Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Abwasser als Ressource

Abwasser als Quelle für Rohstoffe und Energie

Sollen vorhandene Wasserressourcen besser genutzt oder neue erschlossen werden, müssen innovative Wege beschritten werden: Semi-dezentrale und anpassbare Infrastruktursysteme, die Wasser sammeln, reinigen und verteilen, spielen hierbei eine ebenso entscheidende Rolle wie Möglichkeiten der Mehrfachnutzung von Wasser.

Wasserreinigung mit energetischer und stofflicher Verwertung kombinieren

Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ist dabei ganz entscheidend, wie das Abwasser behandelt wird.

Eine bedarfsgerechte Reinigung des Abwassers von nicht nutzbaren Verunreinigungen kann mit moderner, kostengünstiger Filtertechnik erreicht werden; umwelt- und gesundheitsschädliche gelöste Verbindungen können mit Advanced Oxidation Processes zerstört werden.

Um im Idealfall weiter nutzbare Inhaltsstoffe des Abwassers nahezu vollständig energetisch und stofflich verwerten zu können, eignen sich angepasste biologische Prozesse, ggf. kombiniert mit geeigneten Rückgewinnungstechnologien.

Stoffliche oder energetische Nutzung organischer Fracht

Abwässer enthalten zumeist eine teilweise hohe organischen Fracht. Liegen hohe Konzentrationen einer bestimmten Verbindung vor, kann es sich lohnen, diese selektiv für eine weitere Nutzung abzutrennen. Wir beraten Sie gerne zu geeigneten Verfahren.

Schlamm auf Kläranlagen lässt sich mit einem Hochlastverfahren effizient zu Biogas umsetzen. Die mit dem Verfahren der Hochlastfaulung erhaltenen Fraktionen lassen sich auf  unterschiedliche Weise verwerten (siehe unten).

Rückgewinnung von Nährstoffen

Neben der organischen Fracht enthalten Abwässer typischerweise größere Mengen an Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor, Magnesium, Kalium oder Schwefel. Sie werden mit großem Aufwand und teilweise enormem Energieverbrauch durch Nitrifikation, Denitrifikation und biologische Phosphorelimination (sogenannte Bio-P-Prozesse) aus Abwässern entfernt, damit sie nicht in die Oberflächengewässer gelangen und hier zur Eutrophierung führen.

Neue am Institut entwickelten Konzepte und Verfahren zielen darauf ab, diese Nährstoffe als direkt einsetzbare Düngemittel zurückzugewinnen.

 

Belebungsbecken einer Klaeranlage
© Fraunhofer IGB, Marius Mohr
Abwasser enthält organische Inhaltsstoffe und Nährstoffe, die genutzt oder zurückgewonnen werden können.
Hochlastfaulung Edenkoben.
© Verbandsgemeindewerke Edenkoben
Die anaerobe Hochlastfaulung bietet die Möglichkeit, die Inhaltsstoffe im Abwasser verfügbar zu machen.
© Fraunhofer IGB
Aus Abwasser können Nährstoffe als Dünger zurückgewonnen werden und herkömmliche Düngemittel ersetzen.

Die Kläranlage als Bioraffinerie

Die Kreislaufwirtschaft gilt als Schlüsselstrategie, um Ressourcen zu erhalten und die Klimaziele zu erreichen. Auch die Inhaltsstoffe im Abwasser lassen sich nutzen – wenn man es entsprechend aufbereitet.  

Hochlastfaulung ermöglicht Nutzung der Abwasserinhaltsstoffe

Die Voraussetzung für die Nutzung der verschiedenen Stoffe liegt in ihrer Verfügbarmachung: durch Konzentrierung, Trennung und Aufarbeitung.

Die technische Basis dafür ist die am IGB entwickelte und vielfach auf Kläranlagen implementierte Hochlastfaulung. Diese setzt den auf einer Kläranlage anfallenden Schlamm nicht nur zu Biogas als regenerativer Kohlenstoff- und Energiequelle um, sondern liefert zudem Schlammwasser und Gärreste als weitere nutzbare Stoffströme.

Das Schlammwasser ist reich an wertvollen Pflanzennährstoffen, allen voran Phosphor und Ammonium. Das IGB hat verschiedene Konzepte erarbeitet, um die Nährstoffe aus diesem bei der Entwässerung des Schlamms anfallenden Wasser zurückzugewinnen und als Dünger aufzuarbeiten. Alternativ kann das nährstoffreiche Schlammwasser auch direkt genutzt werden, etwas zur düngenden Bewässerung oder hydroponischen Pflanzenproduktion. Oder als Wachstumsmedium zur Kultivierung von photosynthetisch mit CO2 wachsenden Mikroalgen, die z. B. pflanzenstimulierende Polysaccharide synthetisieren.

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Wie Abwasser als Ressource genutzt werden kann, hat das Fraunhofer IGB in einer Machbarkeitsstudie des Umweltministeriums Baden-Württemberg untersucht. Dr.-Ing. Ursula Schließmann, Koordinatorin des Geschäftsfelds Umwelt am IGB, erklärt das Vorgehen.

Referenzprojekte

Oktober 2021 – März 2024

RoKKa – Die Kläranlage als Bioraffinerie?

Das IGB entwickelt ein Konzept für die Umgestaltung von Kläranlagen hin zu Abwasser-Bioraffinerien mit Nutzung von Rest- und Abfallstoffen.

 

zum Projekt

August 2020 – Dezember 2020

EVOBIO

In EVOBIO wurden Verfahrenskonzepte entwickelt und demonstriert, um Stoffströme wie Abwasser, Abfall und Abgas vollständig nutzen zu können – zur Herstellung optimierter Materialien für innovative Produkte.

 

zum Projekt

März 2018 – September 2026

Innovationspartnerschaft Cométha –

Erprobung von Technologien zur Co-Vergärung (organische Abfälle, Klärschlämme) und Nährstoffrückgewinnung im Großraum Paris

zum Projekt

Kreislaufwirtschaft für Prozess- und Prozessabwassser

Entfernung und Rückgewinnung von Metallen – Biosorption und Biofällung

Metalle aus Prozessabwässern können durch Biosorption an mikrobielle Oberflächen gebunden werden.

Bei der Biofällung werden in der wässrigen Phase gelöste Metalle (CuSO4, NiSO4, ZnSO4) durch mikrobielle Prozesse, beispielsweise mit anaeroben Mikroorganismen als Katalysatoren, gefällt und in schwer lösliche partikuläre Bestandteile überführt (CuS, NiS, ZnS). Für eine effektive Prozessführung setzen wir immobilisierte oder suspendierte Biomasse ein. Auf diese Weise können beispielsweise Schwermetalle aus Kühlschmierstoffen gewonnen werden.