Aufgrund einer EU-Richtlinie muss ab August 2027 deutlich mehr Stickstoff und Phosphor aus kommunalen Abwässern entfernt werden. Deshalb haben Forschende des Instituts für Chemieingenieurwesen der Universität Ulm in Kooperation mit dem Zweckverband Klärwerk Steinhäule ein Verfahren zur Entfernung von Ammonium entwickelt und eine Versuchsanlage aufgebaut.
Pilotanlage testet Ammonium-Rückgewinnung
Wenn zu viel Stickstoff und Phosphor in ursprünglich nährstoffarme Gewässer gelangen, hat das weitreichende Folgen: Ammonium ist für Fische giftig, zudem regen die Nährstoffe das Wachstum von Algen und Wasserpflanzen an. Das Wasser trübt sich, verliert Sauerstoff und die Artenvielfalt nimmt ab. Um diese Stickstoffrückgewinnung sogenannte Eutrophierung von Gewässern unter anderem zu verhindern, hat die Europäische Union eine neue Kommunalabwasserrichtlinie verabschiedet. Diese 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 der Leitung von Prof. Thomas Grützner haben Forschende des Instituts gemeinsam mit dem Zweckverband Klärwerk Steinhäule (ZVK) und den Spezialisten für thermische Trenntechnik des Unternehmens Iludest einen Prozess entwickelt, mit dem Ammonium aus dem Abwasser entfernt werden kann. Auf dieser Grundlage wurde eine entsprechende Pilotanlage entworfen.
Pilotanlage seit Mai 2026 im Betrieb
Seit Mai 2026 wird diese Anlage im Klärwerk Steinhäule in Neu-Ulm 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 ZVK, über die Kooperation mit der Universität Ulm.
Der ZVK möchte den Stickstoff jedoch nicht nur bis zum neuen Grenzwert und darüber hinaus entfernen, um die Gewässer zu schützen, sondern ihn künftig zurückgewinnen und weiterverwerten. In Vorläuferprojekten hat die Projektgruppe um Professor Grützner, an der auch Chiara Lukas, Lorraine Arzner und Yannick Waibel beteiligt waren, zusammen mit dem ZVK ein Verfahren entwickelt, bei dem konzentriertes Ammoniakwasser gewonnen wird und nur ein geringer Anteil an Ammonium im Abwasser verbleibt. Dieser Anteil wird dann im biologischen Klärprozess entfernt. „Ammoniakwasser kann zum Beispiel eingesetzt werden, um CO2 aus industriellen Abgasen zu entfernen”, erläutert Grützner.
Dampfstrippung als technisches Herzstück
Das Anlagenkonzept basiert auf der Dampfstrippung, einer besonderen Variante der thermischen Trenntechnik. Dabei nimmt Wasserdampf eine leicht flüchtige Komponente aus einer Flüssigkeit auf. 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.
Nächster Schritt: Hochskalierung
„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.
