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Die Phosphor-Krise: Wenn der Baustoff allen Lebens sich dem Ende neigt

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Phosphor ist ein nicht ersetzbarer Grundbaustoff für Organismen – Menschen, Tiere und Pflanzen können ohne das chemische Element nicht existieren. Ihm verdanken wir die Festigkeit unsere Zähne und Knochen. Er fördert den Energiefluss in den Muskeln und aktiviert aufgenommenes oder enthaltenes Kalzium. Auch in der Landwirtschaft wird Phosphor als Futtermittel, zur Wachstumssteigerung von Pflanzen oder als Dünger in der Fleischproduktion verwendet. Das Element hat jedoch einen Nachteil – es gibt keine Alternative.

Phosphor lässt sich weder synthetisch herstellen, noch kann er durch andere Stoffe ersetzt werden. Experten sprechen daher von einer Phosphor-Krise, die die künftige Nahrungsmittelproduktion gefährden könnte. Die zunehmenden Bevölkerungszahlen, der steigende Energieverbrauch und der hohe Fleischkonsum zeigen, dass die Notwendigkeit der Rückgewinnung des Elements Phosphor wichtiger denn je sei.

Wissenschaftler des Instituts für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden unter der Leitung von Frau Prof. Christina Dornack widmen sich in ihrer Forschung unter anderem dem Recycling von phosphorhaltigen Abfällen. Für die Rückgewinnung wurden bereits einige Verfahren entwickelt: Die Kristallisation und Fällung als Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) aus Abwasser oder die thermochemische Rückgewinnung aus der Verbrennungsasche. Laut Aussagen des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit kann theoretisch aus Abwasser und Klärschlamm gewonnenes Recyclingphosphat bis zu etwa 60 Prozent der Importe an Mineraldüngephosphat substituiert werden. Die Verfahren sind hinsichtlich ihres Rückgewinnungspotenzials und der Qualität des Produkts allerdings unterschiedlich zu bewerten. Auch wenn nur wenige dieser Verfahren bisher großtechnisch umgesetzt wurden, ist eine Verfahrensvielfalt von großer Bedeutung. Zum einen, um auf die unterschiedlichen Randbedingungen und Fragestellungen zu reagieren und zum anderen, um weitere Aspekte des Ressourcen- und Umweltschutzes künftig voranzutreiben. Dafür ist eine Vernetzung von Wissenschaft und Praxis erforderlich, die am Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten praxisnah erforscht wird und das Schließen von Kreisläufen ermöglicht.

Seit 20 Jahren arbeiten Wissenschaftler des Instituts für Abfallwirtschaft und Altlasten an der Bereitstellung hochwertiger Sekundärrohstoffe aus Reststoffen und widmen sich in Lehre und Forschung dem integrierten Wassermanagement im Klimawandel und den Einsparungen durch moderne Recyclingtechnologien mit der Nah-Infrarot-Technologie.

Exzellente Forschung braucht jedoch Raum. Raum für weitreichende Kenntnisgewinne. Diesen bietet die renovierte TUD-Außenstelle in Pirna-Copitz, die am 1. Oktober eingeweiht wurde. Das in den 1930er Jahre erbaute Gebäude sowie das Außengelände wurden im Auftrag vom Staatsbetrieb Immobilien- und Baumanagement (SIB) renoviert und dabei zum Teil neukonzipiert. Künftig haben Wissenschaftler und Studierende für ihre Arbeit reichlich Platz sowie ausreichende Kapazitäten für Forschungsreaktoren und Versuchsstände. „Wir blicken auf eine erfolgreiche 20jährige Geschichte zurück, die durch einen stetigen Wandel gerade im Bewusstsein zur Ressourcenschonung und Abfallvermeidung geprägt war und nach wie vor ist. Die Mitarbeiter des Instituts entwickeln mit ihren nationalen und internationalen Partnern aus Wissenschaft und Praxis inspirierende Visionen und möchten dies mit einem Festakt zum 20jährigen Jubiläum honorieren“, so die Professorin Christina Dornack. Der Wandel spiegelt sich nicht nur im neuen Gewand des Gebäudes wider.

Zum 1. Oktober hat sich das Institut in Institut für Abfall- und Kreislaufwirtschaft umbenannt, um so dem Kreislaufgedanken, der bereits in Forschung und Lehre fest verankert ist, auch im Namen Rechnung zu tragen.

Web: www.tu-dresden.de/fghhiaa/

 

 

Bärtierchen überleben sogar im All Gekocht

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Gekocht, gefroren, im All: Mit ihren Überlebensmechanismen beeindrucken Bärtierchen immer wieder Forscher. Nun wird den Winzlingen ein weiteres Geheimnis abgerungen.

