Forschung und Entwicklung

Das PIA betreibt anwendungsorientierte Forschung, Entwicklung und Beratung in den Bereichen dezentraler Abwasserentsorgung und Schiffsabwasserreinigung.

 Projekte (Auswahl):

 

Infrastruktur

SMART-MOVE - Integrated Water Resources Management (IWRM) - Abschluss: 2018


Gefördert durch:
Bundesministerium für Bildung und Forschung

Inhalt:
SMART-MOVE is the follow-up and implementation phase of the preceding SMART I and SMART II projects, which aimed at developing a transferable approach for Integrated Water Resources Management (IWRM) in the Lower Jordan Valley.
This region that is shared by Jordan, Israel, and the Palestinian Territories is characterized in general by water scarcity and has a long-term history of political tensions.

Weitere Informationen erhalten Sie unter: www.iwrm-smart-move.de

Projektpartner:
Al-Balqa Applied University, Salt
Al-Quds University, Department of Earth & Environmental Sciences, Jerusalem
Arab Technologist for Economical and Environmental Consultation (ATEEC), Amman
ATB Umwelttechnologien GmbH, Porta Westfalica
Bauer Umwelt GmbH, Schrobenhausen
Bildungs- und Demonstrationszentrum für dezentrale Abwasserbehandlung – BDZ e. V., Leipzig
disy Informationssysteme GmbH, Karlsruhe
DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut, Karlsruher Institut für Technologie
Environmental & Water Resources Engineering, Haifa
Georg-August-Universität Göttingen, Geowissenschaftliches Zentrum, Angewandte Geologie
HEC – Hydro-Engineering Consultancy, Al-Bireh
Helmholtzzentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ, Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum (UBZ), Leipzig
Jordan University, Amman
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Geowissenschaften, Abteilung Hydrogeologie
Mekorot Water Company Ltd., Tel Aviv
Ministry of Agriculture, Al-Bireh
Ministry of Water and Irrigation, Amman
NAW – Nabil Ayoub Wakileh & Co., Amman
Palestinian Hydrology Group, Ramallah
Palestinian Water Authority, Ramallah
Rusteberg Water Consulting UG (RWC), Göttingen
SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG, Kaufbeuren
Tel Aviv University, Department of Geophysics and Planetary Sciences, Tel Aviv

Aufbau des BDZ - Bildungs- und Demonstrationszentrum für dezentrale Abwasserbehandlung (Leipzig) - Abschluss: 2006


Gefördert durch:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück

Projektlaufzeit:
Mai 2003 bis Mai 2006

Inhalt:
Das Arbeitspaket Schulung und Ausbildung umfasst die praxisnahe Durchführung von Ausbildungsinhalten im Bereich der dezentralen Abwasserbehandlung. Bei der Berücksichtigung der nationalen und länderspezifischen Rahmenbedingungen soll bundesweit ein anerkanntes Prüfwesen für Schulungskurse aufgebaut werden. Ein Modellversuch zwischen einzelnen Bundesländern ist angedacht. Eine Ausweitung auf internationaler Ebene ist geplant.
Bis jetzt wurden Schulungsangebote für einen Kurs "Kleinkläranlagenwartung in Theorie und Praxis" erstellt.
Bestehende Weiterbildungsmaßnahmen anderer Institutionen in diesem Segment führten zu Kooperationen, um die Entwicklung weiterer unterschiedlicher Schulungskonzepte zu vermeiden.
www.bdz-abwasser.de

Projektpartner Arbeitspaket Schulung:
- Haus der Umwelt e.V., Leipzig
- Umweltforschungszentrum Leipzig

Aufbau eines Beratungszentrums für dezentrale Abwasserentsorgung - Abschluss: 2007


Gefördert durch:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück

Projektlaufzeit:
Mai 2005 bis April 2007

Inhalt:
Durch ein überregionales und unabhängiges Informations-, Beratungs- und Mediationszentrum sollte der Mangel an Informationen im Bereich der dezentralen Abwasserentsorgung behoben werden.
Es galt allen Zielgruppen einen einheitlichen Stand der Auskünfte in neutraler Form zu garantieren, zwischen Parteien zu vermitteln, zuständige Behörden in Bezug auf Nachfragen zu entlasten und bei Konflikten eine Mediatorenrolle zu übernehmen. Gesetzliche Anforderungen, rechtliche Aspekte, technische Möglichkeiten und Rahmenbedingungen des Anlagenbetriebes sollten die relevanten Informationen für Investitionsentscheidungen und die Genehmigungspraxis sein. Die Auskünfte/Beratung sollte adressatengerecht in Form von Schriften, Informationsveranstaltungen, Telefonaten und über das Internet erfolgen.
Der Aufbau des Beratungszentrums gliederte sich in zwei Phasen:
Die erste Phase (Förderung 24 Monate) diente dem Aufbau des Beratungszentrums. Dies umfasste die Informationssammlung, Dokumentation und Aufbereitung von Informationen / Daten sowie die Entwicklung und den Aufbau eines umfangreichen Internetangebots. Die Aufbauphase gliederte sich in zwei Teile: In den ersten 12 Monaten stand der Aufbau des Beratungszentrums sowie die Sammlung und Aufbereitung der Informationen im Vordergrund (inkl. Internetpräsenz). Im Folgejahr war eine regionale Vertiefung in den Bereichen Bezirksregierung Köln und Regierungspräsidium Leipzig, die Erarbeitung von Referenzfällen sowie die Vorbereitung eines zielgruppenspezifischen Informations-, Beratungs- und Mediationsangebots für Betreiber von Kleinkläranlagen vorgesehen.
Die zweite Phase beinhaltete die Fortführung der Arbeiten (einschließlich Weiterbildung) durch Eigenfinanzierung aus den Projektaktivitäten.

Projektpartner:
- Haus der Umwelt e.V., Leipzig
- Institut für Umweltschutz in der Berufsbildung e.V., Hannover

Entwicklung und Stand der Abwasserbeseitigung in Nordrhein-Westfalen - Abschluss: 2015


Gefördert durch:
Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
03.2015-12.2015

Inhalt: Mit der Richtlinie des Rates vom 21. Mai 1991 über die Behandlung von kommunalem Abwasser haben die Mitgliedstaaten der Europäischen Union einheitliche Anforderungen zur Reinigung von kommunalem Abwasser festgelegt. Die Richtlinie definiert Anforderungen an die Kanalisation, Einleitungen aus kommunalen Kläranlagen, die Mischwasserbehandlung und industrielles Abwasser. Sie stellt gleichzeitig einen Mindestumfang der Überwachung von Abwassereinleitungen sicher. Die Richtlinie sieht außerdem vor, dass alle zwei Jahre ein Lagebericht zum aktuellen Stand der Abwasserbeseitigung erstellt und veröffentlicht werden muss. Dieser Lagebericht informiert über die Entwicklung und den Stand der Abwasserbeseitigung und dokumentiert die erfolgte Umsetzung der EU-Richtlinie.
Bezogen auf Nordrhein-Westfalen bilden die Genehmigungs- und Überwachungstätigkeit der Umweltverwaltung die Datenbasis für den Bericht, der auch eine wesentliche Grundlage für umweltpolitische, wasserwirtschaftliche und behördliche Entscheidungen darstellt. Im Fokus steht die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. Gewässer sollen ökologisch intakt sein, einen guten chemischen Zustand aufweisen und sich als Rohwasser für die Trinkwassergewinnung bestens eignen. Derzeit sind noch weniger als 10% der Oberflächengewässer in einem guten ökologischen Zustand. Für die notwendige Verbesserung der Gewässer und zur Erreichung der bundesgesetzlich vorgegebenen Ziele ist es folglich erforderlich, die bisherigen Anstrengungen zu verstärken. Für die Abwasserbeseitigung liegt mit der vorliegenden Veröffentlichung eine wesentliche Grundlage für die anstehende Maßnahmenplanung vor.

Projektpartner:
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen (ISA)
- Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW)

Erstellung eines Baseline Szenarios für die Entwicklung der punktuellen Einträge in die Flussgebiete in NRW - Abschluss: 2004


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (MUNLV)

Projektlaufzeit:
06.2004-09.2004

Inhalt:
Die Bestandsaufnahme der Einleitungen bzw. Einträge aus Punktquellen erfolgt für Nordrhein-Westfalen über die Datendrehscheibe-Einleiterüberwachung-Abwasser (DEA), die den Austausch und die Auswertung der Datenbanken des Landes, wie beispielsweise von Kläranlagen, Industrieanlagen und Regenbecken, ermöglicht. Die Bestandsaufnahme ist die Voraussetzung für eine effiziente und ökonomische Maßnahmenplanung im Rahmen der Umsetzung der WRRL. Die Auswertung der Datenbanken bezieht sich bei Kläranlagen und Industrieeinleitern auf Überwachungswerte. Die Berechnung der Niederschlagswassereinleitungen und der Einleitungen aus Kleinkläranlagen bzw. der dadurch bedingten Emissionen beruht derzeit nur auf einem Schätzverfahren, da flächendeckende Messdaten nicht vorliegen und auch in naher Zukunft nicht verfügbar sein werden.

