Derzeit werden bei Bemessungs- und Optimierungsaufgaben für Kläranlagen sowie für die Beurteilung und zum Vergleich unterschiedlicher Verfahrensvarianten zumeist stationäre Modelle genutzt. Mithilfe dieser Bemessungsmodelle kann das Anlagenlayout in Hinblick auf Beckengeometrie und Maschinentechnik berechnet werden. Im deutschsprachigen Raum werden verschiedene Softwarelösungen für diesen Fall angeboten. Die Übertragung auf andere Klimaten oder andere Ablauf-Anforderungen ist aber nur unzureichend abgebildet. Sehr schwierig ist die Berücksichtigung komplexer Verfahrensstrukturen, wie Rückkopplungen von Sonderverfahren und Verfahrensketten. Für die Beurteilung der resultierenden Betriebszustände werden daher oftmals zusätzlich dynamische Modelle eingesetzt, die jedoch einen hohen Bedarf an detaillierten Eingangsdaten benötigen. In den meisten dieser Bemessungsprogramme sind keine Kostenfunktionen hinterlegt, daher erfolgt zurzeit der Vergleich der Investitions- bzw. Jahreskosten in einem zusätzlichen Schritt mithilfe von externen Programmen. Eine Berechnung des CO2-Footprint ist bisher in keines der Programme integriert.
Übergeordnetes EXPOPLAN-Projektziel ist die Entwicklung einer anwendungsorientierten Planungssoftware für die Anwendung der im abgeschossenen BMBF-Vorhaben „Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet Abwasser - Validierung an technischen Anlagen“ (EXPOVAL; FKZ 02WA1252A ff.) entwickelten Bemessungsansätze für Anlagen zur Abwasser- und Schlammbehandlung. Konkret soll auf Basis der in den verfahrensorientierten Teilprojekten des Verbundvorhabens EXPOVAL entwickelten Auslegungs- und Betriebsempfehlungen ein einfach zu bedienendes Computerprogramm für die Planung und Bemessung der untersuchten Abwasser- und Schlammbehandlungssysteme (Belebungsanlagen, Tröpfkörper, Anaerobanlagen, Abwasserteichanlagen, Schlammfaulung, solare Klärschlammtrocknung, Desinfektionssysteme) entstehen. Zur Unterstützung der Anwender erfolgt hieran angepasst eine Zusammenstellung der Grunddaten, die zur Bemessung der o.g. Verfahren für verschiedene Klimaregionen benötigt werden. Die Auslegungsberechnungen der technischen Verfahren wird ergänzt durch die Möglichkeit einer ökonomischen (Jahreskosten) und ökologischen (CO2-Footprint) Bewertung verschiedener Verfahrensalternativen durch Berechnung entsprechender Kennwerte.
Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Förderkennzeichen: 02WA1450B
Projektkoordinator: Dr. Jens Alex, Institut für Automation und Kommunikation e.V., Magdeburg
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern, Dr.-Ing. Manfred Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dr.-Ing. Tito Gehring
Projektpartner: Institut für Automation und Kommunikation e.V.; Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Leibniz Universität Hannover; Emscher Gesellschaft für Wassertechnik mbH, Essen
Das Verbundprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) über einen Zeitraum von drei Jahren. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagenerkenntnissen, die es erlauben, den Prozess der Methanogenese pflanzlicher Biomasse genauer zu identifizieren und mathematisch zu modellieren. Die zentrale Hypothese des Forschungsvorhabens lautet, dass die syntrophe Acetatoxidation eine signifikante Bedeutung für den anaeroben Abbauprozess pflanzlicher Biomasse besitzt. Demnach erfolgt die Methanerzeugung in weit größerem Maße über die hydrogenotrophe Methanogenese als allgemein angenommen. In diesem Falle müsste für nachwachsende Rohstoffe die grundsätzlich wissenschaftlich etablierte mathematische Beschreibung der Fermentation im Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) korrigiert werden. Der Schwerpunkt der beantragten Untersuchungen liegt im Vorhaben auf der anaeroben mikrobiologischen Umsetzung der Essigsäure bei der Vergärung pflanzlicher Biomasse. Ein weitergehendes Verständnis und die verbesserte mathematische Beschreibung der Methanogenese soll erreicht werden durch (1) den labortechnischen Betrieb einer geeigneten Modellfermentation zur gezielten Untersuchung zentraler Abbauwege, (2) die Identifizierung und Quantifizierung prozessbestimmender Mikroorganismen und (3) die Quantifizierung der C-Umsatzraten mittels Isotopenanalyse. Durch das in den Versuchseinstellungen gewonnene Datenmaterial lässt sich eine geeignete Modellierung der Abbauwege pflanzlicher Biomasse erreichen.
In NRW werden zahlreiche Regenwasserbehandlungsanlagen an Standorten mit de- oder semi-zentralem Maßstab betrieben. Der Stoffrückhalt erfolgt in diesen Anlagen häufig durch eine Filterstufe in Kombination mit einer vorgeschalteten Sedimentation. In den systembedingt kompakten Anlagen bleibt der Rückhalt feinpartikulärer (AFS63) und gelöster Stoffe in großtechnischen System nicht selten hinter den Ergebnissen zurück, die unter Labor- bzw. Prüfbedingungen erzielt werden. Bislang sind die komplexen biologischen, chemischen und physikalischen Prozesse im Filter nur in eingeschränktem Umfang bekannt. Insbesondere die Betriebsbedingungen und der dynamische Einfluss des Niederschlagsgeschehens bei der Regenwasserbehandlung stellen hohe Anforderungen an die kompakten Filtersysteme. Die komplexen Prozesse in den Filterelementen sollen in diesem Projekt untersucht werden. Hierbei sollen exemplarisch der Rückhalt der Schwermetalle Kupfer und Zink (gelöst und partikulär), ausgewählte Pflanzenschutzmittel quantifiziert werden. Erstmalig werden dabei die natürliche organische Belastung, Biofilmbildung im Filter und mikrobielle Prozesse detailliert betrachtet. Die Auswertung bisheriger betrieblicher Aspekte und Erfahrungen erfolgen auf der Basis einer Evaluation von etwa 60 bestehenden Anlagen unterschiedlicher Größenordnungen. Weiterhin ist die Entwicklung und Untersuchung eines neuen Technischen Regenwasserfilters (TRF) im zentralen Maßstab vorgesehen. Die Ergebnisse der Unter-suchung stellen die Grundlage für die Dimensionierung Technischer Regenwasserfilter und die Nachrüstung bestehender Regenklärbecken dar.