Bärtierchen sind quasi unzerstörbar, sie überleben als einzige bekannte Tierart selbst im Vakuum des Alls. Forscher haben nun ein weiteres Extrem der tapsigen Winzlinge gefunden: Sie haben so viel fremde DNA …mehr:

http://www.n-tv.de/wissen/Baertierchen-ueberleben-sogar-im-All-article16424421.html
 

 

Aus der EU-Rumänien

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Rumänien plant Großprojekte in der Wasserinfrastruktur

Das rumänische Ministerium für EU-Fördermittel als Management-Behörde für das Operationelle Programm (OP) Großinfrastruktur 2014 bis 2020 hat Ende März die Richtlinien für die Entwicklung der integrierten Wasser- und Abwasser- Infrastruktur begeben. Zudem veröffentlichte es vier Projektaufrufe mit einem Gesamtbudget von circa 2,8 Milliarden Euro (12,7 Milliarden Lei). Dies berichtete Mitte Mai GTAI Germany Trade and Invest. Die Richtlinie für die Wasser- und Abwasserinfrastruktur (http://www.fonduri- ue.ro/poim-2014#implementareprogram, Prioritätsachse 3, Spezifisches Ziel 3.2) soll die Fortsetzung der Investitionen im Bereich Wasser und Abwasser sicherstellen, die durch die Vorbeitrittsprogramme und das OP Umwelt 2007 bis 2013 gestartet worden sind. Das Hauptziel der Projekte besteht darin, die meisten Kommunen mit Wasser und Kanalisation entsprechend den europäischen Normen zu versorgen. Die vier Aufrufe von Projektvorschlägen zielen vor allem auf zwei Bereiche. Zum einen handelt es sich um neue integrierte Projekte zur Entwicklung der Wasser- und Abwasserinfrastruktur. Das betrifft die Fertigstellung der Investitionen in den Städten und die Erweiterung der Wasser- und Abwassersysteme mit Blick auf ländliche Gebiete zur Anpassung der kleineren Städte und Kommunen an die EU-Normen. Zum anderen betrifft es integrierte noch nicht fertiggestellte Projekte in Etappen. Dabei geht es um die Fortsetzung der Investitionen aus der Förderperiode 2007 bis 2013, die bis 2015 nicht fertiggestellt und von der EU zur etappenweisen Durchführung genehmigt worden sind. Weitere zwei Aufrufe beziehen sich auf die Entwicklung eines Labors auf Landesebene für die Verbesserung des Monitoring des abgeleiteten Wassers und der Qualität des Trinkwassers sowie die Unterstützung zur Vorbereitung des Projektportfolios für die Zeit 2014 bis 2020 und nach 2020 (technische Hilfe).

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EU-Kommission fordert Rumänien auf, gegen die schlechte Bewirtschaftung seiner Abfalldeponien vorzugehen

Die Europäische Kommission fordert Rumänien dringend auf, gegen die schlechte Abfallbewirtschaftung vorzugehen. Nach den EU-Abfallvorschriften (Richtlinie 2008/98/EG) mussten alle Deponien, die den vereinbarten Standards nicht genügten, bis zum 16. Juli 2009 geschlossen und saniert werden. Rumänien hat zwar einige Fortschritte gemacht, muss jedoch nach Auffassung der Kommission noch 109 illegale Abfalldeponien schließen und sanieren (65 kommunale Deponien, 27 industrielle Deponien für gefährliche Abfälle und 17 industrielle Deponie für nicht gefährliche Abfälle). Auch wenn Rumänien angibt, dass diese Deponien nicht mehr in Betrieb seien, so stellen sie laut EU-Kommission doch eine Gefahr für die menschliche Gesundheit und die Umwelt dar. Nach Übermittlung einer zusätzlichen mit Gründen versehenen Stellungnahme im September 2015 muss Rumänien binnen zwei Monaten reagieren, andernfalls kann die Kommission Klage vor dem Gerichtshof der Europäischen Union erheben.

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Neue Software für die Umweltbewertung von Kläranlagen

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Das nationale Forschungsinstitut für Agrar- und Umwelttechnik (IRSTEA) hat eine neue Software, ACV4E, zur Bewertung der Umweltbelastungen von Kläranlagen entwickelt [1].

Ziel der Software ist es, 18 mögliche, durch Kläranlagen verursachte Umweltbelastungen zu identifizieren und zu quantifizieren. Mit Hilfe von ACV4E können Modelle gebaut und Szenarien von Kläranlagen erstellt und anschließend bewertet werden. Die Informatiker des IRSTEA haben vier Anwendungsbereiche für die Software definiert:

– Auswahl zwischen mehreren Alternativen (eine zentrale oder mehrere dezentrale Anlagen?)
– umweltgerechte Gestaltung: frühzeitige Identifizierung der Umweltbelastungen
– umweltgerechte Nutzung: Identifikation von Prozessen mit der höchsten Umweltbelastung
– Benchmarking: Vergleich von Lösungen mit Hilfe einer Datenbank von bereits existierenden Systemen und Simulationsmodellen.

Zwischen 2012 und 2014 wurde die Software bereits in sieben Gemeinden getestet, darunter kleinere wie Sarrians und Puguet-ville, aber auch größere wie Montpellier. Dank der mit Hilfe der Software erhaltenen Ergebnisse war es leichter eine Entscheidung darüber zu treffen, welche Art von Kläranlage sich am besten für die jeweilige Gemeinde eignet – eine zentralisierte (alle Einwohner sind an die selbe Station angeschlossen) oder eine dezentralisierte. ACV4E kommt derzeit in mehreren Ingenieurbüros für letzte Tests zur Anwendung. Auf diese Weise werden Feedbacks von potenziellen Kunden für die spätere Vermarktung gewonnen.

