Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Nach wie vor gelingt es im Hinblick auf die Erreichung des guten Zustands von Grund- und Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern nicht, die Ziele der EG-Wasserrahmenrichtlinie zu erf\u00fcllen. Neben diffusen N\u00e4hrstoffeintr\u00e4gen aus der Landwirtschaft stehen auch im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft bisher nicht (zufriedenstellend) gel\u00f6ste Aufgaben an. Gew\u00e4sserschutzma\u00dfnahmen wie die der Abwasserbehandlung als Dienstleistung der Daseinsvorsorge gilt es au\u00dferdem kosteneffizient und b\u00fcrgerfreundlich bereitzustellen.
\nNachhaltige und effiziente L\u00f6sungsans\u00e4tze in der Wasserwirtschaft finden sich oftmals in der intelligenten Kombination naturnaher Verfahrensans\u00e4tze und technischer Systembausteine. So existieren insbesondere im Bereich der GK1 und GK2 vielf\u00e4ltige Einsatzm\u00f6glichkeiten naturnaher und\/oder stromlos betriebener Systeme, deren Leistungsf\u00e4higkeit und Zuverl\u00e4ssigkeit durch eine intelligente Kombination mit technischen und naturnahen Elementen verbessert werden kann.
\nZiel des Projektes war die Erprobung und Weiterentwicklung eines integrierten L\u00f6sungsansatzes der Abwasserbehandlung im l\u00e4ndlichen Raum zur Verbesserung der Gew\u00e4sserqualit\u00e4t. Zum Einsatz kamen dabei eine innovative Umw\u00e4lz-\/Bel\u00fcftungstechnik und (nat\u00fcrliche) Biofilmaufwuchstr\u00e4ger in Kombination. Die Untersuchungsergebnisse bildeten die Grundlage f\u00fcr die Definition von Auslegungsparametern f\u00fcr verschiedene, f\u00fcr die Einzugsgebiete der beteiligten Zweckverb\u00e4nde charakteristische Anwendungssituationen.
\nBereits bei der Weiterentwicklung des L\u00f6sungsansatzes sollten au\u00dferdem die mit dem gesamten Lebenszyklus der Abwasserbehandlungsinfrastruktur verbundenen Umweltwirkungen Ber\u00fccksichtigung finden. Zu ihrer Bewertung galt es praxisgerechte Methoden und Indikatoren zur Anwendung zu bringen. Dadurch sollte eine deutliche Verbesserung der Nutzen-Kosten-Relation sowie der Energie- und Ressourceneffizienz der Gew\u00e4sserbewirtschaftung erreicht werden. Beispielsweise war mit Einsparungen des Energieverbrauchs im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Bel\u00fcftern von ca. 50 % zu rechnen. Zur Steigerung der Akzeptanz von Ma\u00dfnahmen des Gew\u00e4sserschutzes und zur Verbesserung der Wissensbasis und der Fertigkeiten sollten zus\u00e4tzlich ausgew\u00e4hlte Kommunikations- und Umweltbildungsma\u00dfnahmen initiiert werden. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Untersuchung und zum Nachweis der Eignung des konzeptionellen Ansatzes wurden folgende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgef\u00fchrt: Weiterentwicklung und Erweiterung der theoretischen Grundlagen durch experimentell\/praktische Versuche zun\u00e4chst im Technikum-Ma\u00dfstab im Bypass auf einem Kl\u00e4ranlagenstandort in Th\u00fcringen. Aufbauend auf den weiterentwickelten theoretischen Grundlagen und Versuchsergebnissen wurden Bemessungsans\u00e4tze f\u00fcr die speziellen Rahmenbedingungen und Anlagenbest\u00e4nde der am Projekt beteiligten Abwasserzweckverb\u00e4nde abgeleitet. Ausgew\u00e4hlte, besonders zielversprechende Anlagenkonfigurationen wurden auf Abwasserteichen der beteiligten Abwasserzweckverb\u00e4nde umgesetzt und die erzielbaren Reinigungsleistungen \u00fcberpr\u00fcft und \u00fcberwacht. Au\u00dferdem wurden Betriebsf\u00fchrungs- und Wartungserfahrungen gesammelt und dokumentiert. Zum Einsatz kam auch eine solarbetriebene Bauweise, um die mit dem daraus resultierenden Teilzeitbetrieb erzielbaren Reinigungsleistungen zu untersuchen.