Projektträger: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV NRW)
Projektkoordinator: FH Münster, Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt Institut für Wasser · Ressourcen · Umwelt, Prof. Dr.-Ing. Helmut Grüning
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern, Dr. Eva Heinz
Projektbearbeitung am LSU (RUB): M. Sc. Mareike Evers
Projektpartner: Dr. Pecher AG, Erkrath, Dr.-Ing. Klaus Pecher, Dr.-Ing. Holger Hoppe
Biomasse stellt den Energieträger des 21. Jahrhundert dar. Organische Abfälle, vornehmlich die in Abwasser vorhandene Organik, repräsentieren eine praktisch unerschöpfliche Quelle an erneuerbarer Energie. Das in der durchschnittlichen Abwasserorganik enthaltene elektrochemische Potential (~3,86 kWhel/kgCSB) wird, durch die traditionellen Verfahren der anaeroben Schlammbehandlung, nur zu etwa einem Viertel ausgenutzt. Eine innovative Technologie, die Energieausbeute direkt und ohne Umwege zu steigern, stellen mikrobielle Brennstoffzellen (MBZ) dar, in denen Energie über Biomasse-Direktverstromung unmittelbar nutzbar gemacht wird. Neben der Energiegewinnung führt die direkte Stromerzeugung zu einer Aufreinigung des Abwassers, was sich in den nachfolgenden biologischen Abwasserreinigungstufen in einer Reduktion der Betriebskosten (z.B. der Belüfterkosten) bemerkbar macht.
Parallel zur Stromerzeugung im anodischen Kompartiment durch biochemische Stoffumwandlungsmechanismen der sessilen anodophilen/exoelektrogenen Bakterien wird unter den überwiegend anaeroben Bedingungen ebenfalls Methan durch (acetoklastische) methanogene Bakterien produziert. Trotz des anaeroben Milieus konnte in Einkammer-MBZs vorheriger Forschungsprojekte, eine signifikante Stickstoffelimination (bis zu 56.6 ± 6.4%) festgestellt werden, welche möglicherweise auf aerobe autotrophe (Nitrifikation) gefolgt von anoxischen heterotrophen Stoffwechselprozessen innerhalb des kathodischen Biofilms zurückzuführen ist. Um die aufgeführten grundlegenden biochemischen Vorgänge mikrobieller Brennstoffzellen weiter zu untersuchen, werden im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens im labortechnischen Maßstab die Gaszusammensetzung, die tatsächlichen Stickstoffeliminationswege, die CSB-Fraktionen sowie die Leistungsausbeuten von maschinell gefertigten Edelstahl-Aktivkohle-Kathoden analysiert. Die erzielten Erkenntnisse sollen anschließend zur Kalibrierung und Validierung eines dynamischen Simulationsmodells verwendet werden, welches es ermöglicht, die biomassenbezogenen und nichtlinearen elektrischen Dynamiken mikrobieller Brennstoffzellen umfassend abzubilden. Die Leitung des Verbundes erfolgt durch die AWITE Bioenergie GmbH, ingenieurtechnischer Partner ist die WTE Wassertechnik GmbH.
Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung, KMU Innovativ
Verbundleitung: AWITE Bioenergie GmbH
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Dr.-Ing. M. Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Tobias Littfinski, M.Sc.
Projektpartner: AWITE Bioenergie GmbH, WTE Wassertechnik GmbH
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. 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 spezifischen Klärgasproduktion und der Entwässerungsgrad analysiert werden. Das Projekt wird in Kooperation mit der Stadtentwässerungsbetriebe Köln AöR und der Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH durchgeführt und durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MKULNV) des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.
Projektträger: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV NRW)
Projektleitung: Dr.-Ing. Manfred Lübken, Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB): M.Sc. Lothar Klauke, Dr. rer. nat. Edith Nettmann
Projektpartner: Stadtentwässerungsbetriebe Köln AöR, Thomas Klein; Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH, Dr.-Ing. Gerd Kolisch
Aufgrund einer sehr erfolgreichen ersten Projektphase wurde das vom BMBF geförderte Verbundprojekt GlobE – UrbanFoodPlus: Strukturierte afrikanisch-deutsche Forschungspartnerschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz urbaner und peri-urbaner Landwirtschaft mit dem Ziel der Verbesserung der Ernährungs- und Einkommenssicherung in westafrikanischen Städten um zwei weitere Jahre bis Ende September 2018 verlängert. Das interdisziplinäre Forschungsprojekt, an dem die deutschen Universitäten Bochum, Freiburg, Göttingen und Kassel, sowie zahlreiche afrikanische und internationale Partner beteiligt sind, teilt sich dabei auf acht Unterprojekte auf. Drei davon befinden an der Ruhr-Universität Bochum (RUB), wobei der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik (LSU) sich mit der Entwicklung und Betrieb eines kostengünstigen Aufbereitungsverfahrens von Abwasser und stark belastetem Oberflächenwasser zur Bereitstellung von sicherem Bewässerungswasser für urbane Landwirtschaft beschäftigt. Hierzu wurde in Laborversuchen auf dem Versuchsgelände des LSU in der ersten Projektphase ein zweistufiges Filtersystem entwickelt, welches in einem ersten Feldversuch in Ghana erfolgreich getestet wurde. Als Filtermaterial werden hierbei die Abfallprodukte Reishülsen und abgeerntete Maiskolben verwendet. Diese sogenannte Biochar zeichnet sich durch aktivkohleähnliche Eigenschaften aus, ohne dabei in Konkurrenz zu einem alternativen Verwendungszweck zu stehen.
Ziel der zweiten Projektphase ist sowohl die Validierung der sehr vielversprechenden Laborergebnissen in Feldversuchen in Westafrika, als auch die Weiterentwicklung der Versuchsanlage in Tamale. Hierfür sind zum einen Langzeitversuche geplant, als auch die Erweiterung des Multi-Barrieren Systems um beispielsweise eine Tröpfchenbewässerung. Darüber hinaus werden die Forschungsaktivitäten auf die Städte Bamako (Mali), Ouagagougou (Burkina Faso) und Bamenda (Kamerun) ausgeweitet, um ein möglichst umfassendes Bild der aktuellen Wassersituation in Westafrika zu erhalten.
Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Förderkennzeichen: 031A242-B
Projektleitung am LSU (RUB): Dr.-Ing. Manfred Lübken, Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB):Korbinian Kätzl, M.Sc.
