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Bio-elektrochemische Denitrifikation

Bio-elektrochemische Denitrifikation
Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Stephan Fuchs
Dr.-Ing. Andreas Blank

Starttermin:

05/2010

Endtermin:

04/2013

Kurzbeschreibung

Ein in der Abwassertechnik bisher nicht zufriedenstellend gelöstes Problem ist die Denitrifikation für Verfahren mit sessilen Biofilmen. Aus diesem Grund werden gegenwärtig überwiegend neue Anlagen nach dem Belebtschlammverfahren gebaut, obwohl Verfahren wie Tropfkörper (TK) oder Scheibentauchkörper (STK) nur ca. 30 % der Energie des Belebtschlammverfahrens benötigen.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll ein Verfahren zur Denitrifikation für Kläranlagen mit sessiler Biomasse (STK) entwickelt werden, mit dem - im Vergleich zum Belebtschlammverfahren - vergleichbare Denitrifikationsleistungen erreicht werden können, ohne Erhöhung der Energie- und Betriebskosten. Weitere Vorteile des Verfahrens sind die Einhaltung einer konstant hohen Reinigungsleistung bei einfacher Steuerung und Handhabung.
Hierfür sollen Erkenntnisse aus dem Forschungsbereich bio-elektrochemischer Systeme (BES) - als bekanntester Forschungsschwerpunkt gilt hier die mikrobielle Brennstoffzelle (englisch: microbiological fuel cell = MFC) - auf die Abwasserreinigung übertragen werden.
Der Forschungsschwerpunkt im Bereich der mikrobiellen Brennstoffzelle liegt in der Optimierung der Energieausbeute. Ein positiver Nebeneffekt dieser Energiegewinnung ist eine autotrophe Denitrifikation an der Kathode der Brennstoffzelle ohne Zugabe einer externen C-Quelle unter aeroben Bedingungen bei gleichzeitiger Oxidation von organischem Kohlenstoff an der Anode.
Dieser „positive Nebeneffekt“, wonach Nitratstickstoff ohne zusätzliche Kohlenstoffquelle zu elementarem Stickstoff reduziert werden kann, steht im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts.
Hierbei wird das Verfahren der MFC modifiziert und auf die Abwasserreinigung übertragen. Die Neuerung des Verfahrens (Bio-elektrochemische Denitrifikation (BED)) liegt in der konsequenten räumlichen Trennung von kathodischem und anodischem Halbelement, wobei ein aerober Bioreaktor zur (Rest-) C-Elimination und Nitrifikation zwischen geschaltet ist. Durch den unmittelbaren Protonentransport im zu reinigenden Substrat kann auf die Verwendung einer teuren und wartungsintensiven Membran verzichtet werden. Als aerobe Stufe können alle bekannten Biofilmverfahren wie beispielsweise Tropfkörper oder Scheibentauchkörper eingesetzt werden.