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Phosphorus recovery from municipal wastewater. The Austrian phosphorus budget and an integrated and comparative assessment of technologies to recover phosphorus from municipal wastewater

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[Quelle: https://repositum.tuwien.ac.at]

Phosphor (P) ist eine endliche und nicht substituierbare Ressource, essentiell für die hohen Erträge in der Landwirtschaft. Emissionen von Phosphor in die Gewässer können jedoch zu einer Überversorgung und erheblichen Gewässergüteproblemen durch Eutrophierung führen. Da Europa über keine nennenswerten P Rohphosphatlagerstätten verfügt, ist es folglich auf Importe angewiesen und abhängig von geopolitischen Entwicklungen sowie den aktuellen Rohstoffmärkten. Nationale P Bilanzen bestätigen auf der einen Seite die Abhängigkeit von mineralischen Düngern auf Rohphosphatbasis (2 kg P pro Einwohner und Jahr), verdeutlichen jedoch gleichzeitig, dass kommunales Abwasser (1 kg P E-1a-1) sowie weitere P haltige Abfälle, wie z.B. Tiermehle (0.5-0.6 kg P E-1a-1), eine potentielle aber gegenwärtig zumeist ungenutzte P Ressource sind. Zahlreiche Technologien wurden in den letzten Jahren mit dem Ziel der P-Rückgewinnung aus verschiedenen Teilströmen einer Kläranlage (Ablauf, Schlammwasser, Faulschlamm) sowie von Klärschlammaschen entwickelt und teilweise bereits großtechnisch umgesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 19 ausgewählte P-Rückgewinnungstechnologien nach einer eigens entwickelten Methodik zusammengefasst und nach technischen, ökologischen und ökonomischen Kriterien bewertet. Dabei wurden sowohl die P-Rückgewinnungstechnologien an sich, als auch in Bezug auf die gesamte Prozesskette - vom Kläranlagenzulauf bis hin zur fachgerechten Entsorger sämtlicher anfallender flüssiger und fester Reststoffe - betrachtet. Dies ermöglicht die Miteinbeziehung von Wechselwirkungen mit dem bestehenden Entsorgungssystem in Hinblick auf technische Anforderungen, Umweltauswirkungen und Kosten in der Bewertung. Die Ergebnisse liefern auch Grundlagen für Gesetzgeber und politischen Entscheidungsträger, die für Entwicklungen eines Konzeptes für ein zukünftiges optimiertes P-Management genutzt werden können. Ein wichtiger Aspekt der Ergebnisse ist, dass kein einzelner finaler Bewertungsindikator zur Bewertung der teils sehr komplexen und verschiedenen technologischen Ansätze sinnvoll ist. Vielmehr ergeben die zahlreichen ausgewählten Bewertungskriterien ein Gesamtbild, welches eine Rückgewinnungstechnologie und deren technische Ausgereiftheit, deren Umweltauswirkungen und Kosten ganzheitlich beschreibt. Diese Arbeit zeigt zum Beispiel, dass technisch bereits ausgereifte und vielfach bereits großtechnisch umgesetzte Methoden zur Rückgewinnung von P aus Schlammwasser, unter gewissen Voraussetzungen wirtschaftlich betrieben und gleichzeitig reine, sehr gut pflanzenverfügbare Endprodukte erzeugt werden können. Mit dem Ziel einer größtmöglichen Nutzung des abwasserbürtigen Phosphors wäre zukünftig jedoch eine Rückgewinnung aus Klärschlammaschen anzustreben. Bei der Verbrennung des Klärschlammes sollte dabei eine Vermischung mit P-armen und schadstoffhaltigen Brennstoffen vermieden werden. Die dafür notwendigen Strukturen wie z.B. Monoverbrennungsanlagen müsste dazu allerdings noch ausgebaut werden. Weitere Vorteile einer 'Monoverbrennungs-Strategie' sind zum einen die Möglichkeiten der Nutzung weiterer P-reicher Stoffströme (z.B. Tiermehl) und zum anderen die Möglichkeit einer Zwischenlagerung der Asche mit dem Ziel einer späteren Rückgewinnung (Aufbau einer österreichischen Phosphormine). Insgesamt ist nicht davon auszugehen, dass sich eine Implementierung von P-Recycling Technologien auf volkswirtschaftlicher Ebene finanziell rentieren würde. Die Kosten der eingesetzten Technologien werden dabei stark von den Anforderungen an Recyclingraten und Produktqualitäten bestimmt. So reicht die Spanne von Technologien, mit denen ein gut pflanzenverfügbares Produkt, mit sehr geringer Schwermetallbelastung, zu vergleichsweise höheren Kosten und mit geringer P-Rückgewinnung erzeugt werden kann, bis zu Technologien, bei denen mit im Vergleich zu einer Entsorgung der Klärschlammasche auf Deponien ohne oder mit nur geringen zusätzlichen Kosten, sehr hohen P-Recyclingraten, aber keiner Entfernung von Schwermetallen und geringer Verfügbarkeit des Phosphors zu rechnen ist. Welche Technologie(n) zur Behandlung der Klärschlammasche schlussendlich zum Einsatz kommen, wird von den (rechtlichen) Anforderungen an Recyclingraten und an die Produktqualität und von ökonomischen Anreizen durch die Verwaltung abhängen.