Projetkoordination: Prof. Dr. Andreas Bürkert (Universität Kassel), Prof. Dr. Bernd Marschner (RUB)
Deutsche Projektpartner: Prof. Dr. Axel Drescher (Universität Freiburg), Prof. Dr. Bernd Marschner (Ruhr-Universität Bochum), Prof. Dr. Nikolaus Schareika (Universität Göttingen)
Afrikanische Partner: Prof. Samuel Adiku and Dr. Eric Nartey (University of Ghana, Accra, Ghana)
Internationale Partner: Dr. P. Drechsel (IWMI, Sri Lanka), Dr. B. N. Keraita, Dr. S. Pradhan (IWMI, Ghana)
Projekthomepage:www.urbanfoodplus.org
Für die Erweiterung von kommunalen Kläranlagen mit einer Pulveraktivkohlestufe wird die Notwendigkeit eines Sandfilters als Nachbehandlungsstufe gesehen. Damit erscheint die Pulverkohledosierung als eine günstige Option zur Ertüchtigung kommunaler Kläranlagen mit bereits installierter Sandfiltration, um so die Entnahmeleistung kommunaler Kläranlagen für Spurenstoffe zu erhöhen. Die Kosten-Nutzen-Relationen des Einsatzes der Pulverkohlead-sorption sowie das entsprechende betriebliche Handling sollen an der großtechnischen Ak-tivkohlestufe auf der Kläranlage in Dülmen (KA Dülmen) untersucht werden. Das Hauptun-tersuchungsziel des vom MKULNV geförderten Projektes besteht in der Bewertung des Einflusses minimaler Pulverkohledosen auf die Ablaufqualität und Betriebsstabilität unter besonderer Berücksichtigung anthropogener Spurenstoffe. Durch den Versuchsbetrieb in Dülmen sollen zum einen die aus den parallelen Untersuchungen im Technikum von Emschergenossenschaft und Lippeverband („Vergleichende Untersuchungen zum Einsatz von Aktivkohle im halbtechnischen Maßstab am Technikum auf dem KLEM unter besonderer Berücksichtigung der Wirkung auf wesentliche Prozessstufen“, separater Förderantrag der Emschergenossenschaft und der Ruhruniversität Bochum) gewonnenen Prozesstechnikkenntnisse im großtechnischen Maßstab validiert und zu einer Betriebsstrategie sowohl für die Anlage in Dülmen als für die anderen großtechnischen Anlagen übertragen werden. Neben der Betriebsstrategie und der Wirtschaftlichkeit wird die gesamte Betrachtung des Adsorptionsverfahrens zur Spurenstoffelimination durch die ökologische Bewertung des Einflusses der Aktivkohlestufe auf Gewässer vervollständigt.
Projektträger: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV NRW)
Projektkoordinator: Lippeverband, Dipl.-Ing. Peter Jagemann
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern, Dr.-Ing. Manfred Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Mareike Evers M. Sc.
Projektpartner: Lippeverband, Siedlungswasser- und Abfallwirtschaft der Universität Duisburg-Essen, Aquatische Ökologie der Universität Duisburg-Essen
Das vom Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MKULNV) des Landes Nordrhein-Westfalen geförderte Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Emschergenossenschaft durchgeführt. Mit dem Technikum auf dem Klärwerk Emschermündung wurde im Jahr 2014 eine großtechnische Versuchskläranlage nach dem Belebtschlammverfahren in Betrieb genommen. Die zweistraßige Kläranlage lässt sich mit verschiedenen Verfahren und Behandlungskonzepten zur Spurenstoffelimination kombinieren, wodurch vergleichende Untersuchungen zur Elimination dieser Stoffe ermöglicht werden. In diesem Forschungsprojekt werden auf dem Technikum die entsprechenden Untersuchungsreihen durchgeführt, um Ausbauszenarien für Kläranlagen im Hinblick auf eine vierte Reinigungsstufe zu erstellen. Im Vordergrund steht hierbei die Gegenüberstellung der direkten Pulveraktivkohledosierung (PAK) in die Belebungsstufe mit der nachgeschalteten PAK-Dosierung nach dem AFF-Verfahren zur Entfernung von Mikroverunreinigungen. Neben den Eliminationsleistungen werden die Auswirkungen der PAK auf die nachfolgende Prozessstufen betrachtet. Dabei wird der Einfluss der Aktivkohle auf Faulung und Entwässerung geklärt und gleichzeitig mögliche Desorptionsvorgänge der Mikroverunreinigungen in der Schlammfaulung überprüft. Ein weiteres Ziel ist die Bilanzierung der Mikroverunreinigungen, der Aktivkohle und des Energiegehaltes über alle relevanten Prozessstufen der Anlage. Zusätzlich werden weiteren Untersuchungsreihen zum Einsatz von granulierter Aktivkohle (GAK) und Ozon sowie zu deren Kombination durchgeführt.
Projektträger: Projektträger:Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV NRW)
Projektkoordinator: Emschergenossenschaft, Dipl.-Ing. Peter Jagemann
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Dr.-Ing. M. Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB): M. Sc. Mareike Evers
Projektpartner: Emschergenossenschaft
Das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung (MIWF) des Landes Nordrhein-Westfalen unterstützt im neuen Förderprogramm „Fortschrittkolleg NRW“ für einen Zeitraum von insgesamt viereinhalb Jahren und mit einer Fördersumme von insgesamt 15,6 Millionen Euro sechs interdisziplinäre Graduiertenkollegs. Das Fortschrittkolleg „FUTURE WATER – Globale Wasserforschung in der Metropole Ruhr“ hat sich zum Ziel gesetzt, Lösungsstrategien für einen nachhaltigen urbanen Wasserkreislauf zu erarbeiten, zur Sicherstellung einer nachhaltigen Wasserwirtschaft in der Metropole Ruhr. Konsortialführer ist die Universität Duisburg-Essen. Als Projektpartner im Fortschrittkolleg FUTURE WATER hat sich unser Lehrstuhl zur Aufgabe gesetzt, Energiebilanzen und Treibhausgasemissionen urbaner Abwasserreinigungssysteme zu untersuchen. Letztere stehen im Fokus, zum einen aufgrund direkter Treibhausgasemissionen, wie CO2, CH4 und N2O verursacht durch biologische Umsatzprozesse, zum anderen aufgrund indirekter Emissionen bei der Erzeugung notwendiger elektrischer und thermischer Energie für den Betrieb. Letztere haben hierbei auch Einfluss auf die Energiebilanz. Aus diesen Gründen und mit Hinblick auf künftige Veränderungen im Zuge des Klimawandels sehen wir uns dazu aufgefordert, Möglichkeiten der Reduzierung von Treibhausgasen zu erforschen (Mitigation) sowie die Energieoptimierung von Abwasserreinigungssysteme voranzutreiben.
Das Verbundvorhaben FUTURE WATER umfasst insgesamt 12 interdisziplinäre Promotionsprojekte, die eingebettet sind in eine begleitende Struktur aus Sommerschulen, Kolloquien, Vorlesungen, Seminaren sowie einem Mentoring-Programm. Weitergehende Informationen: www.nrw-futurewater.de
Projektträger: Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung (MIWF NRW)
Projektkoordinator: Zentrum für Wasser- und Umweltforschung (ZWU), Universität Duisburg-Essen
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Dr.-Ing. M. Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB): M. Sc. Pascal Kosse
Projektpartner: Universität Duisburg-Essen (UDE), Hochschule Ruhr-West (HRW), EBZ Business School, Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA), Kulturwissenschaftliches Institut Essen (KWI)
In vielen westafrikanischen Städten stellt die urbane und peri-urbane Landwirtschaft nicht nur einen Zuverdienst für die Landwirte dar, sondern versorgt auch einen großen Teil der städtischen Bevölkerung mit Lebensmitteln. In Zeiten fortschreitender Urbanisierung gewinnt diese Art der Landwirtschaft immer mehr an Bedeutung und rückt verstärkt in das Bewusstsein der Entwicklungszusammenarbeit.
