This study was done in connection with the EU-funded project POWERSTEP. Powerstep, with various research-work packages, is positioned to help conceptualise waste water treatment facilities as energy suppliers. The goal of the study is to evaluate if micro-filtration, as part of an expanded pre-treatment stage, can provide organic matter for digestion while allowing stable treatment conditions in sludge activation.

The aim of this thesis, carried out within the course of the EU-funded research Project POWERSTEP, is to investigate the applicability of duckweed in wastewater treatment in removing nitrogen based on the principle of the APS duckweed plant system. The motivation for this investigation is the intended combination of the Hydrotech drum filter with the APS duckweed plant system at case study one of the POWERSTEP project. The goal is to demonstrate and market a new wastewater treatment concept heading towards energy positive wastewater treatment plants. The investigations within the scope of the thesis were carried out on a laboratory scale to identify suitable duckweed species, the optimal duckweed mat density, relative growth rate (RGR), doubling time and the ammonium removal under the given conditions at the case study. From the four tested duckweed species Lemna Minor, Lemna Minuta, Landoltia Punctata and Spirodela Polyrhiza, the species Lemna Minor and Landoltia Punctata adapted best to the given wastewater composition. In a mix population of Lemna Minor and Landoltia Punctata a mat density of 0.075 g·cm-2 was determined to be best in suppressing competitive submerged algae growth and enabling duckweed relative growth rates of 0.072 d-1 and doubling times of 9.93 days. Based on the APS duckweed plant system, mean daily ammonium removal of 0.56 g N·m-2·d-1 and a daily ammonium degradation efficiency of 72.75% to a mean ammonium effluent of 12.26 mg·l-1 was shown at a lab-scale for a retention time of 24 hours. Based on the results of this research, it can be concluded that the principle of the APS duckweed plant system under the use of Lemna Minor and Landoltia Punctata can be applied to remove ammonium from wastewater achieving high reduction rates.

Powerstep wird auf der KA MS in zwei Etappen realisiert. Der erste Part umfasste die Generierung von maximalen Primärschlammmengen durch den Einsatz einer Flockung und anschließenden Filtration im Anschluss an die mechanische Reinigung. Zielstellung war es mit dem energiereichen Primärschlamm durch Faulung und Verstromung den Endenergiebedarf der KA MS decken zu können und durch die Überführung des wesentlichen Schmutzstoffanteils in den produzierten Schlamm die biologische Abwasserbehandlungsstufe, genauer die Belebung, zu entlasten. Die Reinigungsmethode wurde im Labormaßstab getestet und als erfolgreich bewertet. Allerdings konnte innerhalb der Laboruntersuchungen auf der Kläranlage nachgewiesen werden, dass bei dem neuen Verfahren keine Entfernung des Ammoniums realisiert wird. Da Ammonium einer der wesentlichen Parameter zur Bewertung der Reinigungsleistung einer Kläranlage ist und durch die Abwasserverordnung (AbwV) mit einem Ablaufgrenzwert belegt wurde, wird im zweiten Part von Powerstep eine Technik zur energieeffizienten Ammoniumelimination untersucht. Die Bearbeitung dieser Problematik ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zur Ammoniumentfernung bei der Abwasserreinigung zu betrachten und tiefgreifend auf die Elimination durch den Einsatz von Wasserlinsen einzugehen. Dabei werden sowohl ökologische, als auch chemische und technische Belange beleuchtet.

This review covers state-of-the-art technologies for advanced anaerobic digestion of municipal sewage sludge. It is based on an extensive review of literature and available data, focussing on processes which have been realized in full-scale plants. The review includes information on single-stage mesophilic digestion, thermophilic digestion, temperature-phased digestion, high-load digestion and other process modifications, as well as mechanical, thermal, chemical, and biological disintegration methods. All processes are described with a set of key performance indicators such as degradation rate of volatile solids, biogas yield, return load, effects on dewatering, and capital costs.

This report summarizes the definitions and schemes that will be used for the process assessment within POWERSTEP. A general approach is described to screen potential schemes for wastewater treatment plants (WWTPs) in their energy profile with the energy audit software OCEAN, focussing on reference schemes as benchmark and potential POWERSTEP schemes with innovative process modules

Die reinigung von Abwasser ist sehr energieintensiv. die kommunale abwasserbehandlung zählt deshalb noch vor Schulen und krankenhäusern zu den größten Stromverbrauchern. in den rund 10.000 deutschen kläranlagen schlummern allerdings erhebliche einsparpotenziale und sogar bislang ungenutzte energieressourcen, die noch erschlossen werden können.