Die Software hat bei der Umweltfachmesse World Efficiency in Paris einen Preis der französischen Organisation für Umwelt- und Energiewirtschaft (ADEME) bekommen, der die Exzellenz des Vorhabens und der Forschung belohnt.

[1] ACV4E steht für (auf Französisch) „Analyse Cycle de Vie – 4E Evaluation Environnementale Epuration Eau“: Lebenszyklusanalyse – Umweltbewertung der Wasseraufbereitung

Weitere Informationen:
– Webseite des IRSTEA (auf Englisch und Französisch): www.irstea.fr
– Webseite von World Efficiency (auf Englisch und Französisch): https://www.agence-france-electricite.fr/actualites/world-efficiency-solutions/

Quelle: „Evaluer l’impact environnemental des systèmes d’assainissement : un logiciel primé“, Pressemitteilung des IRSTEA, 16.10.2015 – http://www.irstea.fr/toutes-les-actualites/departement-ecotechnologies/logiciel-…

Redakteur: Sean Vavasseur, sean.vavasseur@diplomatie.gouv.fr

Weitere Informationen:
http://www.wissenschaft-frankreich.de/

ISWA: Phosphat-Angeln auf dem Prüfstand

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Wissenschaftler aus Stuttgart, Karlsruhe und Würzburg haben im Auftrag der Baden-Württemberg Stiftung ein Verfahren entwickelt, um den Rohstoff Phosphat mithilfe magnetischer Mikropartikel aus dem Abwasser zu fischen. In einer aktuellen Studie stellen die Forscher zwei Materialien vor, die sich besonders gut für die Beschichtung der Partikel eignen.

Phosphat ist für alle Lebewesen ein essenzieller Nährstoff. Mit wachsender Weltbevölkerung steigt auch der Bedarf an phosphathaltigen Düngemitteln, für die gut 80% des weltweit geförderten Phosphats verbraucht werden. Während der Vorrat an Rohphosphat zunehmend verknappt, reichert sich der Nährstoff im Abwasser an – mit negativen Folgen für die Umwelt, wie zum Beispiel dem unerwünschten Wachstum von Algen in stehenden Gewässern.
Die meisten gängigen Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphat aus dem Abwasser sind mit einem hohen Verbrauch an Chemikalien verbunden. Eine Ausnahme bildet ein Verfahren namens „SuPaPhos“, in dessen Entwicklung die Baden-Württemberg Stiftung im Rahmen ihres über 4 Millionen Euro schweren Programms „Umwelttechnologieforschung“ investiert. Um den Nährstoff unter minimalstem Chemikalieneinsatz aus dem Wasser zu fischen, haben die Wissenschaftler hinter dem Projekt spezielle, 20 Mikrometer große Partikel entwickelt, die sich auf zweifache Weise auszeichnen: Zum einen sind die Partikel magnetisierbar. Dadurch lassen sie sich mithilfe eines Magneten jederzeit auf einfache Weise wieder aus dem Wasser entfernen. Zum anderen ist die Hülle der Kügelchen so konstruiert, dass sich das Phosphat gut daran anlagern, aber auch wieder abgelöst werden kann. Dies ermöglicht einen wiederholten Einsatz der Partikel im Klärbecken (siehe Grafik).

Großes Interesse am Verfahren
Das Verfahren, bei dem Ingenieure vom Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart und des Karlsruher Instituts für Technologie mit Chemikern vom Fraunhofer Institut für Silicatforschung in Würzburg und Bronnbach kooperieren, hat bereits viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen: Im vergangenen Jahr erhielt Dr. Karl Mandel, der im Rahmen seiner Promotion entscheidend zur Entwicklung der Mikropartikel beigetragen hat, hierfür den mit 25.000 Euro dotierten Studienpreis der Körber-Stiftung. Die Baden-Württemberg Stiftung sieht in der Technologie so großes Potenzial, dass sie diese gleich in mehreren Ländern zum Patent angemeldet hat.

Gute Ergebnisse bei Versuchen im großen Maßstab
Die Wissenschaftler stehen aktuell vor der Herausforderung, das Verfahren zu optimieren und zu demonstrieren, dass es auch im großen Maßstab funktioniert. Im Zuge der Optimierung hat Asya Drenkova-Tuhtan am Stuttgarter ISWA mit ihren Kollegen aus einer Reihe von Metallhydroxiden diejenigen identifiziert, die sich am besten für die Beschichtung der Mikropartikel eignen. „Insgesamt hatten wir über 50 Verbindungen im Test“, sagt Frau Drenkova-Tuhtan. „Auf Basis der Stabilität und der Phosphoreliminationsleistung haben wir 13 dieser Materialien ausgewählt, um sie genauer zu untersuchen.“

Sowohl mit destilliertem Wasser, das sie mit Phosphat angereichert hatten, als auch mit kommunalem Abwasser testeten die Wissenschaftler, wie schnell diese Materialien welche Mengen an Phosphat aufnehmen. Je nach Zusammensetzung des Materials hafteten bei neutralem pH-Wert innerhalb einer Stunde zwischen 32 und 47 Milligramm Phosphor pro Gramm Adsorber an.

