Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Ziel des beantragten Projektes war die Entwicklung und die Demonstration eines einfachen, solarbetriebenen Membranbioreaktors (MBR) mit Photovoltaik (PV) in Kombination mit einer nachgeschalteten Aktivkohleeinheit (eng., Granulated Activated Carbon, GAC) zur Wasserwiederverwendung. Dazu wurde im Lubaga Krankenhaus in Kampala, Uganda eine entsprechende Pilotanlage im Ablauf einer bestehenden anaeroben Vorbehandlung + Papyrus-Granulat-Filter (PGF) errichtet und betrieben.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden insgesamt 9 Arbeitspakete (AP) definiert:<\/p>\n
AP 1 befasste sich mit dem Entwurf, Konstruktion und den Vortests der Membranen, die als Membranmodule in Deutschland gekauft und nach Kampala geschickt wurden. In Uganda und Afrika gibt es nach derzeitigem Stand keinen Membranhersteller, sodass die Membranmodule importiert werden m\u00fcssen. Neben der Vorpr\u00fcfung der Membranen im Laborma\u00dfstab wurde das Sensorsystem aufgebaut und getestet. Neben Schwimmerschaltern, Volumenstrom- und Drucksensoren wurde ein Gel\u00f6stsauerstoffsensor an eine Auswerteeinheit angeschlossen und auf ausreichende Funktionsf\u00e4higkeit getestet. Parallel zu den Vorversuchen an der HKA wurde das Gesamtsystem entwickelt und konstruiert. Das System kombiniert einen 3-Tank MBR inklusive Denitrifikation und einen GAC Filter. Dieses AP bildete die Grundlage f\u00fcr die Pilotversuche im Lubaga Krankenhaus.<\/p>\n
Im Rahmen von AP 2 wurden Abwasseranalysen von typischen Krankenh\u00e4usern in Uganda durchgef\u00fchrt. Dabei wurden neben den typischen Abwasserparametern (CSB, BSB, Nitrat, Ammonium, Phosphat) insbesondere pharmazeutische Spurenstoffe (insbesondere Antibiotikar\u00fcckst\u00e4nde) analysiert.<\/p>\n
AP 3 befasste sich mit der Entwicklung eines Konzeptes f\u00fcr die Energieversorgung der Pilotanlage mittels PV. Das Konzept sieht einen teilautonomen Betrieb vor. D. h. die Anlage ist grunds\u00e4tzlich an das st\u00e4dtische Energienetz angeschlossen, wobei ein Teil der Energie durch PV bereitgestellt wird. Pufferbatterien dienen zur \u00dcberbr\u00fcckung der fast t\u00e4glich auftretenden Stromausf\u00e4lle.<\/p>\n
AP 4 umfasste den Transport, die Installation und den Betrieb der Pilotanlage vor Ort im Lubaga Krankenhaus. Die Arbeiten wurden gemeinsam von HKA und EQS betreut. Dabei wurden vor Ort Fachkr\u00e4fte in den praktischen Betrieb der Anlage eingewiesen (Train-the-Trainer Prinzip). CREEK betreute studentische Hilfskr\u00e4fte (Abschlussarbeiten), die zur Verbreitung der Technologien beitragen. HKA organisierte die Wasseranalytik f\u00fcr die Spurenstoffe durch ein zertifiziertes Labor in Deutschland.<\/p>\n
AP 5 befasste sich mit der Bewertung der Wiederverwendung des gereinigten Abwassers im Lubaga Krankenhaus. Insbesondere wurde die Verwendung zur Bew\u00e4sserung der Gr\u00fcnanlagen des Krankenhauses betrachtet.<\/p>\n
In AP 6 wurde von EQS eine Marktstudie und ein Gesch\u00e4ftsmodell und in AP 7 eine sozio\u00f6konomische Studie von CREEK erstellt. Der Schwerpunkt lag auf einer Studie \u00fcber den Einsatz relevanter Antibiotika in Krankenh\u00e4usern, deren bisherige Entsorgung und die Akzeptanz der Nutzung von aufbereiteten Krankenhausabw\u00e4ssern. Der Schwerpunkt lag auf einer Studie \u00fcber die Erfahrungen und die Akzeptanz der Membranbioreaktortechnologie von behandeltem Krankenhausabwasser f\u00fcr die Wasserwiederverwendung.<\/p>\n
AP 8 adressierte die Schulungen und die Verbreitung der Ergebnisse und wurde gemeinsam von allen Partnern unter Leitung von HKA durchgef\u00fchrt. Dabei wurde die langj\u00e4hrige Erfahrung von CREEK mit Schulungen zur Biogasnutzung und PV- Stromerzeugung genutzt.<\/p>\n
