Innovative Biokatalysatoren reduzieren Arzneimittelreste in Abwässern

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3. September 2023

In einem neuen interdisziplinären Projekt der BTU Cottbus-Senftenberg und der TU Dresden erforschen Wissenschaftler:innen, wie es gelingt, mit neuartigen Enzymen Mikroschadstoffe in kommunalen Abwässern zu beseitigen.

Arzneimittel wirken im Körper. Doch je nach Präparat werden bis zu 90 Prozent des enthaltenen Wirkstoffes unverändert wieder ausgeschieden und gelangen so ins Abwasser. Auch die unsachgemäße Entsorgung von Arzneimittelresten in Toiletten und Waschbecken führt zu Rückständen, die Kläranlagen nur zum Teil abfangen können. Die verbliebenen Wirkstoffe werden mit dem gereinigten Wasser in Gewässer geleitet. Dort sind Rückstände daher ebenso nachzuweisen wie in deutlich geringeren Mengen im Trinkwasser.

Eine neue Filtertechnologie auf der Basis Enzym-funktionalisierter Biopolymermodule könnte hier Abhilfe schaffen. Forschende der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) und der Technischen Universität Dresden entwickeln, erproben und bewerten im Projekt „Eliminierung von Mikroschadstoffen aus kommunalen Abwässern mit Hilfe immobilisierter Enzyme ELIMIK“ wie auf Trägermaterialien gebundene Enzyme in einem innovativen Prozess Mikroschadstoffe abbauen können. Eingesetzt in einer angepassten Filterkartusche im Klärwerk könnten diese Enzyme Arzneimittelrückstände dauerhaft beseitigen. Die Vorteile der Technologie: Es entstehen keine toxischen Nebenprodukte und die Kosten sind vergleichsweise gering. Zudem lassen sich die Ergebnisse der Forschung auf weitere Einsatzgebiete wie landwirtschaftliche Herbizid-Spritzrückstände, Desinfektionsmittel oder Enteisungsmittel übertragen. Ein erster Prototyp wird voraussichtlich im Jahr 2026 entstehen.

Judith Pirscher, Staatssekretärin im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sagt dazu: „Sauberes Wasser ist essenziell für unsere Gesundheit und für die Gesundheit von Ökosystemen. Man vergisst leicht, dass sauberes Wasser keine Selbstverständlichkeit ist. Gera-de in ehemaligen Kohleregionen wie der Lausitz ist deshalb der Schutz unserer Wasserressourcen vor Verunreinigungen eine zentrale Aufgabe nachhaltiger Wirtschaft und Entwicklung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert bereits seit mehreren Jahren erfolgreich Vor-haben zur Beseitigung von Mikroschadstoffen und Krankheitserregern aus dem Wasser. Mit ELIMIK soll nun die industrielle Nutzbarmachung von Enzymen für die Entfernung von Arzneimittelrückständen in Kläranlagen untersucht werden. Das schützt die Ressource Wasser und treibt zugleich die nachhaltige Entwicklung der Lausitz voran.“

Dr. Manja Schüle, Ministerin für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) im Land Brandenburg erklärt: „Sauberes Trinkwasser – nie war es so wertvoll wie heute! Doch wie können Medikamentenreste und ande-re Mikroschadstoffe aus kommunalen Abwässern ‚gefischt‘ werden? An einer wegweisenden Antwort forschen Wissenschaftlerinnen und Wissen-schaftler von der BTU Cottbus-Senftenberg und TU Dresden gemeinsam im interdisziplinären Projekt ELIMIK. Ich bin schon sehr gespannt auf die neue Technologie, die mithilfe von Enzymen unser Trinkwasser filtert. In der Lausitz wird einmal mehr an der und für die Zukunft geforscht!“

Das interdisziplinäre Forschungsteam der BTU Cottbus-Senftenberg und der TU Dresden besitzt exzellente Kompetenzen auf den Gebieten abbauaktiver Enzyme sowie poröser Kohlenstoff- und Trägermaterialien. Unterstützt werden die Wissenschaftler:innen durch die Stadtentwässerung Dresden GmbH und den Wasserverband Lausitz.

Das Projekt wird am Institut für Biotechnologie im Fachgebiet Enzymtechnologie und am Institut für Materialchemie Fachgebiet Technische Chemie der BTU Cottbus-Senftenberg durchgeführt und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Gefördert wird es vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Strukturstärkungsgesetzes Kohle mit insgesamt knapp einer Million Euro.

Projektpartner:
Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU)
• Prof. Katrin Scheibner, Professur für Enzymtechnologie (Forschunungsverbundkoordinatorin)
Fakultät Umwelt und Naturwissenschaften
Institut für Biotechnologie
• Prof. Olaf Klepel, Professur für Technische Chemie
Fakultät Umwelt und Naturwissenschaften
Institut für Materialchemie
Technische Universität Dresden (TUD)
• Prof. Martin Hofrichter
Stv. Direktor Internationales Hochschulinstitut Zittau (IHI Zittau), Zentrale Wissenschaftliche Einrichtung der TU Dresden
Professur für Umweltbiotechnologie

Projekttitel: Eliminierung von Mikroschadstoffen aus kommunalen Ab-wässern mit Hilfe immobilisierter Enzyme ELIMIK

Projektverbundpartner: Technische Universität Dresden
Laufzeit: 2023 – 2026

Fördersumme des Gesamtprojektes: ca. 987.607,00 Euro, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Strukturstärkungsgesetzes Kohle