Neben der Betrachtung des derzeitigen Standes der Abwasserentsorgung ist auch die künftige Entwicklung der punktuellen Einträge interessant. Voraussichtlich signifikante Änderungen und Entwicklungen der nächsten Jahre sollen als wesentliche Elemente der Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie in die Risikoanalyse integriert werden [BMU; 2003]. Im Rahmen der Risikoanalyse sollen dann die Wasserkörper bestimmt werden, für die die Erreichung der Umweltziele der WRRL gefährdet ist.

Um eine Prognose der Entwicklung der punktuellen Einträge zu tätigen, soll ein Baselineszenario für das Jahr 2015 aufgestellt werden, das die zum Ende des ersten Flussgebiets-Managementzklus zu erwartenden Rahmenbedingungen skizziert. Dazu müssen die Einflussfaktoren auf die Entwicklung der gesammelten und in die Gewässer eingeleiteten Abwasservolumenströme bestimmt und qualitativ und quantitativ bewertet werden.

Projektpartner:
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen (ISA)
- Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW)
- Prognos AG

Erweiterung des Fachinformationssystems FlussWinIMS - Abschluss: 2006


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
August 2005 bis Oktober 2006

Inhalt:
Das Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz MUNLV beauftragte im Juni 2004 die RWTH Aachen und das Büro Keck Informationstechnologie (KIT) mit dem Projekt KARO “Konzeption, Entwicklung und Aufbau eines Geoinformationssystems zur Beurteilung der Emissionen und Immissionen von Oberflächengewässern - Entwicklung geeigneter Auswerteroutinen und Integration in das Fachinformationssystem FlussWinGIS“. Bei diesem Projekt werden umfangreiche quantitative und qualitative Auswertungen erarbeitet und in das Fachinformationssystem FlussWinGIS integriert. FlussWinGIS stellt auf ArcView 8-Basis den Expertenarbeitsplatz für die Mitarbeiter der Wasserwirtschaftsverwaltung NRW, Bereiche Abwasser und Oberflächengewässer, zur Verfügung. Im Laufe des Projektes KARO hat sich gezeigt, dass ein wesentlich höherer Bedarf der Wasserwirtschaftsverwaltung an Informationen zu Abwasser und Oberflächengewässer besteht, als er durch die Expertenarbeitsplätze von FlussWinGIS gedeckt werden kann. Daher regte das MUNLV an, das Projekt KARO um die Weiterentwicklung der Web-Version FlussWinIMS zu erweitern. Fluss-WinIMS wurde als Web-basierte Intranetlösung zusätzlich zu der Expertenversion FlussWinGIS entwickelt und stellt als Auskunftsarbeitsplatz Teilbereiche der Daten und Auswertungen aus FlussWinGIS zur Verfügung.
FlussWinIMS besteht aus 2 Teilprogrammen, zum einem der Visualisierungskomponente IMS (Internet Mapping server von ESRI), zweitens aus einer von KIT entwickelten Applicationsserverlösung WO (WebOb-jects), die für die Datenbankzugriffe, die Auswertungen und für die Aufbereitung der Datenblätter (Reports) zuständig ist.
Das Vorhaben sieht vor, die Browserbasierte Intranetlösung FlussWinIMS so zu erweitern, dass den Anwendern in der Wasserwirtschaftsverwaltung NRW ein großer Teil der FlussWinGIS-Anzeige- und Auswertungsfunktionalitäten zur Verfügung gestellt wird, ohne dass sie FlussWinGIS mit ArcView 8 und einen ODBC-Zugang zur zentralen Datenbank D-E-A am Arbeitsplatz verfügbar haben müssen.

Projektpartner:
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) RWTH Aachen
- Keck Informationstechnologie (KIT), Schwetzingen

POSDRU-Projekt in Rumänien - Abschluss: 2014


Supported by:
The project is financed by the European Social Fund under the program "Human Resources Development 2007 - 2013" (Romanian: Programul Operational Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 - POSDRU).

Duration of the project:
04.2011-03.2014

Content:
In April 2011 the project "Preparation of specialists in mechanics, hydraulics and pneumatics in order to promote adaptability and increase competitiveness" started.

The main objectives of the project are:
- Organizing, equipping and operation of four regional centres for training in mechanics, hydraulics and pneumatics in Romania (see map)
- Coaching professional trainers, experts for professional counseling and employees
- Providing training in mechanical and hydro-pneumatic applications as well as labour safety and environmental management

The professional training courses for hydraulics and pneumatics will be organized on 2 levels, one according to the national standards settled and the second being made in conformity with the indications of CETOP (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques), the European professional association.

The main activities of PIA in this project are:
- International exchange of experience
- Participate in developing analysis studies, training methodology and material as well as monitoring systems of the training activities
- Organizing visits of the Romanian specialists to German and other European training centres
- Participate in conferences, pilot trainings, courses and a tutorial class for counseling

Project partners:
- Chamber of Commerce and Industry Valcea (1)
- Professional Association of Hydraulics and Pneumatics of Romania
- Fluidas in Bucharest(2)
- Technical University of Cluj-Napoca (3)
- Technical University "Gheorghe Asachi" in Iasi (4)

Terra Preta und das Betreibermodell - Schließung von Kreisläufen in der dezentralen Abwasserreinigung - Abschluss: 2013


Gefördert durch:
Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (SMUL)

Projektlaufzeit:
11.2011-02.2013

Inhalt:
Im Regenwald am Amazonas gibt es, neben den weitgehend nährstoffarmen Böden, Vorkommen an humusreichen, nachhaltig fruchtbaren Böden, die als Terra Preta (portugiesisch für "schwarze Erde") oder auch als Indianerschwarzerde bezeichnet werden.
Wesentliche Merkmale von Terra Preta sind hohe Humus- und Nährstoffgehalte sowie ein hoher Anteil an pyrogenem Kohlenstoff. Terra Preta kann sowohl künstlichen als auch natürlichen Dünger weitestgehend ersetzen. Da Klärschlamm aus zentralen Anlagen ein geringes Aufkommen an unerwünschten Stoffen, wie z.B. Schwermetallen aufweist, sind bei Klärschlamm aus dezentralen Anlagen gute Voraussetzungen als Ausgangspunkt für ein Kultursubstrat gegeben. Seit November 2011 wird das vom Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (SMUL) finanzierte Projekt "Terra Preta und das Betreibermodell" durchgeführt.

Im Projekt „Terra Preta und das Betreibermodell“ wurde die prinzipielle Eignung von Klärschlamm aus Kleinkläranlagen zur Herstellung eines Kultursubstrats unter Beigabe von Zusatzstoffen (Terra Preta) untersucht. Darüber hinaus wurde ein Konzept für die großtechnische Herstellung von Terra Preta entwickelt. Das Projekt wurde vom Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (SMUL) finanziert.
Im Rahmen der Projektarbeit wurden durch den PIA e.V. Klärschlamm- und Substratproben sowie filtrierte Klärschlammproben, die als Grundlage für die Substratherstellung dienten, untersucht. Bei den Klärschlammproben handelte es sich um Mischproben aus sechs verschiedenen Kleinkläranlagen im Verbandsgebiet des AZV Leisnig. Zur Herstellung des Substrats wurde dem filtrierten Klärschlamm Holzkohle, Sägespäne, Weizenkleie, Bentonit und Gesteinsmehl beigemischt. Des Weiteren wurde dieses Substrat drei Wochen fermentiert. Die Analysen der Schlamm- und Substratproben umfassten nach Klärschlammverordnung (AbfKlärV) §3 (5) folgende Parameter:
•    Allgemeine Parameter: Trockensubstanz, organische Substanz, mineralische Substanz, pH-Wert
•    Nährstoffe und Nebenbestandteile: Gesamtstickstoff, Ammonium, Phosphat, Kaliumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Schwefel, basisch wirksame Bestandteile
•    Schwermetalle: Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber, Zink
•    AOX
Die Schwermetallkonzentrationen lagen größtenteils weit unterhalb der Grenzwerte der Klärschlamm- und der Düngemittelverordnung. Jedoch wurde bei zwei Klärschlammproben der Grenzwert für Quecksilber der Düngemittelverordnung überschritten.
Im Hinblick auf die Nährstoffgehalte ist der untersuchte Schlamm für eine landwirtschaftliche Verwertung geeignet. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse ist von einem hohen Potential für die Herstellung eines Kultursubstrates auszugehen. Für eine Einordnung gemäß Düngemittelverordnung sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.

