Forschung
Die Wasserbranche befindet sich im europäischen wie weltweiten Bereich auf einem Spitzenniveau. Dies ist vor allem das Ergebnis erfolgreicher Forschung und einer nachhaltigen Praxisanwendung auf diesem Gebiet. Neue und sich kontinuierlich ändernde Anforderungen in Bezug auf die Wasserwirtschaft stellen auch zukünftig komplexe Herausforderungen dar, die zu bedarfsspezifischen Lösungen unter wirtschaftlichen wie auch betrieblichen Gesichtspunkten führen werden.
Vor diesem Hintergrund arbeiten wir gemeinsam mit Forschungsinstituten in Deutschland wie auch in der Schweiz, Österreich und Luxemburg an den Zukunftsthemen der Wasserbranche.
Die Hydro-Ingenieure GmbH und die Hydro Ingenieure Energie & Wasser GmbH haben in Zusammenarbeit mit der TU Kaiserslautern und Greenpeace ein Konzept für eine energie- und ressourceneffiziente 4. Reinigungsstufe für die Kläranlage der Stadt Mainz erarbeitet.
Dieses ist wesentlicher Bestandteil der Anstrengungen, die die Stadt Mainz aktuell unternimmt, um klimaneutral zu werden. Ziel ist, verstärkt auf erneuerbare Energien zu setzen, diese unter Nutzung von Synergien optimal zu speichern und gleichzeitig einen Beitrag für eine energie- und ressourceneffiziente Bereitstellung von Betriebsstoffen in der Wirtschaft zu leisten.
Hier kommt der Wasserstoff ins Spiel. Dieser kann aus erneuerbaren Energien mittels Elektrolyse erzeugt werden und dient dabei gleichzeitig als Energiespeicher, da er sich an anderer Stelle und zu einem anderen Zeitpunkt als Energieträger (z. B. für den Antrieb von Fahrzeugen) nutzen lässt. Gleichzeitig lässt sich das bei der Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse entstehende Nebenprodukt, der Sauerstoff, als Betriebsstoff in der Wasserwirtschaft nutzen. So kann der Sauerstoff auf Kläranlagen in biologischen Reinigungsstufen oder im Rahmen einer weitergehenden Abwasserbehandlung, etwa bei der Ozonung, zum Einsatz kommen (weitere Infos: siehe hier, Aqua & Gas Mai 2020, Seite 6). Das zeigt, dass das enorme Potential von Wasserstoff, nicht nur in seinem Beitrag für die Energiewende, sondern auch in der Breite seiner Anwendung und potentieller Synergien steckt.
Ausgangspunkt für die Konzeptentwicklung für die Stadt Mainz bildeten Studien und großtechnische Untersuchungen, die derzeit an verschiedenen Stellen in der Schweiz und in Deutschland durchgeführt werden und bei denen geprüft und dargelegt wird, wie erneuerbare Energiequellen optimal eingesetzt werden können. In Birsfelden am Rhein ist man bereits dabei, unter Nutzung von Wasserkraft „grünen Wasserstoff“ zu produzieren (siehe hier, Aqua & Gas Mai 2020, Seite 4). Forschende des Fraunhofer IFF in Magdeburg haben mit der „Wasserstofffabrik der Zukunft“ ein Konzept für die Nutzung von „grünem Wasserstoff“ entlang einer gesamten Wertschöpfungskette etabliert. Das Konzept sieht vor, Wasserstoff dezentral und modular für Industrie, Gewerbe und Verkehr zu produzieren und zu verteilen. Der Bedeutung von Wasserstoff und der in ihm steckenden Potentiale ist man sich nicht erst heute bewusst geworden. In der Energiewirtschaft kann man bereits auf 50 Jahre Erfahrung mit erneuerbaren Gasen zurückblicken, wohinter auch zahlreiche Zukunftsvisionen stecken. Durch diese befindet man sich heute in einer ausgezeichneten Lage, um Wasserstoff-Technologien optimal nutzen zu können (siehe, Interview mit dem Bereichsleiter Energie Peter Dietiker, Energie 360° AG).
Wir freuen uns, bei dem spannenden Leuchtturmprojekt der Stadt Mainz mit höchstem Innovationscharakter und Zukunftstauglichkeit dabei zu sein (siehe Pressemittteilungen der Stadt Mainz).
Gerne stehen Ihnen unser Herr Stefan Krieger unter 0631 – 205 80-11 und Herr Dipl.-Ing. Klaus Alt unter 0211 – 44991-55 für weitere Informationen zur Verfügung.
Im Forschungsvorhaben SOLIDUS sollen erstmals bestehende großtechnische GAK-Filter verschiedener kommunaler Kläranlagen in NRW unter gleichen Untersuchungsbedingungen hydraulisch charakterisiert werden.
Ziel ist es in enger Abstimmung mit den betriebserfahrenen beteiligten Betreibern (Abwasserverband Obere Lutter, Stadtentwässerungs-betriebe Köln, Stadt Gütersloh und Stadtwerke Bad Oeynhausen) aus den durchgeführten Messungen einen praxisnahen Bemessungsansatz für GAK-Filter hinsichtlich ihrer hydraulischen Leistungsfähigkeit zu erarbeiten. Dieser Bemessungsansatz würde die weitere Umrüstung großtechnischer Filter auf die ressourcenschonende GAK in NRW ermöglichen, da hiermit seitens der Planer, der Betreiber und der Behörden erstmalig eine Bewertungsgrundlage geschaffen wird.