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Katrin Scheibner
Fachgebiet Enzymtechnologie
BTU Cottbus-Senftenberg
Tel.: +49 3573 85-926
E-Mail: katrin.scheibner@b-tu.de

Prof. Martin Hofrichter
Professur für Umweltbiotechnologie
Internationales Hochschulinstitut Zittau (IHI Zittau)
TU Dresden
Tel.: +49 3583 6124121
E-Mail: martin.hofrichter@tu-dresden.de

https://idw-online.de/de/news820290

Rost reinigt Wasser von Schadstoffen und Hormonen

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3. September 2023

Rohöl, Glyphosat und Mikroplastik: Rost reinigt Wasser von Schadstoffen und Hormonen

Wird Rost ins Wasser geschüttet, wird es normalerweise schmutziger. Forschende der FAU haben spezielle Eisenoxid-Nanopartikel entwickelt, die es tatsächlich sauberer machen, sozusagen „intelligenter Rost“.
Dieser „intelligente Rost“ kann je nach Beschichtung der Partikel viele Stoffe anziehen, darunter Öl, Nano- und Mikroplastik sowie das Herbizid Glyphosat. Und weil die Nanopartikel magnetisch sind, können sie mit einem Magneten ganz einfach zusammen mit den Schadstoffen aus dem Wasser entfernt werden. Jetzt berichtet das Forschungsteam, dass sie die Partikel so verändert haben, dass sie Östrogenhormone einfangen, die potenziell schädlich für Wasserlebewesen sind.

Ihre Ergebnisse haben die Forscher auf der Herbsttagung der American Chemical Society (ACS) vorgestellt, die rund 12.000 Präsentationen zu einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Themen bietet.

„Unser intelligenter Rost ist billig, ungiftig und recycelbar“, sagt Prof. Dr. Marcus Halik, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Polymerwerkstoffe). „Und wir haben den Einsatz bei allen Arten von Verunreinigungen nachgewiesen und das Potenzial dieser Technik für eine drastische Verbesserung der Wasseraufbereitung aufgezeigt.“

https://www.industr.com/de/rost-reinigt-wasser-von-schadstoffen-und-hormonen-2715143

FLEXITILITY: Pilotanlage zur landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung geht an den Start

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2. September 2023

Bewässerung und Monitoring auf Versuchsfeld bei der Kläranlage Uebigau

Die Wiederverwendung von gereinigtem und hygienisiertem Wasser aus Kläranlagen soll europaweit und auch in Deutschland vorangetrieben werden. Zum 26. Juni 2023 wird dazu die EU-Verordnung 2020/741 in den Mitgliedsländern wirksam. Ziel ist, die Nutzung von Wasser zu intensivieren und den Schutz der Umwelt sowie Gesundheit von Mensch und Tier zu gewährleisten. Im BMBF-Forschungsprojekt FLEXITILIY ist unter Leitung von inter 3 mit der Inbetriebnahme einer Pilotanlage zur Bewässerung jetzt ein wesentlicher Schritt zur Umsetzung der Wasserwiederverwendung getan. Bis Herbst 2024 wird in Südbrandenburg eine landwirtschaftlich genutzte Versuchsfläche bewässert und einem Monitoring unterzogen.

Seit 15. Juni 2023 werden 12 Hektar Ackerland für die Produktion von Tierfutter mit Wasser beregnet, das zuvor in der Brandenburger Kläranlage Uebigau technisch aufwändig gereinigt und mittels einer UV-Anlage hygienisiert wurde. Die UV-Anlage und das Bewässerungssystem wurden am 13. Juni feierlich durch den Bürgermeister von Herzberg (Elster), einen Vertreter des Gemeindeverbunds Liebenwerda sowie durch den Verbandsvorsitzenden des Herzberger Wasser- und Abwasserzweckverbands (HWAZ) eingeweiht. Die Forschungspartner inter 3 Institut für Ressourcenmanagement und Umweltbundesamt (UBA) arbeiten eng mit dem HWAZ, der Stadt Herzberg und der Agrargenossenschaft Gräfendorf e.G.in diesem Teilprojekt von FLEXITILITY zusammen.

Neue Standards für die Wiederverwendung von Abwasser
Während die Wasserwiederverwendung zu Bewässerungszwecken in südlichen EU-Ländern, und zu Versuchszwecken auch in Deutschland, bereits seit Jahrzehnten gelebte Praxis ist, setzt die EU-Verordnung neue Standards, mit denen es bislang noch keine Erfahrungen gibt: „Wir wollen zeigen, wie es gelingen kann, die hohen Mindestanforderungen an die Wasserqualität und die geforderte Überwachung sowie Risikobewertung einzuhalten,“ beschreibt Dr. Shahrooz Mohajeri, Projektleiter bei inter 3, die Aufgabe. „Denn dann eröffnet die Wasserwiederverwendung Landwirten neue Möglichkeiten, ihre Abhängigkeit von lokalen Niederschlägen zu verringern und mit sicher verfügbarem Wasser wirtschaftlich noch interessantere landwirtschaftliche Produkte zu produzieren.“

Die Pilotanlage besteht aus einer UV-Desinfektion, einer Bewässerungs-technik nach landwirtschaftlicher Praxis und der nötigen Druckerhöhung. FLEXITILITY generiert mit dem Pilotversuch die benötigten praktischen Erfahrungswerte hinsichtlich
– der Bewertung der Hygienisierungstechnik für den Anwendungsfall „Bewässerung landwirtschaftlicher Tierfutterprodukte“,
– des Aufbaus eines praktikablen Monitoringsystems, sowie
– der Entwicklung eines praxisorientierten Risikomanagementplans für diesen Anwendungsfall.

