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ALEXANDER GUTSCH, FRANZ-PETER HEIDENREICH (Hrsg.): Innovation Abwasser: Beispielhafte Projekte aus dem Abwasserbereich. Berlin: Erich Schmidt Verlag, 2001 (Reihe: Initiativen zum Umweltschutz, Band 24). 211 S. DM 48,-- ISBN 3 503 05967 9

Die Bundesstiftung Umwelt hat innerhalb von neun Jahren insgesamt 450 Projekte aus den Bereichen Gewässer, Wasser und Abwasser mit insgesamt 183 Mio. DM finanziell unterstützt. Aus diesen Projekten wurden für den Bereich Gewässer und Wasser 35 Projekte ausgewählt und in Form von kurzen Projektbeschreibungen im ersten Band "Innovation Wasser" veröffentlicht. Der hier besprochene, zweite Band "Innovation Abwasser" stellt eine Auswahl der insgesamt 250 in dem Themenbereich "Abwasser" bezuschussten Projekte dar. Es werden 65 Forschungsvorhaben porträtiert, die sich in die Themenfelder Kanalisation, Abwasserreinigung, Klärschlamm und Analytik einteilen lassen.

Im Themenfeld Kanalisation wurden Projekte zur Kanalsanierung, zur Stauraumbewirtschaftung und Messung von Abwassermengen durchgeführt. Bei Vorhaben der Abwasserreinigung in der Industrie (Textil-, Papier- und Lebensmittelindustrie) lag das Augenmerk auf der Entwicklung von neuen Reinigungsmethoden bzw. von produktionsintegrierten Verfahren zur Optimierung des internen Wasserkreislaufs. In der kommunalen und gewerblichen Abwasserreinigung wurden neben der Weiterentwicklung von klassischen Reinigungsmethoden vor allem Membran- und SBR ("Sequencing Batch Reactor")-Verfahren gefördert. Bewachsene Bodenfilter und Abwasserteiche waren Gegenstand von Vorhaben im Bereich der naturnahen Abwasserreinigung. Die Entwässerung, Trocknung und Verwertung von bei der Abwasserreinigung anfallendem Klärschlamm wurde ebenfalls untersucht. In der Analytik stand die Entwicklung von Sensoren und Messgeräten zur Online-Überwachung und zum Nachweis von organischen und anorganischen Wasserinhaltsstoffen im Mittelpunkt.

Das Buch gibt somit einen detaillierten Überblick über die auf dem Gebiet "Abwasser" von der Bundesstiftung Umwelt geförderten Forschungsvorhaben und skizziert damit die Forschungsaktivitäten bzw. den Forschungsbedarf auf diesem Gebiet.

Im Folgenden werden drei subjektiv ausgewählte Projekte aus dem Bereich kommunale Abwasserreinigung, Klärschlamm und Analytik näher vorgestellt.

1.     Energetisch optimiertes Kläranlagenkonzept

Ziel des Vorhabens war es, ein energieoptimiertes Kläranlagenkonzept zu entwickeln, bei dem ein möglichst großer Anteil des organischen Kohlenstoffs in anaeroben Stufen (Vorklärer, Anaerobfilter) zu Biogas abgebaut wird. Folgendes Konzept wurde hierbei entwickelt: Die mechanische Vorklärung wird in einem wärmetechnisch optimierten Emscherbrunnen durchgeführt, in dem anaerobe Bedingungen herrschen und bereits Biogas produziert wird. Das mechanisch gereinigte Abwasser durchläuft anschließend einen Anaerobfilter, in dem die Biogasproduktion fortgesetzt wird. Die Denitrifikation findet in dem in Reihe geschalteten Festbettreaktor unter anoxischen Bedingungen statt, die Nitrifikation in einem nachfolgenden Tropfkörper (aerobe Bedingungen), bevor das gereinigte Wasser nach der chemischen Phosphatfällung über die Nachklärung in den Vorfluter abgegeben wird. Die in der Denitrifikations- und der Nitrifikationsstufe anfallenden Schlämme werden mit einem Teilstrom des gereinigten Abwassers zur Vorklärung rückgeführt.

