Forschung

Im Rahmen des SDG-Graduiertenprogrammes CirCles werden in Zusammenarbeit mit den Fachgebieten Nachhaltiges Marketing, Ressourcenmanagement und Abfalltechnik sowie Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe die Potenziale innovativer Verwertungspfade für urbane Bioabfälle untersucht. Das inter- und transdisziplinäre Projekt hat dabei zum Ziel, urbane Kohlenstoffkreisläufe zu schließen, indem Bioabfälle fremdstofffrei bereitgestellt, zielgerichtet aufbereitet und nachhaltig verwertet werden.

Für die gezielte Entfernung organischer Spurenstoffe aus Abwassermatrices werden aktuell überwiegend Aktivkohlen auf Steinkohle- oder Kokosnussbasis eingesetzt. Alternativ können Bioabfälle zur Herstellung von biobasierten Aktivkohlen verwendet werden, um Treibhausgasemissionen und weitere Schadwirkungen zu minimieren. Am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft wird im Rahmen von CirCles die Substitution fossiler Hilfsstoffe in der weitergehenden Abwasserreinigung durch biobasierte Aktivkohlen erforscht und auf ihre realen Nachhaltigkeitspotenziale hin untersucht. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf dem Einfluss verschiedener Prozessparameter bei der Aktivkohleherstellung auf die erzielbare Adsorptionsleistung sowie der simulationsbasierten Beschreibung der Adsorptionsprozesse an biobasierten Aktivkohlen.

Projektpartner:               Universität Kassel:
                                         Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft
                                         Fachgebiet Nachhaltiges Marketing
                                         Fachgebiet Ressourcenmanagement und Abfalltechnik
                                         Fachgebiet Grünlandwissenschaften und Nachwachsende Rohstoffe

Assoziierte Partner:      Die Stadtreiniger Kassel
                                         Abfallentsorgung Kreis Kassel
                                         KASSELWASSER
                                         Umwelt- und Gartenamt der Stadt Kassel

Laufzeit:                          09/2022 - 02/2026

Förderung:                      Universität Kassel
                                         Eigenmittel Fachgebiete

Links:                               Projekthomepage CirCles

Aus Abwasser Rohstoffe zurückgewinnen und den Klimaschutz vorantreiben: Das ist das Ziel des Forschungsvorhabens RoKKa.

Hierfür untersuchen wir am FG Siedlungswasserwirtschaft die unterschiedlichen Prozesse der gezielten Phosphorelimination aus Abwasser unter der neuen Zielstellung, eine lokale Phosphorquelle für Mikroalgen zur Produktion von Beta-Glucanen als Pflanzenbiostimulans und zur Düngemittelproduktion zu erschließen. Zudem beschäftigen wir uns mit der Klimaverträglichkeit der in RoKKa untersuchten bioökonomischen Produktionsprozesse aus Abwasser. Einer Schlüsselrolle kommt dabei Lachgas (N₂O) zu, da ein Gramm N₂O in 100 Jahren 265-mal so stark zum Treibhauseffekt beiträgt wie ein Gramm CO₂. Direkte Lachgasemissionen entstehen bei der Abwasserreinigung als Zwischen- und Nebenprodukte der biologischen Stickstoffelimination. Eine innovative Abtrennung und Nutzbarmachung von Stickstoff aus Abwasser birgt demnach auch ein großes Klimaschutzpotenzial.

Projektpartner:     Universität Kassel (FG SWW)
                                Umwelttechnik BW GmbH (Verbundkoordinator)
                                Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
                                Universität Stuttgart (IGVP)
                                TU Kaiserslautern (FG rewa)
                                SolarSpring GmbH
                                Deukum GmbH
                                Nanoscience for life GmbH
                                Stadt Erbach
                                Zweckverband Klärwerk Steinhäule

Laufzeit:                 08.11.2021 - 31.03.2024

Förderung:             Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg
                                Europäischen Union

Projektleitung:       Prof. Dr.-Ing. Tobias Morck

Links:                      https://www.pure-bw.de/de/rokka-rohstoffquelle-klaeranlage

Das Vorhaben DecS verfolgt die Vision, organische Spurenstoffe möglichst zielgerichtet aus Abwasserströmen zu entfernen und den notwendigen Ressourceneinsatz der zur Verfügung stehenden Technologien zu entlasten (Ozon, PAK, GAK). DecS nutzt dabei den Treiber der Digitalisierung, indem kontinuierlich erfasste Messdaten eines neuen online Sensorsystems intelligent verarbeitet und mit digitalen Modellabbildern vernetzt werden. Dabei erforscht DecS die realen Nachhaltigkeitspotenziale einer digitalisierten Spurenstoffelimination und beantwortet generelle Fragestellungen zur simulationsunterstützten Prozessoptimierung auf wasserwirtschaftlichen Anlagen. Die Machbarkeit der großtechnischen Implementierung wird in digitalen Reallaboren erprobt (Kläranlage Dülmen, Kläranlage Bad Sassendorf), um konkrete Erfahrungen im Zusammenspiel der digitalen Instrumente im Sinne eines Proof of Concept sammeln zu können.