Projektpartner:
- Tilia Umwelt GmbH
- Bildungs- und Demonstrationszentrum für dezentrale Abwasserbehandlung – BDZ e.V.
- Institut für Bakteriologie und Mykologie der Universität Leipzig
- Abwasserzweckverband Leisnig (AZV)
- PETERSEN HARDRATH Rechtsanwälte Steuerberater
- alles klar GmbH

Dezentrale Abwasserentsorgung

ELIM - Innovatives Verfahren zur Beseitigung abbauresistenter Spurenstoffe durch dezentrale Abwasserreinigungsanlagen - Abschluss: 2017

Projektlaufzeit:
Januar 2016 - Dezember 2017

Gefördert durch:
AIF Projekt GmbH - Förderprogramm ZIM

Inhalt:
Inhalt des Projektes ELIM ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Elimination abbauresistenter Spurenstoffe in dezentralen Abbwasserreinigungsanlagen durch UV-Bestrahlung. Der Projektschwerpunkt liegt dabei in der Entwicklung eines neuartigen Durchlaufreaktors mit spezieller Geometrie und einer Titanoxid-Katalysatorschicht. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit soll der Abtrag der TiO2-Beschichtung 1% nicht überschreiten. Um dies zu überwachen, ist der Einsatz einer neuartigen Lumineszenzfarbstoffschicht vorgesehen. Über eine Änderung der Lumineszenzintensität bzw. -farbe soll die Abnutzung des Katalysators angezeigt werden. Die entwickelte Beschichtung soll durch UV-Bestrahlung zur Photokatalyse befähigt werden. Durch die Bestrahlung sollen an der Oberfläche der TiO2-Katalysatorschicht freie Radikale entstehen, die Reaktionsprozesse auslösen, an deren Ende biologisch nicht abbaubare Verbindungen vollständig oxidiert werden sollen.
Parallel zur Technikentwicklung werden am PIA Prüf- und Testmethoden für vierte Reinigungsstufen für Kleinkläranlagen entwickelt, um zukünftig entsprechende Verfahrenstechniken im Rahmen des europäischen Zertifizierungsverfahren (gemäß EN 12566) auf ihre Wirksamkeit hin belastbar untersuchen und zertifizieren zu können.

Projektpartner:
batchpur GmbH und Co. KG, Wilnsdorf
Universität Siegen, Lehrstuhl für Anorganische Chemie, Siegen

Abwasserbehandelnde Flächenbeläge - Projekt zur Herstellung "selbstreinigender Pflastersteine" - Abschluss: 2010


Gefördert durch:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Projektlaufzeit:
Mai 2008 - Februar 2010

Inhalt:
Bedingt durch die Siedlungsstruktur und die Nutzung von Kraftfahrzeugen sind in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebieten viele Flächen befestigt. Auf Parkflächen kommt es häufig zu Verschmutzung, beispielsweise durch Ölverluste oder Reifenabrieb. Auch in vielen Industrie- und Gewerbegebieten werden befestigte Flächen u.a. mit Ölen und Fetten verschmutzt. Die von diesen Flächen (insbesondere gewerblich genutzter Grundstücke) bei Niederschlagsereignissen abfließenden Wassermengen werden bisher als verschmutztes Niederschlagswasser einer speziellen Behandlung zugeführt. Ohne diese Behandlung werden Verschmutzungen auf Pflasterflächen, die keine oder nur eine geringe Wasserdurchlässigkeit aufweisen, bei Niederschlagsereignissen abgespült und gelangen in oberirdische Gewässer, in das Grundwasser oder in die Kanalisation. Das Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung und Optimierung von wasserundurchlässigen Pflastersteinen, die diese Verschmutzung an ihrer Oberfläche durch Photokatalyse abbauen. Am Ende dieses Vorhabens soll eine Möglichkeit zur Verfügung stehen, Flächen mit "selbstreinigenden" Pflastersteinen herzustellen. Bei der Herstellung dieser Pflastersteine soll als Photokatalysator Titandioxid zu gegeben werden. Das besondere dieses neu entwickelten Titandioxides ist, dass zur Reaktion nicht nur UV-Strahlung, sondern auch Strahlung aus dem Bereich des sichtbaren Lichtes genutzt werden kann.
In der ersten Projektphase werden orientierende Versuche mit Pflastersteinen durchgeführt, die mit unterschiedlichen Zusätzen von Titandioxid hergestellt wurden. Die Versuche werden in Anlehnung an die Untersuchungen zu Mineralölkohlenwasserstoffen der Zulassungsgrundsätze "Abwasserbehandelnde Flächenbelege" des Deutschen Institutes für Bautechnik (DIBt) durchgeführt. Nach Abschluss dieser Versuche und nach Auswertung der Ergebnisse werden die Steine für die Versuche der zweiten Projektphase ausgewählt. Des Weiteren werden ggf. die Versuchseinrichtungen und -durchführungen optimiert.
In der zweiten Phase werden weitergehende Untersuchungen zum Abbauverhalten der ausgewählten Steine durchgeführt. Weiterhin wird auf dem Gelände des PIA eine Parkfläche inklusive Probenahmemöglichkeiten für Langzeituntersuchungen unter Praxisbedingungen hergestellt. Die verschiedenen Versuche bilden die Basis zur Entwicklung und Optimierung von Prüfverfahren für dieses Projekt.

Projektpartner:
- Menk’sche Betonsteinwerke GmbH & Co. KG
- Ingenieurbüro Bokatec
- KRONOS INTERNATIONAL Inc

Anwendbarkeit der Trübungsmessung zur Festlegung der Hygienisierung von Kleinkläranlagen - Abschluss: 2007


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
2006 bis 2007

Inhalt:
Kleinkläranlagen mit Hygienisierungsstufe sollen gemäß den Zulassungsgrundsätzen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) das Abwasser soweit hygienisieren, dass in 100 ml Ablaufwasser höchstens 100 fäkalkoliforme Keime enthalten sind. Für eine Einschätzung der Hygienisierungsleistung dieser Anlagen während der Wartung vor Ort, fordert das DIBt die Feststellung der Trübung des gereinigten Abwassers mit der Messung des spektralen Absorptionskoeffizienten (SAK) bei 520 nm. Ein Zusammenhang zwischen der Trübung des gereinigten Abwassers und dessen Gehalt an fäkalkoliformen Keimen ist jedoch weder wissenschaftlich belegt, noch wird er von Erfahrungswerten gestützt. Aus diesem Grunde wurde in diesem Forschungsvorhabens dieser Zusammenhang an neun Kleinkläranlagen und einer kleinen Kläranlage näher untersucht. Dazu wurden den Trübungswerten des gereinigten Abwassers der Kläranlagen die jeweiligen E.coli-Werte gegenübergestellt. Im Rahmen der Ermittlung der E.coli-Werte wurde zudem die Vergleichbarkeit der Bestimmungsverfahren „Colilert-18/Quanti-Tray“ und „Compact Dry“ untersucht.

Abschlussbericht:
http://www.lanuv.nrw.de/landesamt/forschungsvorhaben/details/?tx_mmkresearchprojects_pi1%5Buid%5D=219

Bestimmung der Tagesfrachten häuslichen Abwassers beim Betrieb von Kleinkläranlagen nach EN 12566 und DIN 4261 - Abschluss: 2009


Gefördert durch:
Deutsches Institut für Normung e. V. (DIN)

Projektlaufzeit:
März 2009 – Dezember 2009

Inhalt:
In Deutschland wird von einem Bestand von 1.000.000 bis 1.250.000 Kleinkläranlagen ausgegangen, von dem mehr als 30 % im Laufe der kommenden 15 Jahre renoviert oder neu errichtet werden müssen. Die Dimensionierung von Kleinkläranlagen beruht auf einer Schmutzfracht von 60g BSB5/(E*d), wie sie in der Richtlinie 91/271/EWG festgelegt ist. Diese Schmutzfracht wurde nicht nur für häusliches Schmutzwasser sondern auch für kommunales Abwasser mit Anteilen gewerblicher und industrieller Einleiter bestimmt und in die Richtlinie aufgenommen. Im Rahmen des Projektes ist geplant, zur Ermittlung der einwohnerspezifischen Schmutzfracht an verschiedenen Standorten Proben im Zulauf von in Betrieb befindlichen Kleinkläranlagen zu entnehmen und diese hinsichtlich relvanter Standardparameter zu analysieren. Ziel ist es, daraus spezifische Verfahrens- und Bemessungsgrundlagen für die Normungsarbeit abzuleiten, die zunächst in einer PAS (=Public Available Specification) durch das DIN der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.