Die Region zwischen Sahara und Äquator ist durch stark ausgeprägte Trockenzeiten geprägt. Dies und die hohe Verdunstungsrateführen zu einem hohen Bedarf an Bewässerungswasser während der niederschlagslosen Zeit. Da eine flächendeckende Abwasserreinigung in vielen Ländern in Westafrika nicht existiert, wird ein Großteil des häuslichen und industriellen Abwassers unbehandelt in die Vorfluter eingeleitet und sorgt so für eine starke Kontamination der potentiellen Bewässerungsquellen. Vor allem während der Trockenzeit besteht das Bewässerungswasser häufig fast ausschließlich aus ungeklärtem Abwasser. Alternativen, wie Grund- oder Leitungswasser, sind häufig nicht verfügbar oder zu teuer.
Da ein Großteil der urbanen landwirtschaftlichen Produkte roh gegessen wird, stellt die Bewässerung mit Abwasser nicht nur ein großes Gesundheitsrisiko für die Bauern dar, sondern auch für die Konsumenten. Um dieses Risiko zu minimieren, ist eine Aufbereitung des Bewässerungswassers zwingend erforderlich. Da die Umsetzung einer flächendeckenden Abwasserreinigung nicht möglich ist, muss die Behandlung vor Ort auf den Feldern erfolgen. Zusätzlich sollte die eingesetzte Technik möglichst kostengünstig und einfach sein, um die Investitionskosten für die Bauern gering zu halten.
Ziel des vom BMBF geförderten Projekts ist die Entwicklung und Umsetzung einer effizienten und kostengünstigen Wasseraufbereitung für die Bewässerung urbaner landwirtschaftlicher Flächen in westafrikanischen Städten. Hierfür soll insbesondere auf lokal verfügbare Ressourcen und Technologien zurückgegriffen und bereits vorhandene Infrastrukturen verbessert und benutzt werden. Neben bekannten und erprobten Verfahren wie der Langsamsandfiltration oder Sedimentation, sollen auch alternative Behandlungsmethoden, wie der Einsatz von (aktivierter) Biokohle oder natürlichen Fällungs- und Flockungsmitteln untersucht werden. Desinfektion des Wassers durch Sonnenlicht stellt hierbei ein weiteres potentielles Verfahren dar.
Das Bestreben ist, durch Kombination geeigneter Techniken die WHO-Anforderungen an Bewässerungswasser zur Verwendung für uneingeschränkte Bewässerung zu erfüllen. Hierfür werden an der Ruhr-Universität Bochum zuerst Versuche im Labormaßstab durchgeführt und die gewonnen Erkenntnisse anschließend in den westafrikanischen Städten Ouagadougou (Burkina Faso) und Tamale (Ghana) umgesetzt und erprobt.
An dem afrikanisch-deutschen Partnerprojekt mit dem Titel "GlobE - UrbanFoodPlus: Strukturierte afrikanisch-deutsche Forschungspartnerschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz urbaner und peri-urbaner Landwirtschaft mit dem Ziel der Verbesserung der Ernährungs- und Einkommenssicherung in westafrikanischen Städten", sind neben den deutschen Partneruniversitäten Bochum, Freiburg, Göttingen und Kassel auch zahlreiche afrikanische und internationale Partner beteiligt. Das Gesamtprojekt ist dabei in acht Teilprojekte untergliedert, von denen drei an der Ruhr-Universität Bochum angesiedelt sind.
Projektträger:Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Dr.-Ing. Manfred Lübken,
Projektbearbeitung am LSU (RUB):Korbinian Kätzl, M.Sc.
Deutsche Projektpartner:Prof. Dr. Axel Drescher (Universität Freiburg), Prof. Dr. Bernd Marschner (Ruhr-Universität Bochum), Prof. Dr. Nikolaus Schareika (Universität Göttingen)
Afrikanische Partner: Dr. K. Obiri-Danso (KNUST, Kumasi, Ghana)
Internationale Partner: Dr. P. Drechsel (IWMI, Sri Lanka), Dr. B. N. Keraita, Dr. S. Pradhan (IWMI, Ghana)
Projekthomepage:www.urbanfoodplus.org
Abwasser aus der Olivenölproduktion zeichnet sich durch eine sehr schlechte mikrobiologische Abbaubarkeit aus, weswegen es in der Regel nicht in kommunale Kläranlagen eingeleitet werden darf. In Abhängigkeit des angewandten Verfahrens beträgt der Abwasseranfall nach dem Mahlprozess zwischen 0,50 und 1,50 m3 pro 1.000 kg Oliven. So kann insgesamt von einer Abwassermenge in Höhe von 30 Mio. m3 ausgegangen werden, die in den Mittelmeerländern pro Jahr während einer nur kurzen Zeitperiode nach der Olivenernte entstehen. Diese Abwässer sind reich an organischen Inhaltsstoffen, mit einem durchschnittlichen CSB-Gehalt zwischen 70 und 150 g/l. Sie enthalten zudem in einem weiten Bereich toxische Komponenten. Hier sind vor allem die polyphenolischen Bestandteile von Bedeutung, welche stark hemmend gegenüber zahlreichen Mikroorganismen sind. Im Rahmen der vom Internationalen Büro des BMBF geförderten bilateralen Kooperation zwischen dem Labor für angewandte organische Chemie der CadiAyyad Universität in Marrakesch, Marokko und dem Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik der RUB soll die Zusammenarbeit und Netzwerkbildung zwischen deutschen und marokkanischen Partnern auf diesem Gebiet gefördert werden.Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Optimierung eines integrierten Verfahrens, um die phenolhaltigen Verbindungen sowie den CSB in den Abwässern aus der Olivenölherstellung abzubauen. Es erfolgt dabei eine anaerobe Behandlung mittels granulierter Aktivkohle. Die Aktivkohle soll u.a. aus dem Olivenpresskuchen hergestellt werden. Durch dieses Verfahren werden die Nebenprodukte der Olivenindustrie in Produkte mit zusätzlichem Wertgehalt (Aktivkohle und chemische Energie) überführt, die für die Aufbereitung von Kontaminationen derselben Industrie genutzt werden können. Innerhalb der Projektlaufzeit von drei Jahren (Laufzeit 2013-2015) sind mehrere gegenseitige Forschungsaufenthalte geplant, um Ideen und Erfahrungen auszutauschen. Durch den gegenseitigen Austausch sollen vor allem die geplanten Versuche über die Behandlungsmöglichkeiten von Abwässern aus der Olivenölherstellung in dem Laboratorium des marokkanischen Projektpartners unterstützt werden.
Projektträger:Internationales Büro des BMBF
Projektleitung am LSU (RUB): Dr.-Ing. Manfred Lübken, Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB):N.N.
