AKTUELLES

VOM LEHRSTUHL FÜR

SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND UMWELTTECHNIK

AUSGABE SEPTEMBER 2015

VORWORTLIEBE FREUNDINNEN UND FREUNDE,

nach einer verhältnismäßig langen Pause melden wir uns

2015 mit einem relativ umfangreichen Newsletter, der die

Aktivitäten der vergangenen Zeit zusammenfasst. Zwei

wichtige Punkte möchte ich in dieser Einleitung

hervorheben: zum einen die weitgehend abgeschlossene

Sanierung bzw. Erweiterung unseres Labors. Erstmals

haben wir die Möglichkeit, mit einer UHPLC (Ultra High

Performance Liquid Chromatography, Ultrahoch-

leistungsflüssigkeits-chromatographie) auch Mikro-

schadstoffe in einem gewissen Umfang zu messen. Hier

planen wir zukünftig die Anschaffung eines GC-MS

(Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-

Kopplung), um hinsichtlich der Nachverfolgung von

Stoffen während des biologischen Umwandlungs-

prozesses noch flexibler Antworten auf neue Forschungs-

fragen geben zu können. Zum anderen haben wir das

mikrobiologische Labor nach Anschaffung des

konfokalem Laserscanning-Mikroskops mit Hilfe der

Fördermittelgeber noch erheblich erweitern können.

Genauere Information zu Möglichkeiten und Mess-

verfahren finden Sie auf den folgenden Seiten dieses

Newsletters.

Wie Sie zudem sehen, sind wir auch hinsichtlich unserer

Forschungs- und Publikationstätigkeit nicht untätig

gewesen. Dem an Universitäten immer stärker werdenden

Wunsch nach nationaler und internationaler Sichtbarkeit

konnten wir, wie ich meine, sehr erfolgreich gerecht

werden. Ich hoffe, Sie werden an einigen Inhalten

Interesse finden.

Für die erfolgreiche Arbeit der vergangenen Jahre möchte

ich mich bei Ihnen, unseren Förderern und Unterstützern,

und den Mitarbeitern des Lehrstuhls sehr bedanken. Ich

würde mich freuen, Sie bei einer der kommenden

Veranstaltungen auch persönlich einmal wieder zu sehen.

Mit besten Wünschen

Ihr Marc Wichern

Im alltäglichen Gebrauch werden zahlreiche Produkte

verwendet, die chemische und synthetische Stoffe

beinhalten. Besonders relevant sind organische

Verbindungen, die sich zum Beispiel in Kosmetik-

produkten, Arzneimitteln oder hormonaktiven Präparaten

befinden und die beim Gebrauch oder durch

unsachgemäße Entsorgung in das Abwasser gelangen.

Wenn das Abwasser die kommunalen Kläranlagen

erreicht, liegen diese Stoffe nur noch in sehr geringen

Konzentrationen von einigen μg/L oder weniger vor.

Daher spricht man auch von organischen Spurenstoffen

oder Mikroverunreinigungen. Die kommunalen

Kläranlagen, welche in Deutschland hauptsächlich nach

dem Belebtschlammverfahren arbeiten, sind auf die

Elimination von Nährstoffen ausgelegt, jedoch nicht auf

die Entfernung der Spurenstoffe. Im Durchschnitt werden

etwa 50% dieser Verbindungen in den Kläranlagen

entfernt. Die übrigen Stoffe, welche persistenter oder

schlechter adsorbierbar sind, gelangen in die

Oberflächengewässer. Obwohl man die Auswirkungen auf

die aquatischen Systeme und den Menschen noch nicht

abschätzen kann, wird derzeit intensiv an technischen

Verfahren geforscht, um Spurenstoffe zu einem größeren

Anteil auf den Kläranlagen zu eliminieren.

Eine Möglichkeit die Spurenstoffe aus dem Abwasser zu

entfernen, ist die Verwendung von Pulveraktivkohle

(PAK). Pulveraktivkohle weist eine sehr hohe spezifische

PROJEKTEMKULNV-PROJEKT: VERGLEICHENDE UNTER-

SUCHUNGEN ZUM EINSATZ VON AKTIVKOHLE IM

HALBTECHNISCHEN MAßSTAB AM TECHNIKUM AUF DEM

KLEM UNTER BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG DER

WIRKUNG AUF WESENTLICHE PROZESSSTUFEN

(AKTITECHPRO)

Oberfläche von über zu 1000 m²/g auf. An der porösen Oberfläche der

Kohle adsorbieren die Stoffe und werden anschließend mit der Kohle

aus dem Abwasser entfernt. Hier setzt das vom Ministerium für Klima,

Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes

Nordrhein-Westfalen (MKULNV) geförderte Projekt an. In Zusam-

menarbeit mit der Emschergenossenschaft wird über einen Zeitraum

von zwei Jahren auf einer Versuchskläranlage in Dinslaken das

Verfahren der Pulveraktivkohle-Adsorption weiter erforscht. Die

halbtechnische Versuchsanlage ist 2-straßig gebaut. Die biologische

Stufe ist nach A131 und auf eine Reinigungsleistung von 4,4 L/s

ausgelegt.

In einem vom MKULNV finanzierten Vorgängerprojekt mit der

Stadtentwässerung Düsseldorf wurde am Lehrstuhl für Siedlungswas-

serwirtschaft und Umwelttechnik anhand einiger ausgewählter

Spurenstoffe nachgewiesen, dass durch die Zudosierung von

10 mg /L auf in die Belebung bereits eine signifikant bessere PAK Zulauf

Elimination der Spurenstoffe erzielt werden kann. So wurde beispiels-

weise das Antiepilektikum Carbamazepin mit Hilfe von PAK zu

59±9 % entfernt. In der Referenzstraße, die konventionell betrieben

wurde, konnte eine Elimination von 19±10 % festgestellt werden.

In dem aktuellen Projekt liegt das Augenmerk auf der Untersuchung

der Auswirkungen von PAK auf die weiteren Prozessstufen einer

Kläranlage. Ziel ist es zu untersuchen, ob die PAK beispielsweise die

Biozönose in der biologischen Stufe beeinflusst und sich die Schlamm-

eigenschaften verändern. Es werden zwei unterschiedliche PAK-

Verfahren, die PAK-Dosierung in die Belebung und in eine nachge-

schaltete Adsorptions-Flockungs Filtration (AFF), miteinander

verglichen (Abbildungen 1 und 2). In beiden Fällen verbleibt die PAK

im Schlammpfad. Es ist bisher nicht geklärt, ob es bei der anaeroben

Behandlung des Schlamms möglicherweise zu Desorptionsvorgängen

kommt. Eine Rücklösung der Spurenstoffe in der Schlammfaulung

hätte eine Rückbelastung der Belebung über das Schlammwasser zur

Folge.

Abbildung 1 Verfahrensschemata für die PAK-Dosierung in die Belebung

(oben) und die nachgeschaltete AFF-Stufe (unten).

Abbildung 2 Nachgeschaltete PAK-Dosierungseinrichtung (AFF) auf dem

Technikum in Dinslaken.

Die Eliminationsleistung der rein adsorptiven Verfahren wird

zusätzlich mit einem oxidativen Prozess verglichen. Es steht eine

Ozonanlage zur Entfernung von organischen Spurenstoffen zur

Verfügung, die auf den Ablauf der Nachklärung ausgelegt ist.

Bisherige Forschungsergebnisse zeigen, dass in Abhängigkeit von der

Abwassermatrix und dem angestrebten Wirkungsgrad 0,7-0,9 g /g O3 DOC

eingebracht werden müssen. Da bei der Ozonung toxische Transfor-

mationsprodukte entstehen, wird ein mit granulierter Aktivkohle

gefüllter Filter nachgeschaltet.

Parallel wird die Bilanzierung der Spurenstoffe und der PAK über die

gesamte Kläranlage angestrebt. Somit wird der Verbleib der Stoffe in

den jeweiligen Prozessstufen nachvollziehbar gemacht. Mit den

Ergebnissen wird die Elimination der Spurenstoffe in einem vom LSU

entwickelten mathematischen Modell simuliert.

