Elektrolysesauerstoffnutzung auf der Kläranlage Landau - Erweiterung einer Studie
Erweiterung der Studie zum Einsatz von Sauerstoff aus einem Elektrolyseur in der Abwasserreinigung der Kläranlage Landau-Mörlheim
Projektlaufzeit: 01/2025 - 06/2026
Projektbearbeitung durch: tectraa
Bearbeiter:
Prof. Dr.-Ing. Heidrung Steinmetz
Finanzierung durch:
Projektpartner:
Projektbeschreibung:
Die aktuellen Arbeiten nehmen eine Erweiterung der Studie aus dem Jahr 2023 vor. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Berücksichtigung dynamischer Sauerstoffeinträge und THG-Emissionen in der Belebung sowie der ERstellung eines Modell der Kläranlagen mit dem Ziel:
- Erstellung eines um O2-Belüftung erweiterten Kläranlagenmodells und Simulation
- Ableitung von Optimierungsvorschlägen und Hinweisen für die bauliche Umsetzung der Hybridbelüftung mit Reinsauerstoff und Druckluft.
- Prüfung, ob das Belüftungssystem für Druckluft im Notfall auch mit etwa 4 Belüftersträngen weniger (die für Reinsauerstoff abgetrennt sind) ausreichend belüftet.
- Einsparung Druckluft je nach dynamischer Betriebsweise des Elektrolyseurs als Bilanz über ein Jahr.
- Energie- und Belüftungskonzepte zur Vermeidung von Stromüberschüssen bei niedriger Belüftungs-energie
- Optimierung Energieautarkie, auch im Hinblick auf zukünftige Stromverbraucher (optional und nach Datenverfügbarkeit)
Die Verknüpfung regenerativer Energieerzeugung und dem hieraus resultierenden Speicherbedarf im Energienetz mit der Elimination von Mikroschadstoffen auf kommunalen Kläranlagen stellt einen innovativen und zukunftsweisenden Ansatz dar. Dieser Ansatz wurde im KMU-innovativ-Verbundvorhaben eloise[1] (2022) detailliert untersucht und kommt aktuell auf der Kläranlage Mainz zur Umsetzung. Der Entsorgungs- und Wirtschaftsbetrieb Landau (EWL) plant gemeinsam mit weiteren Partnern die Errichtung eines Elektrolyseurs in der Nähe der Kläranlage Landau. Die dabei entstehenden Produkte Wärme und Sauerstoff sollen am Standort zielgerichtet und ressourcenschonend genutzt werden. Ziel der EWL ist es, den Sauerstoff für die Belüftung der Belebungsstufe auch unter dem Aspekt des Weinbaueinflusses zu nutzen. Darüber hinaus wird der Einsatz des Sauerstoffes für eine weitergehende Abwasserreinigung mit Spurenstoffelimination geprüft. Die grundlegende Untersuchung bzgl. des Einsatzes des Elektrolysesauerstoffs für die Belüftung geht über die in Mainz geplanten Maßnahmen und auch die auf der Kläranlage Trier derzeit untersuchten Aspekte einer Desodorierung hinaus und unterscheidet somit die Projekte deutlich voneinander.
Die Elektrolyse selbst, sowie die Verwendung des Wasserstoffes sind nicht Gegenstand dieser Studie und werden vom Auftraggeber selbst im Detail untersucht.
Ein wesentlicher Schwerpunkt der durchzuführenden Machbarkeitsstudie ist die Prüfung der Möglichkeit, den bei der Elektrolyse anfallenden Sauerstoff für die Belüftung der Belebungsbecken (mit-)zu nutzen. Dazu werden sowohl die in Landau vorliegenden Erfahrungen mit Sauerstoffbelüftung als auch die besondere Konstellation (Kampagnenbetrieb Weinbau) berücksichtigt.
Für die Spurenstoffelimination kommt neben der Aktivkohleadsorption auch die Elimination mittels Ozonbehandlung in Frage. Die Elektrolyse erfüllt die Funktion, Sauerstoff als Ausgangsprodukt für die Ozonung bereitzustellen. Damit besteht auf der Kläranlage eine ressourceneffiziente Verwertungsmöglichkeit für dieses „Nebenprodukt“ des Elektrolyseprozesses. Das ozonierte Abwasser kann nachfolgend zur Elimination von möglichen Transformationsprodukten über einen Aktivkohlefilter (GAK) geführt werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt, um den Betrieb eines Elektrolyseurs möglichst effizient und ressourcenschonend zu betreiben, ist die Nutzung der beim Betrieb entstehenden Abwärmeströme. Die entstehende Abwärme soll mit Blick auf mögliche Nutzungspfade auf der Kläranlage bzw. dem angrenzenden Technikpark näher betrachtet werden.
[1] Innovative Verfahrenskette aus Elektrolyse und Ozonierung zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen (eloise), BMBF Förderkennzeichen 02WQ1436A, www.bauing.uni-kl.de/fileadmin/WIR/pdfs/projekte/190816_Projektblatt_eloise_WiW_2019_final.pdf