Abgeschlossene Forschungsprojekte

Nachfolgend sind die abgeschlossenen Forschungsprojekte des Fachgebiets Wasser und Umweltbiotechnologie aufgelistet.

2024

Projekttitel:

Red-CO2-PNA – Reduzierung der CO₂-Emissionen bei der kommunalen Abwasserreinigung – Vergleich verschiedener Verfahren zur Deammonifikation

Laufzeit:

Juli 2021 – Juni 2024

Beschreibung:

Im Forschungsprojekt „Red-CO2-PNA“ hat das Fachgebiet WUB aus der TU Darmstadt zusammen mit einem Partner in Israel verschiedene effiziente Stickstoffentfernungssysteme entwickelt, optimiert und verglichen, um den Einsatz der Deammonifikation im Hauptstrom kommunaler Kläranlagen zu ermöglichen und so den Energiebedarf und die Kosten zu reduzieren sowie die Treibhausgasemissionen der biologischen Stufe zu vermindern.

2023

Projekttitel:

MOBILab: Abwasser-basierte Epidemiologie – ein mobiles Laborkonzept für den schnellen und flexiblen Einsatz

Laufzeit:

Januar 2021 – August 2023

Beschreibung:

Zur Verbesserung der schnellen Erkennung von SARS-CoV-2-Varianten und anderen Krankheitserregern wird in diesem Projekt ein mobiles Labor entwickelt, das vor Ort PCR-Tests und Sequenzierungen von Abwasserproben ermöglicht und somit besonders die logistischen Herausforderungen bei kleinen Kläranlagen adressiert.

Das MOBILab

Projekttitel:

RAaaO: Reduktion von Antibiotika-Resistenzen mittels akustisch aktiver Ozonierung bei der weitergehenden Abwasserbehandlung

Laufzeit:

Mai 2020 – April 2023

Beschreibung:

Ziel dieses Projektes war die Entwicklung und Optimierung einer neuen und kostengünstigeren Kombination von Ultraschall und Ozonierung als Methode zur Reduktion von Antibiotikaresistenzen im Zuge der vierten Reinigungsstufe. Gleichzeitig kamen neue molekularbiologische Monitoring-Methoden zur Untersuchung eines weiten ARG-Spektrums zum Einsatz, um ein umfangreiches Bild bzgl. der Leistungsfähigkeit von Ultraschall und Ozonierung als Kombinationsverfahren zu ermöglichen.

Projekttitel:

ESI-CorA: Emergency Support Instrument – Nachweis von SARS-CoV-2 im Abwasser

Laufzeit:

November 2021 – März 2023

Beschreibung:

Das Pilotprojekt ESI-CorA umfasst die Überwachung von SARS-CoV-2 in Abwasserproben an 48 Kläranlagenstandorten in Deutschland, mit dem Ziel, die technischen Verfahren zur Abwasserüberwachung zu harmonisieren und zu optimieren. Die TU Darmstadt hat im Rahmen dieses Projekts die Genomsequenzierung zur Analyse der Virusvarianten an 20 Standorten mit drei Probenahmen übernommen.

Projekt-Homepage

Abschlussbericht (RKI)

Abschlussbericht (Projektträger Karlsruhe)

2022

Projekttitel:

EU Super SItes: Überwachung von SARS-CoV-2-RNA durch Next-Generation-Sequenzierung (NGS) in Abwasserproben

Laufzeit:

2021 – 2022

Beschreibung:

Dieses Projekt zielte darauf ab, SARS-CoV-2-Mutationen und besorgniserregende Varianten (VOC) in Abwasserproben aus sechs verschiedenen europäischen Städten zu erkennen, indem sowohl das Abwasser der Städte als auch das von örtlichen Verkehrsknotenpunkten (wie Flughäfen, Busbahnhöfen und Fährterminals) untersucht wurde, um frühzeitig den Import neuer Virusvarianten durch Next-Generation-Sequenzierung zu überwachen.

