Für 700 Millionen Menschen weltweit, so die UN, ist Trinkwasser knapp. Abhilfe kann in Küstengebieten die Entsalzung von Meerwasser schaffen. Die gängigen Methoden, vor allem Destillation und Umkehrosmose, benötigen jedoch viel Energie – und sind für die oft armen Regionen zu teuer. Chemiker des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeiten an einem völlig neuen Verfahren. Quellfähige Kunststoffpartikel (Superabsorber), ähnlich denen in Windeln, dienen dabei als Filter: Beim Quellen nehmen sie nur einen Teil des Salzes auf, beim Auspressen geben sie salzarmes Wasser ab.

Dass das Prinzip funktioniert, haben Professor Manfred Wilhelm und sein Doktorand Johannes Höpfner vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie des KIT bereits nachgewiesen. Mit ihrem Verfahren können sie den Salzgehalt in einem Durchlauf um mehr als ein Drittel reduzieren. Als Quellmaterial dient ein Hydrogel auf Acrylsäurebasis: kugelförmige, vernetzte Polymere, die in Wasser aufquellen und das 100-fache ihrer Masse aufnehmen können. Das Besondere daran sind die geladenen Gruppen in den Polymeren: Beim trockenen Material ist die Ladungsdichte hoch – und sorgt dafür, dass das Salz zunächst abgestoßen wird und vor allem Wasser eindringt. Quillt das Netz weiter auf, wird die Ladungsdichte geringer und Salz dringt ein. „An diesem Punkt drehen wir den Prozess um: Wir pressen das aufgequollene Hydrogel mechanisch wieder aus, ähnlich wie einen Schwamm“, sagt Johannes Höpfner. „Das Wasser hat dann gegenüber Meerwasser bereits einen deutlich reduzierten Salzgehalt.“ Der Salzgehalt von Meerwasser entspricht 35 Gramm Natriumchlorid pro Liter. „Wir wollen im ersten Durchlauf auf zehn Gramm kommen, im zweiten auf drei und im dritten schließlich auf ein Gramm pro Liter – das ist eine Menge, die man trinken kann“, so Manfred Wilhelm.

Zurzeit arbeitet Johannes Höpfner daran, den Superabsorber genau auf diese Verwendung anzupassen. „In Windeln muss das Material auch unter Druck, wenn das Baby darauf sitzt, trocken bleiben. Bei uns soll es – um Energie zu sparen – die Flüssigkeit gerade mit möglichst wenig Druck wieder abgeben.“ Erreichen will er dies etwa über eine chemisch ideal eingestellte Vernetzungs- und Ladungsdichte der Hydrogele. „Setze ich die Knotenpunkte und damit die Ladungen sehr eng, sind die Kugeln sehr hart: Das hat den Vorteil, dass das Salz sehr gut abgestoßen wird, allerdings brauche ich dann viel Energie, um das Hydrogel auszupressen. Hier geht es darum, das Optimum zu finden“, erläutert der Doktorand. Um das Verfahren anhand detaillierter Analysedaten weiterzuentwickeln, hat er einen präzisen Teststand konstruiert: eine Halbliter-Hydraulikpresse, die Polymer und Wasser voneinander trennt, und an der sich der Stempelweg, Druck und Salzgehalt genau messen lassen. Die Daten fließen dann auch in Computersimulationen, die in Kooperation mit der Universität Stuttgart durchgeführt werden.

Mit ihrer Idee stießen Wilhelm und Höpfner bereits bei mehreren Firmen auf großes Interesse. Ob sie den Weg in die Anwendung findet, hängt unter anderem von der Energiebilanz ab. „Für die gängigen Verfahren Destillation und Umkehrosmose, die unter Druck über eine Membran Süßwasser von salzhaltigerem Wasser trennt, benötigt man in der Praxis zwischen drei und zehn Kilowattstunden pro Kubikmeter Wasser. Ob wir besser sind, wissen wir noch nicht – aber wir arbeiten aktuell an der Abschätzung“, sagt Manfred Wilhelm. Destillation und Umkehrosmose werden in der Regel aber durch Dieselgeneratoren angetrieben, beim Verfahren der Karlsruher Chemiker wäre ein direkter Antrieb über ein Windrad denkbar – rein mechanisch und somit sehr effektiv.

