| Forschung
Verbundprojekt mit HAMBURG WASSER und dem UKE

Gewässer besser vor Rückständen schützen

Wie Mikroschadstoffe, beispielsweise Medikamentenreste, gezielt aus dem Abwasser entfernt werden können, damit diese nicht die Umwelt belasten – an diesen neuen technischen Verfahren arbeiten HAMBURG WASSER, das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) zusammen mit den Departments Verfahrenstechnik und Umwelttechnik der HAW Hamburg. Sie konzentrieren sich im Verbundprojekt auf die Ultra- und Nanofiltration von Abwässern. Für das Forschungsvorhaben wurde auf dem Klinikgelände des UKE Anfang September eine Forschungsanlage aufgestellt, in der unterschiedliche Behandlungsoptionen für das Abwasser erprobt werden.

Doktorand M.Sc. Marten Klatt Promotion untersucht in seiner Promotion verschiedene Szenarien, etwa wie die Nanofiltration mit anderen Verfahren wie der granulierten Aktivkohle kombiniert werden kann.

M.Sc. Marten Klatt untersucht in seiner Doktorarbeit verschiedene Szenarien, etwa wie die Nanofiltration mit anderen Verfahren wie der granulierten Aktivkohle kombiniert werden kann.

Die Versuche, die am UKE und in weiteren Versuchsanlagen an der HAW Hamburg, bis Ende 2023 durchgeführt werden, liefern Erkenntnisse darüber, wie zukünftig  Spuren problematischer Stoffe besser aus dem Abwasser entfernt werden können. Wir haben uns das Projekt und die Pilotanlage am Life Sciences Campus von den beteiligten Experten der HAW Hamburg, dem Umwelttechniker Prof. Dr. Jörn Einfeldt und Verfahrenstechniker Prof. Dr. Falk Beyer und deren Doktorand M.Sc. Marten Klatt, erklären lassen.
 

Über 100.000 Arzneimittel sind in Deutschland zugelassen
Zu den Arzneimittel gehören beispielsweise Schmerzmittel wie Diclofenac, Blutdrucksenker und Hormone, die über Ausscheidungen ins Abwasser gelangen. Zusätzlich landen weitere Schadstoffe wie Resistenzgene darin. Herkömmliche Kläranlagen arbeiten mit mechanischen und  biologischen Verfahren: Mikroorganismen reinigen das Abwasser unter Zugabe von Sauerstoff in Klärbecken. Das am Ende aufbereitete Wasser wird in Flüsse und Seen geleitet. Eine Vielzahl an Medikamenten und weiterer belastender Stoffe aus dem Abwasser sind allerdings nicht vollständig biologisch abbaubar. Rückstände davon gelangen über den Klärwerksablauf  in die Umwelt und sind häufig als toxisch einzustufen.

Der Forschungscontainer beim UKE beinhaltet die herkömmliche biologische Reinigungsstufe des Hamburger Klärwerks im Miniaturformat. Dazu werden in ihm weitere Reinigungsverfahren erprobt wie die Ultrafiltration und die Aktivkohleadsorption. „Die Aktivkohle, die als Granulat in das verschmutzte Wasser gegeben wird, hat eine sehr große Oberfläche, an die sich unterschiedliche Schadstoffe gut anheften können,“ erklärt Prof. Jörn Einfeldt, der am Department Umwelttechnik forscht und lehrt und schon vor seiner Tätigkeit an der HAW Hamburg mit HAMBURG WASSER zusammengearbeitet hat. Die an die Aktivkohle angehefteten Schadstoffe können später zusammen mit der Aktivkohle verbrannt werden.

Weitere zu erforschende Reinigungsverfahren sind die Ultra- und Nanofiltration, die, wie der Name sagt, ebenfalls sehr kleine Schmutzpartikel aus dem belasteten Abwasser herausholen können. Dies geschieht anhand von eingesetzten Membranen, durch die das Schmutzwasser gepresst wird. Hier setzt die Arbeit der Experten der HAW Hamburg an, die sich insbesondere auf die Nanofiltration spezialisiert haben, mit dem Ziel, in möglichst einem Schritt möglichst viele Schadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen.

„Wir wollen herausfinden, inwieweit sich unter Einsatz der Nanofiltration der anlagentechnische Aufwand verringern lässt unter der Prämisse, dass möglichst viele Schadstoffe, bis zu 90 Prozent, aus dem Abwasser entfernt werden.“ erklärt Prof. Falk Beyer, der am Department Verfahrenstechnik forscht und lehrt. Dabei, und das ist die Herausforderung, muss das Verfahren wirtschaftlich betrieben werden können. Denn die Reinigungsmethode mit dem Nanofilter benötigt viel Energie, da das Schmutzwasser durch den Nanofilter gepresst wird. „In unserem Labor an der HAW Hamburg geht es darum, zunächst geeignete Membrane auszuwählen und deren Leistungsfähigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu ermitteln. Ziel ist es, neben einer möglichst umfangreichen Entfernung der Schadstoffe einen hohen Wasserdurchfluss durch die Membran zu erreichen“, erklärt Prof. Beyer.

Doktorand M.Sc. Marten Klatt hält eine noch eingeschweißte Nanofiltrationsmembran hoch, die wie ein Taschentuch aussieht. „Diese Membran ist so empfindlich, dass es selbst bei Berührung mit den Händen durch das Hautfett zu Veränderungen der Filtrationseigenschaften kommen kann. Die Membran darf deshalb nur mit Handschuhen angefasst werden, bevor es in die Prüfanlage im Labor in Bergedorf eingespannt wird.“ In seiner Promotion untersucht er verschiedene Szenarien, etwa wie die Nanofiltration mit anderen Verfahren wie der granulierten Aktivkohle kombiniert werden kann – um am Ende in der Praxis als wirtschaftliches Reinigungsverfahren von Abwasser eingesetzt zu werden.

Einmal in der Woche fährt Marten Klatt an das UKE und zieht sich aus dem Forschungscontainer einen Kanister des vorgefilterten Schmutzwassers, das am Life Sciences Campus in Bergedorf dann an seinem Prüfstand weiter gereinigt wird. „Der Forschungscontainer auf dem UKE-Gelände ist insgesamt zu klein, um auch noch unseren Prüfstand für die Nanofiltration zu beherbergen.“

Text: Katharina Jeorgakopulos

Weitere Information:
„Endstation für Medikamentenreste und Multiresistenzen: Dezentrale Behandlung von Krankenhausabwasser“ 

Die Arbeit der Forschenden in Bergedorf im Verbundprojekt EMKA (Elimination von Mikroschadstoffen aus Krankenhausabwasser) knüpft an das von der HAW Hamburg initiierte Forschungsprojekt „PharmCycle“ an, das von Prof. Dr. Carolin Floeter am Campus Life Sciences geleitet wird. In diesem Projekt geht es ebenfalls um die fachgerechte Entsorgung von Medikamenten, damit Rückstände nicht in die Umwelt gelangen.

Kontakt

Fakultät Life Sciences
Department Umwelttechnik
Prof. Dr.-Ing. Jörn Einfeldt
Abwasser- und Abluftbehandlung, Technisches Umweltmanagement
Stellv. Leitung Department Umwelttechnik
Tel. +49 40 428 75 6264
Tel. +49 38821 14481
joern.einfeldt (at) haw-hamburg (dot) de
 

Department Verfahrenstechnik
Prof. Dr.-Ing. Falk Beyer
Verfahrenstechnischer Apparate- und Anlagenbau
T +49 40 428 75-6258
falk.beyer (at) haw-hamburg (dot) de
 

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