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DWA Topics T4/2016, October 2016. Design of wastewater treatment plants in hot and cold climates
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The design of wastewater and sludge treatment plants under deviating wastewater and climatic conditions in other countries requires an amendment of existing design rules compliant to the DWA Set of Rules, which have been primarily developed for Central European conditions. This concerns, for example, the consideration of high or low wastewater temperatures, increased salt content or special discharge requirements. Within the framework of the "EXPOVAL" research project funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF), internationally applicable design approaches have been developed. The results have been prepared for the volume in the form of internationally applicable design approaches and supplement the DWA Set of Rules accordingly. The new and extended design approaches include activated sludge plants, trickling filter systems and wastewater ponds, UASB-reactors, plants for anaerobic sludge stabilisation and solar sewage sludge drying, aeration systems and the elimination of helminth eggs. Practical calculation examples are presented for all processes. In addition to the extension and adaptation especially to different temperature conditions, the design approaches in the volume were uniformly converted to the internationally widespread monitoring practice by means of daily average values and to the chemical oxygen demand (COD) for the cleaning objective of carbon degradation.

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In der Fachwelt wird derzeit für kommunale Kläranlagen sowohl die Anwendung von Aktivkohle als auch der Einsatz von Ozon bzw. eine kombinierte Anwendung beider Betriebsmittel als Möglichkeit angesehen, um gelöste organische Spurenstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Ende des Jahres 2017 waren im deutschsprachigen Raum bereits rund 20 Kläranlagen vorhanden, auf denen Aktivkohle dauerhaft zur weitergehenden Abwasserreinigung bzw. gezielten Spurenstoffelimination eingesetzt wird. Von mehr als 15 weiteren Kläranlagen ist bereits bekannt, dass sie in den nächsten 5 Jahren um ein Aktivkohleverfahren zur gezielten Spurenstoffelimination erweitert werden. Der Themenband gibt einen Überblick über den gegenwärtigen Wissensstand zum Aktivkohleeinsatz auf Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung. Hierzu sind verschiedene Teilaspekte zur Aktivkohleanwendung dargelegt. Insbesondere werden die Ausführung und Spurenstoffeliminationsleistung von geeigneten Aktivkohleverfahren beschrieben. Es werden Hinweise zu betrieblich relevanten Aspekten gegeben, wirtschaftliche Gesichtspunkte der Aktivkohleanwendung auf Kläranlagen aufgeführt und Entscheidungs- und Bewertungskriterien zur Findung eines geeigneten Aktivkohleverfahrens aufgezeigt. Die aufgeführten Auslegungsgrößen der bereits in Betrieb befindlichen Aktivkohleanlagen sind hierbei nicht als allgemeingültige Bemessungsvorgaben zu verstehen. Jedoch ist nach den bisherigen Erfahrungen bei Einhaltung dieser Angaben ein stabiler Anlagenbetrieb gegeben. Der Themenband "Aktivkohleeinsatz auf kommunalen Kläranlagen zur Spurenstoffentfernung" wurde von der DWA-Arbeitsgruppe KA-8.6 "Aktivkohle" im DWA-Fachausschuss KA-8 "Verfahren der weitergehenden Abwasserreinigung nach biologischer Behandlung" erstellt. Der Themenband richtet sich an Betreiber, Planer und genehmigende Behörden.