\nZus\u00e4tzlich zur Untersuchung der erzielbaren Reinigungsleistung in Abh\u00e4ngigkeit von Gr\u00f6\u00dfe und Anordnung der (nat\u00fcrlichen) Biofilmaufwuchstr\u00e4ger und Umw\u00e4lz-\/Bel\u00fcftungseinrichtungen wurde die Ausstattung und Entwicklung der Wurzeloberfl\u00e4che als Biofilmaufwuchstr\u00e4ger beobachtet und dokumentiert. Hierzu liegen bisher nur wenige wissenschaftliche Untersuchungen vor. Die Fl\u00e4chenermittlung erfolgte mittels MRT. Weiterhin fanden Untersuchungen zur Durchstr\u00f6mung und Bel\u00fcftungsleistung statt. Die Durchstr\u00f6mung wurde mit umweltvertr\u00e4glichen Tracern sichtbar gemacht. Die Verbesserung der Durchstr\u00f6mung und die Vermeidung von Totzonen in allen Teichen ist ein essentieller Optimierungspunkt f\u00fcr den Erfolg der Anwendung, da die Biofilme an den Wurzeln der schwimmenden Teichinseln eine Anstr\u00f6mung ben\u00f6tigen und Totzonen zur Reduktion der Leistungsf\u00e4higkeit der Teichkl\u00e4ranlagen f\u00fchren.
\n\u00dcber eine \u00d6koeffizienzanalyse und Variantenvergleiche mit alternativen, (naturnahen und technischen) L\u00f6sungsans\u00e4tzen wurden die lebenszyklusweiten Kosten und Umweltwirkungen von Bau und Betrieb verschiedener konzeptioneller Ans\u00e4tze zur Ableitung von Optimierungspotenzialen und zur Entscheidungsunterst\u00fctzung bei der Auswahl von Gestaltungs- und Konzeptalternativen transparent gemacht. Verschiedene Gestaltungs- und Bemessungsans\u00e4tze wurden bez\u00fcglich der \u00fcber den gesamten Lebenszyklus entstehenden Kosten und Umweltwirkungen (z. B. Stromverbrauch, Materialeinsatz und Transport f\u00fcr Wartung und Instandhaltung, Fl\u00e4chenverbrauch sowie Emission klimasch\u00e4dlicher Gase) bewertet.
\nAuf Grundlage der Untersuchungsergebnisse zur Reinigungsleistung sowie der \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Nachhaltigkeit des L\u00f6sungsansatzes wurde das Einsatzpotenzial des Behandlungskonzeptes abgesch\u00e4tzt. Gemeinsam mit den Abwasserzweckverb\u00e4nden wurden weitere Einsatzbereiche z. B. aus dem Bereich der Regenwasserbewirtschaftung diskutiert. So ist diese Kombinationsl\u00f6sung auch f\u00fcr eutrophierte oder von der Eutrophierung gef\u00e4hrdete Gew\u00e4sser als weiterf\u00fchrende L\u00f6sung zur Reduktion der Stickstoffbelastungen anzusehen.
