Optimierung der energetischen Nutzung in Städten anfallender Biomasse unter Berücksichtigung einer Rückgewinnung enthaltener Makronährstoffe

Zielsetzung des Verbundvorhaben BerBioN ist die Optimierung bezüglich der energetischen und stofflichen Nutzung der in Städten an fallenden Biomasse. Der Hamburger Stadtteil Bergedorf ist hierfür als Untersuchungsgebiet ausgewiesen, indem eine Erhebung zu den organischen Stoffströmen in Kooperation mit der Hamburger Stadtentwässerung (HSE) durchgeführt wird. Neben der Erhebung zu der organischen Belastung der Abwasserteilströme erfolgt ein entsprechendes Vorgehen bezüglich der festen Biomasse durch das Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE) in Zusammenarbeit mit der Stadtreinigung Hamburg (SRH). Die Ergebnisse aus den Erhebungen werden in ein GIS zusammengefügt und dargestellt.

Nach Identifizierung und Inventarisierung der Abwasserteilströme mit Potentialen zur stofflichen und energetischen Nutzung werden diese im ersten Schritt anhand von Abbautests genauer bewertet. Im Weiteren soll die Steigerung der Abbaubarkeit der Substrate durch verschiedene Aufschlussverfahren untersucht werden. Geplant sind Aufschlüsse mittels Dampfdruck, Ultraschall und Einsatz von Enzymen zur Steigerung der mikrobiologischen Aktivität. Als weitere Möglichkeit zur Effizienzsteigerung werden auch mechanische Trennverfahren zur Vorbehandlung von Abwasserteilströmen experimentell untersucht und bewertet. In Hinsicht auf integrative Erfassungssysteme für Abwasserteilströme und häusliche Bioabfälle sowie deren Co-Verwertung werden entsprechend auch Mischproben der genannten Substrate in die Untersuchung einbezogen. Hier besteht eine enge Schnittstelle zum IUE.
In Abstimmung mit der HSE wird aufbauend auf vorhandenen Testanlagen ein komplexes System mit innovativen Trenntechniken für Teilströme der Sanitärtechnik erstellt und betrieben, sodass hier Kenndaten für die weiterführende Bewertung gewonnen werden.

Bezüglich der stofflichen Verwertung der Abwasserteilströme und flüssigen Biokonversionsreststoffen liegt der Fokus auf einer Rückgewinnung der Pflanzennährstoffe Stickstoff, Phosphor und Kalium. Hierzu werden aufbauend auf vorhandenen Forschungsergebnissen verschiedene thermische und chemische Verfahren (Membranverfahren, Eindampfung, Kristallisation und Fällung) weiter betrachtet und im Gesamtkontext der energetischen und stofflichen Verwertung beurteilt. Bezüglich der generierten Düngeprodukte wird eine Beurteilung anhand von Löslichkeitsversuchen gemäß den Methoden der VDLUFA und Pflanzentests vorgenommen.

In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern werden die verschiedenen Varianten zur innovativen Erfassung von Toilettenabwasser und Bioabfällen bewertet und zu Praxiskonzepten für einen kurz- mittel- und langfristige Zeithorizont ausgearbeitet. Die Implementierbarkeit der Praxiskonzepte in bestehende städtische Strukturen erhält hierbei oberste Priorität.

Zusammenfassend können die folgenden Teilaufgaben genannt werden:

• Identifizierung und Inventar isierung der relevanten Abwasserströmen für das Untersuchungsgebiet Bergedorf
• Verfahren zur Aufkonzentrierung von Abwasserteilströmen
• Quantifizierung der Bioverfügbarkeit der organischen Stoffströme (Abbautests)
• Steigerung der BV durch Aufschlussbehandlung (Dampfdruck, Enzyme, US)
• Bereitstellung von Proben zur gemeinsamen BK mit fester Biomasse (IUE)
• Nährstoffrückgewinnung aus Abwasserteilströmen und flüssigen Biokonversionsreststoffen
• Düngerproduktion aus rück gewonnenen Sekundärrohstoffen
• Erstellen der Pilotanlage AWW/HSE
• Erarbeitung integrativer Gesamtkonzepte gemeinsam mit den Projektpartnern 

Publikationen

• Bettendorf, T.; Cai, W.; Behrendt, J.; Otterpohl, R.: Aufkonzentrierung von Phosphaten mittels Nanofiltration zur Herstellung von P-Düngemitteln "In Proceedings: Bremer Colloquium produktionsintegrierte Wasser/-Abwassertechnik; ""Selektive Trenntechniken"" vom 5.-6.10.2010, Bremen, Germany", 2010.
• Voss, Th.; Bettendorf, T.; Kuchta K.: Need-Based Treatment of Digestate Plant-Design and Utilization-Concepts. 1st German-Italian Waste Dialog 2012, Verlag Abfall aktuell; ISBN: 978-3-9812867-8-6, 2013.
• Bettendorf, T.;Behrendt, J.; Otterpohl R.: New concepts for wastewater treatment in urban context with respect to nutrient recovery In Proceedings: International Water Week Amsterdam 2011, Conference: Water related to sustainable energy (1.-2.11.2011), 2011.
• Gajurel, D.R.; Li, Z.; Otterpohl, R.: Newly Developed;Medium-Tech Decentralised Sanitation Concepts for Closing Nutrient and Water Cycle In: proceedings of 1st International Conference on Ecological Sanitation in Nanning, China, 5-8 November, 2001. Copyright 2002 EcoSanRes, c/o Stockholm Environment Institute, Box 2142, SE-103 14 Stockholm, Sweden, 2001.
• Behrendt, J.; Antholz, M.; Bettendorf, T.; Gayh, U.; Tettenborn, F. and Otterpohl, R.: Nutrient Recovery from Toilet Waste. 2011.
• Tettenborn, F., Behrendt, J., & Otterpohl, R.: Nutrient Recovery from Urine and Elimination of Pharmaceutical Residues In Advanced Sanitation, J. Pinnekamp, ed., Institute of environmental engineering , RWTH Aachen University; IWA, International Water Association, Aachen, Germany, p. II / 30, 2007.
• Prajapati, K and Gajurel, D.: Nutrient recovery by different vegetable plants from source separated urine In: Proceeding of IWA/GTZ 2nd international symposium on ecological sanitation, April 2003, Luebeck, Germany, 2003.
• Bettendorf, T., Behrendt, J., Otterpohl, R.: Prozesskaskaden zur Verwertung häuslicher Abwasserströme zur Energie-und Düngemittelproduktion. 2011.
• Alp, : Recovery of phosphorus as struvite from source-separated blackwater In the proceedings of the International Symposium on Sanitary and Environmental Engineering, June 24-27, 2008, Florence, Italy, 2008.
• Li, F.;Behrendt, J.; Wichmann, K. & Otterpohl, R.: Resources and nutrients oriented greywater treatment for non-potable reuses Wat. Sci. & Tech. 57 (12), 1901, 2008.
• Gulyas, H.; Lindner, B.; Breuer, K. & Otterpohl, R.: Screening of chemical oxidation processes and other methods for decolorization of urine for its re-use as toilet flush liquid in eco-logical sanitation systems Water Science & Technology, 49, (4), pp. 241-246, 2004.