Effiziente Abwassertechnik senkt CO2-Ausstoß und spart Energie

Für die Abwasserbehandlung werden große Mengen an Energie benötigt, was zu einem hohen CO2-Ausstoß führt, wenn Energie aus fossilen Brennstoffen genutzt wird. Das Umweltbundesamt kam bereits 2010 bei einer Studie zu dem Schluss, dass sich mit einer effizienten Abwassertechnik der CO2-Ausstoß um bis zu 40 Prozent senken lässt und Energieeinsparungen möglich sind. In den deutschen Städten und Gemeinden sind Abwasserbehandlungsanlagen für bis zu 20 Prozent des Energieverbrauchs verantwortlich. Abwasserbehandlungsanlagen können mit moderner Umwelttechnik einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. In den letzten Jahren ist die Bedeutung der Nachhaltigkeit in der Abwasserbehandlung stark gestiegen. Die neuen Abwasserbehandlungsanlagen sind effizienter geworden und stoßen weniger Kohlendioxid aus.

Abwasserbehandlungsanlagen als größte Energieverbraucher in Städten und Gemeinden

Abwasserbehandlungsanlagen gehörten im Jahr 2010, als das Umweltbundesamt seine Studie durchführte, zu den größten Energieverbrauchern und lagen damit noch vor Krankenhäusern und Schulen. Das bedeutet, dass die Jahresleistung eines Kohlekraftwerks, das zu dieser Zeit modern war, nur für den Betrieb von Abwasserbehandlungsanlagen benötigt wurde. Durch Abwasserbehandlungsanlagen wurden jährlich ungefähr drei Millionen Tonnen Kohlendioxid ausgestoßen. Dieser Energiebedarf kann gemäß der Studie um mehr als 20 Prozent gesenkt werden.

Abwasseranlagen verbrauchen nicht nur Energie, sondern sie können auch Energie liefern. Laut Studie des Umweltbundesamtes ist es möglich, die Eigenenergieerzeugung von Abwasseranlagen zu verdoppeln oder sogar zu vervierfachen. Das würde jährliche Einsparungen von ungefähr 900 Gigawattstunden Strom bedeuten.

Die Kohlendioxid-Emissionen könnten um ungefähr 600.000 Tonnen verringert werden.

Die Studie des Umweltbundesamtes von 2010 „Steigerung der Energieeffizienz auf kommunalen Kläranlagen“ untersuchte die Wechselwirkungen des Betriebs von Abwasseranlagen und der Energieoptimierung. Sie liefert Ansatzpunkte, wie sich die Energieeffizienz von Abwasseranlagen steigern lässt. Für den effizienten Betrieb von Kläranlagen ist die Energiegewinnung wichtig. Kann das Klärgas besser aufgefangen und verwertet werden, lässt sich die Stromerzeugung der kommunalen Kläranlagen verdoppeln, wie Joachim Flasbarth vom Umweltbundesamt feststellte.

Abwasserbehandlungsanlagen gehörten im Jahr 2010, als das Umweltbundesamt seine Studie durchführte, zu den größten Energieverbrauchern und lagen damit noch vor Krankenhäusern und Schulen | Foto: ©Thomas Leiss #23023056 – stock.adobe.com

Bedeutung von Nachhaltigkeit in der Abwasserbehandlung

Nachhaltigkeit gewinnt in der Abwasserbehandlung immer mehr an Bedeutung, da sich Unternehmen ihrer Verantwortung der Umwelt und den kommenden Generationen gegenüber bewusst sind. Mit einer nachhaltigen Abwasserbehandlung können Unternehmen Kosten sparen, Ressourcen effizienter nutzen und die Umweltauswirkungen minimieren.

