Clean water coming from an old pipeline

Wassertechnologien

Management und Aufbereitung von Prozesswasser und Abwasser für Industrie und Kommunen

Das Innovationsfeld Wassertechnologien und Wertstoffrückgewinnung entwickelt in diesem Themenfeld Konzepte, Verfahren und Technologien, um Wasser zu reinigen und wo möglich Wertstoffe aus dem Wasser zurückzugewinnen.  

Für das Wassermanagement entwickeln wir umfassende Systemkonzepte für das Energie-, Abfall- und Wassermanagement in Industrie und Kommunen, z. B. im Rahmen des Morgenstadt City Lab. Ein Schwerpunkt liegt auf der internationalen Zusammenarbeit, um Lösungen für Schwellenländer (z. B. Südafrika, Indien, Brasilien) zu entwickeln und anzupassen.

Für die Wasseraufarbeitung entwickeln und optimieren wir biologische, elektrooxidative und -reduktive Verfahren und testen die Reinigung Ihres Abwassers mit unserer flexiblen AOP-Anlage in unserem Technikum.

Ein Schwerpunkt liegt auch auf Methoden zur Entsalzung von Prozesswasser und Abwasser.

Die Prozessauslegung erfolgt immer auf Basis der mikrobiologischen bzw. verfahrenstechnischen Grundlagen und reicht von der Planung, Inbetriebnahme und Optimierung von Labor- und Technikumsanlagen bis hin zu Planung, Bau, Inbetriebnahme und Optimierung innovativer Demonstrationsanlagen in Kooperation mit unseren Industriepartnern.

Konzepte und Technologien

 

Wassermanagement und Digitalisierung

  • Konzepte für semizentrale Wasser-Infrastrukturen
  • Morgenstadt City Lab
  • Wasserwiederverwendung
 

Biologische Abwasserreinigung

  • Optimierung kommunaler und industrieller Kläranlagen
  • Spezifische Reaktorkonzepte
  • Nutzung von Abwasserinhaltsstoffen
 

Entsalzung

  • Wasseraufbereitung durch Rückgewinnung von Prozesshilfsstoffen
  • Elektrodialyse, Kapazitive Deionisierung, Free-Flow-Elektrophorese, Elektro-Membranfiltration

 

 

Advanced Oxidation Processes (AOP)

  • Prozesse zur Entfernung persistenter Stoffe
  • Oxidativer Abbau von Spurenstoffen
  • Anwendungstests in Pilotanlagen
 

Photolyse

  • Abbau von Kontaminationen mit UV-Licht
  • Entwicklung von Lichtquellen, Reaktoren und Prozessen
 

Elektrophysikalische Fällung

  • Abtrennung schwer zu fällender Stoffe
  • Ersatz von Chemikalien als Fällungsmittel
  • Emulsionsspaltung
 

Elektrooxidation und -reduktion

  • Abbau durch anodische Oxidation und/oder kathodische Reduktion
  • Oxidation auch über Radikale
 

Kühlschmierstoffe für Nasszerspanung faserverstärkter Kunststoffe

  • Reduktion von Werkzeugverschleiß
  • Verbesserung des Arbeitsschutzes

Vorteile und Anwendungen der jeweiligen Konzepte und Technologien

Wassermanagement: Für optimierte Wassernutzung, Wasser-Wiederverwendung und Integration mit Energiemanagement

Intelligente Konzepte zur Reinigung und zur Verteilung von Wasser sind mehr denn je gefragt. Um die Versorgung der verschiedenen Sektoren, in denen wir Wasser benötigen (privater Sektor, Landwirtschaft, Industrie), auch in Zeiten einer durch den Klimawandel verschärften Wasserknappheit sicherzustellen, setzt das Fraunhofer IGB auf ein semi-zentrales Wasser- und Abwassermanagement, das im Sinne des Nexus-Ansatzes mit einem entsprechenden Energie- und Nährstoffmanagement verknüpft ist. Dabei berücksichtigen wir auch geographische und klimatische Gegebenheiten, etwa jahreszeitlich bedingten Wassermangel in ariden und semi-ariden Gebieten.

Integrativer Ansatz und Vorteile:

  • Kostengünstige Lösungen des Wassermanagements
  • Semi-zentrale Aufbereitung von Abwasserströmen
  • Resilienz durch Kopplung mit Abfallwirtschaftskonzepten,  Energieversorgung aus regenerierbaren Quellen und zukunftsweisender Gebäudetechnik 
  • Digitalisierung mithilfe intelligenter Sensornetzwerke
  • Prozess- und Abwasser als Quelle für Rohstoffe und Energie
    • Abbau der organischen Substanz durch biologische Verfahren
    • Stoffliche und energetische Nutzung organischer Fracht
    • Rückgewinnung von Nährstoffen
Anwendungen
Die Wassermanagement-Konzepte entwickeln wir gleichermaßen für ländliche Regionen oder urbane Gebiete (Neubaugebiete, Stadtteile mit Sanierungsbedarf) sowie für Freizeitressorts, Touristikzentren und Hotelkomplexe. Das System kommt vor allem überall dort zum Tragen, wo noch keine Wasserinfrastruktur mit Kanalisationsnetz und Zentralkläranlage vorhanden ist. Oder dort, wo die Altinfrastruktur an neue Herausforderungen, die sich durch Klimawandel oder Wegzug der Bevölkerung ergeben, nicht mehr angepasst werden kann.
 