In vielen westafrikanischen Städten stellt die urbane und peri-urbane

Landwirtschaft nicht nur einen Zuverdienst für die Landwirte dar,

sondern versorgt auch einen großen Teil der städtischen Bevölkerung

mit Lebensmitteln. In Zeiten fortschreitender Urbanisierung gewinnt

diese Art der Landwirtschaft immer mehr an Bedeutung und rückt

verstärkt in das Bewusstsein der Entwicklungszusammenarbeit.

Die Region zwischen Sahara und Äquator ist durch lange Trockenzei-

ten geprägt. Dies und die hohe Verdunstungsrate führen zu einem

hohen Bedarf an Bewässerungswasser während der niederschlagslo-

sen Zeit. Da eine flächendeckende Abwasserreinigung in vielen

Ländern in Westafrika nicht existiert, wird ein Großteil des häuslichen

und industriellen Abwassers unbehandelt in die Vorfluter eingeleitet

und sorgt so für eine starke Kontamination der potentiellen Bewässe-

rungsquellen. Vor allem während der Trockenzeit besteht das

Bewässerungswasser häufig fast ausschließlich aus ungeklärtem

Abwasser. Alternativen, wie Grund- oder Leitungswasser sind häufig

nicht verfügbaroder zu teuer.

Da ein Großteil der urbanen landwirtschaftlichen Produkte roh

gegessen wird, stellt die Bewässerung mit Abwasser nicht nur ein

großes Gesundheitsrisiko für die Bauern dar, sondern auch für die

Konsumenten. Um dieses Risiko zu minimieren ist eine Aufbereitung

des Bewässerungswassers zwingend erforderlich. Da die Umsetzung

einer flächendeckenden Abwasserreinigung nicht möglich ist, muss

die Behandlung vor Ort auf den Feldern erfolgen. Zusätzlich sollte die

eingesetzte Technik möglichst kostengünstig und einfach sein, um die

Investitionskosten für die Bauern gering zu halten.

Ziel des vom BMBF geförderten Projekts ist die Entwicklung und

Umsetzung einer effizienten und kostengünstigen Wasseraufberei-

tung für die Bewässerung urbaner landwirtschaftlicher Flächen in

westafrikanischen Städten. Hierfür soll insbesondere auf lokal

verfügbare Ressourcen und Technologien zurückgegriffen und bereits

vorhandene Infrastrukturen verbessert und benutzt werden. Neben

bekannten und erprobten Verfahren wie der Langsamsandfiltration

oder Sedimentation sollen auch alternative Behandlungsmethoden,

wie der Einsatz von (aktivierter) Biokohle oder natürlichen Fällungs-

und Flockungsmitteln untersucht werden. Desinfektion des Wassers

durch Sonnenlicht stellt hierbei ein weiteres potentielles Verfahren

dar.

Das Bestreben ist, durch Kombination geeigneter Techniken die

WHO-Anforderungen an Bewässerungswasser zur Verwendung für

uneingeschränkte Bewässerung zu erfüllen. Hierfür wurden auf dem

Mareike Evers

GlobE - VERBUNDPROJEKT URBANFOODPLUS: AUFBEREITUNG VON

STARK BELASTETEN OBERFLÄCHENGE-WÄSSERN UND ABWASSER

ZUR BEWÄSSERUNG VON URBANEN LANDWIRTSCHAFTLICHEN

FLÄCHEN IN WESTAFRIKANISCHEN STÄDTEN.

BMBF-VERBUNDFORSCHUNGSVORHABEN „EXPORTORIENTIERTE

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG IM BEREICH ABWASSER -

VALIDIERUNG AN TECHNISCHEN ANLAGEN“ (EXPOVAL)

I m R a h m e n d e s v o m B M B F g e f ö r d e r t e n V e r b u n d -

forschungsvorhabens EXPOVAL sollen die Bemessungsregeln für

bewährte Technologien der Abwasserreinigung an extreme

klimatische Verhältnisse (5-30°C) sowie erhöhte Salzgehalte (bis

10 g/L) angepasst und validiert werden. Die einzelnen Schwerpunkte

werden von sieben Unterverbünden untersucht, welche sich aus

Universitäten und Industriepartnern zusammensetzen. Das

Gesamtprojekt wird durch die Emscher Wassertechnik GmbH

koordiniert. Insgesamt sind sechs deutsche Universitäten und elf

Industriepartner eingebunden. Die Projektlaufzeit geht von Anfang

2012 bis September 2016. Neben dem fachlichen Schlussbericht wird

außerdem ein DWA-Themenband erscheinen, welcher die Ergebnisse

jeweils in Form eines validierten Bemessungsalgorithmus

zusammenfasst.

Der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik

bearbeitet zusammen mit der Emscher Wassertechnik, sowie der

Firma HACH den Unterverbund 1, Belebungsanlagen (Uv1). Hier soll

das ATV-DVWK A 131 (2015), welches in diesem Jahr im Gelbdruck

erschienen ist, auf extreme Abwassertemperaturen und erhöhte

Salzgehalte erweitert und im großtechnischen Maßstab validiert

werden.

In das Projekt fließen Ergebnisse des Vorgängerverbundes

„Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der

Wasserver- und –entsorgung“ mit ein, welches durch den LSU

koordiniert wurde.

Die Neuauflage des ATV-DVWK A 131, welches ab dieser Auflage mit

dem CSB als Leitparameter arbeitet, ist im Frühjahr 2015 im Gelbdruck

erschienen und stellt die Grundlage für den zu erweiternden

Algorithmus dar. Bei der Planung von Abwasserreinigungsanlagen

muss neben der Sicherheit bzw. Stabilität des Anlagenbetriebes auch

die Wirtschaftlichkeit der angebotenen Variante sichergestellt werden,

um im Rahmen internationaler Ausschreibungsverfahren bestehen zu

können, so dass der Untersuchungsschwerpunkt neben der

Gewährleistung der geforderten Betriebsstabilität auf der Optimierung

der kostenrelevanten Ergebnisgrößen (Beckenvolumen,

Schlammproduktion und Sauerstoffverbrauch) liegt.

Zur Validierung der Ansätze wurden seitens des UV 1 Daten von

verschiedenen internationalen großtechnischen Anlagen (Mexiko,

Spanien, Norwegen, Türkei, China, Iran, Vereinigte Arabische

Emirate) angefordert und ausgewertet. Die Kläranlage Syana FZC

(Fujairah, VAE) wurde als Untersuchungsstandort für ein

Messprogramm ausgewählt. Diese Anlage wurde seitens eines

deutschen Baukonsortiums basierend auf dem aktuellen A 131 für

91.500 Einwohnerwerte auf Denitrifikation ausgelegt und wird seit ca.

7 Jahren bei Abwassertemperaturen zwischen 27-37°C betrieben.

Basierend auf den umfangreichen Daten der Eigenüberwachung der

Anlage wurde ein erweitertes Messprogramm im Projektteam

abgestimmt und durchgeführt. Im Zuge mehrerer Besuche durch den

LSU wurden automatische Probenehmer und Onlinemessequipment

der Fa. HACH exportiert, installiert und betrieben. Die Messungen

laufen bis zum jetzigen Zeitpunkt und werden voraussichtlich bis in

das Jahr 2016 fortgeführt.

Parallel wurde eine SBR-Versuchsanlage bestehend aus 4 Reaktoren

(26L) auf dem Versuchsgelände des LSU errichtet, um den Einfluss

von hohen und niedrigen Abwassertemperaturen sowie erhöhten

Salzgehalten im Labormaßstab untersuchen zu können. Dazu wurden

die Reaktoren isoliert und an einen Heiz-Kühlkreislauf angeschlossen

um eine konstante Temperatur zu gewährleisten. Die Unter-

Versuchsgelände des LSU zuerst Versuche im Labormaßstab

durchgeführt und die gewonnen Erkenntnisse anschließend in den

westafrikanischen Städten Ouagadougou (Burkina Faso) und Tamale

(Ghana) umgesetzt und erprobt. Insbesondere die Eignung von

Biokohle zur Abwasseraufbereitung mittels Langsamsandfiltration

steht dabei im Vordergrund (vgl. Abb. 3). Im Sommer 2015 wurde dazu

eine Pilotanlage in Ghana aufgebaut und erfolgreich getestet (vgl.

