Versuchscontainer im Gemeinschaftklärwerk Bitterfeld-Wolfen

Im Versuchscontainer im Gemeinschaftklärwerk Bitterfeld-Wolfen werden neue Abwasserprozesse praxisnah erprobt. (Bild: Fraunhofer IKTS)

Die Qualitätsanforderungen an Wasser steigen und die Wasserwirtschaft steht vor neuen Herausforderungen. Das liegt zum einen an der Verknappung der Ressource Wasser: Klimatisch bedingt sinkt das Angebot, aber gleichzeitig wächst der Bedarf wie in der Landwirtschaft oder durch die flächendeckende Umstellung auf eine Wasserstoff-Wirtschaft.

Hinzu kommt, dass moderne Analysemethoden früher unbemerkte Schadstoffe nun auch in geringsten Konzentrationen im Wasser entdecken, darunter Arzneimittel- und Chemikalienrückstände, sogenannte Mikroschadstoffe. „Wir müssen uns für die Herausforderungen der Zukunft rüsten“, erklärt Dr. Burkhardt Faßauer, Leiter der Abteilung Kreislauftechnologien und Wasser beim Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS.

Forschungsplattform direkt auf dem Werksgelände

Das Projekt in Bitterfeld-Wolfen, das die Fraunhofer-Forscher im Herbst 2022 gestartet haben, soll einen noch effizienteren Schutz der Gewässer und des Trinkwassers ermöglichen. Ein weiteres Ziel besteht darin, wiederverwertbare Stoffe aus dem Abwasser zu holen. „Manche Rückstände oder Prozesschemikalien im Industrieabwasser sind wieder als Rohstoff für die Industrie nutzbar. Das trifft beispielsweise auf verschiedene Salze oder Metalle zu. Wir entwickeln Verfahren, mit denen sich diese Rohstoffe aus dem Abwasser zurückgewinnen lassen“, erklärt Faßauer. Neben dem Fraunhofer IKTS sind auch die Fraunhofer-Institute für Solare Energiesysteme ISE, für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME als Projektpartner beteiligt.

Das Besondere ist, dass die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher ihre Technologie-Plattform nicht im Labor installiert haben. Sie haben vielmehr eine Reihe von Versuchscontainern auf dem Gelände des Gemeinschaftsklärwerks Bitterfeld-Wolfen aufgestellt. Das Klärwerk ist nach Angaben des Betreibers eines der modernsten in Mitteldeutschland. Es reinigt neben kommunalen Abwässern vor allem die industriellen Abwässer der knapp 300 Unternehmen des Chemieparks Bitterfeld-Wolfen, eines der größten in Europa.

„Hier sind wir direkt vor Ort und können gezielt, kontinuierlich und in relevanten Mengen auf bestimmte Abwässer zugreifen. So sind wir in der Lage, die Experimente nahe am Industriemaßstab und unter realen Bedingungen durchzuführen“, freut sich André Wufka, Gruppenleiter Systemtechnik Wasser und Abwasser. Ein wesentlicher Vorteil der Technologie-Plattform ergibt sich aus dem Grundkonzept des modularen Aufbaus. Aggregate und Anlagen lassen sich jederzeit austauschen oder an einer anderen Stelle im Prozessablauf platzieren. So können die Experten-Teams nahezu beliebig technische Prozesse im Klärwerk nachbilden, analysieren, umstellen und optimieren.

Verfahren kombinieren und weiterentwickeln

Um ihre Projektziele zu erreichen, beschreiten die Expertinnen und Experten mehrere Wege. Sie entwickeln bestehende Verfahren weiter, sie kombinieren herkömmliche Methoden zu neuen Prozessen und sie arbeiten an innovativen und im Idealfall disruptiven Technologien. Ein Beispiel sind intelligente, schaltbare Membranen, die bestimmte Mikroschadstoffe „erkennen“ und sie dann separieren. Das Fraunhofer IKTS bringt hier Erfahrungen und Know-how ein.

Neben Membranen, biologischen und elektrochemischen Methoden nutzen die Forschenden auch moderne Sensortechnik. „Wir testen zum Beispiel die Leistungsfähigkeit neuartiger Sensorsysteme, die auf Grundlage der Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie arbeiten. Dabei verändern die nachzuweisenden Schadstoff-Moleküle, die auf einem nanostrukturierten Sensorsubstrat anhaften, die Lichtbrechung. Der Sensor registriert die veränderte Brechzahl des Lichts, misst so die Schadstoffkonzentration im Wasser und könnte damit einen Reinigungsprozess steuern“, erklärt Wufka.

Schädliche Salze entfernen

Neben der Erprobung neuer Technologien zur Behandlung des industriellen Abwassers nehmen die Fraunhofer-Expertinnen und -Experten ein weiteres Problem in den Blick: die bei der Reinigung anfallenden Rückstände wie Salze. Sie sind häufig ein Bestandteil von Produktionsabwässern, selbst das gereinigte Wasser enthält noch Anteile an Salzen. „Wenn diese Salze in großen Mengen in Flüsse gelangen, kann dies zu Problemen führen. In einer Hitzeperiode wie beispielsweise im Sommer 2022 sinkt der Flusspegel, und dementsprechend steigen die Konzentrationen von im Flusswasser enthaltenen Stoffen. Das kann für die Flora und Fauna unter Wasser erhebliche Folgen haben“, sagt Wufka. Die Forschenden vom Fraunhofer IKTS arbeiten deshalb gemeinsam mit den Partnerinstituten nicht nur an Lösungen, um die gewonnenen Salze wieder in der Produktion einzusetzen, sondern auch daran, sie noch effektiver aus dem Abwasser zu entfernen.

Einsatz direkt in der Produktion

Die im Projekt entstehenden Filter- und Reinigungstechnologien kommen den Klärwerken zugute, können darüber hinaus aber auch direkt in der industriellen Produktion eingesetzt werden. Hier können die Fraunhofer-Forschenden die Flexibilität ihrer Technologie-Plattform nutzen, indem sie für individuelle Probleme oder Bedarfe eines Industriekunden passende Reinigungsstrategien erproben. „Unternehmen der chemischen Industrie beispielswiese können eine von uns entwickelte Anlage zur Rückgewinnung von Rohstoffen im Abwasser direkt in der Produktionshalle aufstellen“, sagt Faßauer.

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