Pilotanlage entnimmt Ammoniak aus Abwasser: Test im Neu-Ulmer Klärwerk Steinhäule
Ab August 2027 muss aufgrund einer EU-Richtlinie deutlich mehr Stickstoff
und Phosphor aus kommunalen Abwässern entfernt werden. Forschende des
Instituts für Chemieingenieurwesen der Universität Ulm haben deshalb in
Kooperation mit dem Zweckverband Klärwerk Steinhäule ein Verfahren zur
Entfernung von Ammonium entwickelt und eine Versuchsanlage aufgebaut. Der
im Prozesswasser enthaltene Stickstoff soll künftig recycelt werden. Seit
Kurzem wird das Verfahren vor Ort in der Neu-Ulmer Kläranlage getestet.
Gelangen zu viel Stickstoff und Phosphor in ursprünglich nährstoffarme
Gewässer, hat das weitreichende Folgen: Ammonium ist für Fische giftig und
die Nährstoffe regen das Wachstum von Algen und Wasserpflanzen an. Das
Wasser trübt sich und verliert Sauerstoff, es kommt zu einem Verlust der
Artenvielfalt. Um unter anderem diese sogenannte Eutrophierung von
Gewässern zu verhindern, hat die Europäische Union eine neue
Kommunalabwasserrichtlinie verabschiedet: Sie verpflichtet die Kommunen,
ab August 2027 in ihren Kläranlagen deutlich mehr Stickstoff und Phosphor
zu entfernen als bislang. Ein Teil dieses Stickstoffs liegt im Abwasser
als Ammonium vor. Hier setzt ein Projekt des Instituts für
Chemieingenieurwesen der Universität Ulm an: Unter Leitung von Professor
Thomas Grützner haben Forschende und der Zweckverband Klärwerk Steinhäule
(ZVK) einen Prozess entwickelt, mit dem Ammonium aus dem Abwasser entfernt
werden kann, und zusammen mit den Spezialisten im Bereich thermische
Trenntechnik des Unternehmens Iludest GmbH eine entsprechende Pilotanlage
entworfen.
Seit Mai 2026 wird diese Anlage in Neu-Ulm im Klärwerk Steinhäule
getestet. Betrieben wird sie vom gleichnamigen Zweckverband. „Der ZVK hat
großes Interesse am Einsatz zukunftsfähiger Technologien in allen
Bereichen des Klärwerks, insbesondere an solchen, die auf Nachhaltigkeit,
Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft abzielen“, sagt Jonathan
Fuchs, Abteilungsleiter Betrieb und Labor beim Zweckverband Klärwerk
Steinhäule über die Kooperation mit der Uni Ulm. Der ZVK will den
Stickstoff jedoch nicht nur bis zum neuen Grenzwert und darüber hinaus
entfernen, um Gewässer zu schützen, sondern künftig zurückgewinnen und
weiterverwerten. Die Projektgruppe um Professor Grützner, an der auch
Chiara Lukas, Lorraine Arzner und Yannick Waibel beteiligt waren, hat in
Vorläuferprojekten zusammen mit dem ZVK ein Verfahren entwickelt, bei dem
konzentriertes Ammoniakwasser gewonnen wird und nur ein geringer Anteil an
Ammonium im Abwasser verbleibt, der dann im biologischen Klärprozess
entfernt wird. „Ammoniakwasser kann zum Beispiel eingesetzt werden, um CO2
aus industriellen Abgasen zu entfernen“, erläutert Grützner.
Das Anlagenkonzept basiert auf der Dampfstrippung, einer besonderen
Variante der thermischen Trenntechnik, bei der Wasserdampf eine leicht
flüchtige Komponente aus einer Flüssigkeit aufnimmt. Dazu wird in einer
Kolonne – stark vereinfacht einem vertikalen Rohr –sogenanntes
Zentratwasser, das bei der Klärschlammentwässerung entsteht und das stark
mit Ammonium belastet ist, im Gegenstrom zum aufsteigenden Dampf geführt.
Das Zentrat aus dem Faulschlamm wird durch den aufsteigenden Dampf auf
Siedebedingungen erwärmt. Dabei tritt das ursprünglich gebundene Ammonium
in Form von Ammoniak in die Gasphase über und wird vom Dampf nach oben aus
der Anlage heraustransportiert. Am unteren Ende der Kolonne tritt das
gereinigte Zentrat aus, das nur noch geringe Mengen an Ammonium enthält.
Der oben austretende Dampf inklusive des darin enthaltenen Ammoniaks wird
kondensiert. Ein Teil des Kondensats wird zurück in die Kolonne geführt,
um den Ammoniumgehalt im Kondensat aufzukonzentrieren. Der übrige Teil des
Kondensats kann, wenn nötig, in einem zusätzlichen Schritt weiter
aufkonzentriert werden – so wird am Ende konzentriertes Ammoniakwasser
erzeugt.
„Wir sind sehr stolz darauf, dass wir unseren kommunalen Partner bei
Entwicklung und Bau dieser Pilotanlage unterstützen und so einen
deutlichen Mehrwert für unsere Region generieren können“, freut sich
Professor Thomas Grützner. Der von den Forschenden entwickelte Prozess
wird nun über mehrere Monate vor Ort im Klärwerk Steinhäule getestet, um
ihn später im industriellen Maßstab hochskalieren zu können.