Zur nachhaltigen Abwasserbehandlung gehören mehrere Aspekte:

• Vermeidung von Abwasser
• Wiederverwendung von Wasser
• Senkung der Schadstoffemissionen
• Energieeffizienz

Energieeffizienz, verbunden mit einer Reduzierung der CO2-Emissionen, ist durch den Einsatz erneuerbarer Energien und Optimierung der Prozesse möglich. Nachhaltigkeit in der Abwasserbehandlung erfüllt gesetzliche Vorgaben, da sich Unternehmen an Umwelt- und Abfallgesetze halten müssen und mit hohen Strafen belegt werden können, wenn sie diese Vorgaben nicht einhalten. Mit einer nachhaltigen Abwasserbehandlung können Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit verbessern.

Nachhaltigkeit gewinnt in der Abwasserbehandlung immer mehr an Bedeutung, da sich Unternehmen ihrer Verantwortung der Umwelt und den kommenden Generationen gegenüber bewusst sind | Foto: ©reewungjunerr #615560831 – stock.adobe.com

Klimaschädliche Emissionen bei der Abwasserbehandlung

Die Abwasserbehandlung ist ein wichtiges Verfahren in der Europäischen Union, doch ist sie ineffizient, da sie viel Energie verbraucht und durch hohe Emissionen gekennzeichnet ist. In den entwickelten Ländern macht sie ungefähr 3 Prozent des Stromverbrauchs aus.

Der Wirkungsgrad liegt bei vielen Abwasserbehandlungsanlagen in Europa noch bei weniger als 50 Prozent.

Die Abwasserbehandlung ist ein komplexer Prozess, der in mehreren Phasen verläuft. In verschiedenen Phasen gelangen große Mengen schädlicher Gase in die Atmosphäre:

• Stromverbrauch
• Nutzung von Chemikalien
• Entsorgung von Abwasser
• Verwertung von Klärschlamm

Neben Kohlendioxid setzen die Abwasserbehandlungsanlagen auch Lachgas (N20) und Methan frei, die auf lange Sicht noch schädlicher als Kohlendioxid sind. Um die schädlichen Emissionen zu verringern und Energie zu sparen, könnten bestehende Anlagen oder ihre Funktionsweise umgestaltet werden.

Überwachung von Abwasseranlagen und Messung der Emissionen

Ein Schlüssel zu mehr Energieeffizienz und zur Senkung der CO2-Emissionen in der Abwassertechnik kann ein Werkzeug zur Online-Überwachung der Abwasseranlagen sein. Bei der Online-Überwachung von Aufbereitungsanlagen können Gasemissionen präzise vorhergesagt und protokolliert werden. Verschmutzungsquellen und die Ursachen für die Hemmung des Wirkungsgrades können aufgedeckt werden. Ein Gasanalysegerät überwacht die Emissionen und protokolliert die Emissionen online. Das Tool kann bereits die Gegenmaßnahmen einleiten, wenn das erforderlich ist. Das System zeigt gleichzeitig an, welche Aktivitäten zu diesen Problemen geführt haben.

Ein solches Tool kann aus Datenbanken, Onlinemessdaten und einem dynamischen Computermodell bestehen, das die Kohlendioxid-Bilanz bestimmt. Die Ergebnisse des Überwachungssystems werden über eine Nutzerschnittstelle an die Anlagenbetreiber geleitet. Eine Software zur Überwachung der Emissionen ist kostengünstig und arbeitet auf der Basis integrierter Sensornetzwerke.

Ein Schlüssel zu mehr Energieeffizienz und zur Senkung der CO2-Emissionen in der Abwassertechnik kann ein Werkzeug zur Online-Überwachung der Abwasseranlagen sein | Foto: ©APchanel #485818391 – stock.adobe.com

Energieeffizienz als Herausforderung in der Abwassertechnik

Die energieeffiziente Gestaltung der Abwassertechnik ist eine Herausforderung. Es geht darum, die Reinigungswirkung nicht zu beeinträchtigen. Energiekosten stellen einen beträchtlichen Teil der Betriebskosten in der Abwasserreinigung dar. Eine Lösung zur Verbesserung der Energieeffizienz ist die Optimierung von Prozessen und Technologien. Der Energieverbrauch kann durch moderne und energieeffiziente Anlagen reduziert werden. Zur Energieeinsparung trägt auch eine intelligente Steuerung und Überwachung von Prozessen bei. Die Energie wird mit einer solchen Steuerung nur dann eingesetzt, wenn sie benötigt wird.