FLEXITILITY: Forschung, Praxis und Behörden arbeiten eng zusammen
Das Projekt zeichnet sich durch eine enge Kooperation von Wissenschaft, Behörden, Kommunalverwaltung sowie Wasser-, Land- und Forstwirtschaft aus: inter 3 ist zuständig für den reibungslosen Aufbau und Betrieb der Technik sowie die Konzipierung und Einhaltung des Risikomanagementplans. Das UBA zeichnet verantwortlich für die Entnahme und Untersuchung von Proben aus Bewässerungswasser, Böden und Grundwasser sowie der angebauten Produkte. Es überwacht eine Vielzahl an Hygiene- und Schadstoffparametern. In der Umsetzung des Risikomanagementplans stimmen sich inter 3 und UBA eng mit der Stadt Herzberg, der unteren Wasserbehörde sowie dem HWAZ ab. Während die UV-Desinfektion auf dem Kläranlagengelände des HWAZ stattfindet, ist für den Betrieb der Bewässerungsanlage die Agrargenossenschaft Gräfendorf e.G. als Pächterin der landwirtschaftlichen Versuchsfläche eingebunden. Zusätzlich werden zwei weitere Versuchsflächen mit dem hygienisierten Wasser bewässert: eine Grünfläche auf dem Betriebsgelände der Kläranlage stellvertretend für städtische Grünflächen sowie Teile eines kleinen Waldstücks zur Beförderung eines klimaresilienten Waldumbaus.

Relevanz für eine klimaresiliente Landwirtschaft
Dass die Wasserwiederverwendung ein wichtiger Baustein in der Klimaanpassung werden sollte, verdeutlichen auch in diesem Jahr die sich intensivierenden Trockenphasen: Angesichts des ausbleibenden Regens rechnen Landwirte im südlichen Brandenburg erneut mit teils erheblichen Ernteausfällen. Bereits in den vergangenen Jahren sind einige aufgrund der Trockenheit wirtschaftlich an ihre Grenzen geraten und denken über das Aufgeben ihres Betriebes nach.

Die in FLEXITILITY gewonnenen Daten zur Hygienisierung und Wiederverwendung gereinigten Abwassers können eine wichtige Grundlage für die Konkretisierung von Umsetzungsregeln zur Wasserwiederverwendung in Deutschland bilden und somit über die Region hinaus wirksam werden. Sollten sich bei den Versuchen keine grundlegenden Risiken zeigen, kann über die Bewässerung weiterer Pflanzen wie z.B. Soja nachgedacht werden.

Das FLEXITILITY-Gesamtprojekt
Das Projekt Flexible Utility – Mit sozio-technischer Flexibilisierung zu mehr Klimaresilienz und Effizienz in der städtischen Infrastruktur (FLEXITILITY) umfasst neben den Versuchen zur Wasserwiederverwendung auch Ansätze für den flexiblen Betrieb von Trinkwassernetzen. Diese werden durch die Projektpartner Brandenburgische Technische Universi-tät (BTU) Cottbus-Senftenberg, Fachgebiet Stadttechnik, und DVGW-Technologiezentrum Wasser (tzw), unter Beteiligung von inter 3 und der Stadt Herzberg (Elster), durchgeführt. Im Fokus steht dabei der Einsatz von dezentralen Trinkwasserspeichern in Wohngebäuden sowie bei institutionellen Wasserverbrauchern: stellvertretend beim Rathaus Herzberg. Die beiden großen Praxistests zur Trinkwasser-Flexibilisierung sowie zur Wasserwiederverwendung laufen noch bis September 2024.

Finanziert wird FLEXITILITY aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Umsetzung der Leitinitiative Zukunftsstadt“, Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Shahrooz Mohajeri
inter 3 Institut für Ressourcenmanagement
mohajeri@inter3.de | +49(0)30 3434 7440

Weitere Informationen:
http://www.inter3.de/forschungsfelder/projekte/details/flexible-utilities-umsetz… Projektbeschreibung
http://www.flexitility.de Projekt-Webseite

https://idw-online.de/de/news816561

Nachhaltiger Umgang mit Regen- und Siedlungsabwasser: Software plant und optimiert Entwässerungssysteme automatisch

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Klärwerk.Info - CS

2. September 2023

Um Regen- und Abwasser aufzusammeln, gibt es in Deutschland eine gut ausgebaute Infrastruktur mit Kanalnetzen und Kläranlagen. Anders sieht es in Entwicklungsländern aus, in denen dies oft fehlt. Ein Start-up der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) will hier Abhilfe schaffen. Es bietet dazu seine Software „ZIGGURAT“ an, die automatisch Entwässerungssysteme nachhaltig planen und optimieren kann. Die Technik berücksichtigt auch die blau-grüne Infrastruktur, das heißt, mögliche Wasserspeicher und technische Maßnahmen zur Versickerung und Verdunstung von Regenwasser. Die Gründer werden mit einem EXIST-Stipendium vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert.