Abb. 4).

Abbildung 3: Vergleichende Versuche mit Sand und Biokohle als Filtermate-

rial in Langsamsfilter.

Abbildung 4: Pilotanlage zur Aufbereitung von Bewässerungswasser in

Tamale, Ghana.

An dem afrikanisch-deutschen Partnerprojekt mit dem Titel "GlobE -

UrbanFoodPlus: Strukturierte afrikanisch-deutsche Forschungspart-

nerschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz urbaner und peri-

urbaner Landwirtschaft mit dem Ziel der Verbesserung der Ernäh-

rungs- und Einkommenssicherung in westafrikanischen Städten",

sind neben den deutschen Partneruniversitäten Bochum, Freiburg,

Göttingen und Kassel auch zahlreiche afrikanische und internationale

Partner beteiligt. Das Gesamtprojekt ist dabei in acht Teilprojekte

untergliedert, von denen drei an der Ruhr-Universität Bochum

angesiedelt sind.

Insbesondere mit den Teilprojekten von Prof. Marschner (Fachgebiet

Bodenkunde und Bodenökologie) und Prof. Löwenstein (Institut für

Entwicklungsforschung und Entwicklungspolitik) an der RUB besteht

eine enge und interdisziplinäre Zusammenarbeit.

Korbinian Kätzl

welche als Biofilm auf einer aus Graphitfasern bestehenden Anode +wachsen, abgebaut. Die bei dieser Oxidation zu CO und Protonen (H ) 2

-frei werdenden Elektronen (e ) werden von den Bakterien nun an die

Anode abgegeben, von der aus sie über einen externen Stromleiter

durch einen äußeren Widerstand hin zu einer aus Kohlenstoffgewebe

bestehenden Kathode geleitet werden. An der Kathode werden diese

Elektronen nun auf der dem Medium zugewandten Seite auf

Luftsauerstoff, welcher durch die Kathode ins Innere der MBZ

diffundiert, übertragen und zusammen mit den Protonen entsteht als

Abfallprodukt Wasser.

Das über drei Jahre geförderte Projekt ist in zwei Phasen unterteilt. Die

Aufgabe der ersten Phase bestand in der labormäßigen Optimierung

der Elektrodenmaterialien und der Auswahl einer MBZ-Konfiguration

im Hinblick auf ein späteres „up-scaling“. Ziel von Phase 2 ist es nun,

die Technik der mikrobiellen Brennstoffzellen für eine praxisnahe

Anwendung auf kommunalen Kläranlagen in NRW zu etablieren.

Aufbauend auf den Ergebnissen aus Phase 1 wurden weitere Optimie-

rungen bezüglich der Elektrodenmaterialien im Labormaßstab

durchgeführt. Hierzu wurden die MBZ zum einen mit zwei anstatt mit

nur einer Kathode ausgestattet, es wurde zum anderen eine Graphitfa-

serbürste als alternatives Anodenmaterial getestet und anstelle des

teuren Platin-Katalysators wurden günstigeres Mangandioxid sowie

Aktivkohle auf leistungssteigernde Wirkung überprüft.

Abbildung 6: Foto einer fertig installierten 11L-MBZ mit pH-, Leitfähigkeits-

und Sauerstoff-Online-Messsonden.

Die gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend beim Prozess

des sogenannten „up-scalings“ auf einen 10L MBZ-Prototypen

übertragen, der für den dauerhaften Betrieb auf einer kommunalen

Kläranlage auf der Versuchsanlage Ölbachtal weiter angepasst und

optimiert wurde. Seit November 2014 werden vier 11L MBZ auf der KA

Bottrop unter Mitwirkung der Emschergenossenschaft/Lippeverband

kontinuierlich betrieben und untersucht. Aus den Beobachtungen

sollen Erkenntnisse gewonnen werden, inwiefern Faktoren wie z.B.

schwankende Abwasserzusammensetzungen und Temperaturen die

Leistung, die Wartung und den Betrieb der MBZ unter realen

Bedingungen beeinflussen. Letztendlich sollen die aufgenommenen

Daten dabei helfen, eine Kläranlage mit integrierten MBZ zu

suchungen werden mit kommunalen Abwasser der KA Bochum-

Ölbachtal des Ruhrverbandes durchgeführt, welches in einem SBR

zusätzlich mit NaCl-Lösung versetzt wird, um je nach Bedarf einen

erhöhten Salzgehalt einstellen zu können.

Daniel Herzer

In Deutschland werden jährlich rund 10 Milliarden m³ Abwasser in

insgesamt 9632 Abwasserbehandlungsanlagen gereinigt (Stand

2010). Mehr als ein Fünftel dieser Abwassermenge (ca. 2,6 Mrd. m³)

fällt alleine in NRW an und wird hier in 634 kommunalen Kläranlagen

aufbereitet. Die Reinigung dieser Abwassermengen gehört mit zu den

größten „Energieverbrauchern“ der Kommunen und benötigt

deutschlandweit etwa 4.400 Gigawattstunden (GWh) und in NRW

etwa 1200 GWh elektrische Energie im Jahr. Alleine der Energiebedarf

für die Kläranlagen in NRW würde ausreichen, um alle Haushalte

einer Großstadt mit 600.000 Einwohnern, wie etwa Düsseldorf, ein

Jahr lang mit Strom zu versorgen. Angesichts des immer weiter

steigenden Bedarfs an Energie und der damit verbundenen Emission

von klimaschädlichen Treibhausgasen ist es essentiell, neue und

innovative Verfahren in der Abwasserreinigung zu entwickeln und zu

implementieren, welche in der Lage sind, den Energieverbrauch einer

Kläranlage weiter zu reduzieren. Mit den bisherigen Methoden der

anaeroben Schlammbehandlung und der Verbrennung des hierbei

entstehenden Methans kann bereits etwa eine Kilowattstunde (kWh)

elektrische Energie pro kg abgebauten organischem Substrat (kg CSB)

erzeugt werden, allerdings liegt das chemische energetische Potential

der im Abwasser enthaltenen Stoffe etwa bei 4 kWh /kgCSB . el abgebaut

Genau an diesem Punkt setzt das vom MKULNV finanzierte Projekt an

– mit Hilfe der mikrobiellen Brennstoffzellen (MBZ) lässt sich die

chemische Energie aus den Abwasserinhaltsstoffen direkt und ohne

Umwege über Blockheizkraftwerke in elektrische Energie umwandeln,

was theoretisch bedeutet, dass mit dieser Technologie weitaus höhere

Energieausbeuten als mit der konventionellen Schlammfaulung

möglich sind. Weiterhin könnten die MBZ in den vorhandenen

Abwasserreinigungsprozess integriert und somit zusätzlich zur

Schlammfaulung an einer zweiten Stelle Energie aus dem Abwasser

gewonnen werden.

Die Funktionsweise und der schematische Aufbau der in diesem

Projekt verwendeten membranlosen Einkammer-MBZ mit Luftkatho-

de ist in Abb. 5 dargestellt.

Abbildung 5: Funktionsweise und schematischer Aufbau einer membran-

losen Einkammer-MBZ mit Luftkathode.

In einer mikrobiellen Brennstoffzelle werden die organischen

Abwasserinhaltsstoffe von sogenannten exoelektrogenen Bakterien,

MKULNV-PROJEKT: OPTIMIERUNG DER MIKROBIELLEN BRENN-

STOFFZELLEN-TECHNIK FÜR DEN KLÄRANLAGENBETRIEB –PHASE 2

bilanzieren, um erste Aussagen treffen zu können, inwiefern man mit

dieser Technologie bei heutigem Stand der Technik Energie einsparen

kann.