Die Polymerpresse könnte damit eine besser skalierbare Alternative zu den herkömmlichen Verfahren darstellen, die technische Umsetzung ist aber noch offen. „Wir schaffen die naturwissenschaftlichen Grundlagen, eine entsprechend größere Anlage zu entwickeln, wäre dann Aufgabe für Chemieingenieure und Maschinenbauer“, sagt Manfred Wilhelm. Bei möglichen Anwendungen denkt er aber vor allem an Nischen, beispielsweise eine Kartusche, die es ermöglicht, Meerwasser von Hand auszupressen und so mobil und unkompliziert Trinkwasser zu gewinnen. Lohnen könnte sich das Verfahren insbesondere bei der Aufbereitung von Brackwasser, da es umso besser funktioniert, je niedriger der Salzgehalt ist.

Nähere Informationen: http://www.itcp.kit.edu/wilhelm/577.php

Zusammenfassung
Es wird eine erste Übersicht gegeben über das zum 1. Juni 2012 in Deutschland in Kraft getretene Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) und die damit zusammenhängenden Folgevorschriften. Mit dem Inkrafttreten des neuen KrWG wird ein über zweijähriger Umsetzungsprozess für die europäische Abfallrahmenrichtlinie (AbfRRL) vom 19. November 2008 vorläufig abgeschlossen. Es bleibt abzuwarten, ob die im Gesetzgebungsverfahren aufgetretenen Probleme durch das Gesetz abschließend gelöst worden sind.

Den ganzen Artikel lesen Sie In der Korrespondenz Abwasser Heft 6-2012 ab Seite 569

Autor
Rechtsanwalt Michael Scheier
Fachanwalt für Verwaltungsrecht
Stammheimer Straße 17,
50735 Köln
www.umweltrecht-scheier.de

RainCars setzt auf unkonventionelle Messtechnik – DFG fördert Projekt
an der Leibniz Universität Hannover

Regelmäßig richten Überschwemmungen große Schäden an. Doch in Deutschland gibt es zu wenig Regenmessstationen, mittels derer zeitlich genaue Aussagen über die zu erwartende Wassermenge getroffen werden können. Eine verbesserte flächendeckende Erfassung des Niederschlages könnte für genauere Vorhersagen sorgen. Das Projekt RainCars an der Leibniz Universität Hannover verfolgt diesen Ansatz: Es nutzt Autos als mobile Messstationen mit Scheibenwischern als Regensensoren. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt RainCars für eine Laufzeit von zunächst zwei Jahren.

Regenmessstationen in Deutschland liegen häufig weit auseinander. Regenradare liefern nur indirekte und damit unsichere Daten. Da es nicht die Möglichkeit gibt, flächendeckend neue Messstationen zu errichten, kam das Forscherteam auf die Idee, auf etwas zurückzugreifen, was vorhanden ist, in diesem Fall auf Autos. Die Idee dahinter ist simpel: Scheibenwischer werden eingeschaltet, wenn es regnet, sie sind daher ein Indikator für den Niederschlag und können ihn indirekt messen. Die Regenmenge wird in erster Linie über die Wischerfrequenz ermittelt. Zusätzlich werden optische Sensoren als Regensensoren untersucht.

Der Kerngedanke hinter dem Projekt: Relativ ungenaue Messungen an vielen Orten sind besser als exakte Messungen an sehr wenigen. Die Position der Autos und die Wischerfrequenz werden gemessen und mit fest installierten Wetterstationen abgeglichen. Die Kombination mit den genauen Messdaten ermöglicht eine schnelle und präzise Ermittlung, wie groß die Regenmenge an welchem Ort ist. Auch die Autos untereinander sollen ihre Daten abgleichen, so dass am Ende des Messprozesses möglichst präzise und räumlich gut verteilte Datenmengen stehen.

