Siedlungswasserwirtschaft und anaerobe Verfahrenstechnik

AlgA - Algenbiotechnologie in Abwasserreinigungsanlagen - Phosphorrecycling und Energiegewinnung

AlgA - Algenbiotechnologie in Abwasserreinigungsanlagen - Phosphorrecycling und Energiegewinnung

gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennzeichen 13FH736IX6
Projektlaufzeit: 01.11.2018 – 31.10.2022
Ansprechpersonen: Tatjana Lorenz, Nils Hasport, Hermann Velten

Phosphor ist für jegliches Biomassewachstum - auch zur Produktion von Nahrungsmitteln - essentiell, jedoch aufgrund begrenzter nutzbarer Vorkommen ein endliches Gut. Daher entspricht es dem Gedanken der Kreislaufwirtschft, Phosphorverbindungen auch aus Abwasser- und Abfallströmen weitestgehend zurückzugewinnen und wieder zur Verfügung zu stellen. Zudem ist in den meisten Gewässern zu deren Schutz eine Reduzierung der Nährstoffeinträge - vor allem von Phosphor - erforderlich.

Im FuEuI-Projekt AlgA wird untersucht, inwieweit der Einsatz von Algen als alternatives Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor sowie zur Nährstoffelimination im Kläranlagenbetrieb umsetzbar ist. Das Forschungsprojekt gliedert sich in zwei Schwerpunkte:

„Nährstoffelimination und Bioakkumulation“
„Nutzung der Algenbiomasse, Phosphorrückgewinnung“.

In enger Zusammenarbeit mit kooperierenden Unternehmen aus Wirtschaft und Forschung werden die Ergebnisse diskutiert und in ein Konzept für die großtechnische Anwendung gebracht. Kooperative Promotionen sind mit der Bauhaus- Universität Weimar vereinbart, in denen Grundlagen zur Kinetik der biologischen Vorgänge, zum Konkurrenzverhalten mit anderen Mikroorganismen, zur Phosphoraufnahme sowie zur Rückgewinnung von Phosphor aus der Algenbiomasse untersucht werden sollen.

Um die Doktoranden auf die Anforderungen des Berufslebens in der Industrie oder Wissenschaft vorzubereiten und ihre persönliche und fachliche Weiterentwicklung zu fördern, werden sie von dem kooperierenden Ingenieurbüro Unger ingenieure und dem Forschungszentrum Jülich während der gesamten Projektlaufzeit begleitet. Die THM verbindet die Wirtschaft und Wissenschaft mit Praxis und ermöglicht somit das Forschungsvorhaben direkt vor Ort zu integrieren und zu untersuchen.

KasPEr – Wirkung von Phosphor-Recyclingprodukten aus der Kaskadennutzung von Klärschlamm in Mittelhessen

KasPEr – Wirkung von Phosphor-Recyclingprodukten aus der Kaskadennutzung von Klärschlamm in Mittelhessen

gefördert durch die Euraopäische Union im Rahmen von EIP-Agri
Projektlaufzeit: 01.01.2019 – 31.03.2023
Projektpartner: Institut für Pflanzenernährung, JLU Gießen (Konsortialführer)
Ansprechperson: Dr. Felix Brück

Durch die Novellierung der Klärschlammverordnung dürfen die Kläranlagen von >50.000 Einwohnern die Klärschlämme nicht mehr direkt über die Landwirtschaft verwerten. Derartige Kläranlagen sind angehalten den für alle Lebewesen essentiellen Nährstoff Phosphor aus dem Abwasserstrom bzw. aus dem Klärschlamm zurückzugewinnen. Aus diesem Grunde ist das Ziel des Vorhabens die Evaluierung einer vorgeschalteten thermischen Nutzung des Klärschlamms aus der Region Mittelhessen mit einer nachgelagerten P-Düngemittelproduktion aus der Klärschlammasche. Der klärschlammbürtige Phosphor wird wieder auf Flächen in der Region zurückgeführt und hinsichtlich seiner Ertragswirksamkeit unter Berücksichtigung der Qualität der pflanzlichen Erzeugnisse (Schwermetallbelastung, Nährstoffgehalte und Umweltverträglichkeit) bewertet, um im Erfolgsfall die Landwirte in der Region Mittelhessen von den Vorteilen des Recycling-Produktes zu überzeugen.