Erste Ergebnisse zeigen einen deutlichen Zusammenhang zwischen

Leitfähigkeit, Temperatur und der Leistung und dass es möglich ist, die

MBZ unter extrem nährstoffarmen Bedingungen bei, im internationa-

len Vergleich, hohen Energierückgewinnungswerten, stabil zu

betreiben.

Heinz Hiegemann

Das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung

(MIWF) des Landes Nordrhein-Westfalen unterstützt im

Förderprogramm „Fortschrittskolleg NRW“ für einen Zeitraum von

insgesamt viereinhalb Jahren und mit einer Fördersumme von

insgesamt 15,6 Millionen Euro sechs interdisziplinäre Graduierten-

kollegs. Das interdisziplinär ausgerichtete Fortschrittskolleg „Future

Water – Globale Wasserforschung in der Metropole Ruhr“ hat sich

zum Ziel gesetzt, Lösungsstrategien für den urbanen Wasserkreislauf

zu erarbeiten zur Sicherstellung einer nachhaltigen Wasserwirtschaft

in der Metropole Ruhr. Das Projekt wird in der ersten Phase mit

insgesamt 2,6 Millionen Euro gefördert. Konsortialführer ist die

Universität Duisburg-Essen. Die Koordination obliegt dem Zentrum

für Wasser- und Umweltforschung (ZWU). Das Koordinationsteam

besteht aus Prof. Dr. Torsten Schmidt (Sprecher), Simon Kresmann

(Koordinator) sowie dem Geschäftsführer des ZWU Dr. Michael

Eisinger. Das Verbundvorhaben Future Water umfasst insgesamt 14

interdisziplinäre Promotionsprojekte, die eingebettet sind in eine

begleitende Struktur aus Sommerschulen, Kolloquien, Vorlesungen,

Seminaren sowie einem Mentoring-Programm.

Als Projektpartner im Fortschrittskolleg Future Water hat es sich unser

Lehrstuhl zur Aufgabe gesetzt, Energiebilanzen und Treibhaus-

gasemissionen urbaner Abwasserreinigungssysteme zu untersuchen.

Eine erhöhte Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre

führt zur Erwärmung der Erde und damit zu einem Wandel ihres

Klimas. Der durch den Menschen verursachte Klimawandel ist eine der

größten derzeitigen Herausforderungen. Ein weltweites,

gemeinschaftliches und transdisziplinäres Handeln in vielen

Bereichen ist erforderlich, um diesen durch konsequente Minderung

von Treibhausgasen auf ein erträgliches Maß zu beschränken.

Kläranlagen können einen nicht unbedeutenden Beitrag zur

Minderung von Treibhausgasemissionen leisten, da sie

Emissionsquellen für die klimarelevanten Gase Kohlenstoffdioxid

(Co ), Methan (CH ) und Distickstoffmonoxid (N O) sind. Während 2 4 2

Distickstoffmonoxid fast ausschließlich während der biologischen

Reinigung entsteht und in turbulenten Bereichen der Kläranlage

ausgestrippt wird, entsteht Methan bereits in signifikanten Mengen im

Kanalsystem und erreicht die Kläranlage in gelöster Form. Wie auch

beim Distickstoffmonoxid können Turbulenzen zur Freisetzung des

gelösten Methans führen. Über gasförmige Stoffausträge aus

kommunalen Kläranlagen liegen bisher nur wenige messtechnisch

begründete Daten vor. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die

Treibhausgase im Wesentlichen diffus emittiert werden und mit

modernen Fernmesssystemverfahren wie beispielsweise Fourier-

Transform-Infrarotspektrometrie (FTIR) nur schwer zu ermitteln

sind. In diesen Zusammenhängen ist die Siedlungswasserwirtschaft

gefordert, Möglichkeiten der Reduzierung von Treibhausgasen zu

erforschen und die Energieoptimierung ihrer Abwasser-

reinigungssysteme voranzutreiben.

MIWF NRW FORTSCHRITTSKOLLEG - FUTURE WATER:

ENERGIEBILANZ UND TREIBHAUSGASEMISSIONEN URBANER

ABWASSERREINIGUNGSSYSTEME

Die erste Projektphase wird sich mit der Entwicklung einer Methode

zur Quantifizierung der relevanten Treibhausgase (CO , CH und N O) 2 4 2

befassen. Die Methodik beruht hierbei auf der Anwendung von Salzen,

die chemisch die Löslichkeit der Treibhausgase in der wässrigen Phase

herabsetzten und so ein „ausstrippen“ in die Gasphase bewirken. Über

Gaschromatographie (GC-MS) lässt sich anschließend die

Konzentration der Treibhausgase ermitteln.

In der zweiten Projektphase wird auf Basis von FTIR-Daten ein Modell

entwickelt und validiert, das in der Lage sein wird, Treib-

hausgasemissionen für eine Kläranlage abzubilden. Die

Modellentwicklung erfolgt mittels der Simulationssoftware

SIMBA#water auf Basis von Modelansätzen aus der ASM-Reihe

(Activated Sludge Modelle). Die FTIR-Daten, die zur Entwicklung

benötigt werden, werden uns hierbei u.a. durch unsere finnischen

Partner der Aalto Universität Helsinki, Finnland bereitgestellt. Am

26.08.15 fand unter dem Titel „Treibhausgase aus Abwasseranlagen“

ein erstes Treffen statt, bei dem die Ziele für die zukünftige

Zusammenarbeit abgestimmt wurden. Die FTIR-Daten stammen

hierbei von der Kläranlage Viikinmäki in Helsinki, welche durch eine

unterirdische Bauweise für FTIR-Messungen hervorragend geeignet

ist.

Abbildung 7: Die Future Water Kollegiatinnen und Kollegiaten auf der

YWP Conference in Taipei (Dezember 2014).

Pascal Kosse

Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Reduktion von

Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Spurenstoffen durch

ein dezentrales Behandlungssystem für Verkehrsflächenabflüsse“,

welches vom Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft,

Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen

gefördert wird, soll im Labor ein mehrschichtiger Filter zur Reduktion

von Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Spurenstoffen

sowie Schwermetallen aus Verkehrsflächenabflüssen entwickelt bzw.

optimiert werden. Die großtechnische Praxiserprobung des

entwickelten Filteraufbaus erfolgt aktuell in zwei großtechnischen

Anlagen an Standorten in Wuppertal und Mönchengladbach. Ziel der

Untersuchungen ist es, Erkenntnisse zum Kurz- sowie zum

Langzeitverhalten der dezentralen Behandlungsanlage (Betriebs-

stabilität, Kontroll- und Wartungsintervalle sowie Schadstoffrückhalt

und Remobilisierung) zu gewinnen.

Um den Rückhalt des System während des Betriebs zu beurteilen, wird

MKUNLV-PROJEKT: REDUKTION VON KOHLENWASSERSTOFFEN

UND ANDEREN ORGANISCHEN SPURENSTOFFEN DURCH EIN

DEZENTRALES BEHANDLUNGSSYSTEM FÜR VERKEHRS-

FLÄCHENABFLÜSSE

das dezentrale System an beiden Standorten mittels automatischer

Probenehmer durchflussgesteuert im Zu- und Ablauf des Filters

beprobt. Die Proben werden auf AFS, MKW, PAK und MTBE/ETBE

sowie Kupfer und Zink untersucht. Die Daten der Durchflussmessung

sowie der Wasserstandssonden auf der Zu- und Ablaufseite werden

online übertragen und ermöglichen somit jederzeit die Kontrolle der

Filterdurchlässigkeit. Ein in der Nähe aufgestellter Regenschreiber,

der ebenfalls an die Datenfernübertragung angeschlossen ist, liefert

Informationen zu Regendauer und Regenintensität.

Der erste untersuchte Standort befindet sich in Wuppertal an einer

stark frequentierten vierspurigen Straße L417. Das Filtersystem wurde

dort über einen Zeitraum von etwa 6,5 Monaten (Juli 2014 bis Januar

2015) untersucht und beprobt. Der Standort ist gekennzeichnet u. a.

durch ein sehr steiles Einzugsgebiet (Straßengefälle etwa 13,6 %) sowie

durch einen sehr dichten Baumbestand im gesamten Straßenverlauf

(Abb. 8).