Die Ergebnisse der Messungen dienen als Datenbasis für Computersimulationen. Unterschiedliche Szenarien für Verkehrsdichten und Wetterlagen werden durchgespielt. Außerdem prüfen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie genau die räumliche Regenerfassung mit Scheibenwischern im Vergleich zu konventionellen Methoden ist. Um das Projekt in der Praxis zu testen, ist eine Kooperation mit Taxis oder Lieferfahrzeugen geplant.

Für das Projekt bilden Hydrologen und Geoinformatiker ein Team. Beteiligt sind das Institut für Kartografie und Geoinformatik (ikg) unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Monika Sester und das Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau (wawi) unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Uwe Haberlandt. Das ikg verarbeitet und analysiert die Daten aus dem Geosensorennetz, mit denen die Niederschlagsmengen aus den Sensordaten ermittelt werden. Das wawi beschäftigt sich mit den Themen Niederschlagsschätzung und räumlicher Interpolation sowie mit der Erfassung und Quantifizierung der Genauigkeit der gewonnenen Daten.

Das Projekt ist eines von zehn DFG-Projekten, die in der Wanderausstellung „Von der Idee zur Erkenntnis“ präsentiert werden; die Schau ist ab dem 23. April im Ministerium für Wissenschaft und Kultur in Hannover zu sehen.

Mechtild Freiin v. Münchhausen

Referat für Kommunikation und Marketing

Giftige und hormonell wirksame Chemikalien gelangen auch durch die normale Haushaltswäsche in deutsche Gewässer. Nach einer neuen Greenpeace-Untersuchung treten bis zu 94 Prozent der Nonylphenolethoxylate (NPE) in Import-Textilien bei der ersten Haushaltswäsche aus.

Bis zu 94 Prozent der Nonylphenolethoxylate (NPE) in Import-Textilien werden nach der ersten Haushaltswäsche freigesetzt.
Im Abwasser bildet sich aus NPE das Umweltgift Nonylphenol (NP). Die Verwendung dieser Chemikalien ist in der EU verboten oder stark eingeschränkt. „Modemarken machen ihre Kunden zu unfreiwilligen Komplizen bei der weltweiten Wasserschmutzung“, sagt Manfred Santen, Chemieexperte von Greenpeace: „Die Branche muss ihre Produktion endlich entgiften.“

Mehr:
http://www.greenpeace.de/themen/chemie/presseerklaerungen/artikel/gefaehrliche_chemie_aus_der_waschtrommel/

Masterarbeit untersucht Regenwasserbehandlung im Einzugsgebiet Radolfzeller Aach: Optimierte Kanalnetzsteuerung soll Stromverbrauch senken und die Aach entlasten.

Nach großen Regenfällen sind die Mitarbeiter der Kläranlage Moos künftig verstärkt mit Messungen an den zehn mit ihr verbundenen Pumpwerken und Regenüberlaufbecken gefordert. Im Rahmen seiner Masterarbeit mit vergleichenden Untersuchungen zum Regenwasserbehandlungskonzept des Einzugsgebiets Radolfzeller Aach hatte Sebastian Nadj vom Ingenieurbüro Raff in Gottmadingen große Diskrepanzen zwischen gemessenen und möglichen Überlaufmengen festgestellt. „Die Ursachenforschung zeigte, dass die Messungen im Abwasserbereich durch anhaftende Gegenstände, Nager und Spinnen in den Kanalsystemen falsche Daten aufzeichneten“, erklärt Sebastian Nadj, der in seiner Arbeit 18 Monate …mehr:

http://www.suedkurier.de/region/kreis-konstanz/moos/Kanalratten-beeinflussen-Messungen;art372450,5416775

Das mit 2,7 Millionen Euro geförderte Projekt „SchussenAktivplus“ untersucht Wirkungen von Klärmaßnahmen.

