F&E Schiffsabwasserbehandlung
Schiffsabwasserbehandlung
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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