 

Möglichkeiten oxidativer und elektrolytischer Verfahren: Eliminierung von Spurenschadstoffen, Fällung und Entsalzung

Die Aufbereitung von Roh- und Prozesswasser steht vor neuen Herausforderungen. Die Verschmutzungen der Vergangenheit wirken sich heute auf die natürlichen Wasserquellen, Oberflächengewässer und Grundwasser, aus. Prozesswässer, die nur ungenügend aufbereitet in Gewässer eingeleitet werden, führen zu langfristigen Schäden, denen dann später mit großem Aufwand begegnet werden muss. Die Anreicherung von Pflanzenschutzmitteln und Pharmazeutika in Flüssen, Seen und Grundwasser ist hierfür ein Beispiel.

Mit oxidativen und elektrolytischen Verfahren ist es möglich, auch schwer abbaubare, gelöste Kontaminationen oder Schadstoffe entweder direkt zu oxidieren oder über Hydroxid-Flocken zu fällen. Mit neuen am IGB entwickelten Technologien entstehen nur durch die Behandlung mit Strom (Elektrolyse) oder durch energiereiche UV-Strahlung (Photolyse) reaktive Hydroxylradikale, welche die organischen Moleküle zu abbaubaren Verbindungen bzw. vollständig zu Kohlenstoffdioxid oxidieren – ohne Zugabe von Chemikalien. Hierfür stehen mehrere Versuchsaufbauten für kontinuierliche und diskontinuierliche Versuche sowie mobile Anlagen für Untersuchungen vor Ort zur Verfügung.   

Generell bringen diese Verfahren einzeln und in Kombination folgende Vorteile:

  • Vollständige Mineralisierung möglich
  • Keine Aufsalzung – Kreislaufführung möglich
  • Keine Desinfektionsnebenprodukte – insbesondere keine halogenierten Verbindungen
  • Keine oder geringe Schlammbildung
  • Hygienisch einwandfreies Ablaufwasser
  • Robuster Prozess – Einleitungskriterien dauerhaft sicher erreichbar
  • Schnelle Verfügbarkeit – Standby-Betrieb möglich
  • Geeignet für schwankende Abwassermenge und Schadstofffracht
  • Personaleinsparung und erhöhte Sicherheit

Anwendungen

Derzeit stehen industrienahe Untersuchungen mit Deponiesickerwasser und Textilabwasser im Fokus. Ziel ist hier, die Einleitungskriterien der kommunalen Kläranlagen kostenoptimiert zu erreichen. In weiteren laufenden Projekten entwickeln wir ferner neue technische Lösungen der UV-Behandlung und der anodischen Oxidation gemeinsam mit unseren Industriepartnern zur Marktreife.

Unser Angebot: Von der Prozessentwicklung bis zur Prozessintegration

Prozessentwicklung

Im Fokus unserer Forschung und Entwicklung zur Reinigung industrieller Prozess- und Abwässer stehen innovative Technologien. Wir entwickeln daher prozesstechnisch energieoptimierte Verfahren, erarbeiten Lösungen für die Nutzung von erneuerbaren Energien oder Abwärme und berücksichtigen bei der Implementierung, dass sich Anlagen in Abhängigkeit von der Auslastung des Stromnetzes steuern lassen. Aus diesen Faktoren resultiert direkt auch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Prozesse, sodass mit unserem Ansatz ökologische und ökonomische Anforderungen gleichermaßen erfüllt werden.

Prozessoptimierung

In vielen Fällen können die derzeit etablierten Verfahren und Systeme die Aufgaben ohne Anpassung und Unterstützung durch neuartige, selektive Systeme nicht leisten. Das Fraunhofer IGB hat diese Notwendigkeit erkannt und arbeitet an der Weiterentwicklung bestehender Prozesse wie Adsorption, Filtration, Flockung/Fällung, Elektrodialyse, Homogenisierung und Desinfektion sowie an neuen Prozessansätzen und Komponenten. Neue Konzepte und Technologien werden am Fraunhofer IGB zusammen mit Industriepartnern bis zum industriellen Maßstab entwickelt. Wasseraufbereitung und Kreislaufführung von Prozesswasser können so wirtschaftlich und nachhaltig gestaltet werden.

Systemintegration

Der selektiven, werterhaltenden Abtrennung von Inhaltsstoffen aus Abwasser kommte eine steigende Bedeutung zu. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung typischer industrieller Prozesswässer ist eine solche Stofftrennung in einem Schritt üblicherweise nicht möglich. Durch die Kombination und Integration verschiedener Verfahren erarbeiten wir effiziente, aufeinander abgestimmte Lösungen, die in Bezug auf Selektivität und Energieeffizienz in ihrer Gesamtwirkung als Prozesskette optimiert sind.