Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Kombination auf Nanotechnologie basierender Sanitärtechnik und Schwarzwasserrecycling

Vortrag gehalten auf der Fachtaguang "nANO meets... water and energy", Nanotechnologie in der Wasser-, Abwasser- und Energietechnik ; Innovationen auf den Gebieten Materialien, Anwendungen und Analytik ; Fachtagung ; 26. November 2009, Rheinisches Industriemuseum, Oberhausen
Black water recycling and nanotechnology combined
 
: Knerr, H.; Agne, T.; Büttgen, S.; Engelhart, M.; Keuter, V.; Rechenburg, A.

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-1191126 (892 KByte PDF)
MD5 Fingerprint: 1642634c4bfc820cdfba642fef298281
Erstellt am: 14.4.2010


2009, 20 Folien
Fachtagung "nANO Meets... Water and Energy" <2009, Oberhausen>
Englisch
Vortrag, Elektronische Publikation
Fraunhofer UMSICHT Oberhausen ()
wastewater treatment; pollutant degradation; coating; biocide; nanotechnology; Abwasserbehandlung; Schadstoffabbau; Beschichtung; Biozid; Nanotechnologie

Abstract
Weltweit muss mit zunehmend deutlicher Trinkwasserverknappung gerechnet werden. Aus diesem Grund wird seit einigen Jahren an sogenannten "Neuartigen Sanitärsystemen" (NASS) gearbeitet, die sich am Grundgedanken des Recyclingmanagements orientieren. Wesentlicher Grundsatz dieser Sanitärsysteme ist, das häusliche Abwasser entsprechend seiner Zusammensetzung bereits am Anfallort zu trennen, sodass die Teilströme einer adäquaten Aufbereitung zugeführt und Abwasserinhaltsstoffe, wie z.B. die Nährstoffe Stickstoff, Phosphor oder kalium, vor allem aber das (Ab-)Wasser selbst wieder verwendet werden können. Unter diesem Aspekt wurden in dem vom BMBF geförderten Verbundprojekt mit Namen KOMPLETT (2005-2009) die Abwasserströme Grau- und Schwarzwasser auf Basis der derzeit best-verfügbaren Technik aufbereitet und in verschiedenen Maßstäben untersucht. Neben einer biologischen Behandlung des Wassers mittels Membran-Bio-Reaktoren (MBR) waren Verfahrensstufen zur weitergehenden chemisch-physikalischen Wasseraufbereitung (Ozonierung, Aktivkohlefiltration) sowie zur Desinfektion (UV-Betrahlung, Chlorierung) in den Aufbereitungsprozess integriert. Im Grauwasserprozess wurden durch die gewählte Verfahrenstechnik Schwermetalle organische Verbindungen, Nährstoffe, Bakterien und Viren bis zur Trinkwasserqualität entfernt. Das Schwarzwasser wurde soweit aufbereitet, dass die Wiederverwendung als Toilettenspülwasser nach internationalen Standards ermöglicht wurde. Dabei wurden bspw. hygienisch-mikrobiologisch relevante Organismen in der Schwarzwasseraufbereitung sicher eliminiert. E. coli und Fäkalstreptokokken waren nach dem MBR in 100mL nicht mehr nachweisbar und wurden auch im weiteren Verlauf der Aufbereitung nicht mehr nachgewiesen, womit der Schwarzwasserkreislauf vollständig geschlossen werden konnte. Neben der Entwicklung der hierfür erforderlichen Verfahrenstechnik wurden neue strömungsoptimierte
WCs mit antibakteriellen Oberflächen auf Silberionen-Basis sowie selbstreinigende und selbstdesinifzierende Oberflächen unter Verwendung des photokatalytischen Effektes von Titandioxid entwickelt, im Labor getestet und in der abschließenden Pilotphase, in der mit geschlossenen Wasserkreisläufen gearbeitet wurde, auf ihre Wirksamkeit getestet. Zusätzlich wurde die Akzeptanz der Nutzer für die neue auf Nano-Technologie basierende Sanitärtechnik und das Wasserrecycling statistisch erhoben. Es konnte gezeigt werden, dass die untersuchten photokatalytischen und silberdotierten Beschichtungen mit unterschiedlich starkem antibakteriellem Potenzial die Ansiedlung und das Wachstum von Mikroorganismen hemmen bzw. minimieren. Gegenüber unbehandelten Oberflächen konnte eine Reduktion > 1-3 log10 Stufen der Testorganismen E.coli und S.aureus nachgewiesen werden. Folglich konnte die Kontamination des Schwarzwassers mit Mikroorganismen so gering wie möglich gehalten werden, wodurch Phasen zwischen Reinigungs- bzw. Desinfektionsschritten der WCs und Urinale verlängert und der Einsatz o.g. Mittel minimiert werden konnte. Der Einfluss auf den biologischen Reinigungsprozess, welcher das Herzstück der KOMPLETT-Aufbereitungstechnologie darstellt, konnte somit auf ein Minimum gesenkt und ein stabilerer Anlagenbetrieb ermöglicht werden, was insbesondere aufgrund des dezentralen Konzeptes des Wasserrecyclingsystems für die Betriebstabilität von besonderer Wichtigkeit ist.

