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Reduced GREENhouse gas emissions and sustainable wastewater treatment by integrated Control and Operational STrategies

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Neue Abwasseraufbereitungsmethoden reduzieren Treibhausgasemissionen

Mit immer neuen Kläranlagen (wastewater treatment plants, WWTP) wird auch die Umwelt stärker durch Treibhausgasemissionen (greenhouse gas, GHG) belastet, die wiederum die globale Erwärmung beschleunigen. Europäische Wissenschaftler entwickelten nun operationelle Strategien zur Senkung von Treibhausgasemissionen und für eine nachhaltige Abwasserbehandlung.

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Das EU-finanzierte Projekt GREENCOST erstellte mithilfe mathematischer Modelle einen Leitfaden für den Betrieb von Kläranlagen. Ausgangspunkt war ein innovativer Prozess, der in der Fallstudie "Integrated system of methanogenic anaerobic reactor and membrane bioreactor for chemical oxygen demand and nitrogen removal in wastewater" vorgestellt wurde (Integrierter methanogener anaerober und Membranbioreaktor für chemischen Sauerstoffverbrauch und Stickstoffentfernung in Abwässern). In einer Lebenszyklusanalyse des Prototypenprozesses wurden globale Erwärmung und Eutrophierung als maßgeblichste Auswirkungen von Kläranlagen auf die Umwelt ermittelt. Dann wurden je nach Zweck der Betreiber Strategien für den Betrieb der Kläranlage entwickelt, z.B. größtmögliche Entfernung von Nährstoffen, Minimierung der Kohlenstoffbilanz insgesamt oder bei der Entfernung von Nährstoffen. An Computermodellen wurde für jede Zielvorgabe ermittelt, welche operativen Strategien die jeweils optimale Leistung erbringen. Diese operationellen Veränderungen betrafen Variablen wie hydraulische Verweilzeit, anoxisches Volumen der Anlage, Feststoffrückhaltezeit, Menge an gelöstem Sauerstoff und Rückführrate. Mit dem Modell konnten die Forscher auch die für die jeweilige Strategie geeigneten Mikrobengemeinschaften identifizieren, um damit Betreibern weitere Einblicke in den Prozess zu geben. Die Ergebnisse zeigen, dass mathematische Modelle ein nützliches Instrument sind, um die Umweltbelastung durch Kläranlagen zu verringern. Insbesondere kann damit bei komplexen und innovativen Kläranlagen das globale Erwärmungspotenzial ohne Einschränkungen bei der Abwasseraufbereitung reduziert werden. Anhand der Daten aus den mathematischen Analysen wurde schließlich ein voll funktionsfähiges Steuerungssystem entwickelt, das demnächst in die Prototypen installiert wird. Diese Steuerung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass sowohl die CO2-Bilanz als auch die Abwasserqualität reguliert werden kann. GREENCOST entwickelte auch Datenanalysemethoden, um den Energieverbrauch bereits operierender Kläranlagen zu ermitteln und zu vergleichen. Die wichtigsten Methoden für dieses Benchmarking sind nach den drei Kategorien Anteilsindikatoren, statistischen Methoden und Programmierverfahren geordnet, für die jeweils Vorteile und Nachteile ermittelt wurden. Die Ergebnisse des Projekts trugen maßgeblich zur Entwicklung neuer Methoden bei, um den Energieverbrauch in Kläranlagen zu messen und zu senken.

Schlüsselbegriffe

Abwasserbehandlung, Treibhausgas, globale Erwärmung, GREENCOST, Eutrophierung

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