Projekttitel:

Rue-ARG: Rückhalt Antibiotika-resistenter Keime und Gene in Kombination mit Spurenstoffadsorption mittels einer neuen PAK/UF Kombination

Laufzeit:

April 2020 – März 2023

Beschreibung:

Ziel dieses Projektes ist es, vertiefte Kenntnisse über den Rückhalt Antibiotika-resistenter Bakterien (ARB) und Resistenzgenen (ARG) mit einer Kombination aus Ultrafiltration (UF) mit Pulveraktivkohle (PAK)-Dosierung zu liefern. Dieser Ansatz geht über die meisten bisherigen Bemühungen hinaus, die sich ausschließlich mit dem Thema Spurenstoffreduktion beschäftigen. Das Projekt verfolgt einen integrierten Ansatz, bei dem über die vierte Reinigungsstufe zur Spurenstoffelimination (hier die PAK-Dosierung) hinausgegangen wird. Dabei wird eine direkte Integration einer fünften Stufe für die Reduktion von Spurenstoffen in Kombination mit ARB/ARG betrachtet.

Projekttitel:

React-EU: Pandemiebekämpfung: Unterstützung des Nachhaltigen Wandelss von Wirtschaft und Gesellschaft an der Technischen Universität Darmstadt: Pandemimiebekämpfung, Teilvorhaben 3 – Erweiterung der Nachweismöglichkeiten von SARS-CoV-2-Viren und anderen Krankheitserregern im Abwasser

Laufzeit:

Januar 2022 – Dezember 2022

Beschreibung:

Das Fachgebiet Wasser und Umweltbiotechnologie betreibt eines der führenden Labore zur Detektion von SARS-CoV-2 mittels Genom-Sequenzierung und ist als EU-Referenzlabor aktiv. Zum Ausbau und der Weiterentwicklung der instrumentellen Infrastruktur am Fachgebiet werden Erweiterungen der Analysekapazitäten und -methoden beantragt. Die Anschaffung einer automatisierten Sequenzierplattform, eines Lasermikroskops und einer Versuchsanlage erlauben es dem Fachgebiet die Forschung auf dem Gebiet der abwasserbasierten Epidemiologie und dem Verhalten von Krankheitserregern, insbesondere SARS-CoV-2, auszubauen und perspektivisch zu verstetigen.

Projekttitel:

HeNaSARS-V: Ganzheitliches Konzept zur Nachverfolgung von SARS-CoV-2 Varianten in Hessen

Laufzeit:

August 2021 – Dezember 2022

Beschreibung:

Das Forschungsprojekt in Hessen untersuchte von September 2021 bis Dezember 2022 erstmals die Möglichkeit, SARS-CoV-2-Varianten durch abwasserbasiertes Monitoring mittels Genomsequenzierung zu überwachen.

Projekttitel:

SARS-GenASeq – SARS-CoV-2 Genom im Abwasser: Monitoring der Pandemieentwicklung mittels Sequenzierung

Laufzeit:

April 2021 – März 2022

Beschreibung:

Das Projekt zielt darauf ab, Abwasser mittels Genomsequenzierung als Informationsquelle zur Verfolgung epidemiologischer Entwicklungen, insbesondere von SARS-CoV-2-Varianten, zu nutzen und hierfür die erforderlichen Methoden in Deutschland zu verbessern, um so frühzeitig relevante Mutationen und deren Auswirkungen auf Impfstoffe zu erkennen.