AP 9 beinhaltete das administrative und finanzielle Projektmanagement und wurde von HKA geleitet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit diesem Projekt wurde erstmals eine solarbetriebene MBR-Pilotanlage in einem typischen ostafrikanischen Krankenhaus (Kampala, Uganda) installiert und betrieben. F\u00fcr die Pilotanlage wurden mit Ausnahme des Membranmoduls und der \u00dcberwachungseinheit nur lokal verf\u00fcgbare Teile verwendet. Die Anlage besteht aus drei Beh\u00e4ltern: 1) C-Abbau und Nitrifikation, 2) Denitrifikation, 3) Filtration. Der Filtrationstank wurde mit einem 25 m2 PES-Membranmodul ausgestattet, das einen durchschnittlichen Permeatfluss von 10 – 15 l m-2 h-1 bei einem Saugdruck von 125 mbar erzeugte. Die Anlage zeigte eine CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) \u2013 und TOC (eng, Total Organic Carbon)-Eliminationseffizienz von etwa 50 % und eine hohe Nitrifikationsrate von 80 %. Die durchschnittliche Denitrifikationsrate lag bei 20 %. Die Eliminationsleistung f\u00fcr typische pharmazeutische R\u00fcckst\u00e4nde stieg nach dem Austausch des nachgeschalteten GAC-Filters auf ca. 90 % (78 behandelte Bettvolumina, BV). Die Eliminationsleistung des GAC-Filters sank auf ca. 25 % bei 4290 BV. Der signifikante Anstieg der Eliminationsleistung f\u00fcr Diclofenac im MBR um 75 % k\u00f6nnte auf die Akklimatisierung des Schlamms aufgrund der langen HRT und SRT zur\u00fcckzuf\u00fchren sein. Die Eliminationsleistung des GAC-Filters fiel nach 4290 BV auf ca. 25 % ab. Die Qualit\u00e4t des behandelten Abwassers aus der Pilotanlage war ausreichend f\u00fcr die Wiederverwendung zur Bew\u00e4sserung des Krankenhausgartens, f\u00fcr die Toilettensp\u00fclung und f\u00fcr Reinigungszwecke. Die Pilotanlage mit 20 PV-Modulen mit einer Gesamtleistung von 7 kWp erzeugte durchschnittlich 26,7 kWh pro Tag. Der durchschnittliche t\u00e4gliche Stromverbrauch lag bei 30,6 kWh. Die Superkondensatorbatterie (Kapazit\u00e4t: 3,55 kWh) war in der Lage, kurze Stromausf\u00e4lle (ca. 1 Stunde) zu \u00fcberbr\u00fccken. Der Grad der Energieautonomie betrug ca. 43 %, d. h. ein Gro\u00dfteil der Energie wurde von den PV-Paneelen geliefert, w\u00e4hrend die typischen Stromausf\u00e4lle vom Netz und von einem Dieselgenerator \u00fcberbr\u00fcckt wurden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Webseite: www.reuse4hos.de<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen:<\/p>\n
https:\/\/www.h-ka.de\/forschen\/reuse4hos
\nDe, S. , Hoinkis, J., Solarbetriebene Abwasseraufbereitung f\u00fcr afrikanische Krankenh\u00e4user, Forschung
\naktuell, Hochschule Karlsruhe (2022) 34 \u2013 35
\nDe, S., Coutard, M., Hoinkis, J., Solar powered membrane bioreactor (MBR) treating wastewater
\nfor reuse at a hospital in Kampala, Uganda \u2013 Results of pilot-scale trials, Environmental Challenges,
\nunder review, http:\/\/dx.doi.org\/10.2139\/ssrn.4782128<\/p>\n
Vortr\u00e4ge:<\/p>\n
De, S., Solar-powered membrane bioreactors \u2013 a promising technology for water reuse in East
\nAfrica, Technoscape 2023, Sustainable Technologies for Water and Wastewater, Vellore, India
\n14 – 16 Dec. 2023
\nDe, S., Solar-powered membrane bioreactors \u2013 a promising technology for water reuse in East