Slums, in denen Wellblechhütten dicht an dicht nebeneinanderstehen; direkt daneben Müllberge und stehende Abwässer – solche Zustände gibt es in vielen Gegenden der Welt. Rund die Hälfte der Weltbevölkerung lebt nach wie vor ohne Kanalisationsanschluss und stetig entstehen neue städtische Flächen ohne geordnete Entwässerung. Dabei haben sich die Vereinten Nationen in ihren Nachhaltigkeitszielen auf die Fahne geschrieben, den Zugang zu sauberem Wasser und sanitäre Anlagen für alle Menschen zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, braucht es allerdings eine entsprechende Infrastruktur.

Die Planung solcher Kanalnetze für Schmutz-, Regen- oder Mischwasser ist jedoch aufwendig und bedarf einer großen Expertise. „Dabei spielen verschiedene Parameter wie Layout, der Grad der De- oder Zentralisierung, die Kanaldurchmesser und das Gefälle, die Verlegetiefen, die Pump- und Speicheranlagen eine Rolle“, sagt Timo Dilly vom Gründerteam.

Eine Software, mit der sich städtische Entwässerungssysteme automatisch nachhaltig planen lassen, entwickelt derzeit das Team um Dilly von der RPTU in Kaiserslautern. „Sie basiert unter anderem auf der Verknüpfung einer Vielzahl allgemein gültiger technischer Regeln der Tiefbauplanung und mathematischer Methoden, mit denen sich sinnvolle Lösungsvarianten generieren lassen“, sagt Dilly weiter. „Dafür haben wir eigene Algorithmen entwickelt. All dies beruht auf aktuellen Erkenntnissen aus eigenen Forschungsarbeiten in der Siedlungsentwässerung und Hydroinformatik.“

Auch der Klimawandel spielt bei den Planungen solcher Entwässerungssysteme eine Rolle, wie Dilly erläutert: „Der Umgang mit Regenwasser muss komplett neu gedacht werden, wenn man sich zunehmende Wetterextreme vor Augen führt. Wir brauchen Möglichkeiten zum Speichern von Regenwasser, aber auch naturnahe Elemente wie ausreichend Grünflächen. Dadurch lässt sich in heißen Sommermonaten das Stadtklima verbessern.“ In diesem Zusammenhang spricht man auch von blau-grüner Infrastruktur, die bei der Planung neuer Siedlungsentwässerungssysteme eine immer wichtigere Rolle spielt und auch bei ZIGGURAT eingeplant ist. „Mit diesen Maßnahmen erhöhen Städte die Resilienz gegenüber Extremen, senken Kosten und reduzieren negative Auswirkungen auf die Umwelt“, betont Dilly.

In diesem Punkt eignet sich die Software auch für hiesige Städte und Gemeinden, die ihre Entwässerungssysteme künftig anpassen wollen.

Am jungen Unternehmen beteiligt sind neben Dilly seine Kollegen Dr. Amin E. Bakhshipour, Professor Dr. Ulrich Dittmer und Ralf Habermehl aus dem Lehrgebiet Siedlungswasserwirtschaft an der RPTU in Kaiserslautern. Unterstützt werden sie von Marius Lauer, der betriebswirtschaftliche Kenntnisse miteinbringt.

Ihre Software ZIGGURAT möchten sie in Zukunft in einer Online-Plattform zur Verfügung stellen, auf der sich Interessierte einen kostenpflichtigen Account erstellen können. Das Team aus Kaiserslautern stellt neben der Software auch seine Expertise zur Verfügung und bietet etwa Unterstützung bei der Planung an.

Bei seinem Weg in die Selbstständigkeit wird das Unternehmen mit einem „EXIST-Gründerstipendium“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz und dem Europäischen Sozialfonds zur „Existenzgründung aus der Wissenschaft“ gefördert.

Mehr unter ziggurat.ai

Fragen beantwortet:
Timo Dilly
Ziggurat
E-Mail: timo.dilly@rptu.de
Tel.: 0631-205-4643

https://idw-online.de/de/news818603

Eawag-Technologie an der Architektur-Biennale in Venedig

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27. August 2023

Am Samstag, 20. Mai hatte die 18. Architekturbiennale in Venedig ihre Tore geöffnet. Im deutschen Pavillon, der das Bauen im Bestand und die Kreislaufwirtschaft ins Zentrum stellt, ist auch der an der Eawag entwickelte «Nutrient Harvester» im Einsatz. Er verarbeitet den Urin aus zwei Trockentrenntoiletten vor Ort zu Dünger.

Die Architekturbiennale in Venedig ist eine der weltweit wichtigsten Architekturausstellungen und trägt dieses Jahr den Titel «Laboratory of the Future». Neben den Hauptausstellungen, die die ghanaisch-schottische Architektin Lesley Lokko kuratiert, sind auch rund 60 Länder mit nationalen Beiträgen vertreten, so auch die Schweiz und Deutschland. Der deutsche Pavillon wird von der Architekturzeitschrift ARCH+ sowie den Architekturbüros Summacumfemmer und Büro Juliane Greb kuratiert und rückt unter dem Titel «Open for Maintenance / Wegen Umbau geöffnet“ Pflege, Reparatur und Instandhaltung des architektonischen Bestands in den Mittelpunkt. So haben die Kuratorinnen und Kuratoren für die Ausstattung der insgesamt fünf Räume des Pavillons Material von der letztjährigen Kunstbiennale wiederverwendet.