Abschlussbericht

2021

Projekttitel:

CombO3Carb – Untersuchung zur Leistungsfähigkeit der Verfahrenskombination von Ozonung und granulierter Aktivkohle für die Entfernung von organischen Spurenstoffen mittels OZONFILT® und CONTIFLOW® GAK

Laufzeit:

Oktober 2019 – Juni 2021

Beschreibung:

Auf der Kläranlage in Bickenbach des Abwasserverbands Bickenbach/Seeheim-Jugenheim wurde eine halbtechnische Versuchsanlage mit dem Ziel einer weitergehenden Reinigung der Kläranlagenablaufs betreut. Schwerpunkt der Untersuchung ist ein Vergleich der alleinigen Aktivkohlefiltration in kontinuierlich betriebenen Aktivkohlefiltern mit der Kombination einer Ozonung und einer anschließenden Aktivkohlefiltration in Bezug auf die Entfernung von konventionellen Abwasserparametern sowie anthropogenen Spurenstoffen, wie Arzneimittel und weiteren Chemikalien. Weiterhin wurde die Bildung des kanzerogenen Oxidationsnebenproduktes Bromat durch die Ozonung untersucht.

2020

Projekttitel:

EmiStop – Identifikation von industriellen Plastik-Emissionen mittels innovativer Nachweisverfahren und Technologieentwicklung zur Verhinderung des Umwelteintrags über den Abwasserpfad

Laufzeit:

Januar 2018 – Dezember 2020

Beschreibung:

EmiStop ist Forschung zur systematischen Erfassung und Vermeidung von Mikroplastikemissionen in Oberflächengewässer aus industriellem Abwasser. Dabei steht die gesamte industrielle Wertschöpfungskette im Fokus des Forschungsprojektes.

Projekt-Homepage

Projekttitel:

EPoNa – Ertüchtigung von Abwasserteichen zur Erzeugung von Bewässerungswasser am Beispiel des Cuvelai-Etosha-Basins in Namibia

Laufzeit:

September 2016 – Dezember 2020

Kurzbeschreibung:

Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Konzepts und die Demonstration einer beispielhaften Sanierung, Erweiterung und Ertüchtigung einer Abwasserteichanlage in Namibia. Dazu wurde eine Kombination aus Bewirtschaftungsmaßnahmen und vor- und nachgeschalteten technischen Maßnahmen umgesetzt und auf ihre Anwendbarkeit für die Produktion von Bewässerungswasser hin getestet. Die Untersuchungen erfolgten an einer Abwasserteichanlage in Outapi (Nordnamibia), und es wurden die Auswirkungen der technischen Maßnahmen zur Ertüchtigung der Teiche über einen Zeitraum von 4 Jahren untersucht. Das Gesamtprojekt verfolgte eine integrierte Systemlösung unter Einbeziehung wirtschaftlicher, ausbildungsbezogener, sozialer, ökologischer und technischer Aspekte.

