Weni­ger CO2-Emis­sio­nen aus Kläranlagen

Anlage Projekt Weck

Hoch­schu­le Bre­mer­ha­ven ent­wi­ckelt Metho­de, mehr Bio­gas und Wert­stof­fe aus Abwas­ser zu gewinnen

Egal ob beim Abwasch, in der Dusche oder auf der Toi­let­te – ver­schmutz­tes Was­ser lan­det in der Klär­an­la­ge. Hier sor­gen ver­schie­de­ne Pro­zes­se dafür, dass am Ende mög­lichst sau­be­res, schad­stoff­frei­es Was­ser zurück in die Natur gelei­tet wird. Im Rei­ni­gungs­pro­zess wer­den jedoch gro­ße Men­gen CO2 frei­ge­setzt. Wie die­se Emis­sio­nen redu­ziert wer­den kön­nen und ob sich aus Abwas­ser mehr Ener­gie und Roh­stof­fe gewin­nen las­sen, damit haben sich For­schen­de der Hoch­schu­le Bre­mer­ha­ven beschäf­tigt. Im EFRE-geför­der­ten For­schungs­pro­jekt „WECK – Weni­ger CO2 aus Klär­an­la­gen“ haben sie unter der Lei­tung von Prof. Dr. Die­ter Lom­pe eine Ver­suchs­an­la­ge ent­wi­ckelt und betrie­ben, die deut­lich mehr orga­ni­sche Stof­fe in Bio­gas umwan­delt als bis­her und zusätz­lich Ammo­ni­um zur Ver­wer­tung als Dün­ge­mit­tel abtrennt. Nach der übli­chen mecha­ni­schen Vor­rei­ni­gung des Abwas­sers konn­ten unter Labor­be­din­gun­gen nicht nur durch­schnitt­lich über 90% der orga­ni­schen Inhalts­stof­fe für die Bio­gas­bil­dung ver­wen­det, son­dern auch Ammo­ni­um voll­stän­dig für die Dün­ge­mit­tel­pro­duk­ti­on zurück­ge­won­nen wer­den. Die­ses muss dann nicht mehr mit Hil­fe von Erd­gas erzeugt werden.

Vie­le Klär­an­la­gen funk­tio­nie­ren bereits ener­gie­aut­ark. Das bedeu­tet, dass sie wäh­rend der Rei­ni­gungs­pro­zes­se selbst Bio­gas erzeu­gen, mit dem sie dann betrie­ben wer­den. Bis­her wird jedoch nur ein klei­ner Teil der orga­ni­schen Stof­fe aus dem Abwas­ser ent­spre­chend genutzt. „Beim übli­chen Belebt­schlamm­pro­zess wird über die Hälf­te der im Abwas­ser ent­hal­te­nen orga­ni­schen Stof­fe mit Luft-Sauer­stoff durch Mikro­or­ga­nis­men in CO2 umge­wan­delt. Der Rest wird durch Bak­te­ri­en­wachs­tum zu Klär­schlamm, der nur teil­wei­se zu Bio­gas umge­setzt und ener­ge­tisch genutzt wird. Das ist nicht nur schlecht für die Umwelt, son­dern wir ver­lie­ren dabei auch wich­ti­ge Roh­stof­fe, die wir bei­spiels­wei­se als Dün­ge­mit­tel drin­gend benö­ti­gen“, weiß Prof. Dr. Die­ter Lom­pe, der an der Hoch­schu­le Bre­mer­ha­ven das Labor für Ver- und Ent­sor­gungs­tech­nik lei­tet. Seit vie­len Jah­ren beschäf­tigt er sich mit ver­schie­de­nen Berei­chen der Umwelt­ver­fah­rens­tech­nik, unter ande­rem der nach­hal­ti­gen Nut­zung der Was­ser­res­sour­cen, der Kreis­lauf­wirt­schaft und der Ener­gie­ein­spa­rung. Mit Unter­stüt­zung durch die Bre­mer­ha­ve­ner Ent­sor­gungs­ge­sell­schaft haben er und sein Team ein neu­es Behand­lungs­ver­fah­ren ent­wi­ckelt, um Abwas­ser­rei­ni­gung nach­hal­ti­ger und kli­ma­freund­li­cher zu errei­chen, indem mög­lichst vie­le CO2-Emis­sio­nen ver­hin­dert und Inhalts­stof­fe als Roh­stof­fe genutzt werden.

