Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens sollte am Beispiel eines Gem\u00fcse verarbeitenden Betriebes gezeigt werden, dass mit Hilfe eines innovativen Verfahrenskonzeptes der Wasserkreislauf geschlossen werden kann. Die Verfahrenskombinationen wurden so gew\u00e4hlt, dass
\n1.\tdas aufbereitete Abwasser intern als Betriebswasser wieder genutzt werden kann,
\n2.\tmit integrierten Anaerobverfahren Energie f\u00fcr die Strom- und W\u00e4rmeproduktion gewonnen wird, \tdie den Eigenbedarf der Anlage \u00fcbersteigt,
\n3.\tdie N\u00e4hrstoffe in den Reststoffen konzentriert als D\u00fcngemittel zur\u00fcck gewonnen werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Input-Substrate, das Sp\u00fclwasser und die organischen Reststoffe wurden in einer speziellen neuartigen kombinierten mesophil\/thermophilen Verg\u00e4rungsanlage (FAR-SBR) vorbehandelt zwecks weitest gehender CSB-Elimination bei gleichzeitiger Biogasgewinnung. Mittels Intensivmesskampagnen vor Ort sowie anaeroben Batch-Versuchen wurden Stoffumsatzbilanzierungen durchgef\u00fchrt. Diese dienten nachfolgend der Kalibrierung eines anaeroben Simulationsmodells (ADM 1), das wiederum f\u00fcr vergleichende Optimierungs-Simulationen genutzt werden sollte. Das im Rahmen der nachfolgenden Reinigungsschritte entstehende Umkehrosmose-Konzentrat sollte in die ausgefaulten G\u00e4rreste hineingewaschen werden zwecks Konzentrierung und Minimierung des anfallenden D\u00fcngekonzentrates. Dieser neuartige Prozessschritt sollte gro\u00df- und messtechnisch optimiert werden, insbesondere unter Zuhilfenahme paralleler Hydrauliksimulationen. Ein Teilstrom des G\u00e4rresttr\u00fcbwassers sollte mit einer neuartigen high rate algal pond Technologie behandelt werden. Der Prozess wurde mittels Intensivmesskampagnen optimiert, mit dem Ziel der exakten Bilanzierung der Stickstoff-, Phosphor- und Kohlenstoffumsetzraten, sowie dem Abgleich mit einem neu zu entwickelnden Algen-Simulations-Modell. In diesem Modell wurde zudem eine Hydraulikkomponente integriert, um eine optimierte Algen-Wasser-Trennung genau abbilden zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die geplante Gro\u00dfanlage der Firma Meyer Gem\u00fcseverarbeitung GmbH konnte in gro\u00dfen Teilen wie geplant realisiert werden. Die Biogasproduktion des thermophilen Fermenters lag mit 5 – 15 % h\u00f6her als die des mesophilen und korrelierte sehr gut mit den im Detail durchgef\u00fchrten N-Bilanzierungen. Das Verhalten der zu den Fermentern geh\u00f6rigen FAR wurde unter verschiedenen Betriebsbedingungen (Betrieb der Gas- bzw. Umw\u00e4lzpumpe) genau untersucht. Die Unterschiede zwischen den beiden FAR waren erheblich. Der mesophile FAR erreichte eine 15 %ige Faulschlammanreicherung. Der thermophile FAR erbrachte immerhin eine Faulschlammanreicherung von rund 50 %. Bei beiden Fermentern waren Schwimmschlammbildung und die hohe Viskosit\u00e4t des G\u00e4rrestes die Hauptprobleme. <\/p>\n
Die Hauptprobleme der Gro\u00dfanlage lagen in der hohen Viskosit\u00e4t der G\u00e4rreste, sowie in den hohen Werten f\u00fcr den gel\u00f6sten CSB (etwa 4.000 – 6.000 mg\/l). Diese f\u00fchrten nicht nur zu einer suboptimalen Faulschlammanreicherung in den FAR, sondern auch dazu, dass der gel\u00f6ste CSB nach aerober Endbehandlung des gesamten G\u00e4rrestes immer noch 700 – 1200 mg\/l betrug. Dies bewirkte auch im Klarwasser eine sehr hohe Viskosit\u00e4t. Die Ultrafiltrationsstufe des MBR erwies sich deshalb nach kurzer Zeit als nicht betreibbar. Deshalb war zur Erreichung von Vorfluter geeignetem Klarwasser ein Umbau der Anlage erforderlich. <\/p>\n
