SCHOTT solutions Nr. 1/2016 > Wasserrecycling

Wasserrecycling
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Klar wie Wasser


Ein biologisches, algenbasiertes Verfahren des US-Unternehmens Clearas ermöglicht es, Wasser zur Wieder-verwertung zu reinigen und zugleich wertvolle Biomasse als Nebenprodukt zu gewinnen. Photobioreaktoren mit Glasröhren stellten in einer Testanlage ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis.


Christine Fuhr

Der Blick aus dem All zeigt, weshalb unsere Erde der „blaue Planet” genannt wird: 29 Prozent der Erdoberfläche werden von Landflächen eingenommen, den größeren Teil (71  Prozent) nehmen die Weltmeere ein. Sie verfügen über mehr als 97 Prozent des gesamten Wassers. Von den 2,5 Prozent des nicht-salzigen Wassers liegen über 70 Prozent in gefrorener Form vor. Alle Lebewesen, außer den Meeresbewohnern, teilen sich so die verbleibenden 0,75 Prozent der Wasser-Gesamtmenge. Mit zunehmender Weltbevölkerung von derzeit fast 7,3 Milliarden auf geschätzte neun Milliarden im Jahr 2050 muss die Weltwassermenge unter immer mehr Menschen geteilt werden. Parallel hat sich der Anteil des entnommenen Wassers für Landwirtschaft und den Anbau von Nahrungsmitteln in den letzten Jahrzehnten auf 70 Prozent verdreifacht. Und auch die Industrie braucht Wasser, etwa 22 Prozent. Die verbleibenden acht Prozent der Weltwasserentnahme entfallen auf die Haushalte.
Wasserrecycling
Foto: Clearas

Globale Notwendigkeit für sauberes Wasser


Vor dem Hintergrund immer geringerer Verfügbarkeit von frischem, sauberem Wasser müssen laut UN-Weltwasserbericht 2015 die ­Wassereffizienz gesteigert sowie Wasserverunreinigungen durch strengere Regulierungen reduziert werden. In der „Vision für 2050: Wasser für eine nachhaltige Welt” wird zugleich darauf verwiesen, dass „Abwasser als Ressource betrachtet (wird), welche Energie, Nährstoffe und Süßwasser zur Wiederverwendung bereitstellt”.

Ein Unternehmen, das genau dies mit großem Engagement forciert, ist Clearas Water Recovery in Missoula (Montana, USA). Seit 2011 bietet das Clearas-Team mit seiner patentierten „Advanced Biological Nutrient Recovery” (ABNR™)-Lösung innovative biologische Abwasserreinigungs-Technologie für industrielle, kommunale und landwirtschaftliche Kunden. Eine besondere Herausforderung in Abwässern dieser Verbraucher sind Stoffe wie Stickstoff und Phosphor. Weitere Vorteile für Anwender: Das System ist modular und lässt sich bei Bedarf als Nachrüstsystem auch an eine bereits bestehende Wasserbehandlungs-Infrastruktur anschließen.
Wasserrecycling
Foto: Clearas
„Unser Ansatz ist, eine nachhaltige, zukunftsweisende Wertstoffrückgewinnung zu erzielen. Dabei sind Algen kein reines Produkt, sondern werden als Prozess betrachtet”, so Rick Johnson, Vice President von Clearas und verantwortlich für die Marktentwicklung. Das Prinzip: Die ABNR™-Technologie gewinnt in einem speziellen Durchflussverfahren mit Hilfe von Algen und weiteren biologischen Organismen zuverlässig überschüssige Nährstoffe und andere Verunreinigungen aus industriellen, kommunalen und landwirtschaftlichen Abwässern zurück. In einer ersten Phase wird kontaminiertes Abwasser und Kohlendioxid (CO2) in einem Mischbehälter mit einer Zusammensetzung aus Algen und anderen vorhandenen biologischen Organismen vermischt, um die Nährstoff-Rückgewinnung zu initiieren. Das biodiverse Gemisch gelangt dann – in einer zweiten Phase – zur Reinigung in einen geschlossenen Photobioreaktor, der aus übereinanderliegenden, horizontal angeordneten Glasröhren besteht. Die Gewächshausstruktur sowie Lichtquellen sorgen für eine optimale biologische Aktivität und Photosynthese. „Und das rund um die Uhr, 24/7”, so Johnson.
Wasserrecycling
Foto: Clearas


„Unser Ansatz ist, eine nachhaltige, zukunftsweisende Wertstoffrückgewinnung
zu erzielen. Dabei sind Algen kein reines Produkt, sondern werden
als Prozess betrachtet.”