Toiletten ohne Wasserspülung
Das Thema Kreislaufwirtschaft steht auch im «Waschraum» im Zentrum, einem der fünf Räume. Er ist mit einer Trockentrenntoilette und einem Urinal ausgestattet, die beide neu entwickelt wurden. Die Toilette vom deutschen Hersteller Finizio kommt ohne Wasser aus und trennt Urin und Fäkalien. Das Urinal wurde von zwei Industriedesign-Absolventinnen der Hochschule für Gestaltung und Kunst in Basel entwickelt. Unterstützt wurden sie dabei unter anderem von Michel Riechmann vom Wasserforschungsinstitut Eawag. Das Urinal funktioniert ebenfalls wasserlos und kann ausserdem von allen Geschlechtern genutzt werden – daher der Name «Urin*all». Sowohl Trockentrenntoilette als auch Urinal sind nicht nur Ausstellungsstücke, sondern können von den Besucherinnen und Besuchern sowie den Pavillon-Mitarbeitenden auch benutzt werden.

Aus Urin wird Pflanzendünger
Während die Fäkalien gesammelt und bei einem regionalen Landwirt kompostiert werden, wird der Urin – der den grössten Volumenanteil ausmacht – vor Ort behandelt. Im Nutrient Harvester, der von Michel Riechmann zusammen mit Kai Udert und weiteren Forschenden der Abteilung Verfahrenstechnik der Eawag entwickelt wurde, wird der Urin direkt im deutschen Pavillon zu einem konzentrierten Dünger verarbeitet. Dafür wird der Urin zunächst stabilisiert, damit der enthaltene Stickstoff nicht entweicht und kein unangenehmer Geruch entsteht. Ausserdem werden bei diesem Schritt auch Krankheitserreger abgetötet. Anschliessend wird der Urin getrocknet. Aus 30 Litern Urin entsteht dabei rund ein Kilogramm Trockensubstanz, ein Pflanzendünger reich an Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor und Kalium. Er wird anschliessend von einem Landwirt und einer Gartenkooperative in der Region Venedig genutzt. «Wir schliessen damit den Nährstoffkreislauf lokal und reduzieren gleichzeitig die Nährstoffeinträge in die Gewässer», so Michel Riechmann.

Einsatz in Gebieten ohne Wasser- und Abwassernetz
Die Forschenden haben den Nutrient Harvester in den letzten Jahren bereits auf der Leglerhütte des SAC und in einem Haushalt ohne Abwasserinfrastruktur ausserhalb der südafrikanischen Stadt Durban getestet. «Diese Technologie eignet sich überall dort, wo es keine Anschlüsse an das Wasser- und an das Abwassernetz gibt – sei es in infrastrukturarmen Regionen oder bei temporären und mobilen Nutzungen», erläutert Michel Riechmann. Venedig und insbesondere die Biennale seien ein sehr spannendes Anwendungsfeld. «Für eine auf dem Wasser gebaute Stadt ist die Abwasserentsorgung eine Herausforderung, wenn das Abwasser nicht einfach in die offenen Kanäle abgeleitet werden soll», erklärt Michel Riechmann. Und auf der Biennale wiederum sind Toiletten Mangelware. Die Pavillons haben keine eigenen Toiletten und nachträglich Infrastruktur nachzurüsten, ist baurechtlich schwierig. «Ein modulares Plug&Play-System wie der Nutrient Harvester kann diese Lücke füllen», ist Michel Riechmann überzeugt. Die Forschenden möchten den Nutrient Harvester daher nun zur Marktreife bringen und gründen dafür derzeit ein Eawag Spin-off.

https://www.presse-blog.com/2023/05/23/eawag-technologie-an-der-architektur-biennale-in-venedig/#:~:text=Am%20Samstag%2C%2020.%20Mai%20hat%20die%2018.%20Architekturbiennale,Urin%20aus%20zwei%20Trockentrenntoiletten%20vor%20Ort%20zu%20D%C3%BCnger

Ifat 2024: Neue Spotlight Area Wasserstoff

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26. August 2023

Weitere Premiere: Die Cross-Industry Sessions
Start-up Area wieder Teil der IFAT Munich

Zwei Premieren und ein altbewährtes Erfolgskonzept: Auch zur nächsten Ausgabe wird sich die IFAT Munich, die vom 13. bis 17. Mai 2024 auf dem Messegelände in München stattfindet, erneut als der zentrale Treffpunkt der internationalen Umwelttechnologiebranche präsentieren.

Premiere: Spotlight Area Wasserstoff
So wird die IFAT Munich 2024 erstmals die „Spotlight Area Wasserstoff“ präsentieren. Bereits zur Veranstaltung 2022 gab es auf dem Freigelände ein Sonderprojekt zu diesem Thema, das sehr positives Feedback erhielt. Für die kommende IFAT Munich sind 500 Quadratmeter in der Halle A4 geplant.

Die Spotlight Area Wasserstoff soll dabei als Anlaufstelle dienen, um die häufigsten Fragen der Besucher, insbesondere von Kommunen und Städten, zum Thema Wasserstoff in der Kreislaufwirtschaft zu klären. Zusätzlich wird es in diesem Bereich eine Speaker‘s Corner geben, um über aktuelle Fragestellungen und mögliche Lösungsansätze zu diskutieren. Für die geplanten Solution Tours zum Thema Wasserstoff dient die Area zudem als Startpunkt. Partner dieser Initiative sind der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) sowie das Zentrum Wasserstoff.Bayern (H2.B).

Eine Anmeldung als Aussteller auf der Spotlight Area Wasserstoff wird ab Anfang August über die Website der IFAT möglich sein.