Projektpartner:
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen (ISA)

Eignungstest einer Kompaktkläranlage und Abbauversuche von Abwasserinhaltsstoffen unter Verwendung des biologischen Reinigungsträgers EIMO® - Abschluss: 2005


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
September 2004 bis Dezember 2005

Inhalt:
Ziele dieses Untersuchungsvorhabens sind Entwicklung und Test von Kompaktkläranlagen mit Keramikfilter zur Reinigung von saisonal anfallenden Abwässern. Fragen zur technischen Auslegung und Betriebsüberwachung, zur Hygiene, Reinigungsleistung und Prozessoptimierung sollen in diesem Vorhaben geklärt werden. Zusätzlich soll der Einsatz des biologischen Reinigungsträgers EIMO® (Einschluss-Immobilisierte Mikro-Organismen) von der Firma Hartmann Wasserrecycling aus Lupfig/Schweiz untersucht werden. Bei EIMO® handelt es sich um einen Biofilm in Kapselform, wobei konzentrierte Biomasse in eine langzeitstabile Polymermatrix eingeschlossen ist.
Der Eignungstest dauert 12 Wochen und umfasst die Überprüfung von Normallastsituationen und Untersuchungen zu Überlast- und Niedriglastsituationen. Damit orientiert sich der Eignungstest an den Prüfbedingungen der Kleinkläranlagenprüfung nach EN 12566 – Teil 3. Es sind Untersuchungen zur Reinigungshäufigkeit und -dauer sowie zu Möglichkeiten variabler Betriebszeiten der Membrantrenneinheit geplant.
Parallel zum Eignungstest der Pilotanlage mit belebtem Schlamm werden Versuche mit Einschluss-Immobilisierten-Mikro-Organismen (EIMO®) durchgeführt. Die Versuche erfolgen im Labor- und im Pilotmaßstab.

Projektpartner:
- Aqua-System AG, Winterthur/ Schweiz
- Hartmann Wasserrecycling, Lupfig/ Schweiz
- VP-KASAG Verfahrens- und Prozesstechnik AG, Spreitenbach/ Schweiz
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) RWTH Aachen

Optimierung von Kleinkläranlagen zur verbesserten Makro- und Mikroschadstoffelimination (OPTITREAT) - Abschluss: 2017



Gefördert durch:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderprogramm BONUS der europäischen Union

BONUS PROJECTS BONUS PROJECTS

Projektlaufzeit:
Februar 2014 – März 2017

Inhalt:
Das Forschungsprojekt OPTITREAT beleuchtet die aktuelle Praxis der kleinkläranlagenbasierten Abwasserbehandlung im Ostseeraum und soll Ursachen möglicher vorhandener Defizite ermitteln sowie bestehende Wissenslücken zu Reinigungsprozessen in Kleinkläranlagen schließen. Die Förderung erfolgt über das Ostsee-Forschungsprogramm BONUS, dessen Ziel es ist, die negativen Folgen von Umweltverschmutzung und dem Verlust an biologischer Vielfalt im Ostseeraum im Rahmen grenzüber-schreitender Zusammenarbeit zu erforschen und zu bekämpfen. Die Fördermittel stammen jeweils zu 50 % vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und von der Europäischen Union.
Neben dem PIA sind an dem dreijährigen Projekt Partner aus den Ostseeanrainerstaaten Schweden (Swedish Environmental Research Institute, IVL) und Polen (Institute of Ecology for Industrial Areas, IETU) beteiligt. Koordiniert wird das Projekt durch den schwedischen Partner IVL.
OPTITREAT hat zum Ziel, auf Basis von Technologieuntersuchungen und Erfassung des Status-Quo zu Einsatzbedingungen von Kleinkläranlagen Empfehlungen zu erarbeiten, um die bisher im Ostseeraum auf dem Markt existierenden Kleinkläranlagentechnologien hinsichtlich der Nährstoff- und Spurenstoffelimination zu optimieren. Im Fokus stehen Untersuchungen zum Einfluss physikalisch-chemischer Betriebsparameter auf die Reinigungsleistung von Kleinkläranlagen. Der technische Arbeitsteil ist auf Optimierungsmaßnahmen zur verbesserten Nährstoff- und Spurenstoffelimination in bereits bestehenden Kleinkläranlagen-systemen ausgerichtet. Der Nutzen für die auf dem Markt agierenden Kleinkläranlagenhersteller wird hierbei um ein Vielfaches größer eingeschätzt, als die Neuentwicklung einer Systemtechnologie, von der, aufgrund erforderlicher Maßnahmen zur Produktionsumstellung, nur wenige Hersteller profitieren würden. Empfehlungen zur Produktergänzung im Rahmen von Systemoptimierungen sollen hingegen eine größere Anwendergruppe erreichen.
Für die Durchführung des Projektes wurden von drei Anlagenherstellern ihre Kleinkläranlagen mit unterschiedlichen Technologien zur Verfügung gestellt (Technologie A: Festbettreaktor; Technologie B: Wirbelbettreaktor; Technologie C: Belüfteter Biofilter). Die Untersuchungen umfassen eine ganzheitliche Betrachtung bzw. Beurteilung der Reduktionswirkungsgrade zu Nährstoffen, Krankheitserregern, Pharma- und Körperpflegeprodukten sowie zu antibiotikaresistenten Keimen. Hierbei übernimmt das PIA hauptverantwortlich den Betrieb der drei Kleinkläranlagen auf seinem Prüf- und Testfeld in Aachen. Im Sommer 2014 fand ein gemeinsamer Workshop mit den Herstellern statt, um die Betriebs- und Untersuchungsbedingungen im Vorfeld abzustimmen und eine einheitliche und vergleichbare Vorgehensweise festzulegen. Die Untersuchungen zu antibiotikaresistenten Keimen, zu optimalen Betriebsparametern für effektive mikrobiologische Aktivitäten sowie zum Abbauvermögen von Nährstoffen und Mikroverunreinigungen unter verschiedenen physikalisch-chemischen Bedingungen erfolgen in dem Projekt hauptverantwortlich durch die Partner aus Schweden und Polen.
In einem eigenen Arbeitspaket soll für jedes Partnerland ergänzend der aktuelle Stand zu Betriebs- und Wartungsvorgaben von Kleinkläranlagen erfasst und eine vergleichende Analyse (Benchmarking) von bewährten oder vorbildlichen Methoden (Best Practice) zur Leistungssteigerung vorhandener Kleinkläranlagentechnologien durchgeführt werden.
Weitere Informationen finden Sie auf der Internetseite des Projektes. (LINK)

Projektpartner:
- Swedish Environmental Research Institute (IVL), Stockholm/Schweden
- Institute of Ecology for Industrial Areas (IETU), Katowice/Polen

Qualifizierung von Bio-Kleinkläranlagen zur automatischen Fernüberwachung (KASKO) - Abschluss: 2008


Gefördert durch :
Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWi)

Projektlaufzeit:
09.2006-08.2008

Inhalt:
Voraussetzungen für den Einsatz von Kleinkläranlagen als Dauerlösung für die Behandlung häuslichen Abwassers sind neben der grundsätzlichen Leistungsfähigkeit der Anlagen, ein ordnungsgemäßer Einbau, Betrieb sowie die überwachung und Wartung der Anlagen. Defizite sind vor allem bei den letzten Aspekten auszumachen, was auf einen Mangel an Motivation und Wissen bei den Betreibern und auf Zeitmangel bei den verantwortlichen Behörden zurückzuführen ist. Das hat zur Folge, dass Betriebsstörungen nicht umgehend behoben und dadurch die geforderten Ablaufwerte nicht eingehalten werden. Eine Möglichkeit diesen Defiziten zu begegnen, ist eine kontinuierliche Fernüberwachung von Kleinkläranlagen. Das zurzeit von der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI) durchgeführte Projekt KASKO hat zum Ziel, marktübliche Kleinkläranlagen für eine automatische Fernüberwachung zu qualifizieren. Das PIA unterstützte die GFaI im Jahre 2007 mit praxisnahem Anlagenwissen sowie beim Aufbau von Projektkooperationen mit Kleinkläranlagenherstellern.