Rick Johnson, Vice President of Clearas

 
Im Inneren bauen Algen Stickstoff und in Symbiose mit Bak­terien Phosphate, Kohlendioxid und unerwünschte Schadstoffe ­kontinuierlich biologisch ab. Bei diesem Prozess werden Schadstoffe von den Algen aufgenommen und in Biomasse umgewandelt, ohne dass neue Schadstoffe generiert werden. In einer dritten, sogenannten Separierungsphase trennen moderne Mikrofilter das Gemisch in zwei Ströme: in gereinigtes, klares Wasser, das problemlos in Flüsse, Seen und Bäche eingeleitet oder im Anlagenbetrieb wiederverwendet werden kann, und in einen Rückführ- bzw. Recycle-Strom.
Letzterer führt Algen und andere Mikroorganismen wieder in den Mischbehälter, von wo aus sie erneut den Prozess durchlaufen. Weiteres Plus: Überschüssige Algen werden entnommen und dienen als wertvolle Biomasse. Johnson: „Clearas sucht aktiv nach Anwendungen für die produzierte Biomasse. Eine Idee ist beispielsweise, diese zur Herstellung von speziellen Algenkunststoffen zu verwenden.”
Kevin McGraw
Kevin McGraw, Operations Manager & Co-Founder, erläutert die patentierte Advanced Biological Nutrient Recovery (ABNR™)-Lösung. Bei der innovativen algenbasierten Abwasserreinigungs-Technologie kommen auch Glasrohre von SCHOTT erfolgreich zum Einsatz. Foto: Clearas

Glasröhren im Testbetrieb


Der Technologiekonzern SCHOTT ist mit Produkten und umfassender Expertise bei Photobioreaktoren wichtiger Partner der Algenindustrie (s. solutions 1-2014: Turbo für Algen) „Unsere Glasröhren eignen sich auch perfekt für den Einsatz in der algenbasierten Abwasserreinigung”, erklärt Dr. Nikolaus Schultz, Produktmanager für Photobioreaktoren bei SCHOTT. Unter Beweis gestellt werden konnte dies in einer Testanlage von Clearas in einer Papierfabrik in Spokane, Washington (USA). Der Spezialglashersteller lieferte 531 Röhren und 381 Bögen aus hochwertigem DURAN® Borosilicatglas sowie 675 Verbinder. „Wir sind sehr zufrieden mit der Performance”, sagt Vice President Rick Johnson. „Der Werkstoff Glas erfüllt bestens die hohen Anforderungen an unsere geschlossenen Photobioreaktoren.” Gegenüber Kunststoff habe Glas vielfältige Vorteile, erläutert Experte Dr. Schultz: „Unsere Spezialglasröhren sind chemisch hochbeständig und alterungsbeständig, mechanisch sehr stabil und, in Kombination mit Glasbögen und Rohrverbindungen, ebenso sehr druckbeständig.”

Die Bilanz ist beeindruckend: Mit dem neuen Verfahren kann Phosphor um den Faktor 10 und Stickstoff um den Faktor 3 gegenüber herkömmlichen Technologien reduziert werden. Das gereinigte Wasser liegt unterhalb der Nachweisgrenzen von schädlichen Stoffen, kann sicher eingeleitet oder als Recyclingwasser verwendet werden. Seit 2015 wurden 45 Millionen Liter (12 Mio. Gallonen) Abwasser mit dem ABNR™-System behandelt. Die Ziele von Clearas sind auch in Zukunft hochgesteckt. CEO Jordan Lind: „Wir stellen Bestehendes infrage, stellen uns neuen Herausforderungen und wollen Erwartungen übertreffen.” Und vielleicht zählt dazu ja auch, die Technik der Abwasserreinigung per Algen sogar so weit zu entwickeln, um künftig Trinkwasserqualität zu erreichen. <