Die beste Leistung zeigten dabei zwei Materialien, die den Schlüsselbestandteil Zink enthielten, und zwar Zink-Eisen-Zirkon- und Calcium-Zink-Eisen-Zirkon-haltige Hydroxide. An diesen haftete das Phosphat nicht nur verhältnismäßig spezifisch in großen Mengen an. In einem Bad aus verdünnter Natronlauge löste sich das Phosphat auch gut wieder ab. So konnten die Wissenschaftler den Prozess über 50mal wiederholen, ohne dass es zu einem Materialverschleiß kam.

Als nächstes planen die Forscher am ISWA, mit einem Kilogramm Zink-Eisen-Zirkon-Hydroxid-beschichteter Partikel einen Pilotversuch durchzuführen. Damit lassen sich über 400 Liter Abwasser von ihrer Phosphatfracht befreien. Um die Phosphat-beladenen Partikel wieder aus dem Abwasser zu entfernen, steht bereits ein Magnet-Trommelabscheider am Stuttgarter ISWA.

„Wenn die Aufskalierung des Verfahrens funktioniert, könnte man es in kommunalen Kläranlagen einsetzen und damit den Phosphatgehalt des Abwassers unter die Bestimmungsgrenze senken“, sagt Asya Drenkova-Tuhtan. „Darüber hinaus eignet sich die Methode sogar für Industrieabwässer, die über 50 mal mehr Phosphat enthalten können als kommunales Abwasser.“

Unter folgendem Link können Sie die Originalveröffentlichung der Wissenschaftler herunterladen: http://authors.elsevier.com/a/1Rxh53IywTyHs4

Im Jahresbericht der Baden-Württemberg Stiftung (http://www.bwstiftung.de/uploads/tx_news/Jahresbericht_2013_final_01.pdf) erklärt Ingenieur Carsten Meyer, warum es so wichtig ist, das Phosphat aus dem Abwasser zurück zu gewinnen.

Einen anschaulichen Bericht über die Strategie der Phosphat-Fischer finden Sie in der „bild der wissenschaft“ Sonderpublikation „Weitblick“. (http://www.bwstiftung.de/uploads/tx_news/BdW-WeitBlick.pdf).

Weitere Informationen:
http://authors.elsevier.com/a/1Rxh53IywTyHs4

 

 

 

Vom Klärwerk zum Kraftwerk

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Quelle: klärwerk.info CS

Das Kompetenzzentrum Wasser Berlin koordiniert das im Juli 2015 gestartete Europäische Forschungs- und Demonstrationsvorhaben POWERSTEP.
Das Ziel: Wie können bestehende Kläranlagen vom Energieverbraucher zum -erzeuger umgerüstet werden?

Der Energieinhalt von Abwasser ist eine bisher wenig beachtete Energiequelle, die es zu nutzen gilt.
Unter diesem Motto ist im Juli 2015 unter der Leitung des Kompetenzzentrums Wasser Berlin das europäische Verbundforschungsvorhaben POWERSTEP gestartet. 15 europäische Partner, führende Forschungseinrichtungen und Unternehmen, arbeiten hier gemeinsam an einem Ziel: Kläranlagen, die bisher zur Abwasserreinigung noch Energie benötigen, zu Energieerzeugern zu machen. Selbstverständlich soll dies nicht auf Kosten der Reinigungsleistung gehen.

Kombination von bewährter Technik mit Innovationen.
Kernaktivität des Projektes ist die Implementierung bewährter aber auch neuer Technologien auf großen konventionellen Kläranlagen in Deutschland, Schweden, Dänemark, Österreich und der Schweiz ab Mitte 2016:

– Abtrennung von energiereichem organischen Kohlenstoff aus dem Rohabwasser (Mikrosiebung oder Biosorption)
– Anwendung von innovativen Verfahren der Stickstoffentfernung (Deammonifikation im Hauptstrom, Wasserlinsen-Bioreaktor)
– Steigerung der Biogasausbeute mit „Power-to-Gas-Technologie“ und Netzanbindung über „smart grids“
– Energiegewinnung aus Abwärme (thermoelektrische Systeme zur Energierückgewinnung in BHKWs, Dampf-Kreislauf nach Rankine, Wärmespeicherkonzepte)
– Innovative Prozesswasseraufbereitung (Nitritation, Membranstrippung).

Die Umrüstung von Kläranlagen ist wirtschaftlich sinnvoll.
Eine Umrüstung der Abwassertechnik führt letztlich zu einer Steigerung der regionalen Energieerzeugungskapazitäten. Derzeit sind Klärwerke für ungefähr 1 % des gesamten Stromverbrauchs in Europa verantwortlich und haben meist den größten Anteil an den Stromkosten von kommunaler Infrastruktur (über 30%). Mit einer umfassenden Umrüstung aller europäischen Klärwerke und einer Nutzung des chemischen Energiepotenzials von 87.000 GWh pro Jahr in Europa könnte mit den POWERSTEP-Konzepten Strom in der Größenordnung von bis zu 12 großen Kraftwerken erzeugt werden.

