachgerechte Anlagenbetrieb im Sinne von moderater Erhöhung der OLR, Beachtung von Belastungsschwankungen und pH-Wert-Veränderungen könnte z.B. durch Anwendung von Simulationsmodellen wie z.B. ADM1 begleitet werden. Nicht nur die Schlammbehandlung sondern auch die Stickstoffeliminierung erfordert eine Anpassung auf dem Weg zur Ressourcen-minimierten Abwasserreinigung. Neben der Optimierung von bestehenden Anlagen könnte der Zwang zur Energieminimierung auf Kläranlagen und damit einhergehend die Implementierung alternativer Verfahren der N-Elimination eine wichtige Rolle beim Re-Design bzw. beim Neubau von Kläranlagen spielen. Im Vergleich zur konventionellen Stickstoff-Eliminierung zeichnen sich sog. 'short-cut Verfahren' durch eine Verkürzung der klassischen Nitrifikation und der Denitrifikation d.h. durch einen geringeren Verbrauch an O2 und an der notwendigen Kohlenstoffquelle aus was diesen Prozess für die Stickstoffentfrachtung, gerade wenn Schlammwässer aus einer Faulung für eine Stickstoffrückbelastung verantwortlich sind, so interessant macht. Die erforderliche Prozessstabilität und Unempfindlichkeit gegenüber verschiedenen Störfaktoren, wie zum Beispiel Fracht-, Feststoff- oder Temperaturschwankungen muß dabei im Vordergrund stehen. Ziel ist die Nitritation und Denitritation möglichst effektiv und ohne dauerhafte Schädigung zu etablieren auch wenn einer der genannten Störfaktoren oder andere Inhibitionen auftreten sollen. Andere, alternative Stickstoffeliminationsverfahren (mikrobiologisch, verfahrenstechnisch) sollen bei Bedarf auch betrachtet werden.

KMU-innovativ - Ultrasep: Innovatives Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Klärschlamm, Teilprojekt 3

Klärschlamm enthält viele wichtige Wertstoffe, die bislang nicht optimal verwertet werden. Ein neuartiges Behandlungsverfahren mittels Ultraschall soll es ermöglichen, den Klärschlamm soweit aufzuschließen, dass die darin befindlichen wertvollen Inhaltsstoffe besser voneinander getrennt und zugänglich gemacht werden. Diese zurückgewinnbaren Wertstoffe lassen sich dann im Sinne einer nachhaltigen, umweltschonenden und wirtschaftlichen Kreislaufführung wiederverwerten. Die Partner des Verbundprojekts AQUATTRO GmbH, Fraunhofer UMSICHT und Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft testen und optimieren das Verfahren unter Realbedingungen auf einer Kläranlage des Wupperverbands.

KMU-innovativ - Ultrasep: Innovatives Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Klärschlamm, Teilprojekt 4

KMU-innovativ - Ultrasep: Innovatives Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Klärschlamm, Teilprojekt 1

KMU-innovativ - Ultrasep: Innovatives Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung von Klärschlamm, Teilprojekt 2

Plastik - Verbundprojekt REPLAWA: Reduktion des Eintrags von Plastik über das Abwasser in die aquatische Umwelt, Teilprojekt 3

