BIOSENOS

„Entwicklung eines innovativen, autarken Biosensors als Lösungsbeitrag zur On-line-Überwachung und kontinuierlichen Steuerung des Sauerstoffgehalts innerhalb der dezentralen Abwasserreinigung“

Teilprojekt am Institut für Wasserchemie:

„Entwicklung und systematische Untersuchung eines neuartigen Biosensors zur Echtzeit-Bestimmung der Konzentration des gelösten Sauerstoffs auf Basis der mikro­biellen Brennstoffzellentechnologie“  

Projektleiter:     Prof. Dr. Stefan Stolte
Bearbeiter:        Dr. Daniela Haaken, Dr. Viktor Schmalz
Finanzierung:    AiF (FKZ: KK 5050301SY0)
Laufzeit:            03/2021 - 06/2023

Kooperationspartner: Bergmann Beton + Abwassertechnik GmbH (BBAT)

Die Gesamtzahl der in Deutschland vorhandenen Kleinkläranlagen wird auf ca. 1,9 Mio. geschätzt, wobei seit dem Jahr 2005 aus­schließ­lich biologische Klein­kläran­la­gen betrie­ben werd­en dürfen. Dabei stellt die biologische Reinigungsstufe das Herzstück dieser Kläranlagen dar. Druckbelüftungssysteme leiten während dieser Hauptreini­gungsstufe Luftsauerstoff ein, um das Wachstum von aeroben Mikroorganis­men zu ermög­lichen und zu fördern. Generell erfordert die Belüftung den mit Abstand größten Energieaufwand von allen Reinigungsstufen einer Kläranlage. Bei kleinen Kläranlagen (50…1000 EW) und Kleinkläranlagen (4…50 EW) mit aerober Schlammstabilisierung erfordert die Belüftung 60…80 % des Gesamtenergiebedarfs (ca. 55...75 kWh/(EW a)) der Kläranlage. Derzeit wird geschätzt, dass durch Optimierung der Regelung und Überwachung der Belüftung bis zu 50 % der Belüftungsenergie eingespart werden könnte. Dabei bedingt eine ener­gieeffiziente Belüftung eine angepasste und bedarfsorientierte Steuerung des Energie­ein­trags. Hierzu ist die Implementierung von innovativen, kostengünstigen und wartungsarmen Technologien in die biologische Reinigungsstufe zur On-line-Überwachung leistungsrele­van­ter Parameter zwingend erforderlich. Dabei stellt die Konzentration des gelösten Sauer­stoffs einen Schlüsselparameter dar, um jederzeit eine stabile Reini­gungs­leistung und somit eine sichere Funktion der Kläranlage gewährleisten zu können. Der Einsatz von Sauer­stoffsen­soren innerhalb der de­zentralen Abwas­serreinigung be­darf be­son­derer Anfor­derungen, welche die marktüblichen Sauerstoff­sen­soren derzeit nicht bzw. unzureichend erfüllen. Somit kann bis heute keine Echtzeit-Überwachung der Kon­zentration des gelösten Sauerstoffs in­nerhalb der dezentralen Abwasserreinigung reali­siert werden. Dadurch ist eine lückenlose Verfolgung des Betriebszustandes des Belüftungssystems nicht möglich, so dass die Funk­tionsfähigkeit der Kläranlage nicht permanent gewährleistet werden kann. Daher sind intensive Forschungs­aktivitäten zur Entwicklung und Erprobung neu­artiger Sauerstoffsensoren zur On-line-Be­stimmung der Kon­zen­tration des gelösten Sauerstoffs erforderlich.

Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen des Koopera­tions­projektes BIOSENOS zwischen dem Institut für Wasserchemie (IWC) der TU Dresden und der Firma Bergmann Beton + Abwassertechnik GmbH (BBAT) ein neuartiger, autarker Biosen­sor auf Basis der mikrobiellen Brenn­stoffzellen­technologie (MBZ-Tech­nologie) zur On-line-Messung der Konzentration des gelösten Sauerstoffs ent­wickelt und er­probt werden. Dabei soll dieser in die Überwa­chungs- und Steuerungssysteme von Kläran­lagen integrierbar sein. Innerhalb dieses Vorhabens sollen am Institut für Wasser­chemie sy­ste­­­matische Unter­suchungen zur MBZ-basierten Bestimmung des Sauerstoff­gehalts unter Varia­tion verschie­dener verfahrens- und abwasser­spezifischer Para­meter durchgeführt, die MBZ-Technologie optimiert und Anwen­dungsgren­zen festgelegt wer­den. Die Laborergeb­nisse wer­den dem Kooperations­partner Bergmann Beton + Abwas­sertechnik GmbH (BBAT) zur Verfü­gung gestellt. Die Firma BBAT wird die Praxistauglichkeit des entwickelten Biosen­sors im Rahmen einer umfangreichen Feldver­suchskampagne (Klein­kläranlagen­bereich) un­ter­suchen.