\nDie Durchf\u00fchrung des Projekts wurde von einem Fachbeirat begleitet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Durch den Einsatz des untersuchten Anlagenkonzeptes im Technikum-Ma\u00dfstab und auf bestehenden Abwasserteichen (GK 1) in Th\u00fcringen konnten Verbesserungen und Stabilisierungen der Ablaufwerte besonders hinsichtlich CSB und BSB sowie abfiltrierbare Stoffe nachgewiesen werden. Die Reinigungsleistungen bei den Stickstoffparametern unterschieden sich je nach Anlagenstandort, sind insgesamt aber als gut zu beschreiben, zeitweise wurden sogar die Grenzwerte f\u00fcr GK 3 bis GK 5 (10 mg\/l NH4-N) unterschritten. Au\u00dferdem konnte anhand der Bilanzierung der gemessenen Stickstoffparameter eine simultan ablaufende Denitrifikation anhand der Reduktion des Gesamtstickstoffs im Teich 1 beobachtet werden. Bei ausreichender Sauerstoffversorgung wurden Reinigungsleistungen (NH4-N) \u00fcber 50 % bis maximal 90,9 % nachgewiesen (Standort G\u00fcnterode). Die Reinigungsleistung bzgl. Gesamtstickstoff (Nges) lag bei \u00fcber 50 % und maximal 74,2 % (Standort G\u00fcnterode) bzw. \u00fcber 80 % (Standort Schleiz). Verbreitet niedrige Abwassertemperaturen sowie zeitweise nicht optimale Sauerstoffversorgung durch die solarbetriebenen OLOIDe f\u00fchrte zu stark schwankenden Reinigungsleistungen bzgl. NH4-N und Nges am Standort Witzendorf.
\nSomit kann diese Kombinationsl\u00f6sung eine gute Alternative zum Neubau, aber insbesondere auch f\u00fcr die Umr\u00fcstung bestehender Anlagen darstellen. Der Fl\u00e4chenverbrauch kann gegen\u00fcber konventionell bel\u00fcfteten Teichen verkleinert werden, da sich die Reinigungsleistung durch die erh\u00f6hte Biofilmverf\u00fcgbarkeit verbessert. Der reine Solarbetrieb muss derzeit jedoch noch als nicht empfehlenswert eingestuft werden.
\nAuch die Wirtschaftlichkeit des L\u00f6sungsansatzes konnte im Vergleich zu alternativen Behandlungskonzepten nachgewiesen werden. Dies gilt insbesondere f\u00fcr eine m\u00f6gliche Nachr\u00fcstung bestehender Teiche. Die zus\u00e4tzlichen Anlagenteile (Mehrkosten) k\u00f6nnen nur bei h\u00f6heren Anforderungen (Stickstoffparameter) gerechtfertigt werden, da diese mit konventionellen bel\u00fcfteten TKA nicht zuverl\u00e4ssig eingehalten werden k\u00f6nnen.
\nDer Einsatz von OLOIDen erm\u00f6glicht eine besonders energieeffiziente und damit klimaschonende Abwasserbehandlung. F\u00fcr gr\u00f6\u00dfere Ausbaugr\u00f6\u00dfen (ab ca. 300 EW) ist allerdings, u. a. aus Wirtschaftlichkeitsaspekten, die Zuschaltung anderer Bel\u00fcftungsaggregate notwendig, wodurch die Klimaschutzleistung reduziert wird.
\nAufbauend auf den Untersuchungsergebnissen zu Reinigungs-, Klimaschutzleistung und Wirtschaftlichkeit konnten Bemessungsempfehlungen f\u00fcr verschiedene Ausbaugr\u00f6\u00dfen abgeleitet werden.
\nDie beteiligten Abwasserzweckverb\u00e4nde best\u00e4tigen den anhaltenden Bedarf an leistungsstarken, energie- und kosteneffizienten L\u00f6sungen f\u00fcr den l\u00e4ndlichen Raum, auch vor dem Hintergrund des demografischen Wandels und der M\u00f6glichkeit der Weiternutzung vorhandener Anlagenbest\u00e4nde. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Projektergebnisse werden mit dem zugeh\u00f6rigen Abschlussbericht ver\u00f6ffentlicht, der \u00fcber die Webseiten der DBU und der Projektpartner \u00f6ffentlich zug\u00e4nglich gemacht wird.
