Der Prototyp eines mobilen Systems zur Desinfektion von Trinkwasser arbeitet mit speziellen LEDs. Werden diese technisch weiterentwickelt, ist es dem üblichen Desinfektionsverfahren mit Quecksilber-Dampflampen weit überlegen. Für diesen neuen Ansatz ist Michael Sift, Absolvent des Bachelor-Studiengang Medizintechnik der Hochschule Ulm, von der Carl-Duisberg-Gesellschaft mit einem zweiten Preis für herausragende Abschlussarbeiten ausgezeichnet worden, die sich mit den Problemen von Entwicklungsländern unter Nachhaltigkeitsaspekten auseinandersetzen.

Motivation für die Arbeit von Michael Sift waren die Schätzungen der UNESCO, dass in den Entwicklungsländern mehr Kinder an verseuchtem Trinkwasser sterben als an AIDS, Malaria und Tuberkulose zusammengenommen. Krankmachende Keime lassen sich jedoch mit UV-Licht zerstören. Überlicherweise werden hierfür Quecksilberdampf-Lampen verwendet. Der Preisträger entwickelte ein mobiles Wasserdesinfektionssystem, das gegenüber dem bisherigen folgende Vorteile vereint: Als UV-Quelle dienen spezielle LEDs, sodass das System frei von giftigem Quecksilber ist. Die Peak-Wellenlänge des UV-Lichts von 290 nm garantiert, dass alle Mikroorganismen abgetötet werden. Eine optoelektronische Durchflussüberwachung kontrolliert die LED-Leistung und passt sie an die Wassertrübung an, um den Desinfektionserfolg zu sichern. Der geringe Energiebedarf des Systems lässt sich über Kleinsolaranlagen decken.

Getestet wurde das Desinfektionssystem an dem Darmbakterium Escherichia coli, das gegenüber UV-Licht ähnlich sensibel ist wie Legionellen oder Cholera-Bakterien, die in Entwicklungsländern häufig Durchfallerkrankungen auslösen. Mittelfristig werden dem neuen System sehr gute Chancen eingeräumt, das herkömmliche Desinfektionsverfahren zu ersetzen. Diesem ist es prinzipiell hinsichtlich Effizienz, Langlebigkeit und Umweltverträglichkeit weit überlegen. Hierzu müssen allerdings die LEDs technisch optimiert und kostengünstiger werden.

Die sozioökonomischen Potentiale von Entwicklungsländern zu erkennen und Impulse zu setzen, die deren wirtschaftliche Perspektiven unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit verbessern, ist ein Anliegen der Carl-Duisberg-Gesellschaft. Dass hierzu Abschlussarbeiten aus den baden-württembergischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften einen wichtigen Beitrag leisten können, zeigte sich erneut bei der diesjährigen Verleihung des Carl-Duisberg-Preises. Neben Michael Sift wurde auch die Arbeit von Verena Maurer, Hochschule für Technik Stuttgart mit einem zweiten Preis gewürdigt. Sie beschäftigte sich mit dem Einsatz von Energieträgern mit geringer CO2 -Belastung im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung in Malaysia. Der erste Preis ging an Benjamin Seckinger, Hochschule Ulm, der in Mozambique für das Ulmer Unternehmen Fosera eine Produktionsstätte für Kleinsolaranlagen auf der Basis des Drei-Säulen-Modells für nachhaltige Entwicklung plante und realisierte.

http://www.hs-ulm.de/Aktuelles/Pressemitteilungen/_pressemitteilungen//2012_37B_CDG-Preis_Sift/default.dbx

Wissenschaftler der RWTH Aachen sind an zwei vom BMBF geförderten Innovationsinitiativen für die industrielle Biotechnologie beteiligt.

