Technische Universität Berlin

Mit Wind- und Solarenergie belüftete Klärteiche

Technische Universität Berlin

Interdisziplinäres Forschungsprojekt:

Mit Wind- und Solarenergie belüftete Klärteiche

Motivation

Zur Reinigung kommunaler Abwässer werden im ländlichen Raum häufig dezentrale, kleine Kläranlagen als Abwasserteichanlagen ohne technische Belüftung gebaut. Der Sauerstoffeintrag bei natürlich belüfteten Teichen erfolgt über die Oberfläche und durch die Photosyntheseleistung der Algen. Durch den Einsatz von Belüftungssystemen kann bei überlasteten Klärteichen die Abbauleistung verbessert, bzw. schon bei der Planung die Fläche des Klärteiches im Vergleich zum natürlich belüfteten Teich erheblich verringert werden.

Bisher werden dafür nur stationär betriebene Belüftungssysteme mit Netzanschluss eingesetzt. Um den Vorteil der dezentralen Abwasserentsorgung im ländlichen Raum aufrecht zu erhalten, kann es sinnvoll sein, auch die Stromversorgung durch den Einsatz regenerativer Energien dezentral zu gestalten.

Ziele der Forschung

Die TU Berlin hat zu diesem Thema ein Interdisziplinäres Forschungsprojekt eingerichtet, um den Einsatz regenerativer Energien zur Energieversorgung weiter auszubauen. In dem Projekt sollen Erkenntnisse erarbeitet werden zu:

Auswirkung eines intermittierenden Sauerstoffangebotes auf die Biozönose des Klärteichs. Es soll untersucht werden, wie die Biozönose (Mikroorganismen, Zooplankton, Algen) des Abwasserteiches sich an die wechselnden Bedingungen anpassen kann. Dabei soll kontrolliert werden, ob sich die Abbauleistung der Mikroorganismen im Vergleich zu einem natürlich belüfteten Abwasserteich verbessert und ob eine weiterführende Abwasserreinigung mit Nitrifikation und Denitrifikation möglich ist.

Grundlagen für die Bemessung und Auslegung eines mit Wind- und Solarenergie instationär belüfteten Klärteichs.
Konstruktion einer einfachen und kostengünstigen Belüftungseinrichtung
Kopplung von Windkraft- und Photovoltaikanlage zur Energieversorgung von diskontinuierlich betriebenen Belüftungsaggregaten.
Numerische Simulation der Zweiphasenströmung die sich durch den Luftblasenaufstieg bei der technischen Belüftung im Klärteich ausbildet.

Untersuchungsprogramm zur Bestimmung der Abbauleistung von Abwasserteichen

Zur Bestimmung der Abbauleistung und des Sauerstoffeintrags in einen instationär belüfteten Abwasserteichs werden die Meßdaten an einem überlasteten Abwasserteich bei Waren/Müritz aufgenommen. Zunächst wurden Referenzmessungen am natürlich belüfteten Teich durchgeführt.

Untersuchungsprogramm natürlich belüfteter Abwasserteich

Chemische Parameter

Messung der Zulauf- und Ablaufkonzen-tration folgender Abwasserinhaltsstoffe: Kohlenstoffverbindungen (CSB, BSB5), Stickstoffverbindungen (N_ges, NH4-N, NO3-N, NO2-N, ), Phosphat (PO4-P) (Bild 4)

Messung der Sauerstoffkonzentration

Tracerversuche zur Bestimmung des hydraulischen Verhaltens

Mikrobiologische Parameter

Einsatz geeigneter Selektivmedien mit denen der Anteil bestimmter Organismengruppen erfaßt werden kann. Dabei sind vor allem die Gesamtzellzahl (Koloniezahl) sowie der Anteil der in der Probe befindlichen coliformen Bakterien, Pseudomonaden, Aeromonaden und Enterobakterien von Interesse.

Einsatz von Oligonukleotidsäuresonden, im Rahmen einer in-situ Hybridisierung, anhand derer gezielt nach bestimmten Leitorganismen gesucht werden kann. Da bei dieser Methode mit fixiertem Probematerial gearbeitet werden kann, das in diesem Zustand bei einer Temperatur von -20 °C nahezu unbegrenzt lagerfähig ist lassen sich auch rückwirkend, zum Beispiel bei veränderten Fragestellungen, Untersuchungsergebnisse aus allen Probenahmezeiträumen gewinnen.

Ausblick:

Das Belüftungssystem wird im September ´99 im Abwasserteich installiert und der instationäre Betrieb anschließend aufgenommen. Die Energie für die Belüftungsaggregate wird über einen Netzanschluß bereitgestellt und die zur Verfügung stehende Wind- und Solarenergie wird simuliert. Unterschiedliche Kombinationen von Windkraftanlage, Solaranlage und Energiespeicher sollen untersucht werden, um die Kopplung der drei Elemente zu optimieren. Die Meßkampagne am instationär belüfteten Teich erfolgt von September 99 – September 2000. Zu erwarten ist ein Adaptation der Mikroorganismen an die wechselnden Sauerstoffgehalte, wobei sich voraussichtlich fakultativ aeroben Bakterien im Abwasserteich etablieren werden . Die Verbesserung der Durchmischung und der Sauerstoffversorgung des Sedimentes wird zu einer Veränderung der Ablaufergebnisse im Vergleich zum natürlich belüfteten Abwasserteich führen.

Beteiligte Institute

Institut für Technischen Umweltschutz, FG Siedlungswasserwirtschaft

Prof. Dr.-Ing. Werner Hegemann, Dipl.-Ing. Inka Hobus

Institut für Elektrische Energietechnik, FG Elektrische Maschinen und Antriebe

Prof. Dr.-Ing. Manfred Stiebler, Dipl.-Ing. Thomas Sadowski

Institut für Luft- und Raumfahrt, FG Konstruktionsberechnung

Prof. Dr.-Ing. Robert Gasch, Dipl.-Ing. Hinrich Graue

Institut für Maschinenkonstruktion, FG Hydraulische Strömungsmaschinen und Strömungstechnik

Prof. Dr.-Ing. Helmut Siekmann, Dipl.-Ing. Alexander Steinmann

Institut für Technischen Umweltschutz, FG Ökologie der Mikroorganismen

Prof. Dr. rer. nat. Ulrich Szewzyk, Dr. rer. nat. Werner Manz

Kontakt

TU Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, Inka Hobus, Sekr. KF7, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin

Tel.: +49/(0)30/314-24543, email: akwiso@iee.TU-Berlin.DE, URL: http://emsolar.ee.TU-Berlin.DE/akwiso