Neue verbesserte Abwasserbehandlung am Puls der Zeit
Die biologische Abwasserbehandlung in städtischen und industriellen Anlagen erfordert die Aufrechterhaltung eines hohen Gehalts an gelöstem Sauerstoff, damit die Biomasse Schadstoffe verstoffwechseln kann. Dadurch werden der biologische und chemische Sauerstoffbedarf sowie der Ammoniakgehalt auf Grenzwerte unterhalb der in den Verordnungen der Europäischen Kommission festgelegten Schwellenwerte reduziert. Um die erforderliche Sauerstoffkonzentration im Abwasser aufrechtzuerhalten, werden Luftblasen (oder reiner Sauerstoff) durch leistungsstarke Belüfter, meist Kompressoren oder Turbinen, in das Becken zur biologischen Behandlung eingetragen. Herkömmliche Belüfter sind jedoch nicht besonders effizient, da sie große Mengen an Energie verbrauchen, um die erforderlichen Sauerstoffgehalte aufrechtzuerhalten. Derzeit beträgt der Energiebedarf eines gebräuchlichen Blasenbelüfters in der Regel etwa 55 % des Gesamtverbrauchs einer Abwasserbehandlungsanlage. Eine Lösung besteht in der Verwendung von Nanoblasen, die einen Durchmesser von 50 bis 200 Nanometern und weitaus bessere Eigenschaften als normale Blasen vorzuweisen haben. Aufgrund ihres sehr hohen Innendrucks können Nanoblasen in einer Flüssigkeit über viele Tage hinweg anstatt nur wenige Sekunden wie normale Blasen stabil bleiben. Infolgedessen können Nanoblasen viel größere Mengen an stabilem gelöstem Sauerstoff in das Wasser einbringen, wodurch die Effizienz der Sauerstoffübertragung erheblich gesteigert wird.
Entfernung schädlicher Elemente
Das Projekt WATERMAX trug zur Verbesserung der Abwasserbelüftung bei, indem Prototypen von Nanoblasengeneratoren entwickelt und in Pilot-Abwasserbehandlungsanlagen getestet wurden. „Sie basieren auf der Nanoblasentechnologie und ihrer Fähigkeit, große Abwasserströme mit sehr geringen Kosten und Betriebszeiten (eintägige Installation und niedriger Wartungsaufwand), sehr wenigen Investitionen und sofortigen Ergebnissen zu belüften und werden unter realen Bedingungen demonstriert“, so Projektleiter Floriano Tosato. Die Hyperoxidation des Abwassers hilft dabei, schädliche chemische Elemente (wie Ammoniak, Phosphor und Chlor) durch Reaktionen mit dem Hydroxyl-Radikal zu entfernen. Durch diese Reaktionen werden Schadstoffe schnell fragmentiert und in kleine anorganische Moleküle umgewandelt und der bei herkömmlichen Verfahren entstehende Schlamm wird reduziert. Aktuelle ozonbasierte Lösungen auf dem Markt sind sehr kostspielig, da das in Form von normalgroßen Blasen in das Wasser eingetragene Ozon stark flüchtig ist. Ein großer Teil davon geht ohne Beeinträchtigung des zu behandelnden Wassers zurück in die Atmosphäre. „Es hat sich gezeigt, dass 10 % des von herkömmlichen Belüftern eingeleiteten Ozons im Wasser gelöst werden, während der Rest verloren geht“, erklärt Tosato.
Effizienter und kostengünstiger
Die Forschenden optimierten die Prototypen der Nanoblasengeneratoren, erstellten Leitlinien für deren Industrialisierung und Produktion und führten Versuche mit vorhandenen Prototypen durch. Die Projektpartner haben unter anderem in der Vieh- und Geflügelzucht eine Reihe von Pilotprojekten zur Abwasserbehandlung durchgeführt, da diese Bereiche am stärksten von schlechter Trinkwasserqualität und einem übermäßigen Antibiotikagehalt betroffen sind. Darüber hinaus wurde im Rahmen der Initiative ein Fernsteuerungssystem namens WMAX-RC für jene Abwasserbehandlungsanlagen entwickelt, bei denen keine ständige Überwachung durch den Menschen erfolgt. „Mit WMAX kann der Betrieb des gesamten Belüftungssystems aus der Ferne gesteuert und verwaltet werden, um potenzielle Probleme zu vermeiden und die Leistung zu optimieren“, kommentiert Tosato. WATERMAX wird zu niedrigeren Kosten für die Wasseraufbereitung beitragen und es den Betreibern damit ermöglichen, die Belüftungskapazität schnell zu verbessern und größere Abwassermengen zu gleichen Kosten zu behandeln. „Diese neuen und effizienteren Belüftungssysteme können in Altanlagen eingebaut werden, ohne dass diese dafür stillgelegt oder entleert werden müssen. Zu den potenziellen Kunden für das Belüftungssystem zur Erzeugung von Nanoblasen gehören öffentliche und private Einrichtungen, die im Bereich der Abwasserbehandlung tätig sind“, so Tosato abschließend.
Schlüsselbegriffe
WATERMAX, Abwasserbehandlung, Nanoblase, Belüftung, Ozon, gelöster Sauerstoff