Projektpartner:Prof. Dr. Abdelaziz Bacaoui, Laboratory of Applied Organic Chemistry, CadiAyyad University
Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes ist die Weiterentwicklung und Validierung von Bemessungsansätzen für das Belebtschlammverfahren für kalte und warme Klimazonen aus einem vorangegangenen Forschungsprojekt (FKZ 02WA0545). Die Bemessungsregeln sollen praxisnah an bestehenden Kläranlagen überprüft werden. Die Laufzeit des Projekts beträgt insgesamt vier Jahre. Die Überprüfung und Validierung der Bemessungsempfehlungen erfolgen anhand real erhobener Daten von ausgewählten Kläranlagen, z. B. in China, der Türkei und den Vereinigten Arabischen Emiraten. Die Validierung des Bemessungs-algorithmus erfolgt für unterschiedliche Randbedingungen, wie z. B. jahres-zeitlichen Schwankungen der Abwasserzusammensetzung, der Temperatur und der Salzgehalte. Um belastbare Betriebsdaten zu erhalten, sind Forschungs-aufenthalte für die Durchführung von Intensivmessphasen in den jeweiligen Ländern vorgesehen. Mithilfe der überprüften Bemessungsansätze soll es möglich sein, Kläranlagen auch in extremen klimatischen Regionen zu planen und effektiv zu betreiben. Die Ergebnisse aus diesem Projekt und den übrigen Teilprojekten des Gesamtverbundes sollen in einem DWA-Themenband zusammengefasst werden. Zusätzlich soll die ATV-DVWK A 131 um die Bemessungsempfehlungen für verschiedene Temperaturen und unterschiedliche Salzgehalte erweitert werden.
Weitergehende Informationen zum Forschungsverbund können der EXPOVAL-Homepage entnommen werden: www.expoval.de
Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Verbundleitung: Dr.-Ing. habil. Holger Scheer, Dipl.-Ing. PeterWulff, Emscher Gesellschaft für Wassertechnik mbH, Essen
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern, Dr.-Ing. Manfred Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB):Dipl.-Ing. Daniel Herzer
Projektpartner: Emscher Gesellschaft für Wassertechnik mbH, Essen, Hach-Lange GmbH, Düsseldorf
Die biologische Reinigung von kommunalem Abwasser erfolgt in aller Regel aerob/anoxisch mit Hilfe von Mikroorganismen und künstlicher Belüftung. Neben einer guten Reinigungsleistung zeichnet sich diese Technologie allerdings auch durch einen hohen Energieverbrauch aus, der besonders im Zuge der aeroben Prozesse anfällt. Dieser kann durch die anaerobe Stabilisierung des anfallenden Schlammes und der Verbrennung des entstehenden Methans in Blockheizkraftwerken jedoch nur zum Teil ausgeglichen werden. Das ist insofern bedauerlich, als dass es der chemische Energiegehalt des Abwassers grundsätzlich ermöglichen würde, weitaus mehr Energie aus dem Abwasser zu gewinnen als verbraucht wird. Hier setzt das vom Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV NRW) finanzierte Forschungsvorhaben an. Mit mikrobiellen Brennstoffzellen (MBZ) lässt sich die chemische Energie des Abwassers durch von Mikroorganismen katalysierte elektrochemische Reaktionen direkt in nutzbare, elektrische Energie umwandeln. In Phase 1 des Projektes wurden im Labormaßstab Voruntersuchungen zur Optimierung des Betriebes von MBZ durchgeführt. Ziel von Phase 2 soll es nun sein, die MBZ-Technik aus dem Labor- in den halbtechnischen Maßstab zu überführen. Hierzu wurde bisher ein 45 L MBZ-System auf der Kläranlage Bottrop für über ein Jahr lang unter praxisnahen Bedingungen mit dem Ablauf der Vorklärung betrieben. Es zeigte sich, dass ein stabiler und effizienter Betrieb auch bei sehr niedrigen CSB-Konzentrationen (<150 mg/L) möglich ist und dass die Energierückgewinnung, welche im Mittel bei 0,36 kWhel/kgCSB,abb lag, negativ mit der CSB-Zulaufkonzentration korreliert. Die experimentellen Ergebnisse des Pilotsystems wurden außerdem verwendet, erstmalig zu beziffern, inwiefern sich ein großtechnisches MBZ-System auf die Stoff- und Energieströme einer KA auswirken würden. In allen gerechneten Szenarien fiel die Energiebilanz positiv aus. So trägt die MBZ durch ihre Stromproduktion derzeit alleine noch nicht zu signifikanten Energiegewinnen bei, aber die Entfernung von CSB, Stickstoff und Feststoffen vor der biologischen Stufe führt zu einem reduzierten Schlammanfall und Sauerstoffbedarf im Belebungsbecken, was sich wiederum in deutlichen Energieeinsparungen widerspiegelt. Um den Fortschritt dieser vielversprechenden Technologie in den Großmaßstab weiter voran zu treiben wird der nächste Schritt in Phase 2 der Bau einer 1000L MBZ sein, mit welcher die Betriebsweise weiter verbessert und die Hochrechnungen präzisiert werden sollen.
Projektträger: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Verbundleitung: Dr.-Ing. Friederich-Wilhelm Bolle, RWTH
Projektleitung am LSU (RUB): Prof. Dr.-Ing. M. Wichern, Dr.-Ing. M. Lübken
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Heinz Hiegemann, M.Sc.
Projektpartner: Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann FiW e.V.
Prof. Dr.-Ing. Karl-Georg Schmelz Emschergenossenschaft
Im Runderlass des MUNLV „Anforderungen an die Niederschlagsentwässerung im Trennverfahren“ wird der dezentrale Regenwasserbehandlung eine bevorzugte Anwendung vor semizentralen und zentralen Behandlungen zugewiesen, ohne jedoch explizite Lösungen aufzuführen. Zwar sind einige dezentrale Regenwasserbehandlungsanlagen auf dem Markt, jedoch haben sie ein großes Defizit in der Sorption von gelösten organischen Stoffen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll nun das von der Dr. Pecher AG entwickelte dezentrale Regenwasserbehandlungssystem FiltaPex für den Rückhalt von Kohlenwasserstoffen und organischen Spurenstoffen aus Verkehrsabflüssen optimiert werden. Laboruntersuchungen am LSU und der TU München dienen der Erforschung des Rückhalts der organischen Schadstoffe PAK, MKW, ETBE und MTBE mit Hilfe von unterschiedlichen Filterstoffen wie Steinkohle, Braunkohle, Aktivkohle und mit Phthalat behandelter Geothit sowie Filtermaterialkombinationen. Die erfolgversprechendsten Systeme werden in großtechnische Behandlungsanlagen FiltaPex eingesetzt, im Langzeitversuch betrieben und beprobt. Zeitgleich soll ein Simulationsmodell zur Modellierung des Stoffrückhaltevermögens und der Standzeit zur Abschätzung von Wartungsintervallen dezentraler Filteranlagen entwickelt werden.