Projektpartner:     Universität Kassel (FG SWW, Verbundkoordination)
                                UNISENSOR Sensorsysteme GmbH
                                ifak e.V. Magdeburg
                                Lippeverband (EGLV)
                                Weber-Ingenieure GmbH

Laufzeit:                 04/2021 - 10/2023

Förderung:            Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
                                Digital GreenTech - Umwelttechnik trifft Digitalisierung

Projektleitung:      Prof. Dr.-Ing. Tobias Morck / Janna Parniske, M.Sc.

Links:                      Projekthomepage DecS

Bei den derzeit eingesetzten getauchten Membranverfahren zur Abwasserreinigung handelt es sich vorwiegend um statische Verfahren. Die Membranfasern oder -platten werden in einem Rack gebündelt, welches wiederum fest im Reaktor installiert wird. Die benötigte Überströmung zur Kontrolle der Deckschicht wird hauptsächlich über den Eintrag von Luft erreicht. Getauchte Membransysteme benötigen aus diesem Grund im Vergleich zu konventionellen Systemen wesentlich mehr Belüftungsenergie und haben darüber hinaus einen erheblich größeren Reinigungs- und Wartungsaufwand.
Im Rahmen der Forschungsarbeiten wird eine neuartige Membranentwicklung untersucht, mit dem Ziel durch neuartige Konstruktion mit kurzen Membranfasern und durch Rotation der Fasern, den Flux und den Feststoffgehalt derzeitig eingesetzter Anlagen deutlich zu erweitern. Dies soll bei gleichzeitig niedrigeren Rückspülintervallen und Luftmengen erreicht werden.

Projektpartner:     Universität Kassel (FG SWW)

Förderung:            Eigenmittel

Auf der Kläranlage Achern wird zur weitergehenden Spurenstoffelimination Pulveraktivkohle simultan in die biologische Stufe der Kläranlage dosiert. Neben der Demonstration zur einfachen Implementierung des Verfahrens werden im Rahmen des Vorhabens Betriebseinstellungen erarbeitet, die zur Sicherstellung eines funktionierenden und zugleich wirtschaftlichen Betriebs des Verfahrens auf andere Kläranlagen übertragen werden können. Dies wird unterstützt durch eine simulationsbasierte Beschreibung der relevanten Prozesse. Das Vorhaben gliedert sich in zwei Phasen. In Phase 1 werden Voruntersuchungen im Labor als auch halbtechnischen Maßstab durchgeführt, um Erkenntnisse zur Auslegung der großtechnischen Realisierung des Vorhabens zu erlangen. Mittels einer halbtechnischen Versuchsanlage sollen insbesondere den Fragestellungen zum Pulveraktivkohlebedarf, zur Dosierstrategie sowie zu den Auswirkungen auf die Kapazitätsreserven der biologischen Stufe nachgegangen werden. In Phase 2 wird geprüft, inwieweit sich die Erkenntnisse im großtechnischen Maßstab verifizieren lassen. Zudem wird in dieser Phase die Betriebsweise optimiert. Die beiden Phasen sind zeitlich durch den Bau bzw. den Einbau der technischen Anlagenkomponenten zur Erweiterung der Kläranlage Achern um das Verfahren der simultanen Dosierung von Pulveraktivkohle voneinander getrennt.

Projektpartner:     Universität Kassel (FG SWW)
                                Stadt Achern
                                Weber-Ingenieure GmbH

Laufzeit:                 09/2019 - 06/2023

Förderung:            Landesmittel Baden-Württemberg

Projektleitung:      Prof. Dr.-Ing. Tobias Morck

Im Rahmen von PAKauf wird in halbtechnischen Versuchen eine Adsorptionsstufe mit Pulveraktivkohle im Aufstaubetrieb (PAK-SBR) zur weitergehenden Spurenstoffelimination erprobt. Die Untersuchungen werden unterstützt durch eine simulationsbasierte Beschreibung der Verfahrensprozesse, um unter anderem Fragestellungen zur Optimierung der Zyklusphasen beantworten zu können.

Projektpartner:     Universität Kassel (FG SWW)
                                AZV Unteres Sulmtal
                                Weber-Ingenieure GmbH
                                Kompetenzzentrum Spurenstoffe Baden-Württemberg (KomS)

Laufzeit:                 03/2021 - 02/2022

Förderung:            Landesmittel Baden-Württemberg