Im Anaerobfilter konnten bei diesem Konzept ohne Fremdenergie zwischen 30 und 70 % des CSB eliminiert werden. Die BSB5-Konzentrationen lagen im Ablauf des Anaerobfilters über mehrere Wochen unter 40 mg/l. Die Ablaufwerte der Parameter CSB und BSB5 konnten für Kläranlagen einer Größe bis 100.000 Einwohnerwerten (EW) mit diesem Anlagenkonzept eingehalten werden. Die Grenzwerte für anorganischen Stickstoff wurden in 70 % der untersuchten Proben nicht überschritten.

Die auf der Kläranlage Aachen-Soers im halbtechnischen Maßstab durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass mit diesem neuartigen Kläranlagenkonzept eine wesentliche Energieeinsparung erreicht werden kann. Die Ergebnisse stimmen optimistisch, dass bei weiterem Forschungsaufwand auch die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte sicher eingehalten werden können. Dadurch würde der Weg frei gemacht, zukünftig Kläranlagen nicht nur hinsichtlich der Abwasserreinigung, - ihrer eigentlichen Aufgabe -, sondern auch hinsichtlich der hierfür eingesetzten Energie zu optimieren.

2.     Solare Klärschlammtrocknung

Der Trockner besteht aus einem transparent überdachten Trockenbeet, einer Art Treibhaus, in das der entwässerte Klärschlamm (ca. 25 % TS) von der einen Seite mittels Radlader eingebracht wird. Ein Schubwender sorgt für das Wenden, die Durchmischung und Durchlüftung sowie den allmählichen Transport des Schlamms durch das Trockenbeet hindurch. Der Schubwender besteht aus einer fahrbaren Walze mit spiralförmig angebrachten Kratzern.

Mit dem Verfahren lassen sich durchschnittlich Trockensubstanzgehalte von ca. 70 %, im Sommer bis 90 %, erreichen. Natürlich hängt die Verdunstungsleistung des Trockners, die im Jahresmittel in Deutschland bei ca. 800 kg/(m2á) liegt, stark von der Jahreszeit und der Luftfeuchte ab. Pro Tonne eingebrachten, entwässerten Schlamms müssen ca. 1,4 m2 Grundfläche bereit gestellt werden. Durch die Beheizung der Bodenfläche mit Abwärme aus der Verstromung von Faulgas kann die Verdunstungsleistung stabilisiert und gesteigert werden.

Die solare Trocknung stellt für Kläranlagen bis 100.000 Einwohner (EW) eine ökonomische Alternative zu konventionellen Trocknern dar. Aus Umweltsicht ist sie den konventionellen Konkurrenten weit überlegen, kommt sie doch, - mit Ausnahme der elektrischen Energie für eventuelle Lüfter und für den Schubwender -, ausschließlich mit solarer Energie aus.

3.     Biosensor auf der Basis immobilisierter Proteinpartikel zur hochsensitiven Schnellanalytik von Herbiziden

Gegenstand des Projekts war die Entwicklung eines portablen Biosensor-Systems, das es sowohl im Labor als auch vor Ort ermöglichen soll, eine Kontamination mit Herbiziden vom Diuron/Atrazin-Typ innerhalb von wenigen Minuten festzustellen. Das System beruht auf stabilisierten Protein-Partikeln, die als Biosensoren dienen und in eine Einweg-Sensorfolie eingeschweißt sind. Mit einem transportablen, Mikroprozessor gesteuerten Gerät wird die Chlorophyll-a-Fluoreszenz gemessen, die ein Maß für die Konzentration der Herbizide in der wässrigen Phase ist.

Innerhalb des Projekts wird die Hard- und Software des Geräts und die Haltbarkeit der Biosensoren (tiefgekühlt und bei Raumtemperatur) verbessert. Eventuelle Störungen durch pH-Wert-Schwankungen, andere Wasserinhaltsstoffe oder sonstige Parameter sollen untersucht werden. Als Nachweisgrenze des Verfahrens wird der in der EU-Trinkwasserverordnung für Atrazin und Diuron vorgeschriebene Grenzwert von 0,1 µg/l angestrebt.