Aktuelle Projekte
Dezentrales Grauwassermanagement – DeGrey (Decentralized Grey Water Management):
Energieeffiziente Behandlung von Grauwasser durch die Kombination von MBR- und AOP-Technologien unter Einsatz von immobilisierten Nanopartikeln
Teilprojekt Institut für Wasserchemie:
„Chemisch-analytische Untersuchungen zur Charakterisierung und Anpassung der Verfahrenskombination Membranbioreaktoren (MBR) und Advanced Oxidation Processes (AOP) zur Abwasserwiederverwendung“
Projektleiter: Dr. H. Börnick
Bearbeiter: M. Sc. Linda Schuster, M. Sc. Henriette Krenkel
Finanzierung: AiF / ZIM International
Laufzeit: 01/2018-12/2019
Kooperationspartner: UMEX Dresden GmbH, Vietnam: INAPRO-HUST, IET-VAST, STDA Co. Ltd., GREENTECH ENVIRONMENT JSC
Die Verfügbarkeit von Wasser in ausreichender Menge und Qualität ist in vielen Regionen nicht gegeben. Dazu zählen u. a. schnell wachsende städtische Gebiete in Entwicklungs- und Schwellenländern, wie Vietnam. Eine teilweise Wiederverwendung von behandelten Abwässern stellt hier einen wirkungsvollen Lösungsansatz dar. Die etablierten Behandlungstechnologien (biologische Verfahren, Membrantechnologien) sind in Hinblick auf Kosten, Entfernung persistenter Verbindungen und unerwünschte Effekte (Membranfouling) unzureichend. Eine erfolgversprechende technologische Lösung stellt die Kombination von Membranbioreaktoren (MBR) und Advanced Oxidation Processes (AOP) dar. Im Projekt werden verschiedene AOP-Ansätze in Kombination mit MBR im Labormaßstab erprobt, wobei die geeignetste Variante in die Entwicklung einer Pilotanlage mündet, welche an einem geeigneten Standort in Vietnam installiert und erprobt werden soll. Für die Bewertung der Leistungsfähigkeit werden folgende Qualitätskriterien herangezogen: mikrobiologische Belastung, Gesamtgehalt organischer Verbindungen, ästhetische Parameter und Spurenstoffe. Als verwertbares Ergebnis soll eine vermarktungsfähige Verfahrenslösung stehen, um Abwässer soweit behandeln zu können, dass sie direkt wiederverwendet werden können.
PANOMOX – „Entwicklung innovativer Elektrolysesysteme zur Gewährleistung eines permanenten Anodenbetriebs von MOX-Elektroden als Lösungsbeitrag für eine langzeitstabile, von der Wasserhärte unabhängige On-site-Elektrochlorung“
Teilprojekt Institut für Wasserchemie:
„Untersuchungen zur Gewährleistung eines umpolfreien Betriebs von MOX-Elektroden als Lösung des Standzeitproblems bei der On-site-Elektrochlorung von Wässern mit variabler Härte“
Projektleiter: Prof. Dr. E. Worch
Bearbeiter: Dr. Daniela Haaken
Finanzierung: AiF
Laufzeit: 05/2016 - 09/2018
Kooperationspartner: Kooperationspartner Bergmann Beton und Abwassertechnik GmbH
Angesichts des sich andeutenden Klimawandels und abzusehender demografischer Veränderungen kommt nachhaltigen dezentralen Konzepten des Wasser- und Abwassermanagements eine besondere Bedeutung zu. Ein wichtiger Fokus richtet sich dabei vor allem auf innovative weitergehende Reinigungsverfahren. Eine ausreichende hygienische Wasserqualität kann nur durch zuverlässige Desinfektionsverfahren sichergestellt werden. Dabei repräsentiert die In-situ-Elektrochlorung unter Verwendung von dimensionsstabilen Mischoxidelektroden (MOX-Elektroden) ein mittlerweile etabliertes und gleichzeitig innovatives Verfahren, bei dem freies Chlor aus in Wasser gelöstem Chlorid unter Einwirkung von elektrischem Strom on-site und on-demand erzeugt wird. Für die Laufzeit von Elektrochlorungsanlagen erweist sich jedoch eine erhöhte Wasserhärte als äußerst problematisch. Infolge des vorliegenden Härtegrads und der lokalen Erhöhung des pH-Wertes im Kathodenraum führen unerwünschte Ablagerungen von elektrisch nicht leitfähigem Calciumcarbonat und zum Teil Magnesiumhydroxid auf der Kathodenoberfläche zur Blockierung der Elektrode und schließlich zur Zerstörung des Elektrolysesystems. Die gängige Reinigung der Kathode durch Polarisationsumkehr steht jedoch einem stabilen Langzeitbetrieb der Elektrolyseanlagen bzw. einem geringen Wartungsaufwand entgegen. Dies stellt bis heute ein ungelöstes Problem dar.