 

Increasing water shortage hast to be anticipated worldwide. Therefore since many years now so called "Alternative Sanitation Systems", which bases on the aims of the recycling management, are examined. Main features of these approaches are the separation of domestic waste water flows according to their characteristics into the grey water, the brown water or the yellow water fraction. Thus, the partial flows can be treated appropriately and the reuse of nutrients contained in the partial flows (e.g. nitrogen, phosphors or potassium) and the water itself is possible. In consideration with these aspects, within the research project KOMPLETT (2005-2009) purification schemes for separated grey and black water (brown and yellow water) were carried out and tested at different scales. Besides biological treatment using membrane bioreactor technology (MBR) the developed process comprises components for physical-chemical degradation and removal of organic compounds, disinfection and elimination of trace elements. The results of the investigations show, that the developed process scheme produces very high effluent qualities for purified grey and black water. In particular for grey water the produced water quality meets highest requirements for utilization, e.g. drinking water standards. Within the blackwater process the purified water can be reused for toilet flushing without any restriction. Relevant hygienic-microbiological organisms, as well as organic compounds were eliminated certainly in the black water treatment process. E.g. E.coli and faecal streptococcus were not detectable in 100 mL after the MBR. Hence, with the selected process technology domestic water cycle for separated grey and blackwater can be closed. The KOMPLETT water recycling technology is designed as a decentralized system. Therefore stable system operation is of highest importance. In particular as the purification scheme bases on biological treatment process. Therefore a special feature of the project was the development and integration of new and innovative sanitary products, involving antimicrobial surfaces and water saving flushing toilets (3.5 L per flush) in order to reduce impacts of detergents and disinfectants on the biological treatment. Within the project antimicrobial surfaces based on silver ions as well as self-purifying surfaces using the photo-catalytic effect of titanium dioxide (TiO2) were developed and tested in laboratory
as well as in the final pilot phase. There the treatment technology and sanitary products were coupled and water cycles were closed. Furthermore in this part of the project the consumers' acceptance among the new sanitary products using nanotechnology was ascertained. It could be shown, that the examined sliver-doped and photo-catalytic surfaces can inhibit or rather minimize microbiological growth. In comparison to the undoped surfaces a reduction of > 1 to 3 log10 levels according to the selected test organisms E.coli and S.aureus were detected. Accordingly, contaminations of black water by microorganisms could be reduced significantly at source. As a consequence the application of disinfectant and detergents could be minimized. Therefore, influences on biological treatment process through detergents used for toilet cleaning are reduced to a necessary minimum and no operational problems encountered throughout the study.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-119112.html