Erstmals bei der IFAT Munich: Die Cross-Industry Sessions
Mit der zweiten Premiere, den neu eingeführten Cross-Industry Sessions, rückt die IFAT Munich in Zusammenarbeit mit verschiedenen Veranstaltungen der Messe München Lösungen aus unterschiedlichen Branchen und Industrien in den Fokus. Über diverse Industrien hinweg werden gemeinsame Lösungsansätze für eine Kreislaufwirtschaft thematisiert und entwickelt. Durch ihr umfangreiches Netzwerk bringt die IFAT Munich dabei Fachleute und Experten aus kommunalen und gewerblichen Sektoren zusammen, die Interesse an der Kreislaufwirtschaft und dem Schließen der Kreisläufe haben.

Ihren Auftakt feierten die Cross-Industry Sessions zur OutDoor by ISPO im Juni. Die zweite Session fand im Juli im Rahmen der digitalBAU statt. Weitere Informationen zu den Cross-Industry Sessions gibt es hier.

Erneut Teil der Messe: Die Start-up Area
Ebenso innovativ zeigt sich auch ein bewährtes Format: die Start-up Area. Nach ihrer erfolgreichen Realisierung zur IFAT Munich 2022, wird dieser Bereich auch 2024 wieder Teil der Messe sein. Hier können sich Unternehmen – geplant wird mit rund 60 – aus allen Bereichen präsentieren. Damit deckt die Start-up Area die gesamte Nomenklatur der IFAT Munich ab. Um teilnehmen zu können, müssen die Aussteller über einen Prototyp oder über ein Minimum Viable Product (MVP) verfügen, die vor Ort gezeigt werden.

Zur IFAT Munich 2024 umfasst dieser Bereich neben der Ausstellungsfläche auch die angrenzende Green Stage. Diese Bühne dient sowohl Start-up-Unternehmen als auch etablierten Ausstellern als Präsentationsplattform. Darüber hinaus stehen hier auch Slots für Cross-Industry Sessions zur Verfügung.

Neu in diesem Jahr sind die (geführten) Start-up-Touren sowie die vier Start-up-Themenblöcke auf der Green Stage.

https://ifat.de/de/messe/presse/pressemitteilungen/detail/neue-spotlight-area-wasserstoff.html

Wasserreinigung mit Biotechnologie

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5. August 2023

Forschende finden neuen Ansatz durch Kombination von Pilzen und Bakterien
Stickstoff, vor allem in Form von anorganischem Nitrit und Nitrat, ist eine der größten stofflichen Belastungen in Süßgewässern und menschlichen Abwässern. Forscherinnen und Forscher des chinesischen Ministeriums für Natürliche Ressourcen in Xiamen und des IGB haben eine natürliche Pilz-Bakterien-Kombination identifiziert, die Nitrat besonders effizient und konstant verstoffwechselt. Dies könnte für die Weiterentwicklung der Biotechnologie in der Wasseraufbereitung entscheidend sein und ist ein weiterer Beleg für die wichtige Rolle von Pilzen in aquatischen Ökosystemen.

Die biologische Stickstoffentfernung, die Denitrifikation, ist ein wichtiger biochemischer Prozess. Dabei wandeln Mikroorganismen zwei der wichtigsten Stickstoffverbindungen, Nitrat und Nitrit, in gasförmigen Stickstoff um. Dies geschieht in Gewässern auf natürliche Weise durch Stoffwechselprozesse der dort lebenden Organismen und wird als Selbstreinigungskraft bezeichnet. Dieses Prinzip macht man sich auch bei der Wasseraufbereitung zunutze. Bisher wurden verschiedene Bakterien und Pilze in Reinkultur identifiziert, die Stickstoff mit und ohne Sauerstoff abbauen können. Für die Wasseraufbereitung ist vor allem der Stickstoffabbau in Gegenwart von Sauerstoff relevant, da er kostengünstiger und zudem großtechnisch umsetzbar ist.

Pilz-Bakterien-Kombinationen bislang vor allem zur Fermentation von Lebensmitteln und Getränken eingesetzt
Die Isolierung einzelner Bakterien- oder Pilzstämme ist aufwändig und teuer. Kombinationen aus beiden, so genannte mikrobielle Konsortien, gelten als vielversprechende Alternative zu reinen Stämmen, sind aber auf dem Gebiet der Denitrifikation in Gegenwart von Sauerstoff noch wenig erforscht. Die Forschenden nahmen dies zum Anlass, dieses Potenzial zu untersuchen, da mikrobielle Konsortien beispielsweise bei der Fermentation von Lebensmitteln und Getränken schon lange eingesetzt werden. Gerade Pilze haben den Vorteil, dass sie sehr robust gegenüber Umweltstressoren wie saurem pH-Wert und hohen Temperaturen sind.

Nahezu vollständige Nitratentfernung möglich
Das Forschungsteam identifizierte ein natürliches Bakterien-Pilz-Konsortium aus Marikulturen, das Nitrat sehr effizient und konstant aus dem Wasser entfernt. In Gegenwart von Sauerstoff beträgt die Nitratentfernung bis zu 100 Prozent und die Denitrifikationseffizienz 44 Prozent. Die Denitrifikationseffizienz gibt an, wie gut Mikroorganismen in der Lage sind, den im Nitrat gebundenen Stickstoff in molekularen Stickstoff (N₂) und Stickoxide umzuwandeln.

