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