Fossile Brennstoffe sind endlich. Daher unterstützt die Bundesregierung den Umbau der Wirtschaft von einer erdöl- zu einer biobasierten Industrie mit der „Innovationsinitiative industrielle Biotechnologie“. Hier kooperieren federführend Industrieunternehmen mit einigen akademischen Forschungseinrichtungen. Bei zwei der drei vom Bundesministerium für Bildung und Forschung jüngst ausgewählten strategischen Allianzen ist die Aachener Biologie und Biotechnologie (ABBt) dabei. Beteiligt seitens der RWTH Aachen sind Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg vom Institut für Biotechnologie, Prof. Dr.-Ing. Lars Blank vom Institut für Angewandte Mikrobiologie sowie der Chemiker Prof. Dr. Alexander Böker vom DWI an der RWTH Aachen e.V. und vom Lehrstuhl für Makromolekulare Materialien und Oberflächen. Sie erhalten für die bewilligten Projekte 2,5 Millionen Euro Fördermittel insgesamt in den nächsten Jahren.

Von Lacken bis zu Kosmetikprodukten
Die Allianz „Zero Carbon Footprint“ verfolgt das Ziel, kohlenstoffreiche Abfälle wie Klärschlämme, Abwässer oder Rauchgas biotechnologisch so zu veredeln, dass sie wieder als werthaltige Rohstoffe in der Industrie eingesetzt werden können. Zu den 21 Partnern gehört die RWE Power AG, die Stromerzeugungstochter des RWE-Konzerns. Für den Energieversorger bietet die Kooperation die Möglichkeit, gemeinsam beispielsweise mit der Zwingenberger Brain AG oder dem RWTH-Institut für Angewandte Mikrobiologie an der biotechnologischen Veredelung des klimaschädlichen CO2 zu forschen. Das Know-how der Analyse von mikrobiellen Stoffwechselleistungen kommt aus Aachen: „Als Verwerter von Kohlendioxid eignen sich bestimmte Mikroorganismen. Diese verändern wir durch das so genannte Metabolic Engineering, so dass sie das klimaschädliche Kohlendioxid in hochwertige Bausteine für vielfältige Materialien umbauen“, berichtet Lars Blank. Darunter befinden sich Bausteine für Grundchemikalien, die in der Industrie unter anderem zur Herstellung von Automobil- und Industrielacken, Klebstoffen sowie Körper- und Haarpflegeprodukten verwendet werden.

„Flüssige Teflonschicht“ für funktionelle Textilbekleidung
Die zweite Allianz mit RWTH-Beteiligung trägt den Titel „Funktionalisierung von Polymeren“. In dieser Forschungskooperation beschäftigen sich die Wissenschaftler unter anderem mit der Frage, wie synthetische Fasern in Sport- oder Outdoorbekleidung für ihre jeweilige Funktion optimiert werden können. „So können durch bestimmte Proteine, die wir auf das Textilgewebe aufbringen, Pigmente oder Kapseln an die Faser gebunden werden. Sie expandieren nach dem Nähvorgang und dichten so die Nähte permanent ab. Andere Pigmente sorgen im Waschvorgang dafür, dass die Textilien farbecht bleiben“, so Ulrich Schwaneberg. Auf diese Weise lassen sich Nähte von Kleidung und Schuhen ohne lösemittelhaltige Chemikalien wasserundurchlässig machen oder Textilien dauerhaft ausrüsten. Einen weiteren Vorteil gegenüber der chemischen Imprägnierung sieht der Biologe im äußerst umweltfreundlichen Herstellungsverfahren: „Die Protein-Hybride werden wie flüssiges Teflon durch einfaches Eintauchen der Garne in einem Wasserbad bei Raumtemperatur aufgezogen“, erklärt Schwaneberg. Momentan werden nach Aussagen des Lehrstuhlinhabers bei der industriellen Herstellung von einem Kilo Faden etwa zehn Kilogramm Kohlendioxid freigesetzt. Insbesondere das Einfärben und die chemische Funktionalisierung der Garne seien äußerst energie- und wasserintensiv, betont Schwaneberg: „Daher ist es von großer wirtschaftlicher und umweltpolitischer Bedeutung, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, die beim Färben und Veredeln der Textilien ohne hohe Temperaturen auskommen.“

