Mit  dem europäischen Green Deal soll die europäische Wirtschaft nachhaltiger werden. Wichtiger Baustein ist dabei die konsequente Förderung von Prozessen der Kreislaufwirtschaft. Das ULTIMATE-Projekt (indUstry water-utiLiTy symbIosis for a sMarter wATEr society) zeigt, welches Potenzial in kollaborativen, datengetriebenen Lösungen für eine nachhaltige Abwasserbehandlung steckt.

Synergien zweier Kläranlagen-Systeme

Einen neuartigen Ansatz für eine effizientere und nachhaltigere Abwasserbehandlung haben Forschende des Kompetenzzentrums Wasser Berlin (KWB) entwickelt. Die Forschenden des KWB haben ein System vorgestellt, das eine gemeinsame Steuerung für zwei miteinander verbundenen Kläranlagen ermöglicht. Ziel ist es, eine energieeffiziente und umweltfreundliche Lösung zu schaffen.

Das sogenannte Joint Control System (JCS) ermöglicht eine koordinierte Betriebsweise einer industriellen und einer kommunalen Kläranlage. Die industrielle Kläranlage leitet vorbehandeltes Abwasser aus der Biotech-Industrie in die kommunale Kläranlage. Diese behandelt zusätzlich auch kommunales Abwasser. Durch den Datenaustausch optimiert das JCS die Abwasserbehandlungsprozesse der kommunalen Kläranlage.

Insbesondere verbessert es die Effizienz des Belüftungsprozesses, indem es Stickstoffbelastungen aus der industriellen Kläranlage präzise vorhersagt. Die Stickstoffbelastung stellt einen entscheidenden Parameter für die Steuerung der Intensität der Belüftung dar. Eine unzureichende Kontrolle dieses Parameters kann erhebliche Umweltrisiken mit sich bringen.

Steuerung und Modellierung der Belüftung

Zur Steuerung der Stickstoffentfernung haben die Forschenden eine prädiktive Gleichung entwickelt: Sie schätzt die Stickstoffbelastungen ab und steuert so die Belüftung in der kommunalen Kläranlage bedarfsgerecht. Das JCS ermöglicht also eine Frühwarnung bezüglicher hoher Stickstofffrachten und somit eine bedarfsgerechte Belüftung mit dem Ziel, eine Überbelüftung zu vermeiden. Darüber hinaus wurden mittels Modellierung Funktionen für die Bestimmung der Sauerstoff-Set-Points in Abhängigkeit der Stickstoffbelastung bestimmt, um das System zu optimieren, die Sauerstoffzufuhr in die Belebungsbecken präzise zu steuern und die Stickstoffentfernung zu verbessern.

Stickstoff effizienter entfernen

Experimentelle Tests zeigten beeindruckende Ergebnisse: Die Stickstoffkonzentration im Ablauf der kommunalen Kläranlage wurde um 50 % reduziert, und der Gesamtenergieverbrauch der kommunalen Kläranlage pro Kilogramm entferntem Stickstoff sank um 15 %. Die Energieeffizienz bei der Stickstoffentfernung stieg insgesamt um 18 %.

Die Studie unterstreicht die Bedeutung von kollaborativen Ansätzen und datenbasierten Technologien bei der Bewältigung ökologischer Herausforderungen. Weitere Forschung ist notwendig, um die langfristige Leistung unter wechselnden und extremen Bedingungen zu validieren. Dennoch weisen die Ergebnisse auf einen vielversprechenden Weg hin, um moderne Abwasserbehandlungsmethoden weiterzuentwickeln.

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