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.
“Deutlicher Mehrwert für unsere Region”
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.
Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Thomas Grützner, Institut für Chemieingenieurwesen,
Mail: thomas.gruetzner@uni-ulm.de
Text und Medienkontakt: Christine Liebhardt