Bei dem neu­ar­ti­gen Ver­fah­ren wird ein spe­zi­el­ler Mem­bran-Bio­re­ak­tor ver­wen­det, der die Bio­ga­ser­zeu­gung erfor­der­li­chen Bak­te­ri­en voll­stän­dig zurück­hält und für eine aus­rei­chend hohe Bak­te­ri­en­kon­zen­tra­ti­on sorgt. Der Druck­ver­lust der Mem­bran ist sehr gering und trägt zum ener­gie­spa­ren­den Betrieb bei. Anschlie­ßend sorgt ein natür­li­ches Zeo­lith-Mine­ral dafür, dass das im Abwas­ser vor­han­de­ne Ammo­ni­um mit­tels Ionen­aus­tausch aus dem Abwas­ser ent­fernt wird. Das bela­de­ne Zeo­lith wird dann mit einer Koch­salz­lö­sung rege­ne­riert und das Ammo­ni­um kann anschlie­ßend in das Dün­ge­mit­tel Ammo­ni­um­sul­fat­lö­sung (ASL) umge­wan­delt wer­den. Auch der im Abwas­ser ent­hal­te­ne Phos­phor kann zur Wie­der­ver­wer­tung abge­trennt wer­den, was aber nicht Gegen­stand des Pro­jek­tes war. „Mit die­sen Ergeb­nis­sen steht ein Pro­zess zur Ver­fü­gung, der eine voll­stän­di­ge Rei­ni­gung von Abwas­ser bei gleich­zei­ti­ger Nut­zung der im Abwas­ser ent­hal­te­nen Wert­stof­fe ermög­licht, mit vor­aus­sicht­lich weni­ger Ener­gie­ein­satz als im her­kömm­li­chen Pro­zess betrie­ben wer­den kann, nur noch gerin­ge Men­gen Klär­schlamm pro­du­ziert und somit einen deut­li­chen Fort­schritt im Hin­blick auf eine kli­ma­freund­li­che und nach­hal­ti­ge Abwas­ser­rei­ni­gung dar­stellt“, so Prof. Lom­pe. Ob sich das Ver­fah­ren zukünf­tig in der Pra­xis durch­set­zen wird, lässt sich jedoch noch nicht sagen. „Es gibt noch eini­ge offe­ne Fra­gen, zum Bei­spiel, wie die Rei­ni­gungs­leis­tung auch bei sehr nied­ri­gen Win­ter­tem­pe­ra­tu­ren sicher­ge­stellt wer­den kann, wel­chen zusätz­li­chen Rei­ni­gungs­ef­fekt eine belüf­te­te Nach­rei­ni­gung erzielt oder ob mit einer abschlie­ßen­den Ozonie­rung eine Was­ser­qua­li­tät für die Grund­was­ser­an­rei­che­rung erreicht wird, was bei län­ge­ren Dür­re­pe­ri­oden immer wich­ti­ger wird. Erst wenn wei­te­re Unter­su­chun­gen die­se Fra­gen beant­wor­ten, kann die Umset­zung in die Pra­xis erfol­gen und bie­tet dann Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten in Tau­sen­den Klär­an­la­gen weltweit.“

Das Pro­jekt „Weni­ger CO2 aus Klär­an­la­gen (WECK)“ wur­de geför­dert im EFRE-Bereich „För­de­rung CO2 effi­zi­en­te Wirt­schafts- und Stadtstrukturen“.

Foto: Die Ver­suchs­an­la­ge besteht aus vie­len ein­zel­nen Kom­po­nen­ten. Im Pro­jekt konn­ten deut­lich mehr Bio­gas und wert­stof­fe gewon­nen wer­den als mit her­kömm­lih­cen Metho­den. Foto: Prof. Dr. Die­ter Lompe