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Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung (HypoWave)

Ressourceneffiziente Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft – Hydroponische Pflanzenproduktion unter Verwendung von aufbereitetem Abwasser

Roadshow Nachhaltige Entwicklung – Aus Theorie wird Praxis

6. März 2019, Hannover

Prof. Dr.-Ing. Thomas Dockhorn

Landwirtschaftliche Abwassernutzung neu denken

Roadshow Nachhaltige Entwicklung, 6. März 2019 Hannover, HypoWave, T. Dockhorn 2

Bild: J. Germer

Ziele des Projektes: Entwicklung einer nachhaltigen Gesamtsystemlösung Erzeugung qualitativ hochwertiger Produkte (→ Schadstoffe und Hygiene) Hohe Ressourceneffizienz (→ Wasser und Nährstoffe) Große Übertragbarkeit (→ Standorte und Skalen) Hohes Marktpotenzial (→ viele Verwertungsebenen möglich) Abwasseraufbereitung: so viel wie nötig aber so wenig wie möglich!

(→ Ermittlung von Systemgrenzen)

Was ist Hydroponik? Landwirtschaftliche Produktion in einem System ohne Erde Versorgung der Pflanze mittels bedarfsgerechter Nährstofflösung

Module der Pilotierung Kläranlage Wolfsburg Hattorf

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Aufbau der abwassertechnischen Behandlungsanlagen

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Ozonanlage

Zentrale Steuerung/ Datenerfassung

SBR Aktivkohlebiofilter

EGSB-Reaktor

Foto: T. Dockhorn

Aufbau der Behandlungslinien

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Zulauf Belebungsbecken

Belebungsbecken und Nachklärung

EGSB-Reaktor

Wasser A

Ozonierung

Wasser B

SBR

Aktivkohle-biofilter

Wasser D Wasser C REF

Hoagland (50 %)

Foto: T. Dockhorn

Begleitendes Monitoring

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Abwasser:

Abwassertechnisch relevante Parameter (z.B. CSB, N, P, …)

Makro- und Mikronährstoffe (z.B. N, P, K, Fe, Mn, …)

Schwermetalle (z.B. Zn, Cu,…)

Organische Spurenstoffe

Hygienische Parameter

Pflanze:

Trockenmasse, Frischmasse, Chlorophyllgehalt

Makro- und Mikronährstoffe (z.B. N, P, K, Fe, Mn, …)

Schwermetalle (z.B. Zn, Cu,…)

Organische Spurenstoffe

Hygienische Parameter

Ein Blick in das Gewächshaus

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Fotos: T. Dockhorn

L6 L5 L4 L3 L2

Stand: 09.09.2017

L2 L3 L4 L5 L6

Stand: 20.09.2017 (kurz vor der Ernte)

0,25

1

1,75

0 68

Troc

kenm

asse

im

Verg

leic

h zu

r Ref

eren

z

Länge einer Linie im Gewächshaus

nach Hoagland

L3: EGSB - SBR -Aktivkohlebiofilter

L5: EGSB - SBR

L4: Nachklärung

L6: Nachklärung - Ozonungn 0

0

-

+

Pilotierung: Phosphor- und Stickstoffkonzentrationen

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Pges [mg/L]

Nges [mg/L]

Vergleich des Bewässerungswassers mit der Nährlösung nach Hoagland

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0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

N P K Ca Mg S Fe Mn B Zn Cu

Rel

ativ

er A

ntei

l der

Näh

rsto

ffe [-

]

Nährstoffe

L3: EGSB - SBR - Aktivkohlebiofilter L5: EGSB - SBR L4: Nachklärung L6: Nachklärung - Ozonung

nach Hoagland

unterhalb der Bestimmungsgrenze

Qualität und Hygiene: Spurenstoffanalyse

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LC/MS/MS-detektierbare Leitsubstanzen:

Abwasserindikatoren: Coffein, Acesulfam

Arzneimittel: Carbamazepin, Diclofenac, Sulfamethoxazol, Acetyl-Sulfamethoxazol

Röntgenkontrastmittel: Amidotrizoesäure

Industriechemikalien: 1H-Benzotriazol, 4/5-Methylbenzotriazol

Pflanzenschutzmittel: Atrazin, Simazin

Weitergehende Reduktion von Spurenstoffen ist verfahrensabhängig möglich

Vereinzelt konnten Acesulfam, Carbamazepin und Diclofenac im Salat nachgewiesen werden (Relevanz?)