Das von Hydro-Ingenieure GmbH begleitende Forschungsvorhaben wird mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) an der RWTH Aachen durchgeführt. Neben Frau M.Sc Swetlana Schölzel und Herr Prof. Dr.-Ing. Johannes Pinnekamp ist noch Herr Dr.-Ing. Benstoem (atd GmbH) im Projektteam zu benennen.
Vor dem Hintergrund des steigenden Bedarfs an Aktivkohle, stellt die thermische Reaktivierung erschöpfter Aktivkohlen eine energetisch effiziente Alternative zum Einsatz frischer Aktivkohle dar.
Bislang fehlen jedoch systematische Parameterstudien und vor allem praxisrelevante quantitative Aussagen über den Einfluss der Reaktivierungsbedingungen auf die Aktivkohlequalität.
Im Forschungsvorhaben AIF soll die Optimierung der Prozessparameter bei der thermischen Reaktivierung von Aktivkohlen sowohl auf die wesentlichen Qualitätsparameter des Aktivkohle-Reaktivats als auch auf die Reaktivierung selbst untersucht werden. Hierzu werden erschöpfte Aktivkohlen aus unterschiedlichen Einsatzgebieten einem systematischen Reaktivierungsprogramm unterzogen.
Das Forschungsvorhaben wird vom Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik / Wassertechnik (Prof.-Dr.-Ing. Stefan Panglisch), sowie vom Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (Prof. Dr.-Ing. Dieter Bathen) der Universität Duisburg-Essen durchgeführt.
Das übergreifende Ziel des gesamten Projektes MIKROPELLETS ist die Integration von Verfahren zur Mikroschadstoffelimination in innovative Pellet-Verfahren, um den Zustand der Gewässer in NRW zu verbessern. Die zentrale Forschungsfrage in der ersten Phase des Projekts liegt in der Umsetzung des innovativen Pellet-Verfahrens sowohl im Sequencing Batch Reactor (SBR) als auch in einem kontinuierlichen Belebtschlammprozess. Dabei sollen die bisherigen Erkenntnisse über Pellet-Verfahren zusammengeführt und die Betriebsstabilität und Reinigungseffizienz der Verfahren bei kommunalen Abwässern untersucht werden. In einer zweiten Projektphase (Folgeprojekt) kann die Integration von Verfahren zur Mikroschadstoffelimination in Pellet-Verfahren durchgeführt werden. Positive Erfahrungen der Mikroschadstoffelimination liegen mit dem nachgeschalteten Einsatz von Ozon oder dem Einsatz von Pulveraktivkohle im konventionellen Belebungsverfahren vor.
Das Forschungsvorhaben wird gemeinsam mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen, sowie dem Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik der Ruhr-Universität Bochum durchgeführt. Als weitere Projektpartner ist die Emschergenossenschaft zu benennen. Die Hydro-Ingenieure GmbH erbringt im Rahmen von MIKROPELLETS zusammen mit der Atd GmbH eine Überplanung und Bewertung von Modellkläranlagen z.B. für eine Ausbaugrösse 20.000 und 100.000 EW mit den neuartigen Verfahren.
In dem geplanten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben soll die Kombination aus Oxidationsverfahren (AOP – voraussichtlich Photo-Fenton: UV-Bestrahlung mit H2O2 und Fe2+ als Katalysator) und Aktivkohleadsorption (GAK) zur Elimination von Mikroschadstoffen weiterverfolgt werden. In einem 2-stufigen Verfahrensansatz aus labortechnischen Vorversuchen und einer halbtechnischen Pilotierung sollen die Randbedingungen des Prozesses detailliert untersucht und im Hinblick auf eine nachfolgende Errichtung einer technischen Reinigungsstufe auf der Kläranlage Heiderscheidergrund optimiert werden. Die Gesamtdauer der Versuche beträgt 27 Monate. Die wissenschaftliche Begleitung wird von Seiten der Universität Luxemburg, Prof. J. Hansen in Verbindung mit der WIW Wuppertal durchgeführt, während die Hydro-Ingenieure GmbH mit seinem Luxemburger Partner TR-Engineering die Aufgabe der Projektleitung wahrnimmt.
Ziele der Untersuchungen sind die Ermittlung des Verbrauches an eingesetzten Rohstoffen und Energie, die betriebsstabile Prozessführung unter realen Betriebsbedingungen und die Kostenermittlung für den Verfahrensvergleich mit anderen Ansätzen zur Spurenstoffelimination. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen zum einen dazu dienen, auf Basis der bereits erarbeiteten Machbarkeitsstudie die für die Kläranlage Heiderscheidergrund beste Lösung zur Mikroschadstoffelimination auszuwählen und zum anderen sollen Ergebnisse erzielt werden, die auf andere Kläranlagen in Luxembourg übertragbar sind und eingesetzt werden können.
Die wesentlichen Ziele der Untersuchungen können wie folgt zusammengefasst werden:
- Auswahl einer für die KA Heiderscheidergrund nachhaltigen und wirtschaftlichen Verfahrensvariante zur nachgeschalteten Elimination von Spurenstoffen
- Ableitung von vertieften Erkenntnissen zur Reinigungsleistung und Dimensionierung der Verfahren sowie zu Möglichkeiten der Reduzierung der Betriebskosten
- Erkenntnisgewinn zu in Luxembourg noch nicht erprobten Verfahren zur Spurenstoffelimination auf Kläranlagen, die Alternativen zu den bislang gebräuchlichen Verfahren darstellen können