Wasser ist eine unserer wichtigsten Lebensgrundlagen. Um diese auch zukünftig nachhaltig zu sichern, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den nächsten drei Jahren im Rahmen des Schwerpunktes Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im Wasserkreislauf (RiSKWa) Forschungsprojekte zu diesem Thema. Eines davon ist der von der Universität Tübingen koordinierte Projektverbund SchussenAktivplus. Das Vorhaben umfasst 2,7 Mio. Euro, von denen der Bund 2,3 Mio. Euro übernimmt und das Land Baden-Württemberg eine Viertel Million Euro beisteuert. Den Rest tragen die beteiligten Kommunen und Firmen.

Drei Jahre lang werden 19 Partnereinrichtungen aus Wissenschaft, freier Wirtschaft und öffentlicher Hand im Einzugsgebiet der Schussen, das für den Trinkwasserspeicher Bodensee bedeutsam ist, Untersuchungen durchführen. Dank seines hohen Praxisbezugs ist das Projekt nicht nur für die Region wichtig, sondern auch bundesweit und international als Modell für die Abwasserreinigung und allen damit zusammenhängenden Betrachtungen relevant. „Ziel des Projektes ist es, den Erfolg von weitergehenden Reinigungsmaßnahmen an Kläranlagen unterschiedlicher Größe und an Regenwasserbehandlungssystemen zu dokumentieren und dies nicht nur über Konzentrationen von Chemikalien wie z.B. Arzneimitteln oder Industriechemikalien sowie Keimen, sondern auch über deren Wirkungen“, erklärt Prof. Rita Triebskorn von der Universität Tübingen bei der Auftaktpressekonferenz beim Abwasserzweckverband Mariatal im Landkreis Ravensburg. Die Projektkoordinatorin betont, dass es hierbei darum gehe, „Vorteile nicht nur für den Menschen, sondern auch für Fische und Kleinlebewesen in der Schussen aufzuzeigen.“

Ein wichtiges Testsystem ist die Kläranlage Langwiese, in der nächstes Jahr eine großtechnische Pulveraktivkohleanlage in Betrieb geht. Mit dieser weitergehenden Reinigungsstufe wird die Wasserqualität der Schussen künftig deutlich verbessert. Alternativen hierzu wären Ozon und/ oder granulierte Aktivkohle. Diese Möglichkeiten werden in Eriskirch und Merklingen untersucht. Verbesserungen bei der Regenwasserbehandlung erfassen Messungen in Ravensburg (Regenüberlaufbecken) und Tettnang (Retentionsbodenfilter). Dr.-Ing. Klaus Jedele, Ingenieurbüro JuP aus Stuttgart, der die Anlagen im Projektgebiet betreut, betont: „Im Sinne des Vorsorgeprinzips sollten möglichst viele Mikroverunreinigungen bereits bei der Abwasserreinigung entfernt werden und nicht erst in der Trinkwasseraufbereitung, weil dann auch die Gewässer entlastet werden. Das ist eine zentrale Zukunftsaufgabe.“

In Bezug auf den Bodensee erläutert der stellvertretende Leiter des Instituts für Seenforschung der Landesamt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg LUBW in Langenargen, Dr. Herbert Löffler: „Bei keinem der im Freiwasser nachgewiesenen Spurenstoffe wurden geltende nationale und internationale Grenzwerte überschritten. Zu den langfristigen Auswirkungen dieser Substanzen auf die Umwelt liegen aber nur wenige gesicherte Erkenntnisse vor und einige dieser Stoffe können bereits in sehr geringen Konzentrationen nachteilige Wirkungen auf die aquatischen Ökosysteme haben. Im Trinkwasser sind anthropogene Spurenstoffe generell unerwünscht.“
SchussenAktivplus gehört zu den 13 vom Bund geförderten Projekten, die aus 67 beantragten Verbundvorhaben ausgewählt wurden. Es ist Teil des Förderschwerpunkts Nachhaltiges Wassermanagement NaWaM. In diesem bündelt das BMBF seine Aktivitäten im Bereich der Wasserforschung innerhalb des BMBF-Rahmenprogramms Forschung für nachhaltige Entwicklungen FONA. Beteiligt an dem Projekt sind neben der Universität Tübingen die Universitäten Frankfurt/Main, KIT Karlsruhe, Stuttgart und Brno, das ISF Langenargen, das TZW Karlsruhe, Dr.-Ing. Jedele & Partner GmbH, Stuttgart, Ökonsult GbR, Stuttgart, BBW Achberg, GÖL Starzach, Hydra Konstanz, die Städte bzw. Gemeinden Ravensburg, Eriskirch, Tettnang, Merklingen, der AZV Mariatal, der AV Unteres Schussental sowie das Regierungspräsidium Tübingen.