Projektträger: Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Verbundleitung:: Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern (RUB)
Projektleitung am LSU (RUB): Dr. Eva Maile, Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. Andreas Pahl/Vesting
Projektpartner: Dr. Pecher AG, Erkrath; Technische Universität München, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserteiche können als Mehrzweckanlagen mit neuen Prozesstechnologien auch zur CO2-Absorption sowie Gewinnung von Bio-Rohstoffen und Energie genutzt werden. Obwohl Teiche weltweit einen großen Teil aller Kläranlagen stellen, sind die Potentiale zur Entwicklung innovativer Ansätze in Deutschland bisher kaum genutzt worden. In NZ arbeiten bereits zahlreiche Experten im Bereich fortschrittlicher Teichtechnologien. Mit dem vorliegenden Projekt soll die Zusammenarbeit und Netzwerkbildung zwischen deutschen und neuseeländischen Partnern in diesem Spezialgebiet der Umweltwissenschaften gefördert werden. Ziel ist die Entwicklung gemeinsamer Forschungsansätze für innovative Mehrzweck-Teichtechnologien und die Erstellung gemeinschaftlicher FuE-Anträge bei nationalen und internationalen Förderprogrammen. Durch die gemeinsamen Ansätze sollen die besonderen Fähigkeiten der einzelnen Partner gebündelt und weiterentwickelt werden. Die Arbeiten sollen ein breites wissenschaftliches Feld im Bereich der Teichtechnologien aufspannen und sowohl mikrobiologische Forschung an neuen Ansätzen zur Abwasserdesinfektion als auch innovative Algentechnologien und Gasemissionen aus Teichanlagen umfassen.
Projektträger: Internationales Büro des BMBF
Verbundleitung: Prof. Dr. Dr. Karl-Ulrich Rudolph, Institut für Umwelttechnik und Management an der Universität Witten / Herdecke gGmbH (IEEM)
Projektleiter am LSU(RUB) : Prof. Dr.-Ing. M. Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB): N.N.
Projektpartner: Institut für Umwelttechnik und Management an der Universität Witten/Herdecke gGmbH, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik an der Ruhr-Universität Bochum, GWFA Global Water Franchise Agency GmbH, ESR - Institute of Environmental Science and Research, National Institute of Water & Atmospheric Research (NIWA)
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat unserem Lehrstuhl ein dreijähriges Forschungsprojekt mit dem Titel „Optimierung regionaler Energie- und Stoffströme mit Hilfe eines Konzeptes zur Nutzung von Abwasser und landwirtschaftlicher Biomasse“ bewilligt. Das Forschungsvorhaben ist Teil des Verbundprojektes „Nachhaltige urbane Kulturlandschaft in der Metropole Ruhr“, welches aus der BMBF-Fördermaßnahme „Nachhaltiges Landmanagement“ entstanden ist. Verbundleiter ist die Abteilung Angewandte Zoologie/Hydrobiologie der Universität Duisburg-Essen, die Koordination erfolgt durch das Zentrum für Wasser- und Umweltforschung der Universität Duisburg-Essen. Das Verbundprojekt steht vor dem Hintergrund des Wandels des Ruhrgebiets in den letzten Jahrzehnten vom Kohlerevier zur Dienstleistungsstruktur, der u.a. eine Umnutzung ehemaliger Bergbau- und Industrieflächen erfordert unter der Zielsetzung einer nachhaltigen Entwicklung der Region. Ein Schwerpunkt des Verbundes liegt auf der Nutzung von Synergieeffekten im Bereich Wasser, Energie und Landmanagement. Unser Lehrstuhl verfolgt innerhalb des Vorhabens das Ziel, ein ganzheitliches Abwasserreinigungssystem zu entwickeln, welches sowohl den Energiegehalt des Abwassers mittels anaerober Verfahren als auch die Nährstoffe in einem nachhaltigen Stoffkreislauf nutzt. Geschlossene Stoffkreisläufe und regionale Wertstoffnetze entstehen dabei, wenn die für die Energieproduktion nicht genutzten Nährstoffe des Abwassers für die Bewässerung von Parks- und Freizeitflächen genutzt werden. Darauf aufbauend wird die dort entstehende energiereiche Biomasse wie Blätter, Gräser, etc. zur Biogasproduktion genutzt. Energetisch wünschenswert ist die gemeinsame Fermentation mit Kohlenstoffanteilen des Abwassers. Über die Biogas-/Energieproduktion können auf diesem Wege energieeffiziente Wohneinheiten mit angeschlossenen Parks und hohem Freizeitwert entstehen, die im Zuge eines nachhaltigen Landmanagements sowohl der Forderung nach einer nachhaltigen Energieproduktion als auch nach regionalen Wertschöpfungsnetzen gerecht werden. Das Verbundvorhaben ist in 12 Teilprojekte gegliedert und wird transdisziplinär von 10 direkten Kooperationspartnern bearbeitet. Weitergehende Informationen: http://www.kularuhr.de/ und http://nachhaltiges-landmanagement.de/
Die Kanalreinigung ist ein wichtiger Beitrag zur Funktionserhaltung der Kanalisation und beansprucht einen beträchtlichen Anteil der Budgets der Kommunen in Nordrhein-Westfalen. Die praktische Umsetzung der SüwVKan, die in Nordrhein-Westfalen die Häufigkeit der Überprüfung von Kanalbauwerken regelt, erfolgt in den Kommunen häufig derart, dass das gesamte Kanalnetz ohne vorherige Überprüfung des Ablagerungszustandes vorsorglich alle ein bis zwei Jahre gereinigt wird. Erfahrungen zeigen jedoch, dass bei einigen der so gereinigten Kanäle kein Reinigungsbedarf besteht. Sie weisen zum Zeitpunkt der Reinigung keine oder nur unbedeutende Ablagerungen auf, wohingegen andere Kanalabschnitte stark belastet sind. Hier bietet sich die Möglichkeit, durch die Einführung einer bedarfsorientierten Reinigungsstrategie Optimierungspotentiale zu nutzen und Kosten zu sparen, ohne durch die Verlängerung der Reinigungsintervalle Einschränkungen hinsichtlich der Betriebssicherheit zu riskieren.