Abbildung 8: Standort Wuppertal (links), Entnahme der Probesäulen aus

dem Filterkörper (Mitte), weitergehende Untersuchung im Labor (rechts).

Im Rahmen der Untersuchungen wurden 15 Regenereignisse mit

einer maximalen Regenspende von 108 l/(s·ha) beprobt. Bezogen auf

die mittlere Regenspende wurden fünf Ereignisse in der Kategorie 0 < r

< 4 l/(s·ha), neun Ereignisse in der Kategorie 4 < r < 10 l/(s·ha) sowie

ein Ereignis > 10 l/(s·ha) untersucht. Insgesamt wurden 18 % des im

Beprobungszeitraum gefallenen Niederschlags (ca. 400 mm) durch

die Probenahme erfasst.

Der hohe Feststoffeintrag durch die Vegetation und von den Randstrei-

fen in Kombination mit der starken hydraulischen Belastung des

Systems infolge des hohen Filterflächenverhältnisses sowie des steilen

Gefälles führten zu einer raschen Abnahme der Filterdurchlässigkeit

von anfangs 2,0·10-3 m/s auf 3,6·10-4 m/s am Ende der Untersuchun-

gen. Die Standzeit des neu konzipierten Filters war an diesem Standort

durch dessen hydraulische Leistungsfähigkeit begrenzt. Hinsichtlich

des stofflichen Rückhalts des Filtersystems stellt sich die Auswertung

zum derzeitigen Zeitpunkt schwierig dar. Aufgrund der reduzierten

Filterdurchlässigkeit war mehrfach ein – wenn auch nur kurzzeitiges –

Anspringen des Notüberlaufes festzustellen, das eine Bilanzierung der

Regenereignisse bzw. des Gesamtrückhaltes erschwert. Des Weiteren

beinhaltet die Gesamtbilanzierung auch die Beprobung der Feststoffe

im System, welche noch nicht abgeschlossen ist.

Unter Berücksichtigung der Erfahrungen am ersten Standort wurde

als Standort 2 der Mittlere Ring (L208) in Mönchengladbach ausge-

wählt. Kriterien im Entscheidungsprozess waren u. a. stark belastete

angeschlossene Verkehrsflächen (Ampeln, Lärmschutzwände,

Leitplanke), ein geringerer Einfluss durch die Vegetation im Umfeld

der Fahrbahn sowie ein geringeres Verhältnis zwischen angeschlosse-

ner befestigter Fläche und Filterfläche. Der Standort 2 wird seit März

2015 untersucht.

Um die eingesetzten Filtermaterialien nach dem Einsatz im FiltaPex-

System weitergehend zu untersuchen, wurden bei der Ausrüstung des

Filterschachtes vier Glassäulen (Durchmesser 10 cm), die analog zum

Aufbau des Filters gefüllt sind, mit in die untersuchten Anlagen

integriert (Abbildung). Diese ermöglichen ohne Störung des eigentli-

chen Filters nicht nur einen Einblick in den Zustand des Filterkörpers

beim Ausbau, sondern auch die anschließende Untersuchung im

Labor. Neben der Bestimmung der Durchlässigkeit wird in mehreren

Versuchsreihen die noch vorhandene Kapazität des Filters bezüglich

der Schwermetalle Kupfer und Zink sowie zusätzlich bezüglich der

organischen Schadstoffe MKW, PAK und MTBE bei definierten

Regenspenden (2,5, 6 und 15 l/(s·ha)) ermittelt.

Die ersten Ergebnisse zeigen, dass das Filtermaterial dennoch über

eine hohe stoffliche Restkapazität verfügt. Beispielsweise konnte in

den ersten Versuchsreihen (Zulauf: ca. 750 µg/l Cu, 6.500 µg/l Zink,

pH 5) für die größte untersuchte Regenspende von 15 l/(s·ha) noch ein

Rückhalt von 80 % Kupfer bzw. 60 % Zink festgestellt werden.

Weitergehende Versuchsreihen mit organischen Spurenstoffen und

Schwermetallen (Zulauf: ca. 100 mg/l MKW, 100 µg/l PAK, 75 µg/l Cu,

650 µg/l Zink, pH 5) zeigten für Regenspenden bis 6 l/(s·ha) einen

nahezu vollständigen Rückhalt der organischen Spurenstoffe. Bei

einer Erhöhung der Regenspende auf 15 l/(s·ha) verringerte sich der

MKW-Rückhalt nur geringfügig auf 91 % sowie der PAK-Rückhalt auf

95 %. Für Kupfer und Zink war ein Rückhalt von 60 % bzw. 70 %

feststellbar.

Andreas Vesting

In Zusammenarbeit der Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für

Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik (RUB) mit dem

Institut für Unterirdische Infrastruktur (IKT) wurde die Möglichkeit

zur Einführung einer bedarfsorientierten Kanalreinigung untersucht.

Gefördert wurde das Projekt durch das Ministerium für Klimaschutz,

Umwelt, Landwirtschaft, Natur und Verbraucherschutz des Landes

NRW und betreut durch das LANUV. Ziel war es, mit einer

Kanalteststrecke die Entstehung von Ablagerungen bei

unterschiedlichen Randbedingungen zu untersuchen. Hier konnten

das Gefälle und der Durchfluss stufenlos eingestellt werden. Die

Kanalteststrecke auf der Kläranlage Bochum-Ölbachtal (Ruhrverband)

umfasste drei jeweils zehn Meter lange Testrohre (DN 300) aus

Plexiglas. Zur Untersuchung verschiedener Oberflächenstrukturen

wurden die Rohre mit Sandpapier verschiedener Körnungen (ks = 0,1 –

0,635 mm) und einer Natursteinfliese (ks = 1,25 mm) ausgekleidet.

Dabei zeigte sich, dass sich nach ein bis drei Monaten eine

Vergleichmäßigung von Ablagerungen im Kanal einstellte, weil

Erosion von Ablagerungen und Sedimentation von Partikeln sich etwa

die Waage hielten. Hervorgerufen durch Biofilmwachstum kam es bei

den Versuchen auch in glatten Kanalrohren zur Ablagerungsbildung.

Im Mittel bildeten sich etwa 2,5 Liter Ablagerungen pro Meter

Testrohr.

Abbildung 9: Überblick über die Versuchsanlage auf dem Gelände der KA

Bochum-Ölbachtal (Ruhrverband)

MKULNV-PROJEKT: UNTERSUCHUNGEN ZUR BEDARFS-

ORIENTIERTEN KANALREINIGUNG UNTER NUTZUNG BETRIEB-

LICHER SYNERGIEN

Durch Versuche mit Hindernissen konnte gezeigt werden, dass es

innerhalb von wenigen Tagen zu einer hydraulischen Einschränkung

des Rohrquerschnitts kam. Gleichzeitig war bei den Versuchen zu

beobachten, dass Niederschlagsereignisse nicht nur zu einer lokalen

Verdünnung von Partikelfrachten führen können, sondern auch

größere Frachten anzutreffen waren. Die erhöhten Ablagerungen

wurden in diesen Fällen nach einiger Zeit im Trockenwetterfall wieder

ausgespült.

Abbildung 10: Verlauf der Ablagerungsbildung über 150 Versuchstage.

Anhand der Zulaufmengen zur KA Bochum-Ölbachtal des Ruhrverbandes

kann ein Zusammenhang zwischen Ablagerungsentwicklung und

Niederschlag hergestellt werden.

Bei parallel durchgeführten Laborversuchen zeigte sich, dass eine

bedarfsorientierte Kanalreinigung die Bildung von Schwefel-

wasserstoff nicht verringern kann. Selbst nach einer gründlichen

Reinigung konnten innerhalb weniger Tage sowohl im Abwasser

(> 2 mg/L) als auch in der Abluft (> 10 ppm) relevante Mengen von

Schwefelwasserstoff nachgewiesen werden.