POWERSTEP: Projektvolumen € 5.2 Millionen – 15 Partner – Laufzeit: 2015-2018

POWERSTEP wird gefördert im Europäischen Programm für Forschung und Innovation „Horizon 2020″ unter dem Förderkennzeichen n°641661.

Koordinator:
Christian Loderer – Christian.Loderer@kompetenz-wasser.de
Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH
+49 30 53653 806

Weitere Informationen:
http://www.powerstep.eu

Eawag-Infotag 2015: 100 Kläranlagen müssen aufrüsten

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Am 1. Januar 2016 tritt das neue Gewässerschutzgesetz in Kraft. Dies hat zur Folge, dass Kläranlagen an belasteten Gewässern während der nächsten 20 Jahre eine zusätzliche Reinigungsstufe gegen Spurenstoffe einbauen müssen. Das erfordert Investitionen in Milliardenhöhe, verbessert jedoch auch den Schutz der Trinkwasserressourcen. Es trafen sich in Lausanne rund 200 Fachleute aus Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft zum jährlichen Infotag der Eawag und tauschten sich über die aktuellen Herausforderungen bei der Umsetzung des Gesetzes und die neusten Forschungsergebnisse aus.

In unserem Abwasser befinden sich zahlreiche Mikroverunreinigungen. Darunter Hormone, Kosmetika, Medikamente oder Biozide. Trotz des guten Ausbaustandards der Abwasserreinigungsanlagen belasten diese Substanzen unsere Gewässer. Das neue Gewässerschutzgesetz hat zur Folge, dass bei grossen Kläranlagen und bei Kläranlagen an besonders belasteten Gewässern technische Massnahmen zur Entfernung von organischen Spurenstoffen vorgenommen werden müssen. Das betrifft rund 100 der über 700 ARA in der Schweiz.
Die Eawag – das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs – war wesentlich daran beteiligt, die Qualitätsstandards für die Gewässer zu erarbeiten und effiziente technische Massnahmen für die Kläranlage zu entwickeln. Am diesjährigen Infotag der Eawag, der an der EPFL in Lausanne stattfand, verschafften sich rund 200 Fachleute aus Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft einen Überblick über die aktuelle Situation in der Schweiz und den neusten Stand der Forschung im Bereich der Elimination von Spurenstoffen.

Die Richtung stimmt
Der Tenor der Veranstaltung war klar: Der Weg, den die Schweizer Politik eingeschlagen hat, geht in die richtige Richtung, parallel dazu gilt es, die Forschung weiter voranzutreiben. «Mit dem Bau zusätzlicher Reinigungsstufen zur Elimination von Spurenstoffen in ausgewählten ARA übernimmt die Schweiz international eine Pionierrolle im Gewässerschutz», erklärte Michael Schärer, Leiter der Sektion Gewässerschutz beim Bundesamt für Umwelt. Damit werde der Schutz der aquatischen Lebensgemeinschaften und der Trinkwasserressourcen verbessert.
Christa McArdell, Gruppenleiterin in der Eawag-Abteilung «Umweltchemie», zeigte in ihrem Referat auf, wie wichtig es sein kann, auch in Zukunft im Bereich der Analytik neue Fortschritte zu erzielen. So habe beispielsweise eine erst kürzlich beendete Studie der Eawag gezeigt, dass Insektizide trotz tiefer Anwendungsmengen in den Gewässern viel bedeutsamer seien, als von den heute gängigen Monitoring-Programmen erkannt werde.

Aktuelle Forschungsergebnisse
Zwei Verfahren haben sich bei der Entfernung der Spurenstoffe aus dem Abwasser bewährt: Die Ozonung und die Behandlung mit Pulveraktivkohle. Im Rahmen von verschiedenen Forschungsprojekten wird derzeit jedoch auch untersucht, ob die biologische Abwasserreinigung, die heute in den ARA zum Standard gehört, nicht noch weiter optimiert werden könnte, um den Abbau von Mikroverunreinigungen zu verbessern. Eawag-Forscher Adriano Joss, der am EU-Forschungsprojekt Athene beteiligt ist, zieht ein ernüchterndes Fazit: «Nach dem aktuellen Stand unseres Wissens gibt es nach wie vor kein biologisches Verfahren, das die Spurenstoffe ausreichend aus dem Abwasser eliminiert.» Deshalb gelte nach wie vor: Die biologische Stufe in kommunalen Kläranlagen sollte mit einer nachgeschalteten Stufe – also einer Ozonung oder Aktivkohlebehandlung – ergänzt werden, um die Zielvorgaben zu erreichen. Joss: «Die Strategie, die der Bund eingeschlagen hat, ist also richtig.» Die Einführung der so genannten vierten Reinigungsstufe biete zudem auch eine Chance für den Wissens- und Industriestandort Schweiz.
Neu werde jedoch auch über eine Kombination der beiden Verfahren nachgedacht. Joss: «Je nach Standort kann dies sogar zu tieferen Kosten führen, wenn man den Betriebsaufwand mitrechnet.» Solche Fragen würden derzeit in Forschungsprojekten abgeklärt. Unter anderem arbeitet Joss mit der ARA ProRheno (Stadt Basel) zusammen, welche im Moment eine Kombination der beiden Verfahren in einer Pilotanlage überprüft. Auch für Standorte, an denen nur eine reduzierte Ozonung möglich sei, sei ein Kombi-Verfahren eine mögliche Lösung. Damit bezog er sich auf die neuesten Forschungsresultate von Urs von Gunten, der an der Eawag und der ETH Lausanne Verfahren zur Elimination von Mikroverunreinigungen erforscht.