Im REPLAWA-Verbund werden die zentralen Fragen zum Thema Plastik in der Umwelt in Zusammenhang mit der Abwasserableitung und -behandlung untersucht. Das ISWW entwickelt dabei u.a. eine Analysemethodik für die Mikroplastikdetektion in Klärschlämmen. Darauf aufbauend werden großtechnischen Kläranlagen hinsichtlich ihrer Mikroplastikfrachten v.a. in Bezug auf die Schlammbehandlung bilanziert, sowie der Eintrag in die Landwirtschaft durch die Abwasserverregnung und Schlammverwertung evaluiert. Filtrationstechnologien zur Reduktion der Plastikeinträge werden neben der Schlammfaulung gezielt in dotierten halbtechn. Versuchsanlagen untersucht. Aus den Ergebnissen werden Strategien zur Sensibilisierung von Verbrauchern und Betreibern sowie zur Verminderung des Eintrags über das Abwasser abgeleitet. Die sozialwissenschaftliche Forschung des ISW-IB im Projektverbund ermittelt, inwiefern die internationale Debatte um die Regulierung von Plastik geeignet sind, die technisch möglichen Lösungen zu realisieren. Dabei interessiert insbesondere die internationale Normgenese im Bereich Mikroplastik und Abwasser. Es wird untersucht, inwiefern politische Lösungen mit den technischen Problemen und Herangehensweisen korrespondieren, sowie das mögliche Verhältnis von konsumentenorientierten Lösungen zu technischen 'End-of-pipe-Lösungen', die im REPLAWA-Verbund untersucht werden. ISWW: AP1: Methodenentwicklung Schlammaufschluss für Mikroplastikanalyse und Dotierung halbtechn. Versuche AP2: Untersuchung Einträge in Landwirtschaft und Grundwasser im Verregnungsgebiet Braunschweig AP3: Bilanzierung Mikroplastikfrachten auf Kläranlage Braunschweig, Unterstützung der TU Berlin bei Beprobung weiterer Kläranlagen AP4: Durchführung halbtechn. Versuche zur weitergehenden Mikroplastikabscheidung sowie Schlammfaulung AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops ISW-IB: AP5: Sozialwissenschaftliche Analyse AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops.

Verfahrenskombination der Membranbelebungstechnik mit der anaeroben Schlammstabilisierung

Der Erftverband betreibt im linksrheinisch gelegenen Einzugsgebiet der Erft über 30 kommunale Kläranlagen worunter sich auch drei Membranbelebungsanlagen (MBA) befinden. Die größte dieser drei Anlagen in Kaarst-Nordkanal behandelt Abwasser für 80.000 Einwohner und ist seit 2004 in Betrieb. MBA haben das Potenzial, mit einem einzigen Verfahren weitergehende Anforderungen an die Behandlung kommunalen Abwassers, einschließlich der Reduzierung von Mikroschadstoffen, mikrobiellen Krankheitserregern und auch Mikroplastik zu erfüllen. Unter Einsatz der Membrantechnik ist eine Ablaufqualität erreichbar, deren Belastung mit Keimen niedriger ist, als es die EU-Badegewässerrichtlinie fordert. Trotz dieser Vorteile wird ein breiter Einsatz der Membrantechnik zur Abwasserbehandlung