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Forscher steigern Energieeffizienz von Kläranlagen

Dresden - Die kommunalen Kläranlagen in Deutschland sind die reinsten Energiefresser. Forscher wollen die energetische Effizienz der Kläranlagen deutlich steigern.

Der Strombedarf der Kläranlagen in Deutschland beläuft sich auf über vier Milliarden Kilowattstunden. Forscher des Instituts für Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) mit der TU Dortmund und der IWEB Institut für Wasser und Energie Bochum GmbH entwickeln nun neue Betriebsvarianten, die die Effizienz der Kläranlagen steigern sollen.

Abwasseraufbereitung in Kläranlagen besonders energieintensiv

Die kommunalen Kläranlagen in Deutschland verbrauchen fast 4,4 Mrd. kWh Strom. Besonders energieintensiv sind bei der Abwasseraufbereitung Prozesse in den Belebungsbecken, in denen Bakterien Kohlenstoff- und Ammoniumverbindungen abbauen. In den meisten Kläranlagen übersteigt die aufgewendete Energie den tatsächlichen Bedarf, da sie nicht optimal ausgelegt sind. Im Verbundprojekt LEOBEL, das die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert, entwickeln Forscher des HZDR und der TU Dortmund zusammen mit der IWEB GmbH neue Betriebsvarianten für Kläranlagen.

Sauerstoffeintrag bestimmt die Leistungsfähigkeit einer Kläranlage

In Kläranlagen filtern die sich im Schlamm tummelnden Mikroorganismen die Schmutzstoffe aus dem Wasser. Dafür benötigen sie jedoch sehr viel Sauerstoff, den spezielle Belüftungssysteme am Boden der Anlagen unter hohem Energieaufwand einspeisen. „Um den Belebtschlamm gut zu durchmischen, verteilen oft zusätzlich Rührwerke den Sauerstoff, was weiteren Energieaufwand nötig macht”, erläutert Dr. Reinecke vom HZDR. „Der Sauerstoffeintrag und die Durchmischung in den Becken bestimmen also maßgeblich die Leistungsfähigkeit und damit die Energiebilanz der Kläranlage.“

Problem: Konzentrationsverteilung des Sauerstoffeintrags unbekannt

Nach Ansicht des Dresdner Forschers ließe sich durch technische Maßnahmen Energie einsparen. Das Problem liegt vor allem darin, dass in den meisten Anlagen die tatsächliche Konzentrationsverteilung des gelösten Sauerstoffs und der Ammoniumverbindungen unbekannt ist. Daher kommt es häufig zu einer Inhomogenität von Über- oder Unterversorgung mit Sauerstoff. Derzeit fehlt es aber noch an passenden, räumlich auflösenden Messverfahren für die komplexen hydrodynamischen und biochemischen Prozesse in den Becken. Hier setzen die Forscher nun an.

Ziel: Entwicklung von Messtechnik und Simulationsmethoden

Die Forscher suchen nun gemeinsam nach geeigneter Messtechnik, mit der die Strömungsverhältnisse direkt im Becken analysiert und darauf aufbauend optimiert werden können. Bei Experimenten an zwei Versuchsaufbauten sind der Dresdner Ingenieur Reinecke und sein Team bereits zu aufschlussreichen Ergebnissen gekommen. Mit dem ultraschnellen Röntgentomograph ROFEX konnten sie im Labor zum ersten Mal das Verhalten von aufsteigenden Blasenschwärmen im Belebtschlamm für drei unterschiedliche Belüftertypen ermitteln. In Verbindung mit den eingesetzten Simulationsmodellen können dann am Ende für Klärwerke verbesserte Vermischungs- und Belüftungsstrategien entwickelt werden. So das Ziel des Projektvorhabens, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördert wird.

© IWR, 2017

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12.09.2017