\nZur Steigerung der Akzeptanz von Ma\u00dfnahmen des Gew\u00e4sserschutzes und zur Verbesserung der Wissensbasis und der Fertigkeiten sollen zus\u00e4tzlich ausgew\u00e4hlte Kommunikations- und Umweltbildungsma\u00dfnahmen initiiert werden. Mit dem Bildungsverein der Ver- und Entsorgungsunternehmen Th\u00fcringen (BVE) e. V., Weimar wurden Gespr\u00e4che aufgenommen, um die Untersuchungsergebnisse des Projektes und aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse im Themenbereich in die Praxis zu \u00fcberf\u00fchren und zielgruppenad\u00e4quat aufzubereiten. Es wurden M\u00f6glichkeiten zum Aufbau und zur Durchf\u00fchrung von (Weiter-)Bildungsangeboten diskutiert und angesto\u00dfen. Weiterbildungsbedarf wird u. a. im Umgang mit naturnahen L\u00f6sungen, zu methodischen Ans\u00e4tzen der THG-Bilanzierung sowie Landnutzung in der Wasserwirtschaft und Einsatzm\u00f6glichkeiten multikriterieller Bewertungsans\u00e4tze zur Ber\u00fccksichtigung der Multifunktionalit\u00e4t naturnaher L\u00f6sungsans\u00e4tze gesehen.
\nZu den Ergebnissen der \u00d6koeffizienzanalyse ist eine weitere Fachver\u00f6ffentlichung geplant. Sie bilden au\u00dferdem die Grundlage f\u00fcr weitere Arbeiten zur verst\u00e4rkten Ber\u00fccksichtigung von Informationen zu Material-, Umwelt- und Ressourcenschonung in i) der Produktentwicklung sowie ii) bei Planung, Variantenvergleichen und (\u00f6ffentlichen) Ausschreibungen der Abwasserzweckverb\u00e4nde.
\nEin Workshop mit den Projektpartnern zur Vermittlung von Wissen und Methodenkompetenz zur Ber\u00fccksichtigung der entwickelten Informationen, Indikatoren und Kennzahlen, mit dem Ziel umweltrelevante bzw. nachhaltigkeitsbezogene Aspekte st\u00e4rker in Produktentwicklung und Planungen von KMU sowie bei (\u00f6ffentlichen) Ausschreibungen zur Anwendung zu bringen (integrierter \u00d6kodesign-Ansatz) stellt eine weitere der geplanten Kommunikations- und Umweltbildungsma\u00dfnahmen bzw. des Knowhow-Transfers dar.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der untersuchte L\u00f6sungsansatz erm\u00f6glicht bei erh\u00f6hten Reinigungsanforderungen eine kosteneffiziente, klima- und ressourcenschonende Abwasserbehandlung. Er eignet sich insbesondere f\u00fcr kleinere Anlagen (GK 1 bis 2) sowie bei vorhandener Mischwasserkanalisation. Nicht zuletzt bei anstehenden Sanierungen vorhandener Abwasserteiche, sollte eine Ert\u00fcchtigung anstatt Neubau gepr\u00fcft werden.
\nZus\u00e4tzliche Optimierungspotenziale sowie weiterer Forschungsbedarf bestehen u. a. in der weiteren Qualifizierung der Gestaltung geeigneter Pflanzschemata, mehr Erfahrungen zum Pflegeaufwand und -bedarf der Teichmatten sowie zum Einfluss auf den Schlammanfall und daraus ggf. resultierende Mehrkosten. Auch sollte auf eine Verringerung des Schlammanfalls in den Teichen durch R\u00fcckhalt von Schl\u00e4mmen und Feststoffen in den Teichen vorgeschalteten Vorkl\u00e4rstufen hingewirkt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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