in Deutschland vielfach durch die Diskussion um die Energiekosten gedämpft. In den Jahren 2011 bis 2015 wurden bereits im Rahmen des UIP-Förderschwerpunkts „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ auf der Anlage Nordkanal Maßnahmen zur prozess- und verfahrenstechnischen Verbesserung der Membranfiltration durchgeführt und dadurch der Energieverbrauch MBA deutlich reduziert ( Link zum Förderprojekt ). Ziel des vorliegenden Vorhabens war es nun, den Energieverbrauch der Anlage noch weiter zu senken. Gleichzeitig sollten die Reinigungsleistung der MBA erhalten und in Bezug auf neue Reinigungsziele weiterentwickelt werden. Die bestehende MBA wurde dazu 2019 um ein Vorklärbecken, eine anaerobe Schlammfaulung zur Klärgasproduktion, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) sowie um eine Teilstrombehandlung des Schlammwassers mittels Deammonifikation ergänzt. Im Ergebnis der Umrüstung ging der Energiebedarf der Anlage weiter zurück. Bis zu 40 Prozent der benötigten elektrischen Energie am Klärwerkstandort werden aus Klärgas und Fotovoltaik erzeugt. Der Strombezug der MBA Kaarst-Nordkanal sank gegenüber dem Zustand vor Optimierung und Umbau um mehr als 60 Prozent. Im Jahr 2019 betrug der Stromverbrauch 3.173 Megawattstunden und sank damit von 69 Kilowattstunden je Einwohner im Jahre 2008 auf 39,7 Kilowattstunden je Einwohner. Für 2020 wurde ein Stromverbrauch 2.900 Megawattstunden prognostiziert. Der jährliche CO 2 -Fußabdruck der Abwasserbehandlungsanlage reduzierte sich so von rund 3.200 Tonnen auf rund 1.000 Tonnen. Im Rahmen des Vorhabens konnten neue Grundsätze für die Auslegung von kommunalen MBA entwickelt werden, die eine erhebliche Leistungssteigerung und Energieeinsparung bewirken. Durch die Biogasverwertung und die PAK-Dosierung in die MBR stellt das Membranbelebungsverfahren derzeit die einzige wirtschaftliche Technologie dar, mit der gleichzeitig weitergehende Reinigungsziele inkl. Wasserwiederverwendung ohne Reihung weiterer zusätzlicher Verfahrensstufen realisiert werden kann. Das energieeffiziente Membranbelebungsverfahren eröffnet neue, zukunftsorientierte Sanierungsmöglichkeiten für bestehende Kläranlagen. Die Reinigungsleistung in Bezug auf antibiotikaresistente Keime und andere mikrobielle Krankheitserreger wurde in einem begleitenden Vorhaben evaluiert. In einem aktuellen Forschungsprojektes des Erftverbandes „MBR AKTIV“ wird zurzeit erfolgreich die Entfernung von Mikroschadstoffen durch die Zugabe von Pulveraktivkohle (PAK) direkt in den Membranbioreaktor untersucht. Die Untersuchungsergebnisse werden Mitte 2021 veröffentlicht. Branche: Öffentliche Verwaltung, Erziehung, Gesundheitswesen, Erholung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Erftverband KöR Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: 2014 - 2019 Status: Abgeschlossen