Temperaturuntersuchungen in Kleinkläranlagen - Abschluss: 2005


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
Mai 2005 bis Juli 2005

Inhalt:
Sowohl in der mechanischen wie in der biologischen Reinigungsstufe einer Kleinkläranlage hat die Abwassertemperatur einen entscheidenden Einfluss auf die Reinigungsprozesse. Dennoch wird die Abwassertemperatur bei der Entwicklung und Bemessung von Kleinkläranlagen bisher nicht berücksichtigt. Vor allem für die Bemessung von Kleinkläranlagen mit weitergehenden Reinigungsleistungen und für Anlagen mit Membranfiltration sind aber Kenntnisse über die Abwassertemperatur erforderlich.
Im Rahmen des Projektes wurden die Abwassertemperaturen in Kleinkläranlagen festgestellt und ihr Vorkommen nach Verfahrenstechnik und jahreszeitlichem Verlauf sowie ihre Beeinflussung durch die Art der Belüftung untersucht. Von besonderem Interesse war das Ermitteln von Tiefsttemperaturen. Für die Untersuchung wurden über 1.000 Daten aus Wartungsprotokollen von Kleinkläranlagen der Regionen Bergisches Land und Eifel ausgewertet.
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass im Zeitraum Januar 2001 bis Juni 2005 die Abwassertemperaturen in Kleinkläranlagen häufig unter 10 °C und, in einem nicht unerheblichen Maße, sogar unter 6 °C lagen. Besonders kaltes Abwasser hat aufgrund der Beeinflussung physikalischer, biologischer und chemischer Prozesse negative Auswirkungen auf die Reinigungsleistungen. In Zukunft sollte daher der Parameter „Abwassertemperatur“ bei der Konzeption und Bemessung von Kleinkläranlagen stärker berücksichtigt werden. Hierbei ist auch die Art der Luftzufuhr (Ansaugung von Innen- oder Außenluft) zu berücksichtigen.

Untersuchungen zur Gasentwicklung in Kleinkläranlagen - Abschluss: 2006


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
Januar 2005 bis Dezember 2006

Inhalt:
Im Rahmen des Projektes wird die Gasbildung in verschiedenen Kleinkläranlagensystemen untersucht. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Erfassung von Methan gelegt. Methan (CH4) entsteht bei Faulprozessen und ist ein hochentzündliches Gas, das mit Luft bzw. Sauerstoff hochexplosive Gemische bildet. Da bei fast allen derzeit betriebenen Systemen zur dezentralen Reinigung häuslichen Schmutzwassers anaerobe Betriebszustände auftreten, sind Untersuchungen zur Entstehung explosionsfähiger Atmosphären erforderlich. Der Explosionsbereich liegt zwischen 4,4 und 16,5 Vol% Methan in Luft und das Maximum der Explosionskraft bei 9,4 Vol%.
Methanmessungen werden in einer Auswahl von Kleinkläranlagen durchgeführt, die zum einen auf dem Prüffeld des PIA und zum anderen auf Privatgrundstücken im Kreis Düren betrieben werden.
Bei den Messungen wird ein Gaswarnsystem eingesetzt, das über Messwertgeber verfügt, die auf dem Prinzip der optischen Detektion von Gasen über Infrarotfrequenzen basieren.
Die kontinuierlichen Methanmessungen auf dem Prüffeld des PIA werden seit Juli 2005 und die Vor-Ort-Messungen seit September 2005 durchgeführt.


Schiffsabwasserbehandlung

Development of a “Best Practice Guidance for the handling of wastewater in Ports" for the Special Area Baltic Sea - Abschluss: 2018


Funded by:
Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH)

Project duration:
April 2017 – November 2018

Content:
Eutrophication is one of the main threats to the biodiversity of the Baltic Sea and is caused by excessive input of nutrients to the marine environment. A part of the nutrient input originates from shipping. From 2000 to 2014, the number of cruise passengers in the Baltic Sea has increased by almost 250%, as well as cruise ship calls by 53% (Cruise Baltic Statistics 2014). As a consequence, the Baltic Sea has been designated as first MARPOL Annex IV Special Area at the initiative of HELCOM. Passenger ships intending to discharge sewage within the Special Area have to comply with more stringent regulations on nitrogen and phosphorous removal. The requirements can be met by either installing advanced wastewater treatment systems or discharging the sewage to port reception facilities (PRF). This creates challenges for the Baltic ports, shipping companies and municipal wastewater treatment plants. Therefore the Federal Maritime and Hydrographic Agency of Germany (BSH) commissioned this project on the development of a “Best Practice Guidance for the Handling of Wastewater in Ports”, which will provide information and concrete guidance for involved parties and HELCOM member states.
As a first step, the development of the “Best Practice Guidance” requires a comprehensive collection of data. This includes the review of existing reports and literature, as well as the generation of new data from surveys conducted within the project. Then, the review and evaluation of the whole data set will allow for a comprehensive understanding of the current state of PRFs within the HELCOM area and the needs of the shipping industry and related challenges. Based on this input, practical solutions and approaches will be developed and outlined in the guidance document. The different stakeholder groups, such as ports, shipping companies and municipal waste water treatment plants, and the HELCOM member states are actively involved in the process. For example, the project outline and a progress report will be presented at the HELCOM Cooperation Platform on Port Reception Facilities in September 2017 and the HELCOM Maritime meeting in October 2017 for comments and further suggestions.
The goal of the project is to provide concrete and practical guidance to improve the handling of wastewater in ports in order to face the rising challenges.
Key of the present study is the specific information exchange of all involved parties (ports, shipping companies and municipal wastewater treatment plants), as so far many relevant studies consider only one part of the wastewater reception and treatment process.
For example, the growing number of cruise ships lead to higher infrastructural demands in ports, i.e. the industry requests adequate port reception facilities which are able to receive the wastewater without prolonging the stay of the vessels in the port (HINTZSCHE, 2016).
In order to prevent hydraulic overload, however, the ports are not allowed to discharge an undetermined amount of sewage in the sewer network. Therefore, municipal authorities must be included in the development process (GÜLDENZOPH, 2016).
Finally, surveys of all significant parameters and the report Baltic Sea Sewage Port Reception Facilities (HELCOM Overview 2014) show that there are challenges regarding the first time reception of wastewater in ports. The wastewater composition on board of a cruise ship differs strongly and cannot be considered as a constant parameter (DORGELOH, 2016). The strong differences result from separate grey and black water collection and treatment methods on board.
Dependent on possible different wastewater composition the “Best Practice Guidance” will identify specific instructions on how to deal with potential problems concerning the reception, handling and treatment. In addition, it will also highlight technical solutions regarding pre-treatment at ports.
The final document will be presented at HELCOM Maritime in autumn 2018.

Sources:
HELCOM 2014: HELCOM Overview 2014, Baltic Marine Environment Protection Commission Baltic Sea Sewage Port Reception Facilities
HINTZSCHE 2016: Workshop on port reception facilities, W. Hintzsche, German Shipowners‘ Association, PRF acc. MARPOL IV Special Area – Ferry Operators‘s perspective
GÜLDENZOPH 2016: Workshop on port reception facilities, W. Güldenzoph, The greatest challenges of PRFs - a wastewater system operator’s perspective
DORGELOH 2016: Workshop on port reception facilities, E. Dorgeloh, Challenge of sewage treatment ashore

Contact:
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Entwicklung und Praxistests von Membranmodulen zur Überschussschlammminimierung für die stoffstromorientierte Abwasserentsorgung auf Flusskreuzfahrtschiffen - Abschluss: 2018


Gefördert durch:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück

Projektlaufzeit:
September 2016 bis September 2018

Inhalt:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel des Projektes war es, ein Membranmodul zu entwickeln, mit dem die Menge an Überschussschlamm, der beim Betrieb von Bordkläranlagen auf Flusskreuzfahrtschiffen anfällt, durch Aufkonzentration zu minimieren. Zusätzlich sollten Schlammdesintegrationseffekte zur Mengenminimierung genutzt werden.
Auf Flusskreuzfahrtschiffen werden die an Bord entstehenden häuslichen Abwässer zur Einhaltung umweltgesetzlicher Bestimmungen der Binnenschifffahrt (CDNI-Übereinkommen) mittels Bordkläranlagen behandelt. Das behandelte Abwasser wird in die Wasserstraße eingeleitet. Der beim Behandlungsprozess entstehende Klärschlamm muss zwischengespeichert und intervallweise an Entsorgungsfahrzeuge an Land abgegeben werden. Eine Minimierung der Schlammmengen führt somit zu einer deutlichen Verringerung von Tankwageneinsätzen und gleichzeitig zu Einsparungen von Entsorgungskosten.

Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Die Entwicklung des Membranmoduls erfolgte unter Einsatz einer Versuchsanlage an Land. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf Leistungskenndaten des Moduls und auf die Reduktion der Klärschlammmengen. In verschiedenen Betriebsphasen wurde das Filtrat des Schlammmoduls dem Zulauf oder dem Ablauf der Versuchskläranlage zugeleitet und die Auswirkungen auf die Ablaufqualität untersucht. Es wurde getestet, inwieweit durch Neuparametrierungen der Anlagensteuerung (Phasen mit/ohne Belüftung) eine zusätzlich zu erwartende Stickstofffracht im Ablauf reduziert werden kann. Die Möglichkeit einer Fällmittelzugabe in den Schlammsammeltank zur Fixierung rückgelösten Phosphors war ebenfalls Bestandteil der Versuche.
Parallel zu den Landversuchen wurde ein Prototyp des Membranmoduls in den Schlammsammeltank eines Flusskreuzfahrtschiffes installiert, um Langzeiterfahrungen zur Betriebsstabilität und Dauerhaftigkeit der eingesetzten Materialien unter Realbedingungen zu gewinnen. Der Praxisbetrieb wurde technisch und wissenschaftlich begleitet. Die Begleitungen umfassten regelmäßige Vor-Ort-Kontrollen und eine Beprobung aller relevanten Messstellen in den Zu- und Abläufen der Bordkläranlage und des Schlammsammeltanks.
Die gewonnenen Ergebnisse wurden abschließend in Empfehlungen zum Einsatz des Membranmoduls für die Kreuzfahrtbranche zusammengefasst.

Projektpartner:
Martin Membrane Systems AG

Demonstrationsprojekt "Großtechnischer Betrieb von Membrananlagen auf Fahrgastbinnenschiffen" an Bord der MS RheinEnergie - Abschluss: 2006


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft- und Verbraucherschutz in Nordrhein-Westfalen (MUNLV NRW)

Projektlaufzeit:
Januar 2005 – Dezember 2006

Inhalt:
Inhalte des Forschungsvorhabens waren die wissenschaftliche Begleitung des großtechnischen Betriebes einer Schiffskläranlage mit Membranfiltration auf dem Tagesausflugsschiff RheinEnergie der Köln-Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG. Ziele des vorliegenden Projektes waren eine Ermittlung von Bemessungsgrößen zur Dimensionierung von Bordkläranlagen für Fahrgastbinnenschiffe, eine Ermittlung erreichbarer Eliminationsleistungen und einzuhaltbarer Grenzwerte sowie Untersuchungen zu Klärschlammspeicherungsmöglichkeiten an Bord und Schlammabgabe an Land.
Die Schiffskläranlage vom Typ siClaro-BMA®- Abwasserbehandlungsanlage der Firma Martin Systems AG aus Sonneberg/Soest basierte auf dem Membranbelebungsverfahren. Die Anlage bestand aus einer mechanischen Vorreinigung zur Grobstoffabscheidung durch Feinsiebung, dem BMA®-Biomembranreaktor zur biologischen Behandlung des vorgereinigten Abwassers und einer Membrantrennstufe bestehend aus getauchten Ultrafiltrationsmembranen. Schiffseitige Abwasserspeichertanks waren der Anlage vorgeschaltet.
Veranlassung des Forschungsvorhabens war ein zukünftiges Einleitverbot von unbehandelten häuslichen Abwässern in die Bundeswasserstraßen für Fahrgastbinnenschiffe. Das Einleitverbot ist im „übereinkommen über die Sammlung, Abgabe und Annahme von Abfällen in der Rhein- und Binnenschifffahrt“ der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt (ZKR) geregelt. Das übereinkommen wird voraussichtlich 2008/2009 in Kraft treten.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des Anlagenbetriebs konnte festgestellt werden, dass im Ablauf der Schiffskläranlage die geforderten Ablaufgrenzwerte der ZKR für die Parameter CSB und BSB5 eingehalten wurden. Im Mittel betrugen die CSB-Ablaufkonzentrationen 45 mg/l, die maximale Ablaufkonzentration von 93 mg/l lag noch deutlich unter dem zulässigen Grenzwert nach dem Übereinkommen der ZKR von 180 mg/l. Gleiches konnte für den Parameter BSB5 festgestellt werden. Die mittlere Ablaufkonzentration wurde zu 2 mg/l ermittelt, die maximale Ablaufkonzentration von 9 mg/l lag auch hier deutlich unter dem zulässigen Grenzwert von 40 mg/l. Die Untersuchungen zu erreichten Eliminationsleistungen ergaben eine Eliminationsleistung für den Parameter CSB von 96,9 % und für den Parameter BSB5 von 99,7 %. Insgesamt konnte festgestellt werden, dass unter der Voraussetzung einer sorgfältigen Betriebsüberwachung (Routinekontrollen durch Betreiber; regelmäßige Anlagenwartung durch Anlagenhersteller), die Abwasserbehandlung durch Schiffskläranlagen an Bord von Tagesausflugsschiffen technisch möglich ist und somit eine Alternative zur Abwasserspeicherung und Abwasserabgabe an Land darstellt. Bei unbehandelter Einleitung des an Bord anfallenden Abwassers werden pro Hauptsaison etwa 5 Tonnen CSB-Frachten und 2,6 Tonnen BSB5-Frachten von der RheinEnergie in die Wasserstraße eingeleitet. Mit den erreichten Eliminationsleistungen können die eingeleiteten Frachten für den Parameter CSB auf 155 kg und für den Parameter BSB5 auf etwa 8 kg in der Hauptsaison reduziert werden.
Die Köln-Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG wird den Betrieb der Membran-Schiffskläranlage auch nach Beendigung des Forschungsvorhabens in Eigenregie fortzusetzen. Damit konnte das Ziel erreicht werden, die Membrantechnik in Schiffskläranlagen für Fahrgastbinnenschiffe als zukunftsweisende Technologie einzuführen. Mit der Fortsetzung des Anlagenbetriebes können darüber hinaus nun Langzeiterfahrungen gesammelt werden.

Projektpartner:
- Köln-Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG

Einsatz der Membrantechnik zur Abwasserbehandlung auf Binnenschiffen - Abschluss: 2004


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft- und Verbraucherschutz in Nordrhein-Westfalen (MUNLV NRW)

Projektlaufzeit:
April 2002 - Dezember 2004

Inhalt:
Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft- und Verbraucherschutz in Nordrhein-Westfalen (MUNLV NRW) wurde im Zeitraum April 2002 bis Dezember 2004 am Institut für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH
Aachen (ISA) und am Prüf- und Entwicklungsinstitut für Abwassertechnik an der RWTH Aachen e.V. (PIA) die Einsatzfähigkeit der Membrantechnik zur Abwasserbehandlung auf Fahrgastbinnenschiffen untersucht.
Inhalte des F+E-Vorhabens „Einsatz der Membrantechnik zur Abwasserbehandlung auf Binnenschiffen“ (AZ IV-9-042 528) waren Entwicklung und Test von Abwasserbehandlungsanlagen für Binnenschiffe mit Membrantechnologie, basierend auf einer Kombination des aeroben Belebungsverfahrens und der Mikrofiltrationstechnik zur Abtrennung des Belebtschlamms.
Ziel dieses Projektes war es, die Abwasserreinigung an die schiffsbaulichen und betrieblichen Rahmenbedingungen anzupassen und so den Schifffahrtsunternehmen eine geeignete Verfahrenstechnik zur Behandlung der anfallenden Abwässer an Bord zur Verfügung zu stellen.

Projektpartner:
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen (ISA)
- Köln-Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG
- Delphin Umwelttechnik GmbH, Hamburg
- Earth Tech Umwelttechnik GmbH, Neuss
- Martin Systems Engineering GmbH, Sonneberg
- Puron AG, Aachen

Erarbeitung eines Prüfverfahrens für Bordkläranlagen für Binnenschiffe gemäß den Anforderungen der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt (ZKR) - Abschluss: 2008



Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (MUNLV)

Projektlaufzeit:
April 2008 – Juli 2008

Inhalt:
Das Image als umweltfreundlicher Verkehrsträger sowie ein allgemein gestiegenes Umweltbewusstsein führen dazu, dass die Binnenschifffahrt ständig bestrebt ist, alle von einem Schiff ausgehenden Emissionen bestmöglich zu reduzieren. Mit dem "Übereinkommen über die Sammlung, Abgabe und Annahme von Abfällen in der Rhein- und Binnenschifffahrt" der ZKR soll zukünftig im Interesse des Umweltschutzes die Behandlung aller auf einem Binnenschiff anfallenden Abfälle mit einheitlichen Vorgaben für die Mitgliedsstaaten Schweiz, Frankreich, Belgien, Luxemburg, Deutschland und die Niederlande geregelt werden.