Im Rahmen des Vorhabens werden zwei Verfahren zur weitergehenden Elimination von Arzneimittelrückständen und organischen Spurenstoffen großtechnisch umgesetzt und im Praxisbetrieb erprobt: die Oxidation mittels Ozon und die Adsorption mittels Aktivkohle, jeweils als Integration in den konventionellen Prozess der kommunalen Abwasserbehandlung. Auf der kommunalen Kläranlagen (KA), der KA Schwerte des Ruhrverbands, der KA Bad Sassendorf des Lippeverbands und der KA Duisburg-Vierlinden der Wirtschaftsbetriebe Duisburg AöR, wird im Ablauf der konventionellen kommunalen Abwasserbehandlungsanlage eine Ablaufozonierung eingesetzt. Auf der KA Schwerte wird ergänzend eine Pulveraktivkohlezugabe in einem Rezirkulationsstrom - auch in Kombination mit der Ozonierung - erfolgen. Die drei Kläranlagen unterscheiden sich v. a. hinsichtlich der Abwasserzusammensetzung, des Ozoneintrags, der Steuerung und Messtechnik, der Nachbehandlung im Anschluss an die Ozonierung sowie des Einsatzes von Aktivkohle. Somit wird ein breiter Einsatzbereich abgedeckt, der repräsentative Ergebnisse erwarten lässt. Um zu einer Optimierung des Rezirkulationsstromes, des Nachklärbeckenbetriebs, der Ozonung und der PAK-Dosierung auf der KA Schwerte zu kommen und gleichzeitig Kosten für weitere Messkampagnen einzusparen wird anhand der erhobenen Messdaten vom LSU (RUB) ein mathematisches Modell kalibriert und validiert. Das Modell umfasst die Stufen Belebung, Nachklärung und nachgeschaltete Spurenstoffelimination. Anhand verschiedener Szenariorechnungen kann so der praktische Anlagenbetrieb der nachgeschalteten Stufe mit Ozonung und PAK-Dosierung verfeinert, dem Abtreiben von belebtem Schlamm aus der Nachklärung entgegengewirkt und im Besonderen der Rezirkulationsbetrieb optimiert werden.
Am 1. Dezember 2009 hat offiziell der Aufbau des Kompetenzzentrums „Hydraulische Strömungsmaschinen“ an der Ruhr-Universität Bochum begonnen. Getragen von der Fakultät Maschinenbau und dem Fraunhofer UMSICHT-Institut in Oberhausen und unter Einbindung von Kompetenzen der benachbarten Ingenieurfakultäten der Ruhr-Universität soll das neue Kompetenzzentrum in großer Breite – von den Werkstoffen über Strömungsprobleme in Pumpen und hydraulischen Anlagen bis hin zu den elektrischen Antrieben und modernen Vertriebskonzepten – und auf höchstem wissenschaftlichen Niveau die Thematik der Hydraulischen Strömungsmaschinen bearbeiten. Die Ruhr-Universität soll und wird sich in den nächsten Jahren zu einem international sichtbaren Zentrum der wissenschaftlichen Arbeit in diesem Bereich entwickeln. Die Voraussetzungen dafür sind geschaffen: Zehn Wissenschaftliche Mitarbeiter an neun verschiedenen Lehrstühlen nehmen die Arbeit an pumpenspezifischen Themen auf. Besetzt werden eine Professur für Hydraulische Strömungsmaschinen und eine Juniorprofessur für Werkstoffe der Hydraulischen Strömungsmaschinen, eine weitere Juniorprofessur und eine Fraunhofer Nachwuchsgruppe werden folgen. Trotz des hohen wissenschaftlichen Anspruchs fühlt sich das Kompetenzzentrum, ganz im Sinne der am Aufbau beteiligten Fraunhofer Gesellschaft, auch der Industrienähe verpflichtet. Durch den Aufbau des Kompetenzzentrums soll eine der industriellen Kernkompetenzen des Ruhrgebiets gestärkt werden. Etwa ein Drittel der benötigten Mittel steuert die Ruhr-Universität bei, zwei Drittel stammen aus dem Programm „Wachstum für Bochum“. Dazu kommen noch Mittel der Fraunhofer Gesellschaft, deren Höhe in etwa dem Beitrag der Ruhr-Universität entsprechen wird und die zum einen in den Aufbau einer Nachwuchsgruppe am UMSICHT-Institut und zum anderen in den Aufbau einer dauerhaften Fraunhofer Präsenz auf dem Campus der Ruhr-Universität fließen sollen. Durch die Schaffung des Kompetenzzentrums sollen die Studenten durch die hochaktuelle Forschung auch in der Lehre erheblich profitieren. Der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik beteiligt sich am Verbund durch Beiträge zur Entwicklung zukünftiger Wasserver- und Entsorgungssysteme für Entwicklungsländer. Die Resultate sollen genutzt werden, um Entwicklungslinien im Bereich der Ver- und Entsorgungspumpen besser planen zu können. Ein Technikum zur Untersuchung von Strömungen in Abwassersystemen und Kläranlagen steht am Lehrstuhl zur Verfügung.
Ziel des Verbundprojektes "Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und -entsorgung", an dem elf Institute verschiedener Universitäten und mehrere Firmen bzw. Gesellschaften unter der Leitung des Lehrstuhls für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik der Ruhr-Universität Bochum beteiligt sind, ist es, die Umwelt- und Lebensbedingungen in den Wachstums- und Entwicklungszonen der Welt zu verbessern. Auf Basis großtechnischer Praxiserfahrungen in ausgewählten Zielländern, die aus dem ersten Teil des Verbundprojektes bekannt sind, werden nun im zweiten Teil die in Deutschland entstandenen umfassenden Erfahrungen auf dem Gebiet der kommunalen Abwasserbehandlungstechnik zusammengeführt und unter Berücksichtigung des Bedarfs der Zielländer erweitert. Dazu wird in Deutschland erprobte Verfahrenstechnik mittels theoretischer Untersuchungen und Entwicklungen, Laborversuchen, Pilotversuchen, Simulationsmodellen sowie Versuchs- und Demonstrationsanlagen an die veränderten Randbedingungen in den Zielländern angepasst und optimiert.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. R. Lange
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. H. Orth
Das Projekt wird in Kooperation mit dem Stadtentwässerungsbetrieb Düsseldorf durchgeführt und durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MKULNV) des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wird das Eliminationsverhalten von reaktivierter Pulveraktivkohle (PAK),die bei der Einspeisung thermisch reaktivierter Wasserwerkskohlen im Wasserwerk Düsseldorf-Holthausen als Überschusskohle anfällt, gegenüber organischen Spurenstoffen untersucht.Die Versuche werden auf der halbtechnischen Versuchskläranlage des Klärwerks Düsseldorf-Süd durchgeführt. Die halbtechnische Anlage besteht aus zwei voneinander unabhängigen, baugleichen, parallelen Reinigungsstraßen, die mit Abwasser aus dem Ablauf der Vorklärbecken des Klärwerks Düsseldorf-Süd beschickt werden. Die pulverförmige Aktivkohle wird in eine der Anlagenstraßen dosiert, während die andereausschließlich als Referenzstraße dienen soll.In verschiedenen Versuchsreihen sollen unterschiedliche Aktivkohlemengen direkt in die biologische Stufe der Versuchskläranlage dosiert werden und dann anhand der Leitparameter Diclofenac(Schmerzmittel), Carbamazepin (Antiepileptikum) und Sulfamethoxazol (Antibiotikum) die Eliminationsleistung der PAKbewertet werden.Das Projekt soll dazu beitragen, die Erkenntnisse darüber zu erweitern, Spurenstoffe in einem kommunalen Klärwerk mit möglichst geringem investivem, baulichem und betrieblichem Aufwand zu entfernen. Ergänzend zu den Versuchen in der halbtechnischen Anlage soll in Laborversuchen die Entwässerbarkeit des Belebtschlamm/ Aktivkohlegemisches und der Einfluss der Aktivkohle auf die Eigenschaften des Belebtschlammes ermittelt werden. Zusätzlich soll in anaeroben Batchtests einmögliches Desorptionsverhalten der ausgewählten Spurenstoffe in der anaeroben Schlammstabilisierung bewertet werden.