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Die Gemeinschaftsausgabe unterstützt Anwender dabei, die im Dezember 2015 neu herausgegebene Norm DIN EN 1610 "Einbau und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen" interpretieren und im konkreten Einzelfall leichter auslegen zu können. Die Anwendungsgebiete sind der Einbau und die Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen in Gräben, bei Dammbedingungen oder oberirdischer Verlegung. Die Gemeinschaftsausgabe richtet sich an Handwerker, Planer, Sachverständige sowie an Zuständige für Genehmigungen in Behörden. Die Originalfassungen beider Dokumente werden abschnittsweise zusammengeführt. Dabei sind die Textpassagen aus dem aktuellen DWA-Arbeitsblatt blau unterlegt, so dass der Anwender die Inhalte auf den ersten Blick zuordnen kann. Zusammenhänge und Ergänzungen sind so klar erkennbar.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Ansgar Beuth, Achim Hamann
Hemmnisse und Potenziale der Abwasserwärmenutzung zur Gebäudeheizung - technische, wirtschaftliche, planerische und rechtliche Aspekte
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3123
2019, 120 S., 63 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es ist festzustellen, dass das Potenzial der Abwasserwärmenutzung bisher nicht in dem bestmöglichen Maße genutzt zu werden scheint, obwohl ausgereifte Technologien zur Verfügung stehen. Demnach ist der Kernfrage nachzugehen, welche Hemmnisse und Anreize im Zusammenhang bei der Abwasserwärmenutzung vorliegen und welche Strategien zur Beseitigung technischer, wirtschaftlicher, planerischer und rechtlicher Hemmnisse zur Einbeziehung der Abwasserwärmenutzung in den Wärmemarkt formuliert werden können. Dazu waren die Akteure der Immobilienwirtschaft, des Hochbaus bzw. der Bauwirtschaft im Allgemeinen zu identifizieren, die bei der Entwicklung, der Planung, dem Bauen und Betreiben von Immobilien beteiligt sind. Um deren Erfahrungen und Standpunkte zu nutzen, kam methodisch eine thematisch strukturierte Online-Befragung mit einem Höchstmaß an Datensicherheit in Frage. Festgestellt wurde, dass Defizite bezüglich Erfahrungen, Informationsbezug und Kenntnissen zu Investitionskosten und Wirtschaftlichkeit bestehen. Daraus leiten sich die Strategien und Handlungsfelder ab aus denen dann Handlungsempfehlungen zur Steigerung der Anwendungsfälle der Abwasserwärmenutzung formuliert wurden.

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Alexander Vogt, Christoph van Treeck
Optimierung von Abwasserwärmetauschern für den gebäudetechnischen Einsatz. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3055
2018, 102 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die zentrale Problematik bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser ist der gehemmte Wärmeübertrag. Grund dafür ist der Biofilm auf den Wärmeüberträgern, der sich im Abwasser bildet. Dieses Biofilmwachstum wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher zum Gegenstand dieses Forschungsprojektes gemacht. Dazu wurde ein Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht das Biofilmwachstum auf Wärmeübertragern ausreichend genau zu ermitteln. Es wurden verlässliche Angaben über die Biofilmentwicklung auf Wärmeübertragern sowie die Höhe der Wärmeübertragsreduktion ermittelt. Außerdem wurden verschiedene Arten der Anströmung auf den Wärmeübertrager durchgeführt und dadurch eine Reduktion des Biofilms erreicht.

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Membranfiltration in Hessen - Teil 2 und Gesamtzusammenfassung
Wasser - Abwasser - Umwelt, Schriftenreihe des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft, Universität Kassel, Band 24
2009, V, 90 S., 21 cm, Softcover
kassel university press

 

 

Der Band gibt die Ergebnisse eines durch das Hessische Ministerium für Umwelt, ländlichen Raum und Verbraucherschutz geförderten Vorhabens wieder, in dessen Rahmen der Einsatz des Membranbelebungsverfahrens zum Zweck der Ertüchtigung von Kläranlagen in Hessen auf seine praktische Anwendbarkeit und Verfahren spezifische Besonderheiten, insbesondere den Einfluss des bei Ertüchtigungsmaßnahmen prinzipbedingt niedrigeren Trockensubstanzgehaltes, untersucht wurde. In dem hier beschriebenen in 2004 abgeschlossenen zweiten Projektteil wurde in Ergänzung der in Band 23 bereits dargelegten Untersuchungen das System der Firma Kubota untersucht. In dem Band finden sich die Ergebnisse dieser Untersuchungen, gefolgt von der Darlegung der zusammenfassenden Erkenntnisse und Empfehlungen, gewonnen aus beiden Projekten.

