ReWaMem
Laufzeit: 01.03.2022-31.12.2022
Förderkennzeichen: 005_2112-0001_0207
Ausgangssituation:
Um die Reduzierung der Methanemissionen (im Falle von Gülle) und CO2-Emissionen zu erreichen, sollen verschiedene landwirtschaftliche und industrielle Abfälle wie Papierreste, Klärschlamm, Gülle usw., als Rohstoff für die Biogaserzeugung durch Vergärung genutzt werden. Bei der Biogaserzeugung entstehen neben Biogas auch Gärsubstrate. Eine durchschnittliche Biogasanlage (Vergleichsbeispiel 500 kW el. NaWaRo) produziert mehr als 10.000 t/a Gärsubstrate. Das Gärsubstrat nach der anaeroben Vergärung ist noch nährstoffreich und enthält bis zu 90 % Wasser. Eine Ausbringung der Gärsubstrate aus Biogasanlagen (betrieben mit Gülle oder NaWaRos) auf die Felder zur Pflanzendüngung ist jedoch grundsätzlich aufgrund der möglichen Belastung mit Schadstoffen in diesem Fall begrenzt. Für die Ausbringung des unvorbehandelten Gärsubstraten einer durchschnittlich großen Biogasanlage ist aufgrund der Düngemittelverordnung 2020 (max. 170 kg N ha-1 Jahr-1) eine Fläche von ca. 412 ha notwendig. Das übersteigt die Größe eines durchschnittlichen landwirtschaftlichen Betriebes. Um das Gärprodukt auf eine kleinere Fläche aufbringen zu können und den Wasserkreislauf weiter zu schließen, muss die Nährstoffe wie Stickstoff (N) und Phosphor (P) aus Gärsubstrate rückgewonnen oder eliminiert werden. Dazu soll ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser aus Gärprodukten entwickelt werden. Ein umweltfreundliches, ressourcenschonendes und ökonomisches Gärsubstratentsorgung-/Management ist daher aktuell eine Herausforderung.
Das Projekt:
Mit der Membranfiltration-Technologie ist es möglich, die Schadstoffe wie N, P usw., aus dem Wasserteil von Gärprodukten von Bioabfällen zu eliminieren und das gereinigte Wasser zur Wiederverwendung in verschiedenen Einsatzbereichen zu gewinnen. Die Wasseraufbereitung mit Membranen ist ein Verfahren, das unerwünschte Bestandteile wie Nährstoffe, Metallionen usw. aus dem (Ab-)Wasser entfernt. Durch einen Druckunterschied werden die Bestandteile, die kleiner als die Membranporen sind, als "Permeat" durch die Membran gedrückt. Die übrigen Bestandteile werden als "Retentat" zurückgehalten. Das Permeat ist das aufbereitete Wasser zur Wiederverwendung und das Retentat ist das konzentrierte Medium. Das Retentat kann zur Wiederverwendung, z. B. als Düngemittel, bis zu einem gewünschten Grad aufkonzentriert werden.
Da jedes Gärprodukt sich in der Zusammensetzung unterscheidet, muss zunächst ermittelt werden, welche Vorbehandlungsmethoden für den jeweiligen Prozess eine langfristige Prozessstabilität und einen möglichst geringen Reinigungsaufwand für das Membranmodul ermöglichen. Darüber hinaus ist zu klären, ob einzelne oder kombinierte Membranen zur Wasseraufbereitung notwendig sind und welche Wasserqualität erreichbar ist. Die Qualität ist für eine Wiederverwendung des Wassers entscheidend.
Ziele:
Ziel dieses Projektes ist der Aufbau und die Etablierung einer Labor-Membranfiltration, um Wasser aus Gärprodukten nach vorheriger Separation aufzubereiten und dem Wasserkreislauf zuführen zu können. Dazu sollen zunächst die Qualitätsanforderungen der jeweiligen Einsatzbereiche definiert und die notwendigen Analysemethoden ggf. im Labor aufgebaut. Im Projekt wird die Eignung verschiedener Fest-Flüssig Separationsverfahren mit unterschiedlichen Gärprodukten für den langfristigen Einsatz von Membranen im Projekt überprüft. Die Flüssigphasen von verschiedenen industriellen Gärprodukten werden in Batch-Tests mit der Labor-Membranfiltrationsanlage unter Einsatz von Ultra- und Nanofiltration sowie die Umkehrosmose aufgereinigt. Dazu sollen verschiedene Membrantechniken einzeln und in Kombinationen mit verschiedenen industriellen Gärsubstraten untersucht. Im Anschluss werden die aufgereinigten Proben mit den definierten Kriterien chemisch analysiert und die Wasserqualität bestimmt, um das Wasser in den jeweiligen Einsatzbereichen wie für die Bewässerung, im Industrieprozess wiederzuverwenden. So werden für die Ressource Wasser ein Kreislauf geschlossen und das gesamte Verfahren der Biogasproduktion aus Reststoffen für die Industrie praktikabel und rentabel.