Projektträger:Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV NRW)
Projektleitung: Stadtentwässerungsbetrieb Düsseldorf, Dr. BerndPehl
Projektleitung am LSU (RUB):Dr.-Ing. Manfred Lübken, Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. Karen Clausen
Unterstützende Institutionen: Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA), Stadtwerke Düsseldorf
Eine Abwasserwiederverwendung wird trotz der allgemein anerkannten Notwendigkeit nur relativ selten betrieben. Deutsche Erfahrungen bzw. die hiesigen Technologien bie-ten wegen ihrer vergleichsweise hohen Zuverlässigkeit eine sehr gute Voraussetzung für eine Abwasserwiederverwendung. Das Projekt soll deshalb den Hindernissen für eine größere Verbreitung der Abwasserwiederverwendung entgegenwirken, die in ers-ter Linie in einer unzureichenden Kenntnis bezüglich der Eignung einzelner Verfahren zur Produktion von für eine Wiederverwendung geeignetem Abwasser und bezüglich der Voraussetzungen dieser Verfahren selbst zu suchen sind. Hierzu werden zunächst die Möglichkeiten zur Abwasserwiederverwendung und Ursachen für die bisher begrenzte Anwendung erfasst. Im nächsten Schritt werden die Leistungsfähigkeit und die Eingangsvoraussetzungen einzelner Verfahren analysiert und durch entsprechende Kennzahlen ausgedrückt. Hierauf aufbauend werden Verfahrensketten für verschiedene Arten der Wiederverwendung entwickelt. Zur Optimierung und zur Demonstration ihrer Leistungsfähigkeit werden für ausgewählte Verfahrensketten Versuche auf der lehr-stuhleigenen Laborkläranlage sowie Versuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Letztere sollen in Marokko durchgeführt werden, da hier mit ca. 25 °C bis ca. 30 °C Abwassertemperaturen vorliegen, die als exemplarisch für Wassermangelgebiete angesehen werden.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. F. Schmidtlein
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. H. Orth, Prof. Dr.-Ing. M. Wichern
Kommunales Abwasser wird vornehmlich in Kläranlagen mit Hilfe des Belebtschlammverfahrens gereinigt. Für eine effektive Stickstoff- und Kohlenstoffelimination sind große Mengen Sauerstoff erforderlich, um die Nährstoffe zu eliminieren. Der Stromverbrauch, der für Belebungsanlagen mit 25 bis 45kWh/(EW*a) angegeben wird, macht etwa 15% der Betriebskosten auf Kläranlagen aus und ist einer der größten beeinflussbaren Kostenfaktoren. Das ist insofern bedauerlich, da es der Energiegehalt des Abwassers grundsätzlich ermöglichen würde, weitaus mehr Energie aus dem Abwasser zu gewinnen und letztendlich zuenergieproduzierenden Kläranlagen zu kommen. Durch mikrobielle Brennstoffzellen lässt sich die chemische Energie des Abwassers über eine elektrochemische Reaktion direkt in nutzbare elektrische Energie umwandeln. Dabei wird durch das Zusammenspiel zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode), geeignetem Substrat und Mikroorganismen Energie erzeugt. Aus vorgeklärtem Abwasser können zwischen 2-4kWhel/kgCSBabb erzeugt werden. Die biologischen und chemischen Prozesse können nur unter Ausschluss von Sauerstoff in der Anodenkammer ablaufen. Im Vergleich zu den heute eingesetzten anaeroben Abwasserreinigungsverfahren, die aus Faultürmen und Blockheizkraftwerken bestehen, lässt sich der Energiegewinn durch eine mikrobielle Brennstoffzelle mehr als verdoppeln.
Das Brennstoffzellensystem besteht aus einem Anoden- und aus einem Kathodenreaktor. Die Anodenkammer wird als Feed-Batch-Reaktor betrieben. Der Reaktor wird diskontinuierlich mit Substrat (Abwasser) beschickt. Die Kathode wird kontinuierlich mit Luft versorgt, damit es zu der gewünschten chemischen Reaktion kommen kann. In dem Vorhaben sollen neben Abwasser noch weitere Substrate mit unterschiedlichen Kohlenstoffbelastungen untersucht und verglichen werden. Darüber hinaus sollen verschiedene Anodenformen und –materialien erprobt und bewertet werden. Mit dem Forschungsvorhaben soll die Technik der mikrobiellen Brennstoffzellen im Labormaßstab weiter erforscht und optimiert werden.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. T. Kletke
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. M. Wichern
Ziel des Vorhabens ist es, den Betreibern öffentlicher Kanalisationsnetze in Nordrhein-Westfalen praxisorientierte Empfehlungen zur Entwicklung, Umsetzung und Nachverfolgung angepasster Reinigungsstrategien für die Kanalisation zur Verfügung zu stellen hinsichtlich:
Im Ergebnis werden die Netzbetreiber damit in die Lage versetzt, auch mit begrenzten Mitteln optimale Reinigungsergebnisse für spezifische Netzsituationen zu erzielen.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. R. Lange
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. H. Orth
Projektpartner: Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik an der Ruhr-Universität Bochum, Institut fur Unterirdische Infrastruktur (IKT, Gelsenkirchen)
Die Erfahrungen mit dem Belebungsverfahren konzentrieren sich auf einen Temperaturbereich von etwa 5 °C bis 20 °C und in geringerem Umfang bis etwa 25 °C sowie auf stoffliche Eigenschaften, Abwasserkonzentrationen und -frachten, die den Verhältnissen in Industrieländern entsprechen. Um die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, das sich vor allem auf kommunalen Kläranlagen bewährt hat, auch für die Bedingungen anderer Länder zu verbessern bzw. sicherzustellen, werden niedrigere und erhöhte Temperaturen, hohe und niedrige Abwasserkonzentrationen bzw. -frachten und erhöhte Salzgehalte systematisch untersucht. In Laborversuchen, auf einer Laborkläranlage und auf einer Versuchskläranlage (ca. 1.000 EW) werden dazu die Abhängigkeiten von Parametern wie z.B. Stoffumsatzraten und Überschussschlammanfall ermittelt. Dabei kommen auch verschiedene Verfahrensvarianten zur weitergehenden Abwasserbehandlung zum Einsatz. Wichtige Betriebsparameter, wie z.B. Veränderungen der Schlammbeschaffenheit, werden mit einschlägigen Methoden untersucht. Die Ergebnisse werden in Bemessungs- und Betriebsempfehlungen zusammengefasst.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. S. Grube
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. H. Orth
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Letzte Änderung: 30. Okt. 2023