Gesamtziel des Projektes ist es daher, ein innovatives Elektrolysesystem zur Gewährleistung eines permanenten Betriebs der MOX-Elektroden als Anoden (keine Umpolung der MOX-Elektroden) bei der On-site-Elektrochlorung von Wässern mit variabler Härte zu entwickeln und zu untersuchen. Vor diesem Hintergrund werden zwei neuartige Lösungsansätze umgesetzt und getestet:
- SPR (Stable against Polarity Reversal)-Vier-Elektrodensystems mit dreiphasigem Betriebsregime und
- ECE (Electrochemical Enhanced)-Backwash-Systems (keine externe Zugabe von Chemikalien; In-situ-Erzeugung von Säure).
CYAQUATA – Untersuchung der Wechselbeziehungen von toxinbildenden Cyanobakterien und Wasserqualität in Talsperren unter Berücksichtigung sich verändernder Umweltbedingungen und Ableitung einer nachhaltigen Bewirtschaftungsstrategie Webseite: CYAQUATA
Projektleiter: Prof. Dr. E. Worch, Dr. H. Börnick
Bearbeiter: Dr. K. Zoschke
Finanzierung: BMBF : (Förderkennzeichen: 033W043A)
Laufzeit: 06/2015 - 12/2018
Fördermaßnahme ReWaM: https://www.fona.de/de/16702
Förderschwerpunkt NaWaM: https://www.fona.de/de/19767
FONA: http://www.fona.de/
Im Projekt CYAQUATA sollen die Wechselbeziehungen zwischen dem Auftreten toxinbildender Cyanobakterien und der Wasserqualität in Talsperren untersucht werden. Ziel ist die Entwicklung einer nachhaltigen Bewirtschaftungsstrategie für Talsperren unter Berücksichtigung sich ändernder Umweltbedingungen.
Hintergrund ist die seit einigen Jahren beobachtete Zunahme von Cyanobakterien in verschiedenen Talsperren, möglicherweise als Folge des Klimawandels. Cyanobakterien können Toxine (Cyanotoxine) bilden, welche die Nutzung der betroffenen Talsperren (z. B. für Wasserversorgung, Erholung, Fischerei) erheblich beeinträchtigen. Die Projektpartner verfolgen das Ziel, in Freiland- und Laborversuchen die wesentlichen limnologischen und hydrochemischen Schlüsselfaktoren für die Massenentwicklung von Cyanobakterien und die Bildung von Cyanotoxinen zu identifizieren und darauf aufbauend mögliche Gegenmaßnahmen abzuleiten. Dazu sind Methoden zur Erfassung von Cyanobakterien, zur Bestimmung der Cyanotoxine und zur wirkungsbezogenen Analytik anzupassen und weiterzuentwickeln. Um verallgemeinerungsfähige Aussagen zu erhalten, werden die Untersuchungen an vier sächsischen Talsperren unterschiedlicher Charakteristik durchgeführt.
Aus den Ergebnissen des Projekts sollen Handlungsempfehlungen für Behörden und Talsperrenbetreiber abgeleitet werden.
„CYAQUATA“ wird im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme „Regionales Wasserressourcen-Management für den nachhaltigen Gewässerschutz in Deutschland (ReWaM)“ gefördert, die zum Förderschwerpunkt Nachhaltiges Wassermanagement (NaWaM) als Teil von FONA (Forschung für nachhaltige Entwicklungen) gehört.
Koordinator: Technische Universität Dresden, Institut für Wasserchemie
Verbundpartner: Technische Universität Dresden, Ökologische Station Neunzehnhain, Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, Umweltbundesamt Bad Elster, Cyano Biotec GmbH Berlin
Weitere Partner: Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen, BD Biosciences Heidelberg, Arbeitsgemeinschaft Trinkwassertalsperren e.V.