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

Kon

zent

ratio

n [μ

g/L]

Behandlungsstufe

Arznei- und Röntgenkontrastmittel

Nicht nachweisbar

Qualität und Hygiene: Arbeiten im Rahmen der Mikrobiologie

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Wasser Blatt

Quelle: K. Blau (JKI)

Kultivierungsunabhängige Untersuchungen am Julius-Kühn Institut

Governance: Methodisches Vorgehen

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Expertengespräche Experten aus: Pflanzenbau, Landwirtschaft, Bewässerungsverbände,

Siedlungswasserwirtschaft, Handel, Logistik und Weiterverarbeitung

Akteurssicht auf lokale, sektorale und betriebliche Erfahrungen und Probleme mit Bewässerung im Pflanzenbau

Einschätzungen Wasserwiederverwendung in hydroponischen Systemen Rahmenbedingungen für mögliche Anwendungen

Stakeholderdialog Durchführung von Workshops

Schärfung Problemwahrnehmung unterschiedlicher Stakeholder

Prozess wechselseitigen Lernens

Fotos: B. Schmitt, M. Winker

Governance: Ergebnisse

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Akteure

zentraler Akteur = Garten- und Gemüsebaubetrieb als Betreiber

Netzwerk innerhalb des Sektors zu Berater*innen, Investor*innen und anderen Garten- und Gemüsebaubetrieben

notwendige Netzwerke zu anderen Sektoren: (Siedlungs-) Wasserwirtschaft und Handel

Themenlinien

qualitative und quantitative Ressourcenlimitation

ökonomische Herausforderungen

organisatorische Herausforderungen

kulturell-normative Herausforderungen

Ergebnisse Expertengespräche: Vertikale Koopera-tionsbedarfe und gesellschaftliche Rückkopplungen

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Behörden: mehrere Ebenen

NGOs

Konsument*innen Wissenschaft

Bevölkerung ländlicher

Raum Medien

Düngemittelhersteller

Quelle: ISOE

Fallstudien

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Ziele der Fallstudien:

Identifizierung von Rahmenbedingungen, Hemmnissen und Treibern für Realisierung der Wasserwiederverwendung im hydroponischen System

Entwicklung von Umsetzungskonzepten für verschiedene Regionen mit Akteuren vor Ort

Die Fallstudie bildet die Grundlage für eine regionale Umsetzung Bild: nach ISOE

Griesheim (Hessisches Ried)

Évora (Portugal)

Dreiländerpark Euregio Maas-Rhein (Grenzregion Belgien, Deutschland und Niederlande)

Landkreis Gifhorn

t0 tn

Fallstudie Landkreis Gifhorn Aktueller Stand

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Kommunales Abwasser: ca. 500 EW

Nutzung von aufbereitetem Ablauf eines Klärteichs zum Anbau von Salat

Dabei Nachreinigung bezüglich Nährstoffen

Anschluss an zentrale Kläranlage kann eingespart werden

Fallstudie abgeschlossen

Fallstudienbroschüre unter: http://www.hypowave.de/ergebnisse/news/

Fallstudie Landkreis Gifhorn Technische Lösung

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Nitrifikation/ Spurenstoffelimination

Aktivkohle-Biofilter

Hygienisierung

UV-Anlage

Hydroponisches Gewächshaus

Doppelfoliengewächshaus mit Punktfundamenten

Kreislauf, Austausch wenn Nährstoffe unter Grenzwert

Kopfsalat (→ Businessmodell: Vermarktung regionaler Produkte 365d/a)

Quelle: M. Mohr (IGB)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Foto: A. Bliedung

Foto: P. Miehe

HypoWave -Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen

Wasserwiederverwendung

Förderkennzeichen 02WAV1402