Aachener Biologie und Biotechnologie (ABBt):
Biologie und Biotechnologie spielen in einer biobasierten Wirtschaft eine Schlüsselrolle für große gesellschaftlichen Herausforderungen in der Gesundheitswirtschaft, Energieversorgung (Biobasierte Treibstoffe), Chemie-, Nahrungsmittel-, Waschmittel-, Leder- und Papierindustrie. In den letzten drei Jahren hat sich die Aachen Biologie und Biotechnologie (ABBt) über sechs Berufungen neu aufgestellt mit Forschungsschwerpunkten in der Sicherung von Biomasse, der mikrobiellen und molekularen Transformation und im Bereich der Zoologie-/Bionikforschung. Zudem ist die ABBt an verschiedenen Forschungsverbünden wie etwa dem Bioeconomy Science Center oder an den DFG-Graduiertenschulen SeleCa und BioNoCo beteiligt.

Informationen:

Initiative „Zero Carbon Footprint“:
Prof. Dr.-Ing. Lars Blank, Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie,
E-Mail: Lars.Blank@rwth-aachen.de, Tel. 0241 80 26600

Initiative „Funktionalisierung von Polymeren“:
Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg, Lehrstuhl für Biotechnologie,
E-Mail: u.schwaneberg@biotec.rwth-aachen.de, Tel. 0241 80 24170