Nicht jedes Abwasser eignet sich für eine Ozon-Behandlung
«Die Ozonung ist ein Verfahren, das im Allgemeinen sehr gut funktioniert», sagte von Gunten. An einigen Standorten mache es jedoch Sinn, genauer hinzuschauen. Bei speziell belasteten Abwässern, etwa aufgrund von Einleitungen aus Industrie oder Gewerbe, können bei diesem Verfahren ökotoxikologisch problematische Oxidationsnebenprodukte entstehen. Von Gunten: «Enthält das Wasser beispielsweise hohe Konzentrationen Bromid, bilden sich bei der Ozonung möglicherweise zu hohe Konzentrationen des potenziell krebserregenden Bromats.» Der Umweltchemiker und sein Team haben einen fünfstufigen Test entwickelt, mit dem sich beurteilen lässt, ob sich ein Abwasser für eine Ozonbehandlung eignet oder nicht. «Der Test bietet den Behörden eine Entscheidungshilfe beim Ausbau von Kläranlagen», sagt von Gunten.

Finanzierung der Investitionen
Der Ausbau der Kläranlagen wird durch eine verursachergerechte, bis 2040 befristete Abwasserabgabe ermöglicht. Jede ARA zahlt pro angeschlossenem Einwohner 9 Franken an den Bund. Damit lassen sich 75 Prozent der notwendigen Erstinvestitionen von total 1,2 Milliarden Franken finanzieren. Sobald eine ARA mit der zusätzlichen Reinigungsstufe ausgerüstet ist, ist sie von der Abgabepflicht befreit.
Philippe Vioget, Leiter des Fachbereichs Wasserqualität, Oberflächengewässer und Abwasserreinigung der Generaldirektion Umwelt des Kantons Waadt, warf ein Schlaglicht auf die Herausforderungen der Kläranlagen in seinem Kanton. Um die Vorgaben des Bundes zur Elimination von Mikroverunreinigungen zu erreichen, werde in seinem Kanton der Ausbau von 14 regionalen Kläranlagen diskutiert, bei denen die biologische Stufe zusätzlich durch eine Stickstoffbehandlung (Nitrifikation) ergänzt werden soll. Diese würde jedoch im Gegensatz zu den zusätzlichen Reinigungsstufen für Mikroverunreinigungen nicht vom Bund finanziert. Daher sei eine Finanzhilfe des Kantons Waadt eine wichtige Voraussetzung, um den Aufwand für die Gemeinden erträglich zu gestalten.

http://www.eawag.ch/de/news-agenda/news-plattform/news/news/eawag-infotag-2015-100-klaeranlagen-muessen-aufruesten/?tx_news_pi1%5Bcontroller%5D=News&tx_news_pi1%5Baction%5D=detail&cHash=86d12fe219ba7654213d446286358fb3

Die Berliner Projekte ASKURIS und IST4R

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Am 14. September 2015 fand an der Technischen Universität Berlin die Abschlussveranstaltung der Verbundprojekte ASKURIS und IST4R statt. Unter Leitung von Projektkoordinator Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel (Tel. +49 (0)30 314-25058, martin.jekel@tu-berlin.de) wurden in Vorträgen die Ergebnisse des Projekts vorgestellt und diskutiert.
Projektlaufzeit: 1. November 2011 bis 30. April 2015

Die einzelnen Präsentationen findet man unter: http://www.askuris.tu-berlin.de/

Die Berliner Projekte ASKURIS und IST4R
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_gnirss.pdf

Nachweis von Spurenstoffen im Berliner Wasserkreislauf
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_duennbier.pdf

Fortschritte in der Non-Target-Analytik
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_schulz.pdf

Resistente Krankheitserreger im Wasserkreislauf
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_boeckelmann.pdf

Laborversuche zur Einschätzung der Spurenstoffentfernung mittels Aktivkohle
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_zietzschmann.pdf

Pilotuntersuchungen verschiedener Nachbehandlungsstufen bei der Ozonung
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_miehe.pdf

Pilotuntersuchungen zur Dosierung von Pulveraktivkohle in eine separate Adsorptionsstufe
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_meinel.pdf

Pulveraktivkohledosierung und Flockungsfiltration zur kombinierten Entfernung von anthropogenen organischen Spurenstoffen und Phosphor
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_altmann.pdf

Szenarien und Kosten verschiedener Verfahrensoptionen zur Spurenstoffentfernung
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_sperlich.pdf

Ökobilanz verschiedener Verfahrensoptionen zur Spurenstoffentfernung
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_remy.pdf

Spurenstoffe im Menschen
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_reemtsma.pdf

Wirkungen auf Mensch und Umwelt
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_grummt.pdf

Wahrnehmung von Spurenstoffen und Risikoverhalten
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_baur.pdf

Zusammenfassung ASKURIS und IST4R
http://www.askuris.tu-berlin.de/fileadmin/fg82_askuris/beitrag_jekel.pdf

In seiner Zusammenfassung geht Herr Jekel noch mal auf folgende Punkte ein:

– Analytik
– Technologien
– Ozonung
– Aktivkohle
– Verfahrensvergleich
– Wirkungen
– Kosten
– Erreichen wir die Ziele?
– Restkonzentrationen und UQN
– OWA Tegel – PAK mit Pilotanlage
– Diclofenac in der Ozonung
– Risiko
– Allgemein
– Verbreitung

Wir danken dem BMBF, der EU, dem Berliner Senat und den BWB für die Förderung der Vorhaben.

