PIRAT-Systems – Energie- und Ressourceneffiziente Abwasserbehandlungsverfahren für China

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CLIENT II – Internationale Partnerschaften für nachhaltige Innovationen

Die Abwasserbehandlung unterliegt weltweit einem stetigen Wandel hin zu mehr Energie- und Ressourceneffizienz. Zukünftig können Abwasserinhaltsstoffe rückgewonnen und als Sekundärrohstoffe genutzt werden. Durch verfahrenstechnische Umstellungen können der Energieeinsatz für die Abwasserbehandlung bei gleichzeitig besserer Reinigungsleistung reduziert und die Biogasproduktion aus Klärschlamm durch Nutzung zusätzlicher organischer Reststoffe verbessert werden. Im Rahmen des Deutsch-Chinesischen Forschungsverbundprojektes „Energetische Prozessoptimierung und Implementierung von Ressourceneffizienten Abwassertechnologien auf kommunalen Kläranlagen“ werden Verfahren und Konzepte für eine energieeffiziente weitergehende Abwasserbehandlung und zur Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser entwickelt und auf chinesische Randbedingungen angepasst. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist die Schließung von Stoffkreisläufen bei Gewährleistung einer sehr guten Reinigungsleistung von Kläranlagen zur Einhaltung der zukünftig äußerst strengen Grenzwerte in China.

Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung

China treibt den Ausbau von Kläranlagen voran, um zukünftig das Abwasser eines Großteils der Bevöl-kerung zu behandeln. Darüber hinaus müssen viele bestehende Kläranlagen zeitnah erweitert und umge-rüstet werden, damit strenger werdende Ablaufanforderungen für Gesamt- und Ammonium-stickstoff sowie Gesamtphosphor einhalten werden können. Neben der Elimination der Nährstoffe ge-winnen Energieeffizienz und die Rückgewinnung von Phosphor an Bedeutung.
Die Ressourceneffiziente Aufbereitung von Abwas-ser in China ist Thema des deutsch-chinesischen Forschungsvorhabens PIRAT-Systems. Aus ökolo-gischer, ökonomischer und sozialer Sicht bedarf es hierzu dringend neuer Lösungen. Einen Projekt-schwerpunkt bilden kombinierte Verfahren zur Phosphorelimination und Phosphorrückgewinnung. Um in Europa und Nordamerika erforschte Verfah-ren auf die Gegebenheiten in China anzupassen, sind im Projekt systematische Untersuchung zur P- Rück-gewinnung mittels Fällung und Kristallisation geplant.

Energieeffizienz bei weitergehenden Reinigungsanforderungen

Der Bau und Ausbau von Kläranlagen und die damit einhergehende Verbesserung der Gewässersituation bedingen einem steigenden Energiebedarf des Ab-wassersektors. Eine Umstellung auf anaerobe Klärschlammbehandlung sowie eine Nutzung von Co-Substraten kann zum einen die Energieeffizienz von chinesischen Kläranlagen steigern und zum an-deren die anfallenden Klärschlammmengen deutlich reduzieren. Um das Ziel eines energieneutralen Betriebes bei gleichzeitig steigenden Ablaufanforderungen an die Stickstoffelimination zu erreichen, kann angepasst
auf die Verhältnisse in China der Stromverbrauch von Aggregaten verringert und müssen neue, energieeffiziente Technologien und Strategien zur Stickstoffelimination entwickelt und implementiert werden. Zur Optimierung des Betriebes einzelner Verfahrensstufen und zur Abstimmung der gesamten Prozesskette werden Mess-, Steuerungs- und Regelungsstrategien
entwickelt.

 

Planungswerkzeuge

Aufgrund der unterschiedlichen Randbedingungen in Deutschland und China wie z.B. Abwasserzusammensetzung, Reinigungsanforderungen und eingesetzte Verfahrenstechnik, lassen sich Entwicklungen und Erfahrungen aus Deutschland nicht ohne weiteres auf andere Länder übertragen. Das Projekt verfolgt daher den Ansatz, mit einem interdisziplinär zusammengesetzten Team aus deutschen und chinesischen Akteuren ausgewählte Technologien angepasst für den chinesischen Markt zu entwickeln.

In intensiver Zusammenarbeit wird das deutsch-chinesische Team für zwei Kläranlagen in China mit Hilfe von Simulationsmodellen Konzepte entwickeln und Verfahrenstechniken erproben, um die Energieeffizienz zu steigern, die Ablaufqualität hinsichtlich der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor zu verbessern und Phosphor zurückzugewinnen.

Um die Übertragbarkeit auf andere Kläranlagen zu gewährleisten, werden auf die chinesischen Verhältnisse zugeschnittene Bemessungsansätze und Planungswerkzeuge entwickelt.

Ferner zielt das Vorhaben darauf ab, Kläranlagen stärker mit anderen Infrastrukturen zu verzahnen. Dazu werden die Qualität, das Handling und die Vermarktung der Recyclingprodukte ebenso betrachtet wie die Aufbereitung von Biogas zur Einspeisung ins Erdgasnetz. Dabei spielt auch die Unterstützung und Akzeptanz der Bevölkerung eine Rolle.

Insgesamt wird PIRAT-Systems einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Umweltsituation in den Bereichen Gewässerschutz, Klimaschutz und nachhaltiger Ressourcenbewirtschaftung leisten.

 

Fördermaßnahme
CLIENT II – Internationale Partnerschaften für nachhaltige Innovationen

Projekttitel
PIRAT-Systems: Energetische Prozessoptimierung und Implementierung von Ressourceneffizienten Abwassertechnologien auf kommunalen Kläranlagen

Laufzeit
01.09.2018 – 31.08.2021

Fördervolumen des Verbundprojektes
3.040.000 €

Kontakt (Verbundkoordinatorin)
Technische Universität Kaiserslautern
Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz
Paul-Ehrlich-Str. 14
67663 Kaiserslautern
Tel.: +49 (0)631 205-2944
E-Mail: heidrun.steinmetz@bauing.uni-kl.de
https://www.bauing.uni-kl.de/rewa

Projektpartner
Hochschule Magdeburg-Stendal (FH)
Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V.
Hochschule Emden/Leer
Universität Hohenheim
BHU Umwelttechnik GmbH
LUG Engineering GmbH
SF – Soepenberg GmbH
Thorsis Technologies GmbH
umtec Silo- und Schüttgutengineering GmbH

Internet
https://www.bauing.uni-kl.de/pirat-systems

Unterstützung vor Ort
Projektbüro “Sauberes Wasser” in Shanghai (Ltg. N. Umlauf)

Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit, 53170 Bonn

Redaktion und Gestaltung
Projektträger Karlsruhe (PTKA)

Bildnachweis
Technische Universität Kaiserslautern

Stand
Februar 2019