Das Massenalgenkulturbecken konnte aufgrund technischer und verfahrenstechnischer Probleme erst sp\u00e4t in Betrieb gehen und deshalb nicht mehr beprobt werden. Erg\u00e4nzend wurde ein umfassendes theoretisches Modell auf Basis der sehr spezifischen gro\u00dftechnischen Geometrie und Hydraulik hierzu entwickelt. Versuche nach Abschluss des Vorhabens haben ergeben, dass das Wachstum planktischer Al-genmassenkulturen nur vermieden werden kann, wenn die hydraulischen Aufenthaltszeiten im MAK unter einem Tag gehalten werden.<\/p>\n
Zusammenfassend wurde eine \u00fcber 80 %ige Umsetzung der CSB-Zulauffrachten in Biogas errechnet, w\u00e4hrend weniger als 10 % unter Energieverbrauch aerob zu CO2 umgesetzt werden. Die restlichen ca. 5 % verbleiben im landwirtschaftlich verwerteten G\u00e4rrest, etwa 25 m3\/d mit 4 % TS.
\nDer Phosphor wird zu 99,9 % mit dem G\u00e4rrest zur\u00fcckgewonnen; das ist allerdings nur auf Grund der Nachf\u00e4llung m\u00f6glich. Der Stickstoff wird nur zu etwa 40 % mit dem G\u00e4rrest zur\u00fcck gewonnen. Weniger als 1 % N werden in die Vorflut abgegeben, die restlichen rund 65 % werden mittels Nitrifikation\/Denitrifikation eliminiert. Die Behandlungsanlage produziert ca. 200 – 280 Nm3\/h Biogas mit im Mittel 51 % Methan. Das ergibt eine elektrische Energieproduktion von 400 – 512 kWel. Ein Teil der Abw\u00e4rme wird f\u00fcr die Erw\u00e4rmung der beiden Fermenter ben\u00f6tigt, der Rest wird innerbetrieblich genutzt und von der Stadt Twistringen abgenommen. Die Energiebilanz der Anlage ist sehr positiv, da nur rund 15 % der produzierten elektrischen Energie als Eigenverbrauch zu Buche schl\u00e4gt. Bei Betrieb der Umkehrosmoseanlage steigt dieser Wert noch etwas an.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Dem Projekt wird seitens der Fachwelt ein sehr gro\u00dfes Interesse entgegengebracht. Sechs wissenschaftliche Artikel im Rahmen von internationalen Symposien sind daher bereits verfasst worden. Zudem wurden vier Diplomarbeiten im Rahmen des Projektes bearbeitet.
\nAuch der Betreiber der Anlage nutzte Projektfortschritte f\u00fcr seine \u00d6ffentlichkeitsarbeit, so z. B. die W\u00e4rmeabgabe an das \u00f6rtliche Freibad, die mit Presseberichten begleitet wurde.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass das neu eingef\u00fchrte Energie- und Stoffkreislaufmanagement durch die energetische Nutzung von Produktionsabf\u00e4llen und die Reinigung des Abwassers bei gleichzeitiger R\u00fcckgewinnung der N\u00e4hrstoffe den Projekt-Betrieb von externen Ressourcen entkoppeln und zu einer Kostensenkung f\u00fchren konnte. Speziell der Wasserkreislauf konnte geschlossen wer-den: Die Abw\u00e4sser werden nicht mehr an die kommunale Kl\u00e4ranlage abgegeben. Gleichzeitig schont die Wiederverwendung des Prozesswassers die Ressource Frischwasser.<\/p>\n
Aufgrund des komplexen Aufbaus jeder einzelnen Komponente und Wechselwirkungen untereinander wurden im Laufe des Projektes mehrfach Anpassungen n\u00f6tig, die einen gro\u00dfen Erkenntnisgewinn brachten. Speziell das Potenzial der Algenmassenkultur ist bisher nicht ausgereizt und verspricht gute Ergebnisse bei weiterer Erforschung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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