Das Projekt ASKURIS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert und durch die Berliner Wasserbetriebe, den Zweckverband Landeswasserversorgung Stuttgart sowie das Kompetenzzentrum Wasser Berlin mitfinanziert.

Es ist Teil des Förderschwerpunkts Nachhaltiges Wassermanagement NaWaM. Darin bündelt das BMBF seine Aktivitäten im Bereich der Wasserforschung innerhalb des BMBF-Rahmenprogramms Forschung für nachhaltige Entwicklungen FONA.

Zusammenfassung: Anne Brenneisen Redaktion www.Klärwerk.info

Neues Konzept soll helfen, Prioritäten im Gewässermanagement zu setzen

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Grundprinzip der meisten Strategien zur Renaturierung von Ökosystemen ist es, über die Wiederherstellung natürlicher Lebensraumstrukturen die biologische Vielfalt zu erhöhen und die Ökosystemleistungen zu verbessern. Oft bringen diese Projekte nicht den gewünschten Erfolg, weil die ökologischen Zusammenhänge zu komplex sind, um sie zu durchschauen und aus der Fülle ökologischer Faktoren diejenigen herauszufinden, die im konkreten Fall Priorität haben. Wissenschaftler der University of Montana und des UFZ haben nun ein theoretisches Konzept entwickelt – das Konzept der ökologischen Simplifizierung – das diese Lücke schließen soll. Exemplarisch getestet haben sie es in Flusslandschaften.

Eigentlich hört es sich einfach an: Um in unseren Flüssen die ursprüngliche hohe Artenvielfalt wieder herzustellen, sollten sie renaturiert, also in den ursprünglichen Zustand rückversetzt werden. Doch so einfach ist es nicht: In der Praxis sind diesem Bemühen oft Grenzen gesetzt, zum Beispiel durch historisch/kulturelle oder ökonomische Faktoren. Hinzu kommt, dass es für die Handelnden vor Ort ungemein schwer ist, aus dem Wust an ökologischen Faktoren, diejenigen herauszufinden, die aus ökologischer Sicht Priorität haben. Viel zu oft werden Handlungsprioritäten nach technischer und finanzieller Machbarkeit festgelegt. Das führt dazu, dass aufwendige Renaturierungsmaßnahmen oft nicht den gewünschten Erfolg bringen. Wie aber sehen die richtigen Maßnahmen aus? Welche Prioritäten sollten gesetzt werden?

Um Entscheidungshilfen zu geben, haben die Forscher das Konzept der ökologischen Simplifizierung entwickelt und exemplarisch an zwei Flusslandschaften getestet. Das Konzept geht davon aus, dass natürliche Flusslandschaften eine hohe Komplexität haben. Diese setzt sich aus unterschiedlichen Komponenten zusammen, insbesondere der räumlichen Heterogenität, der Konnektivität zwischen räumlichen Kompartimenten sowie der historischen Hinterlassenschaft. Menschliche Aktivitäten beeinflussen diese Komponenten in unterschiedlicher Weise und reduzieren die Komplexität. Das heißt sie simplifizieren das System und verkleinern damit die Anzahl an ökologischen Nischen, in denen Arten zusammen existieren können. Durch die systematische Betrachtung dieser Komplexitätskomponenten können Ursachen der Simplifizierung erkannt und durch Gegenmaßnahmen behoben werden. So macht es für die Wahl von effizienten Managementmaßnahmen einen großen Unterschied, ob die ökologischen Probleme etwa von einer Umgestaltung des Lebensraums durch Verbauung herrühren oder etwa von einer historischen Belastung durch Chemikalien beziehungsweise von einer Invasion gebietsfremder Arten.

Im Fallbeispiel haben die Wissenschaftler zwei Flüsse näher unter die Lupe genommen, die sich vor allem durch die Dauer der menschlichen Einflussnahme unterscheiden: Ein Flussabschnitt des Missouri River im östlichen Montana (USA) mit vergleichsweise geringer menschlicher Einflussnahme, und die Elbe. Sie fließt durch dicht besiedelte Gebiete mit intensiver landwirtschaftlicher Nutzung, ist als wichtige Schifffahrtstraße ausgebaut und deren Auen sind in weiten Teilen vom Fluss entkoppelt.