Die Einführung der bedarfsorientierten Kanalreinigung ist nicht für

jeden Netzbetreiber sinnvoll. Durch vom IKT durchgeführte

Berechnungen konnte gezeigt werden, dass bei Netzlängen von

deutlich unter 100 km die Einführung einer bedarfsorientierten

Kanalreinigung im Einzelfall zu einer Kostensteigerung führen kann.

Allerdings sind die Entwicklungen im Bereich der Kanalinspektion

durch z.B. LED-Technik und moderne Datenverarbeitung (GIS und

Tablet-PCs) deutlich vorangeschritten, was den Verwaltungsaufwand

in den nächsten Jahren deutlich reduzieren wird.

Nach aktuellen Stand kann eine Verlängerung der Reinigungs-

intervalle ein sinnvolles Maß sein, Kosten einzusparen. In der Tendenz

konnte auch auf den vom IKT durchgeführten Expertenworkshops

bestätigt werden, dass für größere Netzlängen (> 100 km) die

Einführung der bedarfsorientierten Kanalreinigung sinnvoll sein

kann. Bei den beteiligten Netzbetreibern wurde die neue Strategie

häufig als betriebssicherer, rechtssicherer und auch wirtschaftlicher

eingeschätzt.

Stephan Berzio

PERSONELLESDISSERTATION DR. TITO GEHRING

Herr Tito Gehring hat seine Dissertation zum Thema „Determination

of methanogenic pathways through stable carbon isotope analysis in

biogas production plants: Experimental and simulation studies for the

two stage fermentation of high-solids substrates” verfasst. In einem

von der DFG gefördertem, interdisziplinär ausgerichtetem Vorhaben

konnte zum ersten Mal für die mesophile anaerobe mikrobiologische

Umsetzung der Essigsäure bei der Vergärung pflanzlicher Biomasse

der Stoffwechselweg der syntrophen Azetatoxidation in einem

kontinuierlichen Langzeitversuch quantifiziert werden. Der Prozess

der syntrophen Azetatoxidation wird oft als Nischenprozess bezeichnet

und unter ungehemmten mesophilen Prozessbedingen ohne

Bedeutung für den Kohlenstofffluss angesehen. Im Gegensatz zu der

klassischen Lehrbuchmeinung, dass die Methanbildung zu einem

Drittel aus der Wasserstoffsynthese und zu zwei Drittel aus der

Essigsäurespaltung resultiert, konnte in der Arbeit von Herrn Tito

Gehring deutlich aufgezeigt werden, dass die Stoffwechselwege unter

Berücksichtigung der syntrophen Azetatoxidation dynamisch sind und

im Wesentlichen von der organischen Raumbelastung sowie der

Substrataufenthaltszeit im Fermenter bestimmt werden. Da die

Essigsäurespaltung neben der Hydrolyse als limitierender Schritt der

Vergärung angesehen werden kann, sind die Ergebnisse von grundle-

gender Bedeutung für die Auslegung und Dimensionierung von

Biogasanlagen. Das Promotionskomitee war mit Prof. Dr. Lourdinha

Florêncio aus Brasilien und Prof. Dr. Damien Batstone aus Australien

international besetzt. Wesentliche Ergebnisse der Arbeit können in der

Zeitschrift Environmental Science & Technology, Ausgabe 49, Seiten

4705-4714, 2015 eingesehen werden. Die englischsprachige Dissertati-

on wird in einer zukünftigen Ausgabe unserer Schriftenreihe

erscheinen.

Manfred Lübken

DISSERTATION DR. RUBEN-LAURIDS LANGE

Die Kanalreinigung ist ein wichtiger Beitrag zur Funktionserhaltung

der Kanalisation. Die 396 Kommunen in NRW investieren etwa 50

Millionen € pro Jahr, um Abwasserkanäle von etwa 90.000 km Länge

zu reinigen und so hydraulisch bedingten Verstopfungen vorzubeugen

sowie die mikrobiell begründete H2S-Bildung einzuschränken oder zu

vermeiden. Ein mit der Reinigung verbundener zunehmender

Kostendruck auf Kanalnetzbetreiber ließ weitere Forschungen zu

Umfang und Notwendigkeit demzufolge sinnvoll erscheinen. Es galt

zu prüfen, in welchen Intervallen eine Reinigung sinnvollerweise

erfolgen sollte bzw. wie lange die Wirkung einer Reinigung von

Mischwasserkanälen anhält. In diesem Sinne hat sich Herr Dipl.-Ing.

R.-L. Lange auf die Analyse und Deutung von Messdaten bzw.

wissenschaftlichen Zusammenhängen bei der Ablagerung und

Erosion von Sedimenten in Mischwasserkanälen sowie der H2S-

Bildung in der Sielhaut konzentriert. Es wurden Versuche im Labor-

und Pilotmaßstab durchgeführt sowie großtechnisch Messdaten an

verschiedenen Standorten in Bochum und Marl erhoben. Die Arbeit

fand vor dem schwierigen Hintergrund statt, dass reales Abwasser in

seiner Zusammensetzung und Volumenmenge sehr starken

Schwankungen unterworfen ist und die eingesetzten Materialien im

Kanalbau erheblich hinsichtlich Rauheit, Alter und Zustand

schwanken. Herr Lange konnte zeigen, dass die Reinigung des

Kanalnetzes nur von kurzer Dauer ist und innerhalb weniger Tage oder

Stunden durch Sedimentation und Erosion infolge von

Trockenwetterabflussschwankungen oder Niederschlagsereignissen

überlagert wird. Bedingt durch diese beiden Prozesse wuchsen die

Ablagerungen jedoch nicht stetig an, sondern näherten sich langfristig

einem Gleichgewichtszustand, um den die Ablagerungshöhen

schwankten. Ferner zeigte Herr Lange auf, dass der Einfluss

niederschlagsbedingter Abflussschwankungen auf die Kanal-

ablagerungen deutlich größer ist als der Einfluss konstruktiver

Randbedingungen wie Gefälle oder Rohrmaterial. Somit lassen sich

die Reinigungsintervalle nicht anhand solcher Haltungseigenschaften

festlegen, sondern erfordern eine regelmäßige Inspektion des

Ablagerungszustandes.

Eva Heinz

Unser wissenschaftlicher Mitarbeiter, Herrn Stephan Berzio, M. sc.

erhielt am 15. April 2015 während der Essener Tagung den Oswald-

Schulze-Preis für seine Masterabeit „Untersuchung der Methanbil-

dungswege in der Monofermentation von Maissilage mittels Analysen

der stabilen Kohlenstoffisotope im Biogas“ von Herrn Prof. Dr.

Pinnekamp überreicht.

Außerdem nahm Herr Berzio am 18. September 2014 den Rolf-Pecher-

Preis während unseres Workshops Siedlungswasserwirtschaft aus

den Händen von Herrn Dr. Klaus Pecher der Dr. Pecher AG entgegen.

Gisela Heinicke

Der Lehrstuhl der Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik

verfügt seit 2014 über ein mikrobiologisches Analyselabor der

gentechnischen Sicherheitsstufe 1.

VERSCHIEDENESPREISVERLEIHUNG OSWALD-SCHULZE PREIS

MIKROBIOLOGISCHES LABOR

Im Rahmen von den am Lehrstuhl durchgeführten Studienarbeiten

und Forschungsprojekten werden mikrobiologische Fragestellungen

aus verschiedenen Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft und der

Generierung von Energie aus Abfall- und nachwachsenden Rohstoffen

bearbeitet. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Analyse anaerober

mikrobieller Biozönosen.

Das Labor verfügt neben einer molekulargenetischen Standardausstat-

tung auch über ein konfokales Laserscanningmikroskop der neusten

Generation.

Die konfokale Laserscanningmikroskopie (cLSM; Abb.11) erlaubt den

Aufbau kompakter biologischer Strukturen (z.B. Biofilme aus

Umweltproben) näher zu untersuchen.