Zur Umsetzung der Vorgaben zur Entsorgung an Bord anfallender häuslicher Abwässer wurde am PIA in Kooperation mit dem Bundesverband der Deutschen Binnenschifffahrt e.V. (BDB e.V.) und Vertretern des zuständigen technischen Ausschusses der ZKR ein Prüfverfahren für Abwasserbehandlungsanlagen erarbeitet. Das Prüfverfahren soll dazu dienen, dass Abwasserbehandlungsanlagen als so genannte Bordkläranlagen eingesetzt werden können, um die häuslichen Abwässer direkt am Entstehungsort, d.h. an Bord der Schiffe, zu behandeln. Die in der Prüfvorschrift festgelegten Anforderungen (wie z.B. Mindestausstattungsmerkmale) sollen gewährleisten, dass an Bord installierte Abwasserbehandlungsanlagen schiffsspezifischen Anforderungen genügen.

Ein entsprechender Entwurf wurde im Herbst 2008 den verantwortlichen Gremien der ZKR vorgestellt. Eine Umsetzung ist aller Voraussicht nach für das Jahr 2009 vorgesehen. Das Vorhaben wurde vom Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.

Projektpartner:
- Bundesverband der Deutschen Binnenschifffahrt e.V. (BDB e.V.)
- Zentralkommission für die Rheinschifffahrt ZKR 

Erfassung der Abwasserzusammensetzung und Abwasservolumenströme auf Flusskreuzfahrtschiffen - Abschluss: 2006


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
Juli 2005 bis Oktober 2006

Inhalt:
Vor dem Hintergrund, dass zukünftig mit Inkrafttreten des sogenannten Abfallübereinkommens der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt auf Flusskreuzfahrtschiffen das Einleiten von unbehandelten häuslichen Abwässern verboten wird, wurde bereits in den letzten Jahren von der Premicon AG (Mehrheitsbeteiligung an der KD) damit begonnen, Schiffsneubauten mit Schiffskläranlagen auszurüsten.
Nach knapp zwei Jahren Betriebserfahrung mit den Schiffskläranlagen musste allerdings erkannt werden, dass die installierten Anlagen nur unzureichend funktionierten und die in Zukunft an sie gestellten Reinigungsanforderungen wohl nicht erfüllen können. Die Ursache wird darin gesehen, dass zurzeit kaum Erfahrungen zur Abwasserzusammensetzung auf Fahrgastschiffen vorliegen und daher allgemein übliche Bemessungsansätze für kommunale Anlagen bei der Dimensionierung der Anlagen herangezogen wurden. Es wurde bei der Planung nicht bedacht, dass der Bordbetrieb eines Flusskreuzfahrtschiffes eher einem Hotelbetrieb als einem Haushalt gleichzusetzen ist und damit auch die Belastung eines Passagiers nicht nur einem Einwohnerwert entspricht.
Meinungsstand ist, dass die installierten Anlagen saniert werden müssen, eventuell vollständig auszutauschen sind, damit die Reinigungsanforderungen erfüllt werden können. Vor diesem Hintergrund wurde das PIA vom MUNLV beauftragt, Untersuchungen zu Abwasserzusammensetzung und –volumenströmen durchzuführen, um belastbare Bemessungsgrundlagen zu erhalten.
Erste Untersuchungen zur Abwasserbeschaffenheit auf Flusskreuzfahrtschiffen wurden Mitte November während eines Einsatzes der Schiffe als „Messehotels“ durchgeführt. Beabsichtigt ist, den Schwerpunkt der Untersuchungen auf die Fahrtsaison 2006 zu legen.

Projektpartner:
- Köln Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG, Köln
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) RWTH Aachen

Integration, Betrieb und Begleitung des großtechnischen Betriebes einer Membrankläranlage an Bord der MS RheinEnergie - Abschluss: 2007


Gefördert durch:
Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

Projektlaufzeit:
Januar 2005 bis Februar 2007

Inhalt:
Mit Inkrafttreten des "Übereinkommens über die Sammlung, Abgabe und Annahme von Abfällen in der Rhein- und Binnenschifffahrt" der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt wird die Einleitung von an Bord anfallenden Grau- und Schwarzwässern geregelt. Es ist vorgesehen, dass für Kabinen- und Fahrgastschiffe bestimmter Größe in Zukunft ein Einleiteverbot für unbehandelte Abwässer existieren soll.

Im Rahmen dieses Projektes wurde im Jahr 2005 damit begonnen, an Bord des Tagesausflugschiffs MS RheinEnergie der Köln-Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG eine großtechnische Membrankläranlage der Firma Martin Systems zu integrieren und in Betrieb zu nehmen. Die Anlage besteht aus der Vorreinigung, dem Membranbioreaktor und dem von der Firma Martin Systems entwickelten siClaro FM-Filter zur Abtrennung des gereinigten Abwassers vom belebten Schlamm. Die Vorreinigung ist als Grobabscheidung mit Feinsiebung ausgeführt. Der Membranbioreaktor ist so ausgelegt, dass Zulaufspitzen durch Variation des Füllstandes in den schiffseigenen vorgelagerten Speichertanks vergleichmäßigt werden. Treten im Zulauf zu hohe hydraulische Belastungsspitzen während des Gästebetriebes auf, ist eine Zwischenspeicherung des Abwassers möglich.
Die eingesetzten organischen, polymeren Ultrafiltrationsmembranen sind als Flachmembranen ausgeführt und in eine vom Belebungsbecken getrennten Filterkammer integriert. Die Membrankläranlage ist für einen mittleren Abwasseranfall von 35 m³/d und für den Zeitraum von 48 h für einen maximalen Anfall von 55 m³/d ausgelegt. Als mittlere Schmutzfracht wurde dabei von 16,8 kg BSB5/d ausgegangen.
Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung von Bemessungsgrößen zur Dimensionierung von Bordkläranlagen für Fahrgastbinnenschiffe. Die Anforderungen an Bordkläranlagen für Seeschiffe unterscheiden sich in wichtigen Details von den Anforderungen an Bordkläranlagen für Fahrgastbinnenschiffe. Beispielsweise wird gemäß der International Maritime Organisation (IMO) nur Schwarzwasser als Abwasser definiert, dass auf Seeschiffen zu behandeln ist, während die Zentralkommission für die Rheinschifffahrt auch Grauwasser zu behandelndes Abwasser bezeichnet. Damit können bisherige Bemessungsgrundlagen für Bordkläranlagen, die aus der Seeschifffahrt stammen, nur bedingt in die Binnenschifffahrt übertragen werden.
Durch eine kontinuierliche Erfassung der Wasserverbrauchsmengen und Beprobungen der Abwasserzusammensetzung sollen die notwendigen Bemessungsgrößen ermittelt werden. Berücksichtigt werden sollen dabei sowohl Linien- wie auch spezielle Veranstaltungsfahrten.

Projektpartner:
- Köln Düsseldorfer Deutsche Rheinschifffahrt AG, Köln
- Martin Systems GmbH Engineering
- Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) RWTH Aachen

Nachhaltige Aufbereitungstechnologien zur Abwasserreinigung & -wiedernutzung auf Kreuzfahrtschiffen (NAUTEK) - Abschluss: 2016


Gefördert durch:

im Förderprogramm: „Maritime Technologien der nächsten Generation”

Projektlaufzeit:
Juli 2013 – Juni 2016

Inhalt:
Veranlassung und Zielsetzung:

Kreuzfahrten haben sich zu einer beliebten Reiseform entwickelt und zählen zu einem der dynamischen Wachstumsmärkte in der Tourismusindustrie. Derzeitig sind weltweit rund 300 Kreuzfahrtschiffe mit einer Kapazität von knapp 400.000 Betten im Einsatz. Das stetige Wachstum dieser Branche führt in den letzten Jahren dazu, dass die von Kreuzfahrtschiffen ausgehenden Emissionen verstärkt in den Blickpunkt rücken. Insbesondere Passagiere, die zunehmend sensibilisiert sind für die Themen Nachhaltigkeit und Umweltschutz, verlangen nach Angeboten, die eine möglichst geringe Umweltbelastung verursachen. In der Gesamtschau werden die Emissionen von Kreuzfahrtschiffen heute insgesamt noch als zu hoch eingestuft, so dass alle Akteure bestrebt sind, die Umweltbilanz von Kreuzfahrtschiffen stetig zu verbessern.
Das Verbund-Projekt NAUTEK beleuchtete die aktuelle Praxis der Abwasseraufbereitung auf Kreuzfahrtschiffen mit dem zentralen Ziel, ein umfassendes und innovatives Abwasserwiedernutzungskonzept für Kreuzfahrtschiffe zu entwickeln und hierfür geeignete Technologien zu erproben und zu etablieren. Der Arbeitsschwerpunkt am PIA umfasste Untersuchungen von an Land etablierten und bewährten Verfahren zur Kohlenstoff- und Nährstoffelimination und deren Modifikation für einen maritimen Einsatz vor dem Hintergrund erstmalig eingeführter nährstoffspezifischer Umweltvorgaben für die Einleitung bordseitig behandelter Schiffsabwässer. Zukünftig sind Schiffskläranlagen für Kreuzfahrtschiffe damit anders als bisher zur Nährstoffelimination auszulegen. Mit den heute an Bord genutzten Abwasserreinigungstechnologien können oftmals diese strengeren Anforderungen nicht eingehalten werden, so dass es verfahrenstechnische Weiterentwicklungen für den Schiffseinsatz bedarf.
Es wurden insbesondere für die Stickstoffelimination umfassende experimentelle Untersuchungen an Land und an Bord des Kreuzfahrtschiffes AIDAsol zur vorgeschalteten und intermittierenden Denitrifikation unter Einsatz von Versuchsanlagen mit Membrantechnologie durchgeführt.

