Abwasserverfahren mit anaerober Membranbioreaktortechnologie und Algen

#Abwasser #Membranbioreaktor #Mikroalgen #nahezuCO2neutral
Ein anaerober Membran-Bioreaktor (AnMBRA) wird mit einem Algenreaktor gekoppelt und liefert Nährstoffe. Der entstandene Klärschlamm aus dem AnMBRA wird mittels hydrothermaler Karbonisierung in Hydrokohle umgewandelt und liefert ebenfalls weitere Nährstoffe für die Algenproduktion. Ein ebenfalls entwickeltes Erntesystem (Harvester) konzentriert die Algenbiomasse zur späteren kommerziellen Verwendung auf. Dabei entsteht weiteres wässriges Konzentrat (Effluent) zur Verwertung.
Schematisches Fließbild der entwickelten Anlage, welche die einzelnen Prozessschritte darstellt (Quelle: R. Bernstein).

In den letzten Jahren sind die gesetzlichen Vorschriften für den Umgang mit gereinigtem Abwasser restriktiver geworden, so dass die Abwasserindustrie gezwungen ist, effizientere Strategien zur Verringerung der Schadstoffe im Abwasser zu entwickeln. Im Projekt AnMBRA wurde eine Abwasserbehandlungsmethode entwickelt, die diesem Bedarf Rechnung tragen soll.

Hierfür wurde ein anaerober Membran-Bioreaktor (AnMBRA) weiterentwickelt, optimiert, und mit einem Algenreaktor gekoppelt. Das System wurde zur Klärung von Abwasser aus der Lebensmittelindustrie eingesetzt und konnte die CO2-Bilanz des Prozesses bei gleichzeitiger Reduktion der Abfallprodukte (Nährstoffe wie Phosphat und Nitrat) im Vergleich zur konventionellen Wasseraufbereitung deutlich vermindern (s. Schema), da diese von den Algen zur Biomasseproduktion aufgenommen wurden. Während die Partner aus Israel den AnMBRA Bioreaktor sowie einen neuartigen Algenreaktor weiterentwickelten, lag der Schwerpunkt der Aufgabenstellung auf deutscher Seite in der verbesserten und angepassten Kultivierung und Auswahl der Algen, der Verminderung von Biofouling im Bioreaktor sowie der Prozessintegration und Steuerung der Ernte. Laborexperimente konnten nachweisen, dass die im Projekt entwickelte Technologie wichtige im Abwasser gebundenen Nährstoff-Ressourcen in einem nahezu emissionsfreien Prozess zurückgewinnt.   
Für eine typische mittelgroße Kläranlage in Deutschland für eine Stadt mit 30000 Einwohnern und einem durchschnittlichen Abwasserzufluss von 7000 m3/Tag würden etwa 20 ha PBR und 2 ha AnMBR-Fläche benötigt werden. Das System würde den Nährstoffeintrag drastisch reduzieren, Biogas zur Energiegewinnung produzieren und hochwertige Produkte gewinnen. Um eine Wirtschaftlichkeit erzielen zu können, wird weiterer Forschungsbedarf in der Entwicklung geeigneter Methoden für die Extraktion der Nährstoffe aus dem wässrigen Konzentrat gesehen.

Wasser­ressource: Abwasser, Aufbereitetes Wasser
Produkttyp:
  • Technologien & Verfahren
TRL: 5
    TRL (Technology Readiness Level)
  • TRL 1 - Grundprinzipien beobachtet
  • TRL 2 - Technologiekonzept formuliert
  • TRL 3 - Experimenteller Nachweis des Konzepts
  • TRL 4 - Technologie im Labor überprüft
  • TRL 5 - Technologie in relevanter Umgebung überprüft (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 6 - Technologie in relevanter Umgebung getestet (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 7 - Test eines System-Prototyps im realen Einsatz
  • TRL 8 - System ist komplett und qualifiziert
  • TRL 9 - System funktioniert in operationeller Umgebung (bei Schlüsseltechnologien oder Raumfahrt wettbewerbsfähige Fertigung)
Anwendungs­sektor: Industrie, Landwirtschaft, Städte und Kommunen
Fördermaßnahme: DE-IL-WaTec
Projekt: AnMBRA

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KIT - Karlsruhe Institute of Technology, Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik - Bioverfahrenstechnik

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