Projektbeschreibung
Abwasser und der bei der Abwasserbehandlung anfallende Klärschlamm stellen in vielen Fällen ein noch ungenutztes Energiepotenzial dar. Die Wirtschaftlichkeit abwassertechnischer Anlagen wird wesentlich von der Energieeffizienz und den Klärschlammverwertungs- bzw. -entsorgungskosten beeinflusst. Ein wirksames Stoffstrommanagement auf der Kläranlage ist daher gefordert, um die energetischen Res-sourcen des Abwassers bzw. des Klärschlammes zu nutzen und die zu entsorgenden Klärschlammmen-gen zu reduzieren, ohne jedoch die Ablaufqualität des behandelten Abwassers negativ zu beeinflussen. Der hierfür entscheidende Verfahrensschritt in kommunalen Abwasserreinigungsanlagen ist die Stabilisierung des Klärschlamms. Hier unterscheidet man im Wesentlichen zwei grundsätzliche Möglichkeiten: Bei der simultanen aeroben Schlammstabilisierung erfolgt die Stabilisierung im Verlauf der Abwas-serreinigung. Den Belebtschlammorganismen wird durch die Bemessung der Belebungsbecken auf ein hohes Schlammalter (t = 25 d) sowie eine geringe Schlammbelastung (<=0,05 kg BSB5/kg TS/d) nur wenig Nahrung in Form von BSB zur Verfügung gestellt. Die Belebtschlammorganismen veratmen zum Überleben ihre eigene Zellsubstanz. Die organische Substanz im Klärschlamm wird aufgezehrt und der resultierende Schlamm weist nach der Stabilisierung eine organische Trockensubstanz oTS von ca. 50 bis 55 % auf. Bei Bemessung der Anla-gen auf eine gemeinsame aerobe Stabilisierung sind große spezifische Beckenvolumina (i. d. R. 300 l/E) erforderlich. Das Verfahren der anaeroben Schlammstabilisierung (Faulung) beruht hingegen darauf, dass den Belebtschlammorganismen durch die Bemessung der Anlagen auf ein Schlammalter von ca. 10 bis 12 d resp. eine Schlammbelastung von 0,15 kg BSB5/kg TS/d relativ viel organische Substanz als Nahrung zugeführt wird. Hierdurch enthält der abgezogene Überschussschlamm noch einen hohen Anteil an organischer Substanz; in der Regel ca. 70 %. Der abgezogene Überschussschlamm wird dann (meist nach einer Voreindickung) zusammen mit dem Schlamm aus der Vorklärung (Primärschlamm) einem Faulbe-hälter zugeführt. Hier entsteht in einem 4-stufigen Prozess Biogas (Faulgas). Dieses kann dann z. B. über ein Blockheizkraftwerk mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 35 % verstromt werden. Die hie-raus resultierende Wärme kann z. B. zur Aufheizung des Schlammes und des Faulturms genutzt werden. In der Ingenieurpraxis gab es in der Vergangenheit relativ klare Grenzen, wann das Verfahren der aeroben Schlammstabilisierung und wann eine Schlammfaulung zu realisieren ist. Diese Grenzen ergaben sich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten, wobei hierbei aufgrund der in der Vergangenheit niedrigen Energiekosten vorwiegend die Investitionskosten, sowie verfahrenstechnische Aspekten betrachtet wur-den. Der Einsatzbereich der anaeroben Schlammstabilisierung in Abhängigkeit von der Anschlussgröße kann Bild 1 entnommen werden. Die Abbildung verdeutlicht, dass bei Anlagengrößen von < 20 000 EW in der Vergangenheit fast aus-schließlich Anlagen mit simultaner aerober Schlammstabilisierung konzipiert wurden, während der Einsatzbereich für Faulungsanlagen erst bei Ausbaugrößen von mehr als 30 000 EW begann. Die in den vergangenen Jahren eingetretenen Entwicklungen - insbesondere die steigenden Energiepreise, veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen sowie technische Neuentwicklungen im Zusammenhang mit Biogasanlagen - haben zu einer Verschiebung dieser vorge-nannten Grenzen geführt und machen somit eine Neubewertung der Einsatzbereiche für die Schlamm-faulung erforderlich. Dies gilt insbesondere für Rheinland-Pfalz, wo ca. 681 Kläranlagen mit Anschluss-größen < 30 000 EW betrieben werden, davon liegen 440 Anlagen bei einer Anschlussgröße von mehr als 1 000 EW. Hierbei ist auch die Fragestellung zu behandeln, wie Anlagen mit Klärschlammfaulung inkl. der erforderlichen Infrastruktur wie Faulbehälter, Gasspeicher, gegebenenfalls Prozesswasserbehandlung usw. im Bereich einer Ausbaugröße von 10 000 bis 30 000 EW kostengünstig, aber dennoch betriebssicher, um-gesetzt werden können. Ziel dieser Studie ist es, das in Rheinland-Pfalz tatsächlich vorhandene und nutzbare Optimierungspotenzial bei Umstellung von Kläranlagen mit gemeinsamer aerober Schlammstabilisierung auf Anlagen mit anaerober Schlammfaulung im Sinne eines integrativen Ansatzes betreffend Energieeffizienz, Wasser-wirtschaft / Gewässerschutz (Ablaufqualität), Abfallwirtschaft (Klärschlammmenge) und Wirtschaftlichkeit aufzuzeigen. Das Projekt besteht aus zwei Modulen. Der vorliegende Bericht umfasst Modul 1, das grundlegende Untersuchungen beinhaltet. Modul 2 widmet sich anschließend weitergehenden Untersuchungen, die u. a. eine Analyse und Beschreibung unterschiedlicher Bau- und Betriebsformen, eine Konzeptentwicklung zur Umstellung auf Faulungsbetrieb, eine Prüfungsmethodik zur Umstellung sowie die Untersuchung einer Modellanlage umfassen.

