Umweltfreundliche Düngemittel aus Haushaltsabwässern
Die konventionelle Aufbereitung von Haushaltsabwässern beruht auf einem veralteten nachsorgenden „End-of-pipe“-Konzept. Verschiedene Abwasserströme werden gemischt und durch mehrere Kilometer Kanalisation zu einer zentralen Kläranlage transportiert. Dort kann jedoch nur ein Bruchteil der verdünnten Nährstoffe und Ressourcen zurückgewonnen werden, während eine erhebliche Menge an sauberem Wasser zu Transportzwecken verschwendet wird.
Innovative Technologien zur Abwasseraufbereitung
Das EU-finanzierte Projekt RUN4LIFE schlug nun einen neuen Ansatz zur effizienten Rückgewinnung von Ressourcen (Wasser, Energie und Nährstoffe) direkt an der Quelle in Form von dezentralen Kläranlagen vor. „Wir hatten die Idee, Abwasserströme wie Schwarzwasser, Küchenabfälle und Grauwasser an der Quelle zu trennen sowie die Rückgewinnungs- und Wiederverwendungsraten für jeden Teilstrom zu erhöhen“, erklärt Projektkoordinator Frank Rogalla. Die Projektpartner entwickelten eine Reihe innovativer Technologien wie zum Beispiel ein Vakuumtoilettensystem mit extrem sparsamer Spülung, das den Spülwasserverbrauch im Vergleich zu existierenden Modellen halbiert. Dadurch wird das Abwasservolumen reduziert, das anschließend von hyperthermophilen anaeroben Mikroben verdaut wird, die unter heißen Bedingungen und ohne Sauerstoff gedeihen. Endergebnis der einstufigen Behandlung sind sichere Düngemittel. Durch Einbindung eines bioelektrochemischen Systems wird das Ammoniak konzentriert und ein flüssiger Ammoniumnitratdünger hergestellt. Dazu kombinierte RUN4LIFE außerdem konventionelle Verfahren, die bereits in zentralisierten Prozessen eingesetzt werden, wozu die Phosphorrückgewinnung, die anaerobe Behandlung sowie aerobe und anaerobe Membranbioreaktoren zählen. Letztere gewinnen Energie aus Schwarzwasser in Form von Biogas zurück und produzieren hochwertiges keimfreies Wasser.
RUN4LIFE-Behandlungssysteme in der Umsetzung
Die Technologien wurden in großmaßstäblichen dezentralen Demonstrationsanlagen in vier europäischen Städten (Gent in Belgien, Vigo in Spanien, Sneek in den Niederlanden und Helsingborg in Schweden) in die Tat umgesetzt, um die Sicherheit und gleichbleibende Qualität der RUN4LIFE-Behandlungssysteme zu gewährleisten. Jeder Standort war durch seine eigene Kombination aus verschiedenen Abfallströmen, innovativen Behandlungen und Verwertungstechnologien gekennzeichnet, die an die Abwassereigenschaften, die lokalen gesetzlichen Anforderungen und den vor Ort bestehenden Bedarf an zurückgewonnenen Ressourcen angepasst waren. „Das RUN4LIFE-System trennte Haushaltsabwässer aus mehr als 470 Wohnungen, öffentlichen Infrastrukturen und Bürogebäuden“, erläutert der technische Projektkoordinator Nicolás Morales-Pereira. Die Anlagen an den Standorten Helsingborg, Gent und Vigo produzierten mithilfe eines Fällungsverfahrens mit Struvit einen für landwirtschaftliche Zwecke geeigneten Phosphor-Langzeitdünger. In Helsingborg wurden in Kombination mit Ammoniumsulfat NPK-Pellets hergestellt. Dieser maßgeschneiderte Dünger weist aufgrund seines Gehalts an organischen Stoffen und Nährstoffen gute Eigenschaften auf. Zudem wurden in Sneek und Vigo hyperthermophile anaerobe Gärung bzw. anaerobe Membranbioreaktoren eingesetzt, um einen Strom in Form einer nährstoffreichen Flüssigkeit zu erzeugen, die für Fertigationsanwendungen geeignet ist. Der Düngewert der gewonnenen Produkte wurde in Versuchen in Töpfen und im Feldmaßstab demonstriert.
RUN4LIFE – Perspektiven der dezentralen Abwasserbehandlung
Insgesamt hat RUN4LIFE die Realisierbarkeit eines alternativen Abwasserbehandlungsverfahrens auf der Basis dezentraler Anlagen und der Trennung der Abwasserströme nachgewiesen. Mit dem vorgeschlagenen Ansatz wird die Ressourcenrückgewinnung maximiert und die Kreislaufwirtschaft gefördert. Die Projektpartner führten Lebenszyklusanalysen durch, um das Innovationspotenzial, die Nachhaltigkeit und den Umweltnutzen der verschiedenen Technologien und RUN4LIFE-Konfigurationen zu bestätigen. So wurden zum Beispiel am Demonstrationsstandort in Gent die Umweltauswirkungen bei der Nährstoffrückgewinnung und Düngemittelproduktion im Vergleich zu konventionellen Systemen um 26 % verringert. Viele RUN4LIFE-Produkte sind kommerziell verwertbar, und für jede Demonstrationsanlage wurden Geschäftsmodelle ausgestaltet, die auch an anderen Standorten umsetzbar sind. Außerdem werden bestimmte Projekttechnologien in den EU-finanzierten Projekten REWAISE und VIVALDI zum Einsatz kommen.
Schlüsselbegriffe
RUN4LIFE, Düngemittel, Haushaltsabwässer, dezentrale Abwasserbehandlung, Bioreaktor, Struvit