Abbildung 11: Leica TCS Sp8

Im Unterschied zum konventionellen Lichtmikroskop werden die zu

untersuchenden Objekte mit Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt. Diese

werden dann mit Hilfe von Laserlicht mit entsprechender Wellenlänge

angeregt. Dadurch emittieren sie energieärmeres Licht, das von

Detektoren (= Photomultipliern (PMTs)) detektiert wird. Die Probe

wird Punkt für Punkt und Zeile für Zeile gescannt und die Pixelinfor-

mation rechnerisch zu einem Bild zusammengefügt. Die punktweise

Bestrahlung hat den Vorteil, dass reflektierendes Streulicht auf ein

Minimum reduziert wird. Dadurch kann die Fokusebene des

Präparates präzise ermittelt werden.

Eine weitere Besonderheit sind die beiden eingebauten Blenden (=

Pinholes). Sie sorgen dafür, dass zum einen das Laserlicht nur die

Fokusebene bestrahlt und andererseits nur Licht, welches direkt aus

der Fokusebene stammt, vom PMT detektiert wird. Dies ermöglicht

dünne optische Schnitte – sogenannte z-stacks – in unterschiedlichen

Ebenen. Durch Zusammenfügen der Bilder der einzelnen Ebenen

können dreidimensionale Abbildungen des untersuchten Objekts

erstellt werden.

Zurzeit werden folgende Methoden zur Analyse von mikrobiellen

Biozönosen in Umweltproben angewendet:

Fluoreszenzmikroskopie:

ŸBiofilmanalytik und 3D-Visualisierung von Biofilmen sowie der

computergestützten Auswertung

ŸFluoreszenz in Situ Hybridisierung (FISH)

ŸLebend/Tod Nachweis

ŸNachweis von Stoffwechselaktivität

Lichtmikroskopie:

ŸAnalyse von Belebtschlammproben aus der Abwasserreinigung

(Saprobien)

ŸQuantifizierung von Bakterien (Neubauer-Zählkammer)

ŸDiverse Färbeverfahren zum Nachweis verschiedener Organismen in

Umweltproben

Molekulargenetische Analysen:

ŸErstellung von Genbibliotheken und taxonomische Einordung von

Bakterien und Archaea

ŸQuantitative real-time PCR (SYBR Green oder Taqman)

Allgemeine Mikrobiologie:

ŸNachweis von Keimen in Umweltproben (mittels MPN oder CFU)

ŸNachweis von Bakteriophagen in Umweltproben

ŸKultivierung aerober Bakterien

Edith Nettmann

Korbinian Kätzl

Veranstaltungsort der alle zwei Jahre von der IWA ausgetragenen

„International Conference on Water Reclamation and Reuse“ war

dieses Jahr Harbin (China). Auf der dreitägigen Fachkonferenz vom

5.-9.7.2015 wurde in ca. 90 Vorträgen das Thema Wasserwiederver-

wendung erörtert. Der LSU war auf dieser internationalen Konferenz

mit etwa 200 Teilnehmern durch einen Vortrag von Herrn Korbinian

Kätzl mit dem Titel „Biochar and woodchips as alternative filter

materials for pre-treatment of wastewater with roughing filter“

vertreten.

Korbinian Kätzl

Fettig, J., Austermann-Haun, U., Liebe, H., Meier, J., Wichern, M.

(2015) Ein Konzept zur Behandlung von Prozesswässern aus der

Hydrothermalen Carbonisierung, KA Korrespondenz Abwasser,

Abfall, (62) Nr. 6, S. 529 – 536

Gehring, T.; Klang, J.; Niedermayr, a.; Berzio, S.; Immenhauser, A.;

Klocke, M.; Wichern, M.; Lübken, M. (2015) Determination of

Methanogenic Pathways through Carbon Isotope Analysis for the Two-

Stage anaerobic Digestion of High-Solids Substrates, Environ. Sci.

Technol. 2015, 49, 4705-4714

WORKSHOP & TAGUNGEN

VERÖFFENTLICHUNGEN

5TH INTERNATIONAL SLOW SAND AND ALTERNATIVE BIOLOGICAL FILTRATION

CONFERENCE IN NAGOYA

10TH IWA INTERNATIONAL CONFERENCE ON WATER RECLAMATION

AND REUSE IN HARBIN

AKTUELLE VERÖFFENTLICHUNGEN

Nagoya (Japan) war vom 19.-21.6.2014 Austragungsort der von der

International Water Association (IWA) unterstützten “5th

International Slow Sand and Alternative Biological Filtration

Conference”. In rund 60 Vorträgen ging es um den Einsatz von

Langsamsandfiltern in der Wasseraufbereitung An der Konferenz

nahmen ca. 150 Wissenschaftler aus der ganzen Welt teil. Herr

Korbinian Kätzl repräsentierte den LSU mit einem Vortrag mit dem

Titel „Slow sand and slow biochar filtration of raw wastewater“.

Schmidtlein, F.; Lübken, M.; Grote, I.; Orth, H.; Wichern, M. (2015)

Photoreactivation of Escherichia Coli in UV-disinfected municipal

wastewater under natural conditions, Water Sci. Technol., Water Sci.

Technol., 71.2, Januar 2015, pp. 220 - 226

Rezaei, M.; Karimi, H.; Lübken, M.; Wichern, M. (2015) Recent

Advances in Bioenergy Production based on Microbial Fuel Cells

Treating Wastewater, Environmental Engineering and Management

Journal, akzeptiert, Ausgabe 2015

Lübken M.; Koch, K.; Gehring, T.; Horn, H.; Wichern, M. (2015) ADM1

parameter estimation and long-term process simulation of a biogas

reactor operated under trace elements limitation, Applied Energy,

Volume 142, März 2015, pp. 352 - 360

Lübken, M., Ogurek, M., Seick, I., Gehring, t., Kosse, P., Wichern, M.

(2015) Dynamische Modellierung der Massenbilanz in zweistufigen

Leach Bed Systemen zur Vergärung feststoffhaltiger Biomasse,

Workshop "Steuerung, Regelung und Simulation von Biogasanlagen",

06.05.2015 in Potsdam

Wichern, M.; Hiegemann, H.; Lübken, M.; Schmelz, G.; (2015)

Weiterentwicklung und Optimierung der Technik der mikrobiellen

Brennstoffzelle auf Kläranlagen, 48. Essener Tagung, 15.-17.04.15,

Aachen

Lübken, M.,; Kosse, P.; Koch, K.; Gehring, T.; Wichern, M.. (2015)

Influent fractionation for modeling continuous anaerobic digestion

processes In: Georg Gruebitz et al., Biogas Science and Technology,

Springer International Publishing AG, Cham

Grünebaum, Th., Jardin, N., Lübken, M., Wichern, M., Lyko, S., Rath,

L., Thöle, D., Türk, J. (2014) Untersuchung verschiedener Verfahren

zur weitergehenden Spurenstoffelimination auf kommunalen

Kläranlagen im großtechnischen Maßstab. KA Korrespondenz

Abwasser/Abfall (61) 10, S. 876 – 884

Clausen, K., Lübken, M., Pehl, B., Bendt, Th., Wichern, M. (2014)

Einsatz reaktivierter Aktivkohle von Wasserwerken zur Spurenstoffel-

imination in kommunalen Kläranlagen am Beispiel Düsseldorf. KA

Korrespondenz Abwasser, Abfall, (61) 11, S. 1007 – 1012

Bauer, A.; Lizasoain, J.; Nettmann, E.; Bergmann, I.; Mundt, K., Klocke,

M.; Ricón, M.; Amon, T.; Piringer, G. (2014). Effects of the Antibiotics

Chlortetracycline and Enrofloxacin on the Anaerobic Digestion in

Continuous Experiments. Bioenergy Research (DOI 10.1007/s12155-

014-9458-0)

Drechsel, V., Remmler, F., Skark, Ch., Wichern, M. (2014) Entfernung

von organischen Spurenstoffen in naturnahen Filtersystemen –

Eignung von Modellsystemen, Energie – Wasserpraxis 3/2014, S. 20 -

25

Walters, E., Kätzl, K., Schwarzwälder, K., Rutschmann, P., Müller, E.,

Horn, H., (2014) Persistence of Fecal Indicator Bacteria in Sediment of

an Oligotrophic River: Comparing Large and Lab-Scale Flume Systems,

Water Research, (doi: 10.1016/j.watres.2014.05.007)

Kätzl, K., Lübken, M., Alfes, K., Werner, S., Marschner, B., Wichern, M.