Projekttitel Laufzeit Kurzbeschreibung
Verringerung von Lachgasemissionen aus Kläranlagen durch gezielten Einsatz Lachgas-reduzierender Bakterien 2018 – 2019 Ziel des Projekts war es, Möglichkeiten für eine gezielte biologische Verringerung von Lachgasemissionen aus Kläranlagen zu erforschen. Dazu sollten besonders geeignete NrB isoliert und auf ihre Anwendbarkeit in Abwasser hin untersucht werden. Es standen insbesondere Fragen zur Toleranz der NrB gegenüber Abwasser sowie deren N2O-Umsatzgeschwindigkeiten und die Sauerstofftoleranz dieses Vorgangs im Fokus. Es wurden NrB aus dem Belebtschlamm einer Kläranlage in Langen isoliert und ein bekanntes sowie ein neu isoliertes NrB mittels Mikro-Respirometrie charakterisiert. Weiterhin wurden Wachstumsversuche durch Lachgas-Atmung in Gegenwart verschiedener Abwasseranteile durchgeführt und ausgewertet.
EiVeN-G:
Entwicklung innovativer Verfahren zur Stickstoffelimination aus hochbelasteten Gärresten 		2017 – 2019 Stickstoffbelastungen in Gewässern und Böden stellen ein großes Problem dar und beeinflussen die Trinkwasserversorgung. Die Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftliche Flächen verschärft dieses Problem, insbesondere durch steigende Produktionskapazitäten in der Tierhaltung. Trotz der Novellierung der Düngeverordnung bleibt der Bedarf an verlässlichen, energieeffizienten Lösungen zur Stickstoffreduktion hoch, wobei kostengünstige Optionen bisher kaum verfügbar sind. Das Forschungsprojekt EiVeN-G untersuchte die Anwendung der Deammonifikation zur effektiven Stickstoffelimination aus Gülle und Gärresten, insbesondere unter schwierigen Bedingungen wie hohen Salz- und Metallkonzentrationen. Ein weiteres Ziel war die langfristige Zusammenarbeit mit chilenischen Partnern, um gemeinsam Lösungen zur Stickstoffelimination zu entwickeln. Der Austausch von Wissen und Methoden soll zur Entwicklung gemeinsamer Ansätze für beide Länder führen.
AVLEE-N-DeAm:
Machbarkeitsstudie zur großtechnischen Umsetzung einer Deammonifikation auf der Kläranlage des Abwasserverbandes Langen, Egelsbach, Erzhausen
 2017 – 2019 Das Ziel dieser Studie war die Evaluierung des Einflusses einer potentiellen Teilstrombehandlung des Zentrats auf die existierende biologische Behandlung in der Kläranlage in Langen des AVLEE. Der Einfluss auf den Lufteintrag der biologischen Behandlung und somit auf den Energieverbrauch war der vorwiegende Fokus der Arbeit. Außerdem wurden die Auswirkungen auf die Ablaufkonzentrationen (gelöste Stickstoffverbindungen und CSB) untersucht und analysiert.
Belebtschlamm-
Charakterisiserung:
Charakterisierung der mikrobiologischen Zusammensetzung des Belebtschlamms der ARA Niederrad 		2017 – 2018 Bisher ist noch wenig bekannt über die mikrobiologische und funktionelle Vielfalt und das Zusammenspiel der unterschiedlichen Gruppen von Bakterien in Abwassersystemen. Dies gilt sowohl für die klassischen Verfahren wie Nitrifikation/Denitrifikation, die von einer Vielzahl von Bakterien durchgeführt werden können, als auch für die bisher eher weniger beachteten Prozesse.
Die Ziele dieses Forschungsvorhabens sind daher in einem ersten Schritt eine Grundlagenermittlung des genetischen Potentials einen Abwasserbehandlungsanlage mit biologischer Stickstoffelimination mittels Molekulare Methoden zu untersuchen, und daran anschließend eine detaillierte Auswertung der gewonnenen Daten und deren Bewertung vorzunehmen.
N-Metagenomics:
Metagenomik als Tool für ein besseres Prozessverständnis zur Implementierung komplexer biologischer Stickstoffeliminationsverfahren 		2017 – 2018 Ziel der Studie war es, einen umfassenden Einblick in die mikrobiellen Gemeinschaften verschiedener Kläranlagen und verschiedener biologischen Reinigungsstufen zu gewinnen, sowie die Zusammensetzung und den Genpool der Schlämme zu erfassen und zu vergleichen. Dieser Genpool bildet die Grundlagen, um die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Anlagen herauszuarbeiten. Mit diesen Informationen über das Vorkommen bestimmter Bakterien unter bestimmten Bedingungen können dann Rückschlüsse auf den Betrieb und die Leistungsfähigkeit gezogen werden.
