Wassermanagement und Digitalisierung

Das in verschiedenen Demonstrationsprojekten realisierte Wassermanagementkonzept eignet sich besonders auch für den Export in Wassermangelgebiete, weil es speziell auf die Bedürfnisse arider und semi-arider Regionen angepasst werden kann.

Wasser und Kosten sparen

Industrienationen gehen in der Regel verschwenderisch mit Trinkwasser um. Mit entsprechenden Vorrichtungen wie Wasserspararmaturen oder -toiletten kann in jedem Haushalt Wasser gespart werden. Vakuum- oder Drucksysteme sind gangbare Alternativen zur herkömmlichen Schwemmkanalisation. Wasserspültoiletten können durch Vakuumtoiletten ersetzt werden, wie sie in Flugzeugen, Schiffen und Zügen oder in Haushalten einiger skandinavischer Länder bereits üblich sind.

Wir konzipieren für Sie passende Systeme.

Regenwassernutzung

In zahlreichen Fällen, beispielsweise bei der Gartenbewässerung und der Toilettenspülung, muss das verwendete Wasser keine Trinkwasserqualität aufweisen. Besonders in wasserarmen Regionen lohnt es sich daher, Regenwasser und aufbereitetes Waschwasser für den Eigenbedarf zu nutzen.

Das Fraunhofer IGB hat entsprechende Technologien entwickelt, um Regenwasser zur Verwendung im Haushalt aufzubereiten. Wir passen diese Technologien auf Ihre Bedarfe an.

Anaerobe Abwasseraufbereitung

Eine attraktive Alternative zur heute üblichen aeroben Abwasserreinigung, speziell für dezentrale oder semizentrale Wasserinfrastruktursysteme, bietet die anaerobe Biotechnologie, mit der organische Kohlenstoffverbindungen zu Biogas, einem Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Methan, umgewandelt werden. Biogas kann als regenerativer Energieträger in Blockheizkraftwerken zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Alternativ wird Biogas in das bestehende Erdgasnetz eingespeist. Zudem kann Biomethan, analog zu Erdgas, zur Verwendung als Kraftstoff für Fahrzeuge aufgereinigt werden.

Im Gegensatz zum herkömmlichen aeroben Belebtschlammverfahren verbleiben bei der anaeroben Abwasserreinigung in geschlossenen Bioreaktoren die Stickstoff- und Phosphorverbindungen im gereinigten Wasser und in den zurückbleibenden Feststoffen. Mikroorganismen werden durch Mikrofiltration mit Rotationsscheibenfiltern entfernt. Die Behandlung liefert Wasser, das hygienisch unbedenklich ist und sich zur Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen eignet. So wird nicht nur sauberes Wasser, sondern auch Dünger gespart. Alternativ ist es möglich, die Nährstoffe als Dünger aus dem gereinigten Wasser zurückzugewinnen. In diesem Fall kann das Wasser direkt in ein Gewässer eingeleitet oder wiederverwendet werden.

Wir untersuchen die Gegebenheiten für neue Projekte, auch in Stakeholder-Dialogen vor Ort, und entwickeln mit allen beteiligten Parteien die bestmögliche Lösung.

Je nachdem, in welcher Anwendung das aufbereitete Abwasser eingesetzt werden soll, kommen unterschiedliche Behandlungsstrategien in Frage.  So macht es einen Unterschied, ob das Abwasser nach der Reinigung in Oberflächengewässer eingeleitet werden soll,  ob man damit Felder düngend bewässern will oder ob man, wie im Projekt Hypowave untersucht, gereinigtes Abwasser für den wassersparenden hydroponischen Anbau nutzen will.

Intelligente Steuerung der einzelnen Systemelemente  

Intelligente Steuerungssysteme können helfen, die für eine Zielanwendung optimale Reinigungsstufe auch bei komplexen und variierenden Anforderungen technisch umzusetzen. 

Dies haben wir im Projekt Hypowave für die landwirtschaftliche Wasserwiederverwendung bereits demonstriert. In diesem Projekt mussten folgende Zielstellungen erreicht werden:

• Ausreichend hohe Nährstoffkonzentration im behandelten Abwasser, um die Nährstoffversorgung der Pflanzen sicherzustellen
• Erfüllung der behördlichen Auflagen für die Nährstoffelimination im Zuge der Abwasserreinigung
• Vermeidung von Risiken (z. B. pathogene Keime) aufgrund betrieblicher Störungen der Wasseraufbereitungsprozesse

Selbstlernende neuronale Netze

Hierzu haben wir künstliche neuronale Netze etabliert, die aus zahlreichen Prozessoren bestehen und als selbstlernende Elemente Verknüpfungen in unserem Gehirn imitieren. Auf der Grundlage von Messdaten können sie das Gesamtsystem optimieren und die Steuergrößen der Abwasseraufbereitungsanlagen automatisch anpassen.

Sensoren als Kernkomponenten von neuronalen Netzen

Die physische Infrastruktur muss folgende Schritte befähigen:

• Datenerfassung
• Datenkommunikation
• Rückkopplung

Die Grundlage dafür bilden Sensoren für die Überwachung kritischer Wasserqualitätsparameter an verschiedenen Stellen des Gesamtsystems. Diese liefern hochaufgelöste Daten an einen Server, der als Schnittstelle zwischen der Datenaufnahme und -verarbeitung fungiert. Die konzeptionierte selbstlernende Steuerung optimiert so anhand neuronaler Netze die jeweiligen Prozesse zur Abwasseraufbereitung und zur nachgelagerten Nutzung des Wassers (z. B. Pflanzenproduktion).