Dabei zeigte sich zum Beispiel, dass künstliche Uferbauwerke wie die Buhnenfelder an der Elbe mit Blick auf die biologische Vielfalt optimiert werden können. Haben sie die „richtige“ Form, können sie ökologische Nischen schaffen und die Artenvielfalt erhöhen. Der Vergleich der beiden Flüsse zeigt, dass sich damit zwar nicht die ursprüngliche Nischendiversität eines natürlichen Standortes in vollem Umfang herstellen lässt. Dennoch nähern sich bestimmte Parameter, wie z.B. die Nahrungsvielfalt für Tiere, durch die Bauwerke dem natürlichen Zustand wieder an. Diese Kenntnisse ermöglichen es, Verluste der Artenvielfalt, die durch die Verringerung des Flussquerschnittes im Zuge der Schiffbarmachung entstanden sind, zu kompensieren. Die künstliche Erhöhung der Komplexität an der Elbe bringt aber auch neue Probleme mit sich. Zum Beispiel, dass dort Nischen entstehen, in denen sich vor allem invasive Arten ansiedeln können. Diese können nachhaltig die Wiederbesetzung einheimischer Arten erschweren. Somit ist bei Maßnahmen nicht nur auf die Menge der geschaffenen Nischen sondern auch auf deren Qualität für einheimische Arten zu achten.

In der nächsten Zeit heißt es für die Forscher nun, das theoretische Konzept mit konkreten Fallbeispielen und entsprechenden Handlungsempfehlungen zu unterfüttern. Aktuell beschäftigen sie sich in einem internationalen Konsortium etwa mit der Frage, wie sich die ökologische Verträglichkeit von notwendigen Bauwerken in Flüssen verbessern lässt.

Publikation:
Peipoch, Marc; Brauns, Mario; Hauer, F. Richard; Weitere, Markus; Valett, H. Maurice; (2015): Ecological simplification: human influences on riverscape complexity. http://dx.doi.org/10.1093/biosci/biv120

Die Studie wurde gefördert von der National Science Foundation (NSF) der USA.

Weitere Informationen:
Prof. Markus Weitere, Dr. Mario Brauns
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Tel.: +49 (0)391-810-9600, -9140
http://www.ufz.de/index.php?de=14086
https://www.ufz.de/index.php?de=21905
sowie
Prof. H. Maurice Valett, Dr. Marc Peipoch Guell
University of Montana, Montana Institute on Ecosystems and Division of Biological Sciences
Tel. +1 (0) (406) 243-5122
http://hs.umt.edu/dbs/people/?s=Valett3809
http://www.umt.edu/directory/details/8f0990b07012074c51eaea6f974d01ee
oder über
Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Tel.: +49 (0)341-235-1630
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Neues Verfahren zur mikrobiellen Elektrosynthese von organischen Abfällen

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Forscher des nationalen Forschungsinstituts für Agrar- und Umwelttechnik (IRSTEA) haben neue Anoden und Kathoden zur mikrobiellen Elektrosynthese entwickelt, die die Effizienz des Prozesses deutlich erhöhen.
Die mikrobielle Elektrosynthese ist ein Verfahren zur Umwandlung von organischen Materialien und CO2 in wertvolle Moleküle wie Methan und Acetate durch die Einspeisung von Strom (es werden aber auch Methansäure, Ethanol und andere Moleküle in kleineren Mengen produziert). Dies erfolgt durch eine Reaktion mit elektrosensitiven Mikroben, die sich an der Anode und Kathode der Zelle befinden.

Das Innovative an diesem Verfahren ist die Nutzung von organischen Abfällen als Substrat. Bisher wurde hauptsächlich Wasser an der Anode eingesetzt, wie in einer Brennstoffzelle, wobei organische Abfälle einen höheren Energiegehalt aufweisen. Somit benötigt das Verfahren weniger Strom (ungefähr dreimal weniger), um die gleiche Menge Kraftstoff zu produzieren.

Die Steuerung der Reaktion wird jedoch durch Abfälle schwieriger: die Anzahl der Elektronen, die aus der Anode in Bewegung gebracht werden, muss genau der Aufnahmekapazität der Mikroben an der Kathode entsprechen. Sendet die Anode beispielsweise so viele Elektronen aus, dass sie nicht von der Kathode aufgenommen werden können, gehen Elektronen verloren und der Wasserstoff entsteht außerhalb der Reaktion. Die Forscher am IRSTEA haben nun eine Steuerung durch die Anpassung der aktiven Oberflächen entwickelt, um dieses Problem zu beheben. Diese Methode wurde im Labor erprobt und auch bereits patentiert.

 

Das Verfahren wird in den nächsten Monaten weiterentwickelt, um Moleküle mit einer höheren Steuerbarkeit und Zuverlässigkeit zu synthetisieren. Zurzeit wird die Reife des Prozesses auf der Stufe 4 der europäischen TRL-Skala eingestuft. Neue Pilotprojekte müssen noch konzipiert werden, um die industrielle Machbarkeit des Verfahrens zu validieren.

 

Weitere Informationen:
Webseite des IRSTEA (auf Englisch und Französisch): irstea.fr

Quelle:
„Du déchet au biocarburant : des microbes pleins d’énergie“, Pressemitteilung des IRSTEA
http://www.irstea.fr/toutes-les-actualites/departement-ecotechnologies/dechet-bi…