(2014). Slow sand and slow biochar filtration of raw wastewater. In:

Nakamoto, N., Graham, N., Collins, M. R., Gimbel, R.: Progress in Slow

Sand and Alternative Biofiltration Processes: Further Developments

and Applications. London: IWA Publishing, S. 297-305

Clausen, K.; Lübken, M.; Pehl, B., Bendt, T.; Wichern, M. (2014)

Elimination organischer Spurenstoffe aus kommunalem Abwasser

unter Einsatz reaktivierter Pulveraktivkohle aus Trinkwasserwerken,

135-154, Band 67, Ruhr-Universität Bochum, ISSN 0178-0980

Hiegemann H., Lübken M., Wichern M. (2014); Material and

configuration optimization of single chamber MFCs using air cathodes

for waste water treatment; Mikrobielle Bioelektrotechnologie: Eine

Plattforminitiative für Deutschland, 4/5.11.2014, Aachen

IMPRESSUM:

HERAUSGEBER:

Gesellschaft zur Förderung des Lehrstuhls für

Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik

an der Ruhr-Universität Bochum e.V.

44780 Bochum

Fon +49 (0)234 32-25891 | Fax +49 (0)234 32-14503

Email siwawi@rub.de

Homepage http://www.siwawi.ruhr-uni-bochum.de

VERANTWORTLICH:

Dr. Eva Heinz

Prof. Dr.-Ing. Marc Wichern

Erscheint 1 Mal jährlich in einer Auflage von 200 Exemplaren

Wiedergabe nur mit Genehmigung des Herausgebers

Lübken, M.:, Ogurek, M.; Seick,I., Gehring, T.; Kosse, P.;

Wichern, M. (2014) Dynamic modeling of mass balances in two-

stage leach bed systems for digestion of high solids biomass,

Biogas Science 2014, 26.-30.10.2014, Wien

M. Wichern, M. Lübken, K. Kätzl (2014) Wastewater Reuse –

Activated Sludge Systems. UrbanFoodPlus Summer School,

Tamale, Ghana, 28.09 – 04.10. 2014

K. Kätzl, M. Lübken, K. Alfes, M. Wichern (2014). On-farm

wastewater treatment, UrbanFoodPlus Summer School, Tamale,

Ghana, 28.09. – 04.10.2014.

Kätzl, K., Lübken, M., Alfes, K., Werner, S., Marschner, B.,

Wichern, M. (2014) Slow sand and slow biochar filtration of raw

wastewater. 5th International Slow Sand and Alternative

Biological Filtration Conference, Nagoya, Japan, 19.-21.06. 2014

K. Alfes, K. Kätzl, M. Lübken, E. Nettmann, M. Wichern (2014).

Imaged-Based and Microbiological Analyzes of Sand and

Biochar as Filter Material for Wastewater Treatment. 1st YWP

Conference Germany: Advanced Wastewater Treatment and

Water Reuse – The future is now!, Essen, Deutschland, 11.06.

2014.

Lange, R.-L., Wichern, M. Sedimentation dynamics in combined

sewer systems Water Science & Technology, 68.4/2013

Koch, K.; Gehring, T.; Lübken, M.; Wichern, M.; Horn, H. (2013)

Mathematical approach for improving the reliability of parame-

ter calibration in modeling of anaerobic digestion processes,

Strojarstvo 55 (1) 7-16 (2013).

Nettmann, E.; Fröhling, A.; Heeg, K.; Klocke, M; Schlüter, O.;

Mumme, J. (2013). Development of a flow-fluorescence in situ

hybridization protocol for the analysis of microbial communities

in anaerobic fermentation liquor. BMC Microbiology. 13:278

(DOI: 10.1186/1471-2180-13-278).

A. Pahl, E. C. Heinz, H. Grüning, B. Helmreich, M. Wichern

(2013): Reduktion von Kohlenwasserstoffen und organischen

Spurenstoffen durch ein dezentrales Behandlungssystem für

Verkehrsflächenabflüsse. In: Aqua Urbanica 2013, Gewässer-

schutz bei Regenwetter – Gemeinschaftsaufgabe für Stadtplaner,

Ingenieure und Ökologen. 30.09.-01.10.2013 Zürich.

Pozza, C.; Kosse P.; Schmuck, S.; Mietzel, T. (2013): Microalgae

and nitrifying bacteria: a problem or a possible solution for

nutrient removal in wastewater? Presentation in the framework

the 3nd Conference on Algal Biomass, Biofuels and Bioproducts,

Toronto (CA), 16.-19.06.2013

Walters E., Kätzl K., Müller E., Horn H. (2013): Survival of Fecal

Indicator Bacteria in the Sediment of an Oligotrophic River. 6th

International Conference on Water Resources and Environment

Research, Koblenz, Deutschland, 03.-07.06.2013

Vogl, A., Bischof, F., Wichern, M. (2013): Inter anode biofilm

transfer as a strategy to shorten the start-up time of microbial fuel

cells, Poster at 4th International Microbial Fuel Cell Confer-

ence, 1st-4th September 2013, Cairns, Australien

Anke Lidtke (UTRM Master) Entfernung anthropogener

Mikroverunreinigungen auf kommunalen Kläranlagen –

Variantenuntersuchungen und Wirtschaftlichkeits-

betrachtungen am Fallbeispiel der Kläranlage Bielefeld-Brake

Menghan Wang (UTRM Master) Stickstoffelimination in

Abwasserteichen – Anwendbarkeit der A 131 zur Bestimmung

der Stickstoffreduktion in belüfteten Abwasserteichen

Sarah Becker (Bauingenieur Master) Praktische Untersuchun-

gen zur Schwefelwasserstoffbildung in der Mischkanalisation

Stephan Berzio (Bauingenieur Master) Untersuchung der

Methanbildungswege in der Monofermentation von Maissilage

mittels Analysen der stabilen Kohlenstoffisotope im Biogas

Sebastian Spielhoff (UTRM Master) Energetische und

betriebliche Betrachtung getauchter Membranmodule beim

großtechnischen Einsatz zur Belebtschlamm-Filtration

Pinar Coskun (Bauingenieur Master) Einfluss von Aktivkohle-

dosierung in die biologische Reinigungsstufe auf die Entwässe-

rungseigenschaften von Belebtschlamm

Daniela Böckmann (UTRM Master) Darstellung der Aufent-

haltszeitverteilung von Mikroverunreinigungen am Beispiel

der Kläranlage Schwerte und der Versuchskläranlage

Düsseldorf - Ableitung von Strategien zur Optimierung der

Probenahme

Nicolas Eickhoff (UTRM Master) Untersuchung von Filterma-

terialien zum Rückhalt von Kupfer aus belasteten Niederschlag-

sabflüssen

Werner Steffen (Geographie Master) Chemische und

biologische Veränderung von Biokohle beim Einsatz in der

Abwasserfiltration - Eignungsbewertung und Effekte im Boden

Monika Brand (UTRM Master) Eignung von gereinigtem

Abwasser zur Bewässerung nach der anaeroben Behandlung in

UASB-Reaktoren

Inga Hölscher (UTRM Diplom) Experimentelle Untersuchung

eines Membranbioreaktors zur Grauwasseraufbereitung im

technischen Maßstab

Zhu (UTRM Diplom) Performance of Biological Methane

Treatment in Landfill Cover Simulated in a Lysimeter

Golsara Schubert (UTRM Diplom) Status quo der Bemessung

von Belebungsanlagen auf Stickstoffelimination in Deutsch-

land und im Ausland

Gisela Heinicke

Gisela Heinicke

NEUE MASTER-ARBEITEN