Nutzung regionaler abfall- und abwasserstämmiger Bioressourcen am Beispiel des Hamburger Demonstrationsvorhabens „Jenfelder Au“ : Inventur, Lagerung, Aufbereitung, Vergärung und Gärrestverwertung
Creators: name: Hertel, Saskia
name: Körner, Ina
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 2018
Subjects: subject: Bioressourcen
subject: Schwarzwasser
subject: Rasenschnitt
subject: Fettwasser
subject: dezentrale Abfallverwertung
subject: Biogas
subject: Gärrestverwertung
subject: Fest-Flüssig-Trennung
subject: Hamburg Water Cycle®
subject: 620: Ingenieurwissenschaften
subject: 620

description: Im vorliegenden Forschungsbericht werden Arbeiten und Ergebnisse vorgestellt, die im Rahmen des vom BMBF geförderten Verbundprojektes KREIS (Kopplung von regenerativer Energiegewinnung mit innovativer Stadtentwässerung) erstellt wurden (Förderkennzeichen 033L047C). KREIS bereitete die Umsetzung des von Hamburg Wasser entwickelten Hamburg Water Cycle® (HWC) in einem Neubaugebiet in Hamburg vor. Der HWC sieht die getrennte Erfassung von Regen-, Grau- und Schwarzwasser und eine dezentrale Behandlung der drei Abwasserströme vor. Die Arbeiten der TUHH umfassten dabei den Bereich der Schwarzwasserverwertung in Verbindung mit weiteren regionalen Reststoffen. Konzentriertes Schwarzwasser aus Vakuumtoiletten wurde mit Co-Substraten anaerob zu Biogas umgesetzt, welches Strom sowie Wärme für den Stadtteil liefert. Verwertungsmöglichkeiten für den verbleibenden Gärrest wurden betrachtet. Zunächst wurde eine Inventur mögliche regionaler Co-Substrate durchgeführt. Rasenschnitt und Fettwässer wurden ausgewählt und hinsichtlich Trockenrückstand, Organik, Gesamt-Stickstoff (N), -Kohlenstoff (C) und -Phosphor (P) charakterisiert. Untersuchungen zur Lagerung und Aufbereitung von Rasenschnitt zeigten, dass eine ganzjährige Nutzung dieser Bioressource ohne Qualitätsverluste möglich ist und sowohl als Suspension oder in Form eines Presssaftes einer Nassvergärung zugeführt werden kann. Die Biogaspotenziale des Rasenschnitts hingen stark von dessen Herkunft und Vorgeschichte ab und lagen für Presssaft bei 500-900 nL/kgoTR und für Rasenschnittsuspension bei 300-500 nL/kgoTR. In beiden Fällen wirkte sich die Zugabe positiv auf die Vergärung aus. Sowohl im Hinblick auf Prozessstabilität als Biogaserträge sind Mischungen von Schwarzwasser mit Fettwasser und einer Rasenschnittvariante gut für die Anforderungen im betrachteten Neubaugebiet geeignet. Der Gärrest der Substratmischungen beinhaltet hohe Nährstoffgehalte, die für eine Verwertung relevant sind. Untersuchungen zur Fest-Flüssig-Trennung wurden als Grundlage für eine Gärrestverwertung durchgeführt. Es wurden 3 Beschickungsszenarien für das untersuchte Gebiet betrachtet und hinsichtlich Biogasgewinnung und Nährstoffgehalten im Gärrest bewertet. Eine Substratmischung aus Schwarzwasser (40 % FM), Fettwasser (30 % FM) und Rasenschnittsilage (30 % FM) lieferte in allen Bereichen die besten Ergebnisse. Diese Mischung erreichte mit ca. 37 m³ Biogas/tFM die höchsten Erträge. Auch der Gärrest zeigte mit 0,7 g Phosphor und 2,6 g Stickstoff pro Liter Gärrest die höchsten Nährstoffgehalte. Der Gärrest hatte einen Trockenrückstand von 6,5 % FM. Er eignet sich somit gut für eine Fest-Flüssig-Trennung mittels Schneckenpresse. In einem Vergleich verschiedener Gärrestverwertungszenarien wurde der Düngewert unterschiedlicher Gärrestprodukte abgeschätzt. Die Betrachtungen zeigten, dass durch eine Kombination von energetischen und stofflichen Rückgewinnungsverfahren die Verwertungseffizienz der Reststoffe verbessert werden kann.
description: In this research report work and results are presented, which were created as part of the BMBF funded joint project KREIS (Kopplung von regenerativer Energiegewinnung mit innovativer Stadtentwässerung) (funding code 033L047C). The aim of KREIS was to prepare for the implementation of Hamburg Water Cycle® (HWC) developed by Hamburg Wasser in a new housing estate in Hamburg. The HWC focuses on separate collection of rain, grey and blackwater and decentralized treatment of the three wastewater streams. The work carried out by the TUHH covered the research field of blackwater treatment together with regional biogenic residues. Vacuum toilets are used to collect concentrated blackwater for anaerobically treatment with waste-derived co-substrates and convert them into biogas, which is intended to supply electricity and heat for the district. Treatment possibilities for the remaining digestate were also considered. An inventory of potential co-substrates was conducted. Lawn cuttings and greasy water were selected and characterized in terms of dry residue, organics, total nitrogen (TN), total carbon (TC) and total phosphorus (TP) contents. Studies on the storage and preparation of lawn cuttings showed that this bioresource is available all year round without quality losses and can be used as a suspension or in the form of a press juice. The biogas potential depends heavily on the history of the grass with further variation between lawn cuttings and its pressed juice with a measure of 300-500 nL / kgoTR and 500-900 nL /kgoTR respectively. The addition of either lawn cuttings or press juice was observed to have a positive effect on fermentation process. In regards to process stability and biogas yields, mixtures of the blackwater with greasy water and a lawn cutting variant were well suited to the requirements in the considered living area. The digestate of the substrate mixtures contained high nutrient contents that are relevant for recovery. Investigations into the solid-liquid separation were carried out as the basis for digestate recovery. The observations showed that a combination of energetic and material recovery processes can improve the recycling efficiency of the researched residues. Three feed scenarios for the investigated area were considered and evaluated with regard to biogas production and nutrient content of the digestate. A substrate mixture of blackwater (40% FM), greasy water (30% FM) and lawn silage (30% FM) provided the best results in all areas. Firstly, this mixture achieved the highest yields with approx. 37 m³ Biogas / tFM and secondly, the digestate also contained the highest nutrient contents with 0.7 g / L phosphorus and 2.6 g / L nitrogen. Finally, the fermentation residue had a dry matter content of 6.5 % FM and is therefore well suited for a solid-liquid separation by means of screw press. In a comparison of various digestate recovery scenarios, the fertilization value of different digestate products was estimated, showing that a full recovery of resources can be achieved while simultaneously obtaining valuable nutrient products using a holistic treatment method.