\nAfrica, IWA Water and Development Congress & Exhibition, Kigali, Rwanda, 10 – 14 Dec. 2023<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Krankenh\u00e4user sind die Hauptquelle f\u00fcr Arzneimittelr\u00fcckst\u00e4nde in kommunalen Kl\u00e4ranlagen ostafrikanischer St\u00e4dte wie Kampala in Uganda. Im Rahmen des Projekts \u201eReuse4Hos\u201c wurde eine robuste und kosteng\u00fcnstige Pilotanlage entwickelt \u2013 ein solarbetriebener Membranbioreaktor (MBR) mit nachgeschaltetem Aktivkohlefilter (engl. Granular Activated Carbon, GAC) zur Behandlung von Krankenhausabw\u00e4ssern. Die MBR-GAC-Pilotanlage besteht aus einem 25 m2 gro\u00dfen Ultrafiltrationsmodul, 100 kg GAC-Filter, 20 PV-Solarmodulen und einem Superkondensator-Energiespeicher zur Erzeugung von Brauch- und Nutzwasser f\u00fcr Toilettensp\u00fclung, Reinigung und Bew\u00e4sserung. Die Pilotanlage arbeitet mit PV-Energie mit einem Autonomiegrad von ca. 43 %. Stromausf\u00e4lle von bis zu einer Stunde konnten durch den Energiespeicher \u00fcberbr\u00fcckt werden, w\u00e4hrend Stromausf\u00e4lle von mehr als einer Stunde durch das PV-Stromnetz des Krankenhauses und einen Dieselgenerator \u00fcberbr\u00fcckt wurden. Die Pilotanlage produzierte einen durchschnittlichen Permeatfluss von 10 \u2013 15 l m-2 h-1 mit einer TOC (eng, Total Organic Carbon)-Entfernung von 50 %. Es wurde eine Nitrifikation von 80 % und eine Denitrifikation von 20 % erreicht. Zus\u00e4tzlich wurde die Elimination von f\u00fcnf typischen Mikroverunreinigungen untersucht. Die lange Verweilzeit im MBR f\u00fchrte zu einer biologischen Elimination von 75 % von Diclofenac. Die Eliminationsleistung des GAC-Filters sank von anf\u00e4nglich 90 % (78 behandelte Bettvolumina, BV) nach 4290 BV auf ca. 25 % ab. Die Pilotanlage ist skalierbar und kann an anderer Stelle in Subsahara-Afrika effizient und kosteng\u00fcnstig eingesetzt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Das Ziel des beantragten Projektes war die Entwicklung und die Demonstration eines einfachen, solarbetriebenen Membranbioreaktors (MBR) mit Photovoltaik (PV) in Kombination mit einer nachgeschalteten Aktivkohleeinheit (eng., Granulated Activated Carbon, GAC) zur Wasserwiederverwendung. Dazu wurde im Lubaga Krankenhaus in Kampala, Uganda eine entsprechende Pilotanlage im Ablauf einer bestehenden anaeroben Vorbehandlung + […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[56,51,53],"class_list":["post-27464","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-baden-wuerttemberg","tag-ressourcenschonung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"35572\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"125.000,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Hochschule Karlsruhe - University of Applied Sciences\nInstitut f\u00fcr Angewandte Forschung (IAF)","dbu_projektdatenbank_strasse":"Moltkestr. 30","dbu_projektdatenbank_plz_str":"76133","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Karlsruhe","dbu_projektdatenbank_p_von":"2020-10-23 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2022-04-23 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 6 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"0721\/925-2359","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Baden-W\u00fcrttemberg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"162","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-35572_01-Hauptbericht.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27464","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27464\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":40467,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27464\/revisions\/40467"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=27464"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=27464"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=27464"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}