Kläranlagen als kostbares Reservoir

In den Abwasseranlagen enthaltenes Ammonium und Phosphate können wiedergewonnen werden. Das vulkanische Zeolithgestein wird als Bindemittel eingesetzt.

Kläranlage der Stadt Knittelfeld: In einem einzigen Container wurden zehn Prozent der Abwässer gereinigt.
Kläranlage der Stadt Knittelfeld: In einem einzigen Container wurden zehn Prozent der Abwässer gereinigt.
Kläranlage der Stadt Knittelfeld: In einem einzigen Container wurden zehn Prozent der Abwässer gereinigt. – (c) M. Ellersdorfer

Gerade sechs Meter lang und 2,5 Meter breit: Der Container, in dem man im Inneren auf den ersten Blick Rohre, Rohranschlüsse, Messgeräte und einige Behälter sieht, ist eine im Testbetrieb befindliche Versuchsstation. Hier vollzieht sich, wie der Umwelttechniker Markus Ellersdorfer erläutert, ein Ionenaustauschprozess. Die Bezeichnung des hier laufenden Forschungsprojekts gibt schon über den angepeilten Endzweck Auskunft: „ReNOx“ bzw. Renewable NOx, also Gewinnung von erneuerbarem Stickstoff aus Abwasser.

Ellersdorfer leitet an der Montanuni Leoben am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes ein fünfköpfiges Team, das bereits in einer zweiten vom Technologieministerium geförderten Projektphase (ReNOx 2.0) die Ammoniumrückgewinnung aus Abwasser zum Ziel hat. Die neue Forschungsphase läuft bis zum Sommer 2021 und bezieht auch die Wiedergewinnung von Phosphor ein. Im Fokus der Anwendungen stehen Kläranlagen von Kommunen oder Industriebetrieben. Und in deren Abwässern bilden neben dem Stickstoff (Ammonium) die Phosphate die Hauptnährstoffe.

 

Erste Testphase in Knittelfeld

Die Rückgewinnung von Stickstoff steht schon seit Jahren im Fokus des Leobner Forschungsbereichs „Renewable Materials Processing“. Bei Kläranlagen werden derzeit die Abwässer in großen Becken mit biologischen Maßnahmen gereinigt. Der Stickstoff geht dabei für eine weitere Nutzung verloren, er entweicht in die Luft. Nun kann Ellersdorfer auf eine erfolgreiche Testphase in der obersteirischen Gemeinde Knittelfeld verweisen.

Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Rohstoffmineralogie wurde der Einsatz von Zeolithen zur gezielten Rückgewinnung des Stickstoffs untersucht. Zeolithe sind natürliche Mineralien vulkanischen Ursprungs, die derzeit aus der Slowakei – dem größten europäischen Abbaugebiet – bezogen werden. Diese Gesteine binden verschiedene Stoffe und werden von Ellersdorfer auch für die Abwasserreinigung genutzt.

Das Zeolithgestein wird in ein bis zwei Millimeter große Partikel zerkleinert, über die das Klärwasser geleitet wird. Der Stickstoffanteil in Form von Ammoniumsalzen bleibt dabei am Zeolith hängen, und das gereinigte Abwasser wird abgeleitet. Die Zeolithpartikel werden mit einer Natriumlauge gereinigt und erneut eingesetzt. Der Ablauf des Prozesses spielt sich in dem von Ellersdorfers Team zusammen mit dem steirischen Anlagenbauunternehmen Christof Industries konstruierten Container ab.

Schon im Oktober 2016 begann der Testbetrieb in der Kläranlage Knittelfeld, wobei zunächst ein kleiner Teil der Abwässer dem Reinigungsprozess unterzogen wurde. Im klaglos laufenden Betrieb, bei dem 85 Prozent des Stickstoffes herausgeholt wurde, konnte man in drei Monaten 500 Liter einer konzentrierten Stickstofflösung (Ammoniumsulfat) gewinnen. Diese Lösung wurde bei der Rauchgasreinigung im südlich von Leibnitz gelegenen Retzneier Werk der Lafarge Zementwerke eingesetzt. Im Schlot der Anlage wird die Lösung in den Abgasstrom eingeblasen, womit eine Umwandlung umweltschädlicher Stickoxide in Luftstickstoff vollzogen wird.

In dieser Pilotphase hat man sich im Labor der Montanuni bereits der Rückgewinnung von Phosphor gewidmet, welche in der nun anlaufenden zweiten Förderungsphase in das Stickstoffrückgewinnungsverfahren zusätzlich eingebaut wird. Zudem wird die Produktionsreife für große Kläranlagen – bei denen die Stickstoff- und auch die Phosphorrückgewinnung erfolgen soll – getestet sowie die finanzielle Rentabilität für eine Serienproduktion ausgelotet.

 

Mehrere Städte, eine Anlage

Im Knittelfelder Testbetrieb wurden etwa zehn Prozent des Klärwassers über die Containeranlage geleitet. Ein tatsächlich, die gesamte Anlage erfassender Betrieb würde also ein bedeutend größeres Ausmaß als jenes des erprobten Testcontainers ausmachen.

Markus Ellersdorfer hält auch den Einsatz bei mehreren Kläranlagen für realistisch. Würde man drei bis vier Städte mit dem Verfahren ausrüsten und die gesamten Abwässer einer Reinigung unterziehen, dann könnte man aus diesem Verbund jährlich einige 1000 Tonnen einer Ammoniumsulfat-Lösung gewinnen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 30.06.2018)

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