Das Vorhaben beinhaltet die Charakterisierung der Klärschlämme in der Region Mittelhessen hinsichtlich der Quantitäten und Qualitäten sowie die vollmaßstäbliche Monoverbrennung einer repräsentativen Klärschlammcharge. Anhand der Charakterisierung erfolgt die Ableitung der Rezeptur zur Umsetzung der Aschen zu einem Triple-Superphosphat. Dieses wird auf insgesamt fünf Standorten hinsichtlich Ertragswirksamkeit und Umweltverträglichkeit mit unterschiedlichen Kulturarten im konventionellen und im Bio Landbau geprüft. Flankierend und als Referenz finden Containerversuche unter standardisierten Bedingungen statt. Abschließend wird die Auswirkung der Kaskadennutzung der regionalen Klärschlämme mit Rückführung des Phosphors in die mittelhessische Landwirtschaft hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit eingeschätzt.

Kitemix - Entwicklung eines Verfahrens zur vollständigen Durchmischung von Erdbecken

bAlgen – Nachhaltige bodenbezogene Verwertung von Algenbiomasse aus der Abwasserbehandlung

bAlgen – Nachhaltige bodenbezogene Verwertung von Algenbiomasse aus der Abwasserbehandlung

gefördert vom Forschungscampus Mittelhessen - Flexi Funds
Projektlaufzeit: 01.07.2021 – 30.09.2022
Projektpartner: Justus-Liebig-Universität Gießen, Philipps-Universität Marburg
Ansprechperson: Hermann Velten

Die Abwasserreinigung mit Mikroalgen, wie sie beispielsweise im Forschungsvorhaben AlgA untersucht wird, stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um Ressourcen aus dem Abwasserstrom zurückzugewinnen. Eine anschließende Verwertungsmöglichkeit für die in den Mikroalgen gebundenen Nährstoffen besteht beispielsweise in der bodenbezogenen Verwertung der Algenbiomasse in der Landwirtschaft. Um diese Verwertungsmöglichkeit näher zu untersuchen, wurde durch die Arbeitsgruppen Chifflard (UMR), Düring (JLU) und Theilen (THM) in Kooperation mit den Professoren Heusch und Weigand (THM) sowie Prof. Frei und Dr. Glaeser und Dr. Rohnke (JLU) das Forschungsvorhaben bAlgen ins Leben gerufen.

bAlgen hat zum Ziel die Auswirkungen einer solchen bodenbezogenen Verwertung von symbiotischen Mikroalgen-Bakterien-Mischkonsortien aus der Abwasserbehandlung auf das System Boden-Wasser-Pflanze näher zu untersuchen. Hierbei liegt der Fokus der Untersuchungen auf zwei Themenfeldern:

Dem Verbleib von aufgenommenen/aggregierten Nährstoffen, Schwermetallen, Mikroschadstoffen, Mikro-/Nanoplastik und Bakterien
Der stofflichen Nutzung von Kohlenstoff und Pflanzennährstoffen, die in der Biomasse gebunden vorliegen

Durch die Mitglieder des Forschungsverbundes werden die unterschiedlichen Expertisen der drei Hochschulen in den Bereichen Abwasserreinigung, Ökologie, Ökotoxikologie, Bodenkunde, Wasserwirtschaft (inkl. Grundwasser) und Umweltanalytik gebündelt. Die aktuelle Förderung durch den Forschungscampus Mittelhessen erlaubt es dem Verbund gemeinsame Vorarbeiten und -versuche durchzuführen und die Antragsstellung für ein umfangreiches Verbundforschungsvorhaben vorzubereiten.

Abgeschlossene Forschungsprojekte im Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft

