Abgeschlossene Forschungsvorhaben
Betrieb und Optimierung von mikrobiellen Brennstoffzellen im Labormaßstab (Oswald-Schulze-Stiftung)
Kommunales Abwasser wird vornehmlich in Kläranlagen mit Hilfe des Belebtschlamm-verfahrens gereinigt. Für eine effektive Stickstoff- und Kohlenstoffelimination sind große Mengen Sauerstoff erforderlich, um die Nährstoffe zu eliminieren. Der Stromverbrauch, der für Belebungsanlagen mit 25 bis 45kWh/(EW*a) angegeben wird, macht etwa 15% der Betriebskosten auf Kläranlagen aus und ist einer der größten beeinflussbaren Kostenfaktoren. Das ist insofern bedauerlich, da es der Energiegehalt des Abwassers grundsätzlich ermöglichen würde, weitaus mehr Energie aus dem Abwasser zu gewinnen und letztendlich zuenergieproduzierenden Kläranlagen zu kommen. Durch mikrobielle Brennstoffzellen lässt sich die chemische Energie des Abwassers über eine elektrochemische Reaktion direkt in nutzbare elektrische Energie umwandeln. Dabei wird durch das Zusammenspiel zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode), geeignetem Substrat und Mikroorganismen Energie erzeugt. Aus vorgeklärtem Abwasser können zwischen 2-4kWhel/kgCSBabb erzeugt werden. Die biologischen und chemischen Prozesse können nur unter Ausschluss von Sauerstoff in der Anodenkammer ablaufen. Im Vergleich zu den heute eingesetzten anaeroben Abwasserreinigungsverfahren, die aus Faultürmen und Blockheizkraftwerken bestehen, lässt sich der Energiegewinn durch eine mikrobielle Brennstoffzelle mehr als verdoppeln.
Das Brennstoffzellensystem besteht aus einem Anoden- und aus einem Kathodenreaktor. Die Anodenkammer wird als Feed-Batch-Reaktor betrieben. Der Reaktor wird diskontinuierlich mit Substrat (Abwasser) beschickt. Die Kathode wird kontinuierlich mit Luft versorgt, damit es zu der gewünschten chemischen Reaktion kommen kann. In dem Vorhaben sollen neben Abwasser noch weitere Substrate mit unterschiedlichen Kohlenstoffbelastungen untersucht und verglichen werden. Darüber hinaus sollen verschiedene Anodenformen und –materialien erprobt und bewertet werden. Mit dem Forschungsvorhaben soll die Technik der mikrobiellen Brennstoffzellen im Labormaßstab weiter erforscht und optimiert werden.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. T. Kletke
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. M. Wichern
Zustands-, Prozess- und Wirkungsanalyse zur Entwicklung einer bedarfsorientierten Reinigungsstrategie für Kanalnetze (MUNLV)
Ziel des Vorhabens ist es, den Betreibern öffentlicher Kanalisationsnetze in Nordrhein-Westfalen praxisorientierte Empfehlungen zur Entwicklung, Umsetzung und Nachverfolgung angepasster Reinigungsstrategien für die Kanalisation zur Verfügung zu stellen hinsichtlich:
- Auswahl und Einsatz zuverlässiger Methoden und Werkzeuge zur Umsetzung einer Reinigungsstrategie,
- Identifizierung von Synergiepotenzialen mit anderen Betriebsprozessen,
- Anpassung der Qualifikationsanforderungen für Mitarbeiter des Kanalbetriebs,
- Entwicklung geeigneter Argumentationen zur Durchsetzung von angepassten Reinigungsstrategien für die Kanalisation in Politik und kaufmännischer Verwaltung,
- Dokumentation des tatsächlichen Reinigungsbedarfs als Grundlage für die kontinuierliche Optimierung des Reinigungsprozesses.
Im Ergebnis werden die Netzbetreiber damit in die Lage versetzt, auch mit begrenzten Mitteln optimale Reinigungsergebnisse für spezifische Netzsituationen zu erzielen.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. R. Lange
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. H. Orth
Projektpartner: Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik an der Ruhr-Universität Bochum, Institut fur Unterirdische Infrastruktur (IKT, Gelsenkirchen)
Verbundprojekt: Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und –entsorgung, Teilprojekt: Bemessungs- und Betriebsparameter des Belebungsverfahrens in Abhängigkeit von der Abwassertemperatur und stofflichen Eigenschaften (BMBF)
Die Erfahrungen mit dem Belebungsverfahren konzentrieren sich auf einen Temperaturbereich von etwa 5 °C bis 20 °C und in geringerem Umfang bis etwa 25 °C sowie auf stoffliche Eigenschaften, Abwasserkonzentrationen und -frachten, die den Verhältnissen in Industrieländern entsprechen. Um die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, das sich vor allem auf kommunalen Kläranlagen bewährt hat, auch für die Bedingungen anderer Länder zu verbessern bzw. sicherzustellen, werden niedrigere und erhöhte Temperaturen, hohe und niedrige Abwasserkonzentrationen bzw. -frachten und erhöhte Salzgehalte systematisch untersucht. In Laborversuchen, auf einer Laborkläranlage und auf einer Versuchskläranlage (ca. 1.000 EW) werden dazu die Abhängigkeiten von Parametern wie z.B. Stoffumsatzraten und Überschussschlammanfall ermittelt. Dabei kommen auch verschiedene Verfahrensvarianten zur weitergehenden Abwasserbehandlung zum Einsatz. Wichtige Betriebsparameter, wie z.B. Veränderungen der Schlammbeschaffenheit, werden mit einschlägigen Methoden untersucht. Die Ergebnisse werden in Bemessungs- und Betriebsempfehlungen zusammengefasst.
Projektbearbeitung am LSU (RUB): Dipl.-Ing. S. Grube
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. H. Orth