Ergebnisse:

Durch die Mitwirkung im Projekt wurde ein entscheidender Beitrag zu Schiffskläranlagen für Kreuzfahrtschiffe als innovatives maritimes Produkt geleistet. Im Rahmen einer Kooperation von Forschung und Wirtschaft wurde der deutsche Anlagenbauer Martin Membrane Systems dabei unterstützt, seine Position im internationalen Markt zu stärken. Gleichzeitig konnten die Kompetenzen am PIA zu den Themen Schiffsabwasser und Schiffsabwasserbehandlung ausgebaut und wichtige praxisbezogene Erkenntnisse gewonnen werden, die die Beraterkompetenzen am PIA im Bereich Umweltconsulting erhöhen. Mit diesem Zugewinn geht gleichfalls eine Sicherung von Arbeitsplätzen am PIA in den Zukunftsmarkt maritimer Umwelttechnologien mit ein.

  1. Die Testphasen mit der Landversuchsanlage führten zu der Erkenntnis, dass sich aufgrund der schiffsspezifischen Abwasserzusammensetzung vielfältige Konfigurationsmöglichkeiten ergeben. Die üblicherweise hohe organische Belastung von Schiffsabwasser ermöglichte es, beide Reaktoren der Landversuchsanlage mit identischen Funktionen zur anoxischen und aeroben Behandlung und der Membranfiltration zur Phasentrennung zu konfigurieren. So führte der Betrieb der Spülgebläse der Membranfiltration zu keiner Störung der im Reaktor parallel ablaufenden Denitrifikationsprozesse, so dass eine zeitliche Abstimmung von Behandlungs- und Filtrationsabläufen nicht erforderlich war. Diese hohe Flexibilität kann insbesondere Nachrüstungen deutlich erleichtern, wenn keine separaten Reaktoren für Behandlungs- und Filtrationsprozesse vorgesehen werden müssen. Mit den Untersuchungen an Land konnten damit wichtige Erkenntnisse für Nachrüstungen erzielt werden, die sich auch in Neubauten umsetzen lassen.
  2. Die Betriebsbegleitung der Versuchsanlage von Martin Membrane Systems an Bord der AIDAsol führte zu einem deutlich verbesserten Verständnis hinsichtlich der Abwassersituation auf Kreuzfahrtschiffen und den daraus resultierenden Herausforderungen zum Abwassermanagement an Bord. Insbesondere verdeutlichte der Bordbetrieb des Demonstrators die hohen Differenzen zwischen den standardisierten Bedingungen des Zulassungstests und den Anforderungen später im realen Betrieb. Gemeinsam mit den Landuntersuchungen zeigte sich, dass Anlagenparametrierungen für den Zulassungstest nicht zwangsläufig für den späteren Realbetrieb geeignet sind. Als Konsequenz für das Anlagendesign resultieren daraus Anforderungen an flexible und anpassbare Betriebsweisen, insbesondere was die Wahlmöglichkeiten für die aerobe und anoxische Abwasserbehandlung hinsichtlich der Stickstoffelimination betrifft. Aufgrund der gesammelten Erfahrungen sollten auf rein anoxisch zu betreibende Reaktoren verzichtet werden und alle Behandlungsreaktoren mit Umwälz- oder Belüftungsgebläse ausgerüstet werden.
  3. Das Verfahren der intermittierenden Denitrifikation mit simultaner Phosphorfällung stellt ein vorteilhaftes Verfahren für die weitergehende Abwasserbehandlung an Bord von Kreuzfahrtschiffen dar. Gegenüber dem Verfahren der vorgeschalteten Denitrifikation liegt der Vorteil darin, dass unterschiedliche Behandlungsschritte nicht räumlich getrennt in verschiedenen Behandlungsreaktoren sondern zeitlich voneinander getrennt in einem Behandlungsreaktor erfolgen. Damit liegen deutlich verbesserte Anpassungsmöglichkeiten an verschiedene Abwassersituationen vor. Auf Basis der durchgeführten Untersuchungen an Bord wurden Eliminationsraten in Bereichen von bis zu 90% für die Parameter Stickstoff und Phosphor erzielt.
  4. Die wissenschaftlichen Begleitungen an Bord der AIDAsol haben zu einem deutlich verbesserten Verständnis und zu einer ausgeprägten Sensibilisierung gegenüber den an Bord vorherrschenden Betriebsbedingungen und den daraus resultierenden Anforderungen an die Verfahrenstechnik und eingesetzten Komponenten geführt. Aufgrund der gesammelten Erfahrungen wird zum jetzigen Zeitpunkt ein hoher Technisierungsgrad von Schiffskläranlagen favorisiert, der aufgrund seiner Automation zur Entlastung des Bordpersonals (manueller Aufwand Anlagenüberwachung und –betrieb) entscheidend beitragen könnte. Die fachliche Qualifikation der für die Schiffskläranlagen verantwortlichen Personen an Bord ist von entscheidender Bedeutung. Regelmäßige Schulungen für dieses Personal werden empfohlen.
  5. Als Ergebnisverwertung ist u.a. geplant, das Prüfverfahren für Schiffskläranlagen auf Kreuzfahrtschiffen kritisch zu durchleuchten und Prüf-Alternativen zu erarbeiten. So könnten bereits im Vorfeld zum späteren Schiffseinsatz relevante Punkte abgefragt werden, die später an Bord von Bedeutung sein werden. Dazu zählt insbesondere die deutlich höhere Belastung mit organischen Stoffen von realen Schiffsabwässern gegenüber dem im Prüfverfahren eingesetzten Testabwasser.


Projektpartner:
- Institut für Abwasserwirtschaft und Gewässerschutz der Technischen Universität Hamburg-Harburg (aww)
- Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen aus Hamburg (CML)
- AIDA Cruises
- Martin Membrane Systems AG
- MAHLE Industriefiltration GmbH
- Meyer Werft
- Blohm + Voß Repair
- Berufsgenossenschaft für Transport und Verkehrswirtschaft
- Normenstelle Schiffs- und Meerestechnik

www.nautek-info.de
 

Untersuchung zur Leistungsfähigkeit von Bordkläranlagen mit Membrantechnik und Optimierung des Anlagenbetriebs an Bord von Flusskreuzfahrtschiffen - Abschluss: 2012


Gefördert durch:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück

Projektlaufzeit :
Februar 2011 – Mai 2012

Inhalt:
Anlass des Vorhabens war die zunehmende Bedeutung des Umweltschutzes in der europäischen Binnenschifffahrt, wobei die Entsorgung häuslicher Schmutzwässer von Fahrgastbinnenschiffen verstärkt in den Fokus getreten ist. Ziel des Projektes war es, die Leistungsfähigkeit von Membranbordkläranlagen auf Flusskreuzschiffen zu untersuchen.
Im Rahmen des Projektes wurden an Bord von zwei Flusskreuzfahrschiffen der Betrieb von Membranbordkläranlagen begleitet. Die Untersuchungen erfolgten während mehrtägiger Messphasen und Einzelmessungen. Anlagensteuerung und -überwachung oblagen dem Betriebspersonal. Untersucht wurden Membranbelebungsanlagen vom Typ BMA® 300 des Projektpartners Martin Systems AG. Zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit wurden Zu- und Ablauf der Membranbordkläranlage beprobt. Weitere Betriebsdaten wurden mit Hilfe der Anlagensteuerung erfasst.

Projektpartner:
- Martin Systems AG