Finanzierende Institution(en):
Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Ernährung, Weinbau und Forsten Rheinland-Pfalz

Partner-Institution(en):
Universität Luxemburg, Siedlungswasserwirtschaft und Wasserbau, Prof. Dr.-Ing. Jo Hansen,
Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann & Partner GmbH

Literaturliste:
Schriftenreihe Nr. 30 siwawi, Schlammfaulung statt aerober Stabilisierung – Trend der Zukunft?
vgl. Rubrik Publikationen

Mehr unter:
http://gandalf.arubi.uni-kl.de/index2.php?link=projekte&parea=2&pid=0156
Projektlaufzeit: 01/2010-10/2011

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Oliver Gretzschel und Projektpartner (s. u.)

Leipzig. Forscher aus Deutschland und der Slowakei haben darauf hingewiesen, dass die Chemikalie Triclosan zu den Stoffen gehört, die besonders schädlich für den ökologischen Zustand von Flüssen sind, die aber nicht ausreichend kontrolliert werden. Bei umfangreichen Messungen im Einzugsgebiet der Elbe, die über das übliche Monitoring hinausgingen, betrug die Konzentration der Chemikalie an zahlreichen Messpunkten bis zum Zwölffachen des Wertes, der für Algen ohne Wirkung wäre. Von 500 untersuchten Schadstoffen belegte Triclosan, das in der Regel gegen Bakterien eingesetzt wird, damit Platz sechs der problematischsten Stoffe in Europa.

Es sei daher notwendig, diesen Stoff in die Überwachungsprogramme aufzunehmen und regelmäßig europaweit zu kontrollieren, schreiben die Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Slowakischen Umweltinstitutes im Fachblatt „Environmental Science Pollution Research“.

Die Liste der prioritären Schadstoffe, die von den Behörden europaweit kontrolliert werden müssen, soll 2013 von derzeit 33 auf 48 Stoffe und Stoffgruppen erweitert werden. Die Chemikalie Triclosan ist jedoch nicht unter den neuen Kandidaten. Sie ist seit 1972 auf dem Markt. 1998 wurden erste gravierende Wirkungen entdeckt. Bis heute wird Triclosan in Körperpflegemitteln (z.B. Zahnpasta) und Sporttextilien als Bakterienhemmer genutzt. Sorgen bereitet den Wissenschaftler auch die Tatsache, dass Triclosan inzwischen nicht nur in Lebewesen, die im Abwasser leben, sondern auch in menschlichem Plasma und in Muttermilch nachgewiesen werden konnte. Folgen, die über Schäden für Wasserorganismen hinausgehen, sind daher nicht auszuschließen.
Rund 350 Tonnen Triclosan wurden 2005 in der EU verwendet. Überwacht wird es in großen Teilen Europas jedoch noch nicht. „Verbindungen, die nicht auf der Liste der prioritären Schadstoffe stehen, müssen nicht kontrolliert werden. Und Verbindungen, die nicht kontrolliert werden, kommen in der Regel nicht auf diese Liste, da zu wenig über deren Verbreitung bekannt ist“, erklärt Dr. Peter von der Ohe vom UFZ das Dilemma. Innerhalb des EU-Forschungsprojekt MODELKEY haben Wissenschaftler daher mehrere hundert Schadstoffe in verschiedenen europäischen Flusseinzugsgebieten genauer unter die Lupe genommen und Vorschläge erarbeitet, wie die Überwachung der Flüsse in Sachen Chemikalien verbessert werden könnte.
Tilo Arnhold

Am UFZ untersuchen etwa 150 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Umweltchemie, Ökotoxikologie, chemischen und biologischen Analytik, Umweltimmunologie bis hin zur Genetik das komplexe Verhalten chemischer Stoffe. Sie kombinieren chemische und biologische Analysemethoden, um Schadstoffen in der Umwelt auf die Spur zu kommen. Sie wollen herausfinden, ob es tatsächlich die üblichen Verdächtigen sind oder ob möglicherweise Spurenstoffe, Abbauprodukte oder Kombinationswirkungen von Chemikalien langfristig Probleme bereiten können. „Chemikalien in der Umwelt“ ist daher das Thema des neuen UFZ-Spezial. Mehr zum Thema „Die üblichen Verdächtigen“ lesen Sie dort auf S.08:
http://www.ufz.de/index.php?de=10690