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D. Stein, A. Brauer
Entwicklung von Prüf- und Beurteilungskriterien für Sanierungsverfahren für Abwasserleitungen zur Erteilung bauaufsichtlicher Zulassungen. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3059
2004, 144 S., 12 Abb., 26 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die bauliche Sanierung von Abwasserleitungen und -kanälen ist generell eine Qualitätssicherung erforderlich, um eine fach- und umweltgerechte Ausführung zu gewährleisten. Grundlage der Qualitätssicherung sind verfahrensspezifische Eignungsnachweise. Sie haben die Aufgabe, im Rahmen von Prüfungen unter simulierten Betriebsbedingungen die Tauglichkeit des jeweiligen Sanierungsverfahrens nachzuweisen. Zur Zeit existieren keine allgemeinen Richtlinien oder verbindliche und einheitliche Kriterien zur Beurteilung der Eignung von Sanierungsverfahren. Im diesem vom DIBt geförderten Forschungsvorhaben wurden allgemeine Prüfrichtlinien für die wichtigsten grabenlosen Verfahren zur Reparatur, Renovierung und Erneuerung von nichtbegehbaren Abwasserleitungen (DN/ID kleiner gleich 800) entwickelt, auf deren Grundlage zukünftig die Erteilung entsprechender Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen durch das DIBt nach einheitlichen Prüf- und Beurteilungskriterien erfolgen können (Nachweis der bautechnischen Eignung und Nachweis der verfahrensbezogenen Umweltverträglichkeit). Die Arbeitsanleitungen umfassen: - Allgemeine Eignungsprüfungen; - Geometrische Eignungsprüfungen; - Physikalische Eignungsprüfungen; - Chemische, biologische und biochemische Eignungsprüfungen; - Sonstige Eignungsprüfungen; - Umweltverträglichkeitsprüfungen. Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens sollen als Grundlage für die Erarbeitung einer entsprechenden DIBt-Richtlinie bzw. eines DIBt-Merkblattes dienen. Darüber hinaus sollen sie auch einen Beitrag zur Verbesserung der Qualität der Ausführung von Sanierungsarbeiten leisten und insofern helfen, die diesbezüglichen Bestrebungen der Kommunen und Kanalnetzbetreiber sowie der zuständigen Verbände (z.B. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (ATV-DVWK), Güteschutz Kanalbau) zu unterstützen.

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H. Doll, K. Hilmer, A. Hoch
Dimensionierung von Linern zur Sanierung geschädigter Rohrleitungen. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1998, 96 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die experimentelle Verifizierung der Berechnungsannahmen der ATV M127 Teil 2 war Ziel des Forschungsvorhabens. Untersucht wurde das auflastbedingte Verformungsverhalten von mit Schlauchlinern sanierten Betonrohren DN 800. Es wurden 2 großmaßstäbliche Versuche mit 2 unterschiedlichen Linerwandstärken (9,0 mm bzw. 18,0 mm) durchgeführt. Die maximalen Linerbeanspruchungen traten bei beiden Versuchen in der Sohle auf. Ferner wurde deutlich, daß der dünnere Liner unabhängig von der Laststufe nur ca. 50% der Beanspruchung des dickeren Liners erfährt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen ergab keine befriedigende Übereinstimmung. Als Schlußfolgerungen hinsichtlich der Planung von Sanierungsmaßnahmen ergeben sich: Mit Linern sanierte biegesteife Rohre weisen ein erhebliches Verformungsvermögen auf. Die gemessenen Linerdehnungen zeigen ferner, daß ein dünnerer Liner geringer beansprucht wird; d.h. gegenüber einer Berechnung nach ATV A127 (bisher gängige Praxis) können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Agrawal, Shelesh; Orschler, Laura; Lackner, Susanne
Umfassendes Monitoring antibiotikaresistenter Bakterien und Gene zur Bewertung der Reduktion in Kläranlagen
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall, 2021

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Kabbe, Christian
Von der P-Rückgewinnung zum tatsächlichen Recycling - Sekundärer Rohstoff, Intermediat oder fertiges Produkt?
Wasser und Abfall, 2019

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Kionka, Tom
Rückstau managen. Rückstauschutz verstehen und managen (kostenlos)
Baugewerbe, 2019

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Herrling-Tusch, Ursula
Optimierung der Schlammentwässerung mit Siebbandpressen
Wasser und Abfall, 2019

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Hausanschlusssanierung in ungewohnten Höhen
3R Fachzeitschrift für sichere und effiziente Rohrleitungssysteme, 2018

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