Research and Development
Das PIA betreibt anwendungsorientierte Forschung, Entwicklung und Beratung in den Bereichen dezentraler Abwasserentsorgung und Schiffsabwasserreinigung.
Projects (Selection):
Infrastruktur
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)
Dezentrale Abwasserentsorgung
Optimierung von Kleinkläranlagen zur verbesserten Makro- und Mikroschadstoffelimination (OPTITREAT) - Abschluss: 2017
Gefördert durch:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderprogramm BONUS der europäischen Union
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
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