09.08.2022 | Versuchsanlage Elektroaktive Pflanzenkläranlage

Pflanzenkläranlagen oder bepflanzte Bodenfilter sind eine übliche Technologie zur Abwasserbehandlung, die auf ästhetische und umweltfreundliche Weise das ökologische Gleichgewicht fördert. Zudem wurde sie in mehreren Teilen der Welt als dezentrale sekundäre Abwasserbehandlungstechnologie eingeführt. Der große Flächenbedarf von 4 – 5 m² pro Person schränkt jedoch ihre Anwendung in Städten und Gemeinden ein.

Um dieses Problem zu lösen, hat der indische Wissenschaftler Dr. Asheesh Kumar Yadav im Jahr 2010 eine neuartige biologische Abwasserbehandlungstechnologie namens Constructed Wetland Integrated Microbial Fuel Cells (CW-MFCs) vorgestellt. Diese Verschmelzung aus Pflanzenkläranlage und Mikrobielle Brennstoffzelle war möglich, weil sowohl in den Pflanzenkläranlagen als auch in den Mikrobiellen Brennstoffzellen ein ähnlicher Schichtgradient vorhanden ist, das heißt im oberen Bereich ist Luftsauerstoff vorhanden (aerober Bereich), während im unteren Bereich Sauerstoffmangel herrscht (anaerober Bereich). Bei dieser Technologie wird das nichtleitende Substrat (Sand und Kies), das normalerweise in bepflanzten Bodenfiltern vorhanden ist, durch leitfähiges Material ersetzt, beispielsweise Graphit, Kohle oder Koks. Das leitfähige Material fungiert in den sauerstoffarmen unteren Bereichen als Elektronenakzeptor und beschleunigt so die biochemischen Vorgänge der Abbauprozesse. Außerdem werden diese Elektronen mit Hilfe eines festen Ladungskollektors (wie in der Abbildung unten dargestellt) aus dem unteren Bereich (Anode) gesammelt und mit Hilfe eines Kupferdrahtes in den oberen Bereich (Kathode) übertragen. Im oberen Bereich werden diese Elektronen zu H₂O reduziert, indem sie mit dem verfügbaren Luftsauerstoff im oberen Teil reagieren. Bei diesem gesamten Prozess der Elektronenübertragung ernten wir auch Bioelektrizität, wie in der Abbildung unten gezeigt. Somit reduziert dieser neue Ansatz nicht nur den Flächenbedarf von Pflanzenkläranlagen um mindestens 50 %, sondern hat auch die Fähigkeit Bioelektrizität zu erzeugen. Im Laufe der Zeit sind Elektroaktive Pflanzenkläranlagen im Labor gut dokumentiert worden, aber es gab nur wenig Erfahrung in Pilotversuchen.

Derzeit plant Janisch & Schulz in Zusammenarbeit mit Dr. Asheesh und seiner Doktorandin Yamini Mittal den Aufbau eines elektroaktiven Bodenfilters im Pilotmaßstab bei einem langjährigen Kunden der Ingenieurgesellschaft . Wir sind allen Beteiligten sehr dankbar für die Zusammenarbeit. Dieses Experiment wird dazu beitragen, eine vergleichende Bewertung der Reinigungsleistung von elektroaktiven Pflanzenkläranlagen mit konventionellen bepflanzten Bodenfiltern in der Praxis vorzunehmen.