Ein wichtiger Ansatz zur Senkung der Kohlendioxid-Emissionen ist die Nutzung erneuerbarer Energien.

Strom aus Photovoltaikanlagen ist umweltfreundlich und frei von Kohlendioxid-Emissionen. Der Einsatz von Mikroorganismen kann Abwasser in Biogas umwandeln, das zur Energiegewinnung genutzt wird. Gleichzeitig kann das Abwasser mit Mikroorganismen gereinigt werden.

Neuartige Technologien für Wasserrecycling und Wiederverwertung

Mit Wasserrecycling und Wiederverwertung wird das Abwasser aufbereitet und bei verschiedenen Anwendungen wiederverwendet. Der Bedarf an Frischwasser wird dadurch reduziert, Kosten werden gesenkt. Beim Wasserrecycling wird Abwasser in den Produktionsprozess zurückgeführt.

Unternehmen müssen in neue Technologien investieren, um dieses Verfahren zu implementieren. Eine wichtige Technologie ist die Membranfiltration, bei der Feststoffe und Flüssigkeiten effektiv voneinander getrennt werden. Eine weitere Technologie zur Aufbereitung von Abwasser ist die Reverse-Osmose-Technologie.

Eine weitere Möglichkeit zum Abwasserrecycling ist die Ozonbehandlung. Abwasser wird mit Ozon angereichert, um Keime abzutöten und Schadstoffe zu zerstören. Häufig wird inzwischen auch UV-Licht genutzt, um Abwasser zu desinfizieren.

Mit Wasserrecycling und Wiederverwertung wird das Abwasser aufbereitet und bei verschiedenen Anwendungen wiederverwendet | Foto: ©bilanol #594670361 – stock.adobe.com

Energieeinsparung mit Wärmerückgewinnung und Stromerzeugung

Um die Abwassertechnik energieeffizienter zu gestalten, sind Wärmerückgewinnung und Stromerzeugung aus Abwasser wichtige Methoden. Bei der Abwasserbehandlung entsteht Wärmeenergie, die jedoch zumeist ungenutzt bleibt. Wärmetauscher können diese Wärmeenergie aus dem Abwasser zurückgewinnen, sodass sie zur Erzeugung von Prozesswärme oder zur Beheizung von Gebäuden genutzt werden kann. Daraus ergeben sich erhebliche Energieeinsparungen.

Die Energieeffizienz kann auch gesteigert werden, wenn aus dem Abwasser Strom erzeugt wird.

In Bioreaktoren werden dazu anaerobe Bakterien eingesetzt, die im Abwasser biologisch abbaubares Material abbauen. Das so entstehende Biogas kann für die Stromerzeugung genutzt werden.

Senkung der CO2-Emissionen und Energieeinsparung durch Prozessoptimierung

Die Prozessoptimierung in der Abwassertechnik schont Ressourcen, senkt die Kosten, trägt zu mehr Energieeffizienz bei und reduziert die Kohlendioxid-Emissionen. Abwasseranlagen können optimiert werden, um die Kapazität und die Reinigungsleistung zu erhöhen. Für eine effektive Prozessoptimierung ist die Analyse der Abwasserbehandlungsanlage notwendig. Aktuelle Prozesse und Anlagenkomponenten werden untersucht, um Schwachstellen und Optimierungspotenziale zu ermitteln. Im Ergebnis werden Maßnahmen eingeleitet, um die Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit der Anlage zu erhöhen.

Maßnahmen zur Prozessoptimierung sind:

• Überwachung und Steuerung der Abwasserströme
• Verbesserung der Belüftung
• Optimierung der chemischen Dosierung
• Anpassung der Abwasseraufbereitung an die Anforderungen des jeweiligen Industriezweigs