Phosphor und Energie aus Klärschlamm aus der Region - für die Region Mittelhessen (MH-RegPhos), gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF (2019)
Absatz- und Vermarktungsmöglichkeiten von Phosphor-Rezyklaten aus der Klärschlammaufbereitung, finanziert durch das Hessische Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz HMUKLV (2018 - 2019)
„Senkung der Ablaufkonzentrationen von Kläranlagen durch den Einsatz von Mikroalgen als Demonstrationsprojekt am Beispiel der Kläranlage Rotenburg a. d. Fulda“, finanziert durch das Hessische Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz HMUKLV sowie die Stadtwerke Rotenburg a. d. Fulda (2015 - 2017)
Reinigung hochbelasteter HTC Prozesswässer durch Einsatz höherer aquatischer Pflanzen bei effizienter Produktion von Biomasse (AQUA-HTC), finanziert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU (2015 - 2017)
„BioTromm – Entwicklung und Einsatz eines Trommelfermenters zur Erzeugung von Biogas aus biologischen Abfällen“, finanziert durch die HessenAgentur aus Mitteln des Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst HMWK im Rahmen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz – Förderlinie 3 – kurz: LOEWE 3 KMU-Verbundvorhaben; gemeinsam mit Prof. Weigand (2015 - 2016)
„Entwicklung einer semizentralen Anlage zur Behandlung von schadstoffbelasteten Niederschlagsabflüssen“, finanziert durch HessenAgentur aus Mitteln des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst HMWK im Rahmen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz – Förderlinie 3 - kurz: LOEWE 3 KMU-Verbundvorhaben, in Kooperation mit FH Frankfurt; gemeinsam mit Prof. Heusch (2013 - 2016)
„Gärtrommel zur Biogaserzeugung“, finanziert durch die HessenAgentur aus Mitteln des Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst HMWK im Rahmen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz – Förderlinie 3 - kurz: LOEWE 3 KMU-Verbundvorhaben; gemeinsam mit Prof. Weigand (2013 - 2014)
Entwicklung eines energetischen und stofflichen Verwertungskonzeptes für Inkontinenz-Abfälle (InkoCycle), finanziert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen FHProfUnt, Förderkennzeichen 03FH006PX2; gemeinsam mit Prof. Weigand (2012 - 2015)
Wissenschaftliche Begleitung der Inbetriebnahmephase sowie der ersten Betriebsphase der Mikrogasturbine auf der Kläranlage Eibelshausen, finanziert durch Hess. Ministerium für Wirtschaft HMWi sowie Abwasserverband Obere Dietzhölze (2012 - 2014)
Wissenschaftliche Betreuung eines Einleitversuchs von hoch-nitrathaltigen Abwässern in die Kläranlage Dillenburg, Industrieauftrag (2011 - 2012)
Nutzung der Anaerobtechnik zur Effizienzsteigerung der kommunalen Abwasserentsorgung; finanziert durch das Umweltbundesamt UBA Berlin, FKZ: 371026319 (2011 - 2013)
Untersuchungen zum anaeroben Abbau von Wasserhyazinthen im mesophilen und thermophilen Milieu, Industrieauftrag (2011)
Dezentrale anaerobe Industrieabwasser-reinigung zur Erzeugung von Biogas als Energieträger unter Einsatz von Membranen zur Biomassenabtrennung (AMBER), gefördert aus Mitteln des BMBF (2009 - 2012)
Ertüchtigung von Kläranlagen ab 1.000 EW zur verbesserten Phosphor-Elimination, gefördert aus Mitteln des Hess. Ministeriums für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz HMUELV (2009 - 2010)
Energie aus Abwasser, Ermittlung der Potentiale und Erarbeitung der Rahmenbedingungen der Nutzung von Wärme aus Abwasser in Hessen, gefördert aus Mitteln des Hess. Ministeriums für Wissenschaft und Kunst (2009 - 2010)
Verbesserung der Energieeffizienz von Abwasserbehandlungsanlagen- Erstellung eines Pflichtenhefts für Kommunen, Verbände und Planungsbüros sowie begleitende Leistungen zur Durchführung von Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von Abwasserbehandlungs-anlagen, gefördert aus Mitteln des Hess. Ministeriums für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz HMUELV (2008 - 2010)
Einsatz und Optimierung von kontinuierlich arbeitenden Verfahren zur Trockenvergärung von Energiepflanzen, gefördert durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe FNR e.V. (2006-2008)
Anaerobe Aufbereitung von Inkontinenzprodukten (Windeln) zur Energiegewinnung
Forschungsprojekt "Entwicklung eines Konzeptes für die Schmutzfrachtbewirtschaftung zur Reduzierung der Gewässerbelastung aus Mischwassernetzen und Kläranlagen am Beispiel des Kanalisationsnetzes und des zentralen Klärwerks der Stadt Gießen" (2004 - 2006), gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU sowie die Stadt Gießen
Untersuchungen zur biologischen Behandlung hoch stickstoffhaltiger Abwässer (Wässer aus der Schlammbehandlung kommunaler Klärwerke) durch Deammonifikation (2004 - 2005)
Ermittlung der Gas- und Methanausbeute beim anaeroben Abbau verschiedener organischer Substrate (organische Abfälle, Nachwachsende Rohstoffe) in Biogasanlagen (2003 - 2010)
Untersuchungen an einem neu entwickelten belüfteten Walzensandfang mit Rundprofil (2003 - 2005)
Entwicklung eines neuen Konzeptes zur besonders wirtschaftlichen Biomasseabtrennung mittels Membranen bei Abwasserbehandlungsanlagen (gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen AiF e.V.) (2003 - 2005)
Wissenschaftliche Begleitung eines Demonstrationsvorhabens des Umweltbundesamtes (UBA) zur Aufbereitung und Verwertung der Abwässer des Kartoffelstärkewerkes Wietzendorf (Agrar Bio Recycling GmbH, ABR GmbH) (2002 - 2005)

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