27. April 2021

Optimale Sauerstoffnutzung für sauberes Wasser

Helmholtz Innovation Lab CLEWATEC entwickelt mit Industriepartnern Abwassertechnologien

Wasser ist kostbar. Nur durch gründliche Abwasserbehandlung lässt sich diese wertvolle Ressource nachhaltig nutzen. An genau solchen Technologien arbeitet das Clean Water Technology Lab CLEWATEC am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Schwerpunkte bilden verbesserte Belüftungskonzepte für Kläranlagen sowie die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe aus dem Abwasser. Kürzlich startete eine Forschungskooperation mit Air Liquide, einem der weltweit führenden Hersteller technischer Gase. Für das Helmholtz Innovation Lab, das vergangenes Jahr gegründet wurde, ist es der erste Industriepartner.


Die zunächst auf drei Jahre angelegte Kooperation umfasst verschiedene Ansätze zur Abwasseraufbereitung. „Zum einen geht es dabei um die Entwicklung einer hocheffizienten und dennoch wirtschaftlichen Gaseintragstechnologie, die die Sauerstoffzufuhr in Abwasserbehandlungsanlagen optimieren soll“, erklärt Projektleiter Dr. Sebastian Reinecke. Kläranlagen verbrauchen große Mengen an Energie – im Wesentlichen für die biologische Reinigung in den Belebtschlammbecken, in denen Mikroorganismen organische Stoffe aus dem Abwasser entfernen. Um ihnen bestmögliche Lebensbedingungen zu schaffen, müssen Teile des Beckens mit Sauerstoff versorgt werden.

„Die Leistung der Luft- bzw. Sauerstoffeintragssysteme bestimmen Energieverbrauch und Behandlungseffizienz ganzer Kläranlagen“, fährt Reinecke fort. Eine optimierte Sauerstoffzufuhr bietet daher erhebliches Potential, um Kosten, Energie sowie Ressourcen zu sparen. „Die Air Liquide verfolgt das Ziel, mit den gemeinsam entwickelten neuen Lösungen einen signifikanten Technologievorsprung und damit eine verbesserte Position im Marktsegment zu erreichen“, erzählt der Projektverantwortliche Dr. Markus Meier von der Air Liquide Forschung und Entwicklung GmbH. Bei seinen Untersuchungen arbeitet das Team von CLEWATEC eng mit dem Institut für Fluiddynamik am HZDR zusammen. Dort stehen hochmoderne Versuchsanlagen zur Verfügung, um Faktoren wie Gasblasengröße, Sauerstoffeintragseffizienz, Mischgüte oder Schadstoffentfernung zu untersuchen.


Entfernung von Mikroschadstoffen

In der Kooperation mit Air Liquide erforscht CLEWATEC ein weiteres Verfahren, das neue Wege in der Abwasserbehandlung eröffnen und eine weitergehende Reinigung ermöglichen soll. Mithilfe einer hydrodynamisch optimierten Injektion von Sauerstoff und Ozon wollen die Forscher*innen zusätzliche Oxidationsprozesse (Advanced Oxidation Processes – AOP) in Gang setzen. Der Gaseintrag bewirkt chemische Reaktionen, durch die sich auch Stoffe entfernen lassen, die in einer biologischen Klärstufe nicht abgebaut werden. Ein Beispiel sind Spurenstoffe aus Chemikalien, die nicht nur die kommunale Abwasserbehandlung, sondern auch industrielle Kläranlagen vor große Herausforderungen stellen. Durch innovative Lösungen lassen sich hier Umweltauswirkungen minimieren, Betriebskosten senken und Wettbewerbsvorteile erzielen.

Aktuell ist CLEWATEC im Gespräch mit weiteren potentiellen Partnern aus der Wirtschaft. So soll in einem anderen Teilprojekt die verbesserte Rückgewinnung von kostbaren Ressourcen untersucht werden. Das betrifft insbesondere Phosphor, ein lebenswichtiges chemisches Element, dessen natürliche Vorkommen begrenzt sind. Im Abwasser sind durch Fäkalien, Reinigungsmittel und Küchenabfälle davon hohe Mengen enthalten. Die Entfernung von Phosphor ist sowohl wegen seiner Bedeutung als Rohstoff als auch für die Sicherung der Wasserqualität unerlässlich.

Auch mit kommunalen Anlagenbetreibern und anderen Forschungseinrichtungen arbeiten die Expert*innen des Innovation Lab zusammen. Das achtköpfige Team will nicht nur vorhandene Systeme weiterentwickeln, sondern auch neue Technologien erforschen, die über traditionelle Ansätze hinausgehen. Dazu zählt die verstärkte Digitalisierung im Bereich der Sensor- und Prozesstechnik ebenso wie die Flexibilisierung des Anlagenbetriebs. Die Energieversorgungsnetze der Zukunft benötigen eine intelligente Laststeuerung, englisch Demand Side Management (DSM), die auch Klärwerke mit ihrem hohen Energiebedarf einschließt.


Über CLEWATEC

Das Clean Water Technology Lab – CLEWATEC wurde als Helmholtz Innovation Lab Anfang 2020 am HZDR gegründet. Es fungiert als Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie, an der neue Ideen für eine nachhaltige Wasseraufbereitung getestet und zu technologischen Anwendungen weiterentwickelt werden. CLEWATEC ist an der Abteilung für Experimentelle Thermofluiddynamik am HZDR-Institut für Fluiddynamik angesiedelt. Industriepartner profitieren sowohl von der Expertise der Wissenschaftler*innen als auch vom Zugang zur Infrastruktur des Zentrums wie Abwasserlabor, Strömungslabor, biochemische Labore, Simulations- und Messtechnik oder das Hochleistungsrechenzentrum.

Die Helmholtz Innovation Labs sollen wissenschaftliche Expertise mit den Bedürfnissen der Industrie und ihrer Kunden zusammenführen. Ihr Ziel ist es, Unternehmenspartner langfristig in gemeinsame Entwicklungsprojekte einzubinden und – anders als reine Forschungslabore – die vorhandene Infrastruktur auch kommerziell zu nutzen.
-> Zur News des HZDR.


Foto ©HZDR/Oliver Killig:Team des Hemlholtz Innovation Labs CLEWATEC mit Susann Riedel, Dr. Sebastian Reinecke und Mario Alejandro Parra Ramirez (v. l.). Die Forscher*innen stehen auf dem Gerüst einer Versuchsanlage am Institut für Fluiddynamik des HZDR, mit der sie innovative Ansätze zur Wasseraufbereitung erproben.

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