Mittels Hochdurchsatzsequenzierung wurden die an diesem Prozess beteiligten Bakterien- und Pilzgattungen identifiziert. Eine anschließende Netzwerkanalyse zeigte, welche Arten positiv miteinander interagieren und sich daher besonders für eine Kombination eignen.

„Es ist uns gelungen, denitrifizierende Bakterien-Pilz-Gruppen zu identifizieren, die das Potenzial haben, Nitrat besonders gut aus dem Wasser zu entfernen. Das ist ein wichtiger Schritt, um mikrobielle Konsortien für eine optimale Wasseraufbereitung zusammenzustellen“, erklärt IGB-Forscher Professor Hans-Peter Grossart, Mitautor der Studie.

Da die Suche nach geeigneten Mikroorganismen-Gemeinschaften aus Bakterien und Pilzen noch ein sehr junges Forschungsgebiet ist, gibt es noch keine Anwendungen in der Praxis. Die Autor*innen sind sich aber sicher, dass diese in Zukunft die Biotechnologie in der Abwasseraufbereitung deutlich prägen werden.

Selected publications
Juni 2023
Aerobic denitrifying bacterial-fungal consortium mediating nitrate removal: dynamics, network patterns and interactions
Xiaotian Zuo; Wei Xu; Shiping Wei; Shuangcheng Jiang; Yu Luo; Minghuang Ling; Kai Zhang; Yuanhao Gao; Zhichao Wang; Jiege Hu; Hans-Peter Grossart; Zhuhua Luo

iScience. – 26(2023)6, Art. 106824
http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2023.106824

https://www.igb-berlin.de/news/wasserreinigung-mit-biotechnologie

Mikrobielle Räuber bewirken saisonale Schwankungen bei der Abwasseraufbereitung

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5. August 2023

Jahreszeitliche Temperaturschwankungen haben nur indirekten Einfluss auf die Bakteriengemeinschaft im Abwasser / Studie in „Water Research“ erschienen

Die Gemeinschaft der mikrobiellen Räuber beeinflusst die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft im Abwasser. Dies erklärt jahreszeitliche Variationen der Mikrobengemeinschaft, die sich auf die Effizienz der Wasseraufbereitung auswirken. Das ergab eine Studie von Nils Heck und PD Dr. Kenneth Dumack vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln. Die Studie ist unter dem Titel „Microeukaryotic predators shape the wastewater microbiome“ in der Fachzeitschrift „Water Research“ erschienen.

In Kläranlagen findet ein präzise abgestimmtes Zusammenspiel verschiedener Mikroorganismen statt, um Abwasser effektiv aufzubereiten. Ein Großteil der an der Wasseraufbereitung beteiligten Mikroorganismen ist allerdings immer noch weitgehend unbekannt. Neben den nützlichen Bakterien, die für die Reinigung des Abwassers verantwortlich sind, finden sich auch zahlreiche ihrer Fraßfeinde in den Klärbecken. Jedoch ist bisher wenig darüber bekannt, ob und in welchem Maße diese Räuber die Abwasseraufbereitung beeinflussen.

Seit der Einführung von Kläranlagen ist bekannt, dass die Jahreszeiten die bakterielle Gemeinschaft im Abwasser beeinflussen und somit auch die Effizienz der Wasseraufbereitung. Aber warum ist das so? Bakterien besitzen schließlich keinen Kalender. Diese Frage ist keineswegs trivial, da die jahreszeitlichen Veränderungen das Ergebnis einer Vielzahl von Faktoren sind. Die bekanntesten Faktoren sind sicherlich Temperatur- und Lichtverhältnisse, aber auch die chemische Zusammensetzung des Abwassers, Niederschlagsmengen und vieles mehr variieren im Laufe der Jahreszeiten. Welcher dieser Faktoren führt also zur Veränderung der Bakteriengemeinschaft über die Jahreszeiten hinweg?

Privatdozent Dr. Kenneth Dumack, der Leiter der Studie, erklärt: „Wir haben festgestellt, dass die jahreszeitlichen Schwankungen der Umgebungstemperatur nicht die Variation der Bakteriengemeinschaft erklären können. Dies hat uns überrascht, und deshalb haben wir nach einem anderen Faktor gesucht, der die Variation der Bakteriengemeinschaft erklären könnte.” Nils Heck, der Erstautor der Studie, führt weiter aus: “Dabei fanden wir heraus, dass die Gemeinschaft der mikrobiellen Räuber, wie Amöben, Wimperntierchen und auch Rädertiere, die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft bis zu einem gewissen Grad erklären kann. Diese Räuber sind wiederum von der Umgebungstemperatur abhängig. Somit stellt der Temperaturfaktor einen indirekten Einfluss auf die Bakterien dar, der über die Gemeinschaft der Räuber vermittelt wird.“

Die neuen Erkenntnisse tragen dazu bei, die sogenannte „black box“ Abwasseraufbereitung besser zu verstehen, um so unter anderem Risiken für die Gesundheit zu vermeiden, die durch unzureichend behandeltes Abwasser entstehen können.