SEKIS: Steigerung der Energieausbeute kommunaler Kläranlagen durch intensivierte mehrstufige Schlammfaulung-Untersuchung am GKW Köln-Stammheim

Aufgrund der auch zukünftig steigenden Energiekosten ist ein energieoptimierter Betrieb von Kläranlagen für die Kommunen von hoher Bedeutung. Zur Energiegewinnung trägt maßgeblich die anaerobe Schlammbehandlung bei. Der Trend zur Errichtung von Ausfaulanlagen zur Energieerzeugung auch auf kleineren Kläranlagen nimmt daher stetig zu. Hinsichtlich der verfahrenstechnischen Möglichkeiten der Energiebereitstellung für Kläranlagen mit zwei oder mehreren Faulbehälter liegen bisher nur unzureichende Erfahrungswerte vor. Die Mehrheit der Großklärwerke in Deutschland betreibt einstufige Faulungsanlagen. Dabei besitzt eine mehrstufige Faulung reaktionskinetische Vorteile und trägt zur verbesserten Entwässerungseigenschaft des Faulschlamms bei. Im Rahmen des Projektes sollen unterschiedliche Varianten einer mehrstufigen Faulung analysiert und energetisch wie auch wirtschaftlich betrachtet werden. In Voruntersuchungen sollen reaktionskinetische ADM-Simulationen der Faulprozesse durchgeführt werden. Hierbei sollen sowohl ein mehrstufiger Reihenbetrieb, ein paralleler Reihenbetrieb als auch ein Parallelbetrieb von mehreren Faulbehältern in die Simulation eingehen. Neben der Reaktionskinetik sollen auch strömungstechnische CFD-Simulationen der Reaktortechnik durchgeführt werden. Diese sollen Aufschluss über die optimale Verschaltung der einzelnen Faulbehälter liefern. Auf Grundlage der Simulationsergebnisse sollen drei Vorzugsvarianten für die Verschaltung im großtechnischen Maßstab ausgewählt und mittels Langzeitstudien im realen Betrieb des GKW Köln-Stammheim die Veränderung des CSB-Abbaugrades, die spezifische Klärgasproduktion und der Entwässerungsgrad analysiert werden. Die großtechnischen Studien werden am Großklärwerk Köln-Stammheim der Stadtentwässerungsbetriebe Köln durchgeführt. Das Klärwerk gehört der Größenklasse 5 an. Die Schlammfaulung dieser Anlage mit fünf Faulbehältern mit einem Volumen von je 11.000 m3 wurde verfahrens- und rohrleitungstechnisch dahingehend umgebaut, dass sowohl ein Parallel- als auch ein mehrstufiger Reihenbetrieb der Faulbehälter möglich sind. Neben den Verschaltungsexperimenten sollen zusätzlich die Einflüsse der Desintegration mittels Pondus-Verfahren und der Zugabe von zerkleinertem Rechengut ermittelt und bewertet werden. Neben routinemäßigen chemischen Analysen erfolgt eine detaillierte Betrachtung der Mikrobiologie in den fünf Faulbehältern während der Langzeitstudien, um die Auswirkungen der unterschiedlichen Prozessführungen auf die mikrobielle Biozönose und somit auf die Effizienz der Faulgasbildung zu erfassen. Die Ergebnisse des Anlagenbetriebes des GKW Köln-Stammheim sollen auf andere Abwasserreinigungsanlagen in Nordrhein-Westfalen übertragen werden. Hierzu werden Potentialanalysen zur Optimierung vorhandener kommunaler Kläranlagen in NRW durchgeführt. Ferner sollen im beantragten Projekt die Voraussetzungen für eine technische Umsetzbarkeit beschrieben und kostenmäßig bewertet werden.

Teilprojekt D^CLIENT China: SINOWATER: Good Water Governance, Management und innovative Technologien zur Verbesserung der Wasserqualität in zwei bedeutsamen chinesischen Gewässern^Teilprojekt E^Teilprojekt C^Teilprojekt F, Teilprojekt B

Hauptziel des Projekts SINOWATER ist die Verbesserung der Wasserqualität in den chinesischen Gewässersystemen Liao-Fluss und Dianchi-See. Das Ziel wird mit direkten innovativen technischen als auch mit indirekten konzeptionellen und langfristig wirksamen Maßnahmen eines verbesserten Wassermanagements angestrebt. Ziel des Teilprojektes K1 ist die Entwicklung eines nachhaltigen Klärschlammkonzeptes für die Stadt Shenyang basierend auf den deutschen Erfahrungen der letzten Jahrzehnte. Besonders im Fokus stehen dabei die Optimierungspotentiale der Klärschlammbehandlung auf Kläranlagen sowie der stofflichen und energischen Verwertung des Klärschlamms. Technische Vorschläge zur Klärschlammbehandlung auf der Kläranlage betreffen hauptsächlich die Potentiale zur Verringerung von Klärschlammvolumen und -masse im Rahmen der Entwässerung und Faulung. Auch die möglichen energetischen Vorteile durch die Faulung und anschließende Nutzung des Gases stellen einen Untersuchungsaspekt dar. Im Hinblick auf die weitere Verwertung und Entsorgung sollen insbesondere die stoffliche Verwertung des Klärschlamms im Rahmen einer landwirtschaftlichen oder landschaftsbaulichen Nutzung als auch die energische Verwertung im Rahmen der Mitverbrennung in Kohlekraftwerken, Zementwerken und Müllverbrennungsanlagen sowie der Monoverbrennung betrachtet werden. Weitere zu erarbeitende Empfehlungen beziehen sich darüber hinaus auf die administrative und organisatorische Ebene. Die ganzheitlich interaktive Zusammenführung der Vorschläge in einem abgestimmten regionalen Konzept stellt das abschließende Ergebnis des Teilprojektes dar.

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