Kontakt:
Prof. Dr. Rita Triebskorn
Universität Tübingen
Fachbereich Biologie
Physiologische Ökologie der Tiere
Konrad-Adenauer-Str. 20
72072 Tübingen
Telefon +49 7071 75 73 555
rita.triebskorn@uni-tuebingen.de

http://www.uni-tuebingen.de/fakultaeten/mathematisch-naturwissenschaftliche-fakultaet/fachbereiche/biologie/institute/evolutionecology/lehrbereiche/physiologische-oekologie-der-tiere/research/schussenaktivplus.html

Idee:
Das Thema meiner Abschlussarbeit im Fachbereich Bioingenieurwesen entstand aus der Idee, durch den Einbau einer Ammonium-Nitrat-Sonde und die dazugehörige Online-Steuerung den Energieverbrauch einer Kläranlage < 5.000 Einwohner zu senken. Allein in Bayern gibt es insgesamt rund 900 Anlagen ähnlicher Kapazität, mit einer Gesamtausbaugröße von insgesamt 2,3 Millionen Einwohnerwerten. Daraus ergibt sich die große Relevanz dieses Untersuchungsprojektes.
Ein schonender Umgang mit Ressourcen wird in Zukunft immer wichtiger. Ständig steigende Energiekosten und die Bereitstellung von Energie sind nur einige Punkte, die in Zukunft dominant werden. Ziel ist, mit Energie möglichst sparsam umzugehen. Kläranlagenbetreiber, die sich bereits heute auf eine Modernisierung einlassen, erreichen frühzeitig Kosteneinsparung und werden in Zukunft immer größeren Nutzen daraus ziehen.

Innovative Anlagen, wie die Kläranlage dieses Untersuchungsprojekts, nehmen eine Vorreiterrolle ein und sollten als Beispiel für Anlagen dieser Ausbaugröße wahrgenommen werden.
Die Anforderungen an die Reinigungsleistung auch kleinerer Kläranlagen werden immer differenzierter und komplexer. Gemeinden werden große Anstrengungen unternehmen müssen, um die Reinigungsleistungen ihrer Kläranlagen den zukünftigen Anforderungen anzupassen. Besonders wichtig ist, dass der optimale Betrieb dieser Anlagen mit minimalem Energieaufwand und umweltschonend erfolgt. Ständige Modernisierungen und permanent kritische Reflexion der Systemabläufe sind hierzu notwendig. Beim Einbau einer Steuerung ist für eine Gemeinde von etwa 3.000 Einwohner im Hinblick auf die zunächst hohen Investitionskosten relevant, ob diese Modernisierung sinnvoll ist und mit welcher Amortisationsdauer der Kosten zu rechen ist. Ferner soll untersucht werden, ob die Innovation mit einer Ammonium-Nitrat-Sonde auch zu höherer Betriebssicherheit und zur Verbesserung der Ablaufwerte führt.