CLIENT Indien – Verbundprojekt NIRWINDU: „Sichere und nachhaltige Trinkwassergewinnung in Indien durch Kopplung von naturnahen und innovativen Verfahren“
Teilprojekte am Institut für Wasserchemie:
- „Entwicklung, Anwendung und Anpassung eines neuen, tragbaren DOC- Analysators“
- „Wasserqualitätsanalyse an Uferfiltrationsstandorten – Festlegung von Leitsubstanzen“
Projektleiter: Dr. Hilmar Börnick
Bearbeiter: M. Sc. Heinrich Glorian
Finanzierung: BMBF
Laufzeit: 06/2015 - 05/2018
Im Rahmen des Verbundprojekts NIRWINDU (Hindi: „Wasserstropfen“) wird an einer hochwassersicheren und nachhaltigen Trinkwasserversorgung unter Nutzung der Uferfiltration in Indien gearbeitet. Durch das Institut für Wasserchemie wird sowohl die standortspezifische Rohwasserqualität erfasst als auch die Wirksamkeit bestehender Uferfiltrationsstandorte mit Hilfe chemisch-analytischer Methoden charakterisiert. Hierfür werden organische Spurenstoffe vor Ort angereichert und mittels massenselektiver Detektion nach flüssigkeitschromatographischer Trennung bestimmt. Resultierend aus diesen Ergebnissen sollen wesentliche Leitparameter der Wasserqualität bzw. Schlüsselverbindungen abgeleitet werden. Da der Summenparameter DOC ebenfalls eine wichtige Kenngröße der Wassergüte darstellt, soll ein innovatives, auf elektrochemischen Aufschluss basierendes DOC-System weiterentwickelt, an die spezifischen Bedingungen in Indien angepasst und vor Ort erprobt werden. Anhand der kombinierten Ergebnisse aus Labor- und Feldversuchen sollen Prognosen für die Entwicklung der Wassergüte sowie technische Lösungsvorschläge unter Einbeziehung der Uferfiltration zur Verbesserung der zukünftigen Wasserversorgung aufgestellt werden.
MikroModell „Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emissionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“
Projektleiter: Dr. Hilmar Börnick
Bearbeiter: M. Sc. Stephan Beil
Finanzierung: SMUL, DBU, Gelsenwasser AG
Laufzeit: 10/2015 - 09/2018
Die Wasserqualität in Mitteleuropa hat sich über die letzten Jahrzehnte insbesondere auch aufgrund der ständigen Weiterentwicklung der Siedlungsentwässerung erheblich verbessert. Jedoch können beim momentanen Stand der Technik viele anthropogene Mikroschadstoffe, wie beispielsweise Arznei-, Korrosionsschutz- und Pflanzenschutzmittel sowie deren Transformationsprodukte im Rahmen der Abwasserbehandlung nicht hinreichend entfernt werden. Seit einigen Jahren wächst die Erkenntnis, dass der zu verzeichnende Konzentrationsanstieg solcher Mikroschadstoffe in Oberflächengewässern mit gesundheitlichen Risiken für Mensch und Umwelt einhergeht, die zielgerichtete Maßnahmen zu deren Verringerung erforderlich machen.
Ziel des Projektes ist es, in einem interdisziplinären Verbund auf Basis zeitlich und regional hochaufgelöster Daten ein Stoffflussmodell zu erarbeiten, das geeignete Handlungsoptionen zur Emissionsminderung aufzeigen und fundierte Prognosen zu konkreten Reduktionsszenarien liefern kann. Dabei sollen sowohl Lösungsstrategien, die an der Quelle der Mikroschadstoffemission, als auch solche, die an der Kläranlage ansetzen, aus ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten umfassend analysiert und daraus ein handlungsbezogener Leitfaden entwickelt werden.
Zur Generierung der notwendigen Datengrundlage sind effiziente Verfahren zur Spurenanalytik einer breiten Auswahl an relevanten Mikroschadstoffen in Zu- und Abläufen kommunaler Kläranlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen sowie in den entsprechenden Vorflutern zu etablieren und in mehreren Messkampagnen umzusetzen. Des Weiteren erfolgen chemisch-analytische Untersuchungen zur Wirksamkeit einer potentiellen 4. Reinigungsstufe zur Entfernung der Spurenstoffe.