Weitere fachliche Informationen:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Dr. Peter Carsten von der Ohe/ Dr. Mechthild Schmitt-Jansen/ Dr. Werner Brack
Telefon: 0341-235-1581, -1532, -1531
http://www.ufz.de/index.php?de=14838
http://www.ufz.de/index.php?de=17161
http://www.ufz.de/index.php?de=17477
oder über
Tilo Arnhold (UFZ-Pressestelle)
Telefon: 0341-235-1635
www.ufz.de/index.php?de=640

Publikationen:
Peter Carsten von der Ohe, Mechthild Schmitt-Jansen, Jaroslav Slobodnik and Werner Brack (2012): Triclosan – the forgotten priority substance? Environ Sci Pollut Res. 19:585 – 591, DOI 10.1007/s11356-011-0580-7
http://dx.doi.org/10.1021/es3028378
Die Studie wurde von der Europäischen Kommission über das Projekt MODELKEY und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Franz, S., Altenburger R., Heilmeier H., Schmitt-Jansen M. (2008): What contributes to the sensitivity of microalgae to triclosan? Aquatic Toxicology, 90, 102-108.
http://dx.doi.org/10.1016/j.aquatox.2008.08.003

Weiterführende Links:
UFZ-Kernthema „Chemikalien in der Umwelt / Gesundheit“:
http://www.ufz.de/index.php?de=30503
EU-Projekt MODELKEY:
http://www.modelkey.org/

Die Kosten für Maßnahmen zur Reduktion der Stickstoffeinträge aus Kläranlagen oder auch aus der Landwirtschaft sind um ein Vielfaches höher im Vergleich zu Maßnahmen zur Reduktion von Phosphoreinträgen. Ob diese Maßnahmen ökologisch wirksam werden, kann aufgrund unzureichender Kenntnisse zur Herkunft, Umsetzung und Wirkung von Stickstoff derzeit noch nicht klar eingeschätzt werden.

Auf der Berliner Wasserwerkstatt im Oktober 2012 stellten Wissenschaftler des BMBF-Verbundprojektes NITROLIMIT erste Ergebnisse laufender Forschungsarbeiten vor. Ziel des interdisziplinären Projektes ist es zu klären, ob für eine Verbesserung des ökologischen Zustandes von Seen und Flüssen die Reduktion von Stickstoffeinträgen…mehr:

http://www.kompetenzwasser.de/fileadmin/user_upload/pdf/newsletter/deutsch/KWB_Newsletter_ed34_D-fin.pdf

Zum 17.09.2012 ist Frau Inka Kaufmann Alves zur Juniorprofessorin für das Lehr- und Forschungsgebiet „Anpassungsprozesse in der Siedlungswasserwirtschaft“ ernannt worden. Das neu eingerichtete Arbeitsgebiet widmet sich der Erforschung weitreichender Anpassungen der siedlungs- wasserwirtschaftlichen Infrastrukturen, die aufgrund neuer Zielvorstellungen und Herausforderungen in Zukunft erforderlich werden.

Frau Kaufmann Alves war von 2002 – 2008 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft und seit 2009 bei tectraa, dem Zentrum für innovative AbWassertechnologien tätig. Die methodische Entwicklung und Modellierung von Anpassungsprozessen in siedlungswasserwirtschaftlichen Systemen ist hierbei seit längerem ein Schwerpunkt ihrer Forschungsaktivitäten. In Ihrer Dissertation untersuchte sie Strategien zur Integration ressourcenorientierter Abwasserbewirtschaftung durch mathematische Optimierung.

Mehr:
http://gandalf.arubi.uni-kl.de/index2.php?link=aktuell_inka