Presse und Kommunikation:
Mathias Martin
+49 221 470 1705
m.martin@verw.uni-koeln.de

Verantwortlich: Dr. Elisabeth Hoffmann – e.hoffmann@verw.uni-koeln.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
PD Dr. Kenneth Dumack
Institut für Zoologie der Universität zu Köln
+49 221 470 8242
kenneth.dumack@uni-koeln.de

Originalpublikation:
„Microeukaryotic predators shape the wastewater microbiome“
https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120293

Förderung für Projekt „Künstliche Intelligenz für klimaneutrale Kläranlagen“

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1. Juli 2023

Das Projekt „Künstliche Intelligenz für klimaneutrale Kläranlagen” (KIkKa) wird vom Bundesumweltministerium gefördert. Der entsprechende Förderbescheid wurde am 27. Juni 2023 in Tübingen übergeben. Das Verbundvorhaben unter Beteiligung der Stadtentwässerung Göppingen hat das Ziel, mit hochauflösenden und innovativen Sensoren Wasser- und Luftinhaltsstoffe zu messen sowie mithilfe von Künstlicher Intelligenz die Abwasserreinigungsprozesse klimaoptimiert zu steuern. Durch die datengetriebene Prozessoptimierung an Kläranlagen können langfristig Energiekosten eingespart und der Ausstoß von umweltschädlichem Lachgas gesenkt werden, so das Bundesumweltministerium in einer Pressemitteilung. Im Rahmen der Förderinitiative „KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen” fördert das Ministerium fördert über eine Laufzeit von insgesamt bis zu drei Jahren Projekte, die Künstliche Intelligenz nutzen, um ökologische Herausforderungen zu bewältigen.

Weiterführende Links
Projekt-Website

https://www.gfa-news.de/webcode.html?wc=20230628_004

Projekte zum Phosphorrecycling gehen in nächste Phase

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1. Juli 2023

Anfang Juli startet eine weitere Phase der BMBF-Fördermaßnahme „Regionales Phosphor-Recycling (RePhoR)“. Die sieben Verbundprojekte gehen nun in die praktische Umsetzung ihrer bisherigen Ergebnisse.

Nach drei Jahren transdisziplinärer Forschung und ersten Praxisumsetzungen an verschiedenen Standorten in Deutschland geht es für die Verbundprojekte der Fördermaßnahme RePhoR nun in die nächste Phase. Soweit nicht bereits erfolgt, beginnen die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützen Vorhaben ihre bisherigen Forschungsergebnisse großtechnisch zu erproben.

Derzeit findet in Bottrop die Montage einer Phosphor-Rückgewinnungsanlage statt. Nach Fertigstellung wird sie von den Beteiligten des Projektes AMPHORE betrieben werden. Ihr Ziel ist es, die Rückgewinnung von Phosphor in Form von Phosphorsäure aus verschiedenen Klärschlammaschen in einem zweijährigen Versuchsbetrieb zu demonstrieren. Die Klärschlammaschen fallen als Rückstände aus der Abwasserreinigung bei den fünf am Projekt beteiligten Wasserverbänden aus Nordrhein-Westfalen an.

Bereits seit einiger Zeit läuft am Standort der Veolia Klärschlammverwertung Deutschland im sächsischen Markranstädt eine Versuchsanlage zur Erprobung des sogenannten Pontes Pabuli Verfahrens im Rahmen des Verbundvorhabens DreiSATS. Damit können phosphathaltige Aschen in hochwertige und standardisierte Düngergranulate überführt werden. Die erzeugten Düngerprodukte testen die Projektbeteiligten im Gewächshaus und Freilandversuchsflächen.

Welche rechtlichen Anforderungen aus recyceltem Phosphor hergestellte Düngemittel erfüllen müssen und ob es überhaupt genügend potenzielle Abnehmer dafür gibt, untersucht unter anderem das Projekt P-Net. Der aktuelle Stand zu den Themen Recht und Markteintritt ist bezogen auf Phosphorprodukte wie Magnesium-Ammonium-Phosphate (MAP) – auch als Struvit bezeichnet – die direkt beim Abwasserreinigungsprozess in Klärwerken gewonnen werden, in zwei kürzlich erschienenen Publikationen zusammengefasst. Grundsätzlich zeichnet sich ab, dass Struvit nach bereits erfolgten oder geplanten Änderungen im EU- und deutschen Recht als Dünger eingesetzt werden kann und sich sogar für den Ökolandbau eignet. Eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Vermarktung von Struvitdünger – aber auch allen anderen Phosphorrezyklaten – ist eine standardisierte Qualität.

Phosphor ist ein essenzieller Nährstoff für das Pflanzenwachstum. Aktuell wird der in der Landwirtschaft genutzte Phosphordünger größtenteils importiert. Ungenutzt bleibt hingegen Abwasser als wichtige Quelle für Phosphor, obwohl das Potenzial für die Rückgewinnung von Phosphor daraus groß ist. Das wird sich künftig ändern: Im Zuge der Novellierung der Klärschlammverordnung sind Kläranlagenbetreiber ab bestimmten Ausbaugrößen gesetzlich verpflichtet, Phosphor aus ihren Klärschlämmen beziehungsweise Klärschlammaschen zurückzugewinnen.

Die BMBF-Fördermaßnahme „Regionales Phosphor-Recycling (RePhoR) leistet einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung der neuen Klärschlammverordnung. Sieben Verbundprojekte entwickeln und setzen seit Juli 2020 über einen Zeitraum von bis zu sechs Jahren regionale Lösungen zum Phosphor-Recycling und zur Klärschlammverwertung um. Die nächste Phase der Maßnahme, die über die gesamte Laufzeit durch das Vernetzungs- und Transfervorhaben TransPhoR begleitet wird, startet zum 01.07.2023. RePhoR ist Teil der BMBF-Strategie „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA).

https://www.fona.de/de/projekte-zum-phosphorrecycling-gehen-in-naechste-phase

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