MABRs for mainstream short-cut nitrogen removal:
Machbarkeitsstudie zur ressourcenschonenden Stickstoffelemination mit membranbelüfteten Biofilmreaktoren im Labormaßstab 		2017 – 2018 Der Membrane Aerated Biofilm Reactor (MABR) ist eine besondere Konfiguration eines festen Biofilmsystems, bei dem der Biofilm auf einer durchlässigen Membran wächst, die den Sauerstoff für die Biomasse liefert. Diese Reaktoren haben sich in den letzten Jahren weiterentwickelt und die Technologie hat es nun auch in den Großmaßstab geschafft, wobei mehrere Pilotstudien im Gange sind. Ziel dieses Projekts war es, das MABR-Konzept der Firma SUEZ hinsichtlich seiner Eignung für die short-cut Stickstoffentfernung zu untersuchen.. Es wurden Experimente im Labormaßstab mit vier MABRs von SUEZ (Kanada) durchgeführt.
SEMIZENTRAL: Ressourceneffiziente und flexible Ver- und Entsorgungsinfrastruktursysteme für schnell wachsende Städte der Zukunft – Phase 2: Forschung und Entwicklung.
Teilprojekt Prozesswasserbehandlung 		2017 – 2018 In Phase 2 fand sowohl der Bau des RRC in Qingdao, wie auch die stufenweise Inbetriebnahme der einzelnen Anlagenmodule von der Grau- und Schwarzwasserbehandlung, der Speiserestevorbehandlung bis zur energetischen Verwertung des produzierten Biogases statt. Während des Regelbetriebs des RRC wurden Forschungsfragestellungen bearbeitet und betriebsbegleitende Optimierungsmaßnahmen durchgeführt. Das Fachgebiet Abwasserwirtschaft (heute Wasser und Umweltbiotechnologie) übernahm das Teilprojekt Prozesswasserbehandlung mittels Sequencing Batch Reactor.
Projekt-Homepage
DeHaKeS:
Entwicklung eines Verfahrens zum Einsatz der Deammonifikation im Hauptstrom kommunaler Kläranlagen zur energieeffizienten Stickstoffelimination 		2015 – 2018 Ziel des beantragten Vorhabens war daher die gezielte Untersuchung und Optimierung eines Verfahrenskonzepts zur Stickstoffelimination mittels Deammonifikation mit einem neuartigen Reaktorkonzept für die Anwendung im Hauptstrom. Dazu wurde eine Pilotanlage konzipiert, gebaut und betrieben und die Leistungsfähigkeit der Deammonifikation im Hauptstrom nach einer Hochlastbiologie untersucht. Die Erprobung geeigneter Regelstrategien und die Bewertung im Hinblick auf Betriebsstabilität, Energiebedarf und Treibhausgasemissionen standen im Mittelpunkt des Projekts. Außer-dem wurde eine Gesamtbewertung des Verfahrens im Hinblick auf den CO2-Footprint im Vergleich zu einer konventionellen Abwasserreinigung durchgeführt.
AVLEE II:
Weitergehende Entfernung von Spurenstoffen, Phosphor, Mikroplastik und antibiotikaresistenten Keimen auf der Kläranlage des Abwasserverbandes Langen, Egelsbach, Erzhausen 		2015 – 2018 Aufgrund der Bedeutung des Grundwassers im Hessischen Ried für die Trinkwasserversorgung der Rhein-Main-Region zielt die hessische Spurenstoffstrategie auf die Reduzierung von Spurenstoffeinträgen in Gewässer ab. Das Forschungsprojekt untersuchte an den Kläranlagen des Abwasserverbandes Langen, Egelsbach, Erzhausen (AVLEE) die Verbesserung der Wasserqualität durch die Anwendung granulierter Aktivkohle und Filtrationsverfahren. Im Projekt wurden Erkenntnisse zu Phosphorreduktion, Bakterien- und Mikroplastikentfernung sowie Betriebskosten und -verhalten von Aktivkohlefiltern gewonnen.
NiddaMan:
Entwicklung eines
nachhaltigen Wasserressourcen-Managements am Beispiel des
Einzugsgebiets der Nidda 		2015 – 2018 Das Projekt NiddaMan zielte darauf ab, eine innovative Systemlösung zur Verbesserung der Gewässerqualität und ein nachhaltiges Wasserressourcenmanagement für die Nidda zu entwickeln. Aufgabenpakete umfassten die Entwicklung technischer Maßnahmen zur Verminderung von Stoffeinträgen durch
Abwassereinleitungen entlang der Nidda sowie die Erarbeitung und Bewertung des Anwendungsbezugs, insbesondere großtechnische
Realisierung und Fragen der Ökonomie.
Projekt-Homepage