Untersuchungsobjekt:
Als Untersuchungsobjekt diente eine Kläranlage circa 50 Kilometer nordwestlich von München. Bei dem eingeleiteten Abwasser in die Kläranlage handelt es sich überwiegend um kommunales Schmutzwasser. Die Anlage wird als Schreiber-Gegenstromanlage mit aerober Schlammstabilisierung betrieben und hielt schon zu Projektbeginn die Grenzwerte prozessstabil ein. Die Belüftung der biologischen Reinigung soll in Zukunft so gesteuert werden, dass Nitrifikation und Denitrifikation automatisiert ablaufen. Bei Belastungsspitzen im Zulauf, insbesondere beim Parameter Ammonium- Stickstoff soll die Belüftungszeit und somit die Nitrifikationszeit automatisch verlängert werden.
Der Einbau sowie die Inbetriebnahme der Ammonium-Nitrat-Sonde fand Ende November 2011 statt. Für die neue Steuerungstechnik ist eine genaue Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken von großer Bedeutung, deshalb wurde im Rahmen der Modernisierung, auch die Sauerstoffsonde ersetzt. So bilden die Sonden zur Ermittlung der relevanten Onlineparameter NH₄-N, NO₃-N und O₂ eine Einheit, um mit der erneuerten Steuerungstechnik einen möglichst optimalen O₂-Eintrag in die biologische Reinigungsstufe sicherzustellen, ähnlich der Kläranlagen großer Städte.

Ergebnisse:

Die Versuchskläranlage ist vom Wasserwirtschaftsamt verpflichtet, die nötigen Ablaufanalysen einmal im Monat durchzuführen. Dieser Rhythmus ist bei Anlagen dieser Ausbaugröße durchaus üblich. Um eine zur Beurteilung repräsentativere Datenmenge zu erhalten, wurde der Rhythmus der Analysen im Ablauf der Kläranlage ab September 2011 auf zweimal pro Woche angehoben.
Die durch den Einbau der Ammonium-Nitrat-Sonde und der dazugehörigen Steuerungstechnik eingeleitete Veränderung der Bedingungen im Belebungsbecken sorgte für eine Verbesserung der gemessenen Ablaufwerte in Bezug auf den abwasserabgabenrelevanten Parameter Nges. Dies hat positive Auswirkungen auf den Vorfluter und ist ein aktiver Beitrag zum Umweltschutz. Darüber hinaus kann auch mit einer Senkung der Abgaben nach dem Abwasserabgabengesetz für den Parameter Nges. gerechnet werden.

Nach dem Einbau der Ammonium-Nitrat-Sonde und der dazugehörigen Steuerungstechnik konnte der Stromverbrauch für den Betrieb der Gebläse der biologischen Reinigungsstufe der Kläranlage in erfreulichem Umfang reduziert werden. Zur Hochrechnung der Energieersparnis dienten als Basis zum Untersuchungszeitraum Dezember 2011 bis Februar 2012 analog die Monate Dezember bis Februar der fünf vorangegangen Jahre.

Fazit:
Die im Rahmen des Untersuchungsprojekts durchgeführte Modernisierung der Kläranlage (3.000 EW) ist ein großer Erfolg für den Umweltschutz. Sie führt zu einer deutlichen Entlastung des Vorfluters und vergrößert die Kapazität der Anlage. Unter ökonomischen Gesichtspunkten ist die Optimierung der Anlage, allein im Hinblick auf die Energieersparnis, eine rentable Investition. Darüber hinaus ist auf Grund der Verringerung des Parameters N_ges. im Ablauf der Kläranlage mit zukünftigen Einsparungen an Abgabekosten nach dem Abwasserabgabegesetz zu rechnen.

Sollten Sie Interesse an dieser Abschlussarbeit (Note 1,0) haben und diesen Erfahrungsbericht über den Verlauf sowie die detaillierten Ergebnisse des Projekts kennenlernen wollen, so stehe ich gerne zur Verfügung. Es kann auch ein Exemplar gegen Aufwandsentschädigung erworben werden.
Vielen Dank für Ihr Interesse.

Autor:
Ralf Feuchtenberger, cand. Bioingenieur (FH)

Kontaktmöglichkeit:
klaeranlagenoptimierung@gmx.de