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| Conference Presentation (After Call) | FZJ-2022-05800 |
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2022
Abstract: Intensive Landwirtschaft aber auch Anwohner und Industrie belasten die Oberflä-chen- und Grundgewässer mit Nährstoffen (Landesamt für Natur, Umwelt und Ver-braucherschutz NRW, 2014). Die Nährstoffanreicherung in Oberflächengewässern (Eutrophierung) äußert sich in Abhängigkeit vom Schweregrad durch Algenblüten. Algen haben eine hohe Kapazität für die Phosphataufnahme und können im Idealfall bis zu 90% des Phosphats aus dem Abwasser entfernen (Solovchenko et al., 2016). Diese Fähigkeit der Algen wird im Projekt AlgaeFertilizerBoxes genutzt, um einen Demonstrator zur Wasseraufbereitung mittels Algen zu entwickeln.Das System wird aus zwei Modulen bestehen: i. Algen Modul und einem Spektral Modul. Dieses besteht aus einer flachen, geneigten (0,5-2% Gefälle) und freiliegen-den Oberfläche mit gepulstem Wasserfluss (Calahan et al., 2018). Hier bildet sich ein schnellwachsender, benthischer Biofilm aus überwiegend filamentösen Algen (Sala-ma et al., 2017, Calahan et al., 2018). Der Biofilm kann aus über 100 Algenspezies bestehen, ist gegenüber Umwelteinflüssen sehr robust (Kangas et al., 2017) und zeigt eine überwiegend gleichbleibende Funktionalität (Calahan et al., 2018). Im Ge-gensatz zur üblichen, energieaufwendigen Algenbiomasseernteverfahren durch Zent-rifugation, wird der Biofilm aus dem ATS-System durch Schrubben (scrubbing) ge-erntet. Unter kontrollierten Bedingungen entfernte das ATS-System bereits nach 24 Stunden bis zu 70% der Nitrate und 80% der Phosphate aus der Nährlösung. Der Biofilm ist photoautotroph und wird mit Licht der Sonneneinstrahlung und LED-Beleuchtung versorgt. Die Konzentration der Sonnenstrahlung wird mit einem mehr-stufigen Lichtsammel- und -lenksystem aus Mikroheliostat Boxen (Synhelion GmbH, Bergisch Gladbach, Deutschland) und einem linearen Spiegel zur Lenkung der Son-nenstrahlung in den Container erreicht. Das Spiegelsystem wird sich auf dem Dach des Containers befinden, um den Demonstrator möglichst kompakt zu halten. Da derBiofilm nur das sichtbare Licht für die Photosynthese nutzen kann (Nwoba et al., 2019), wird der Infrarotanteil mittels einer spektral selektiven Folie ausgekoppelt um die Überhitzung des Photobioreaktors zu verhindern. Die ausgekoppelte Infrarot-strahlung wird zur Stromerzeugung im Infrarot-Photovoltaik Modul genutzt. Abschlie-ßend wird das sichtbare Licht mit Hilfe eines Spiegelsystems im Photobioreaktor ver-teilt. Zusätzlich wird der Photobioreaktor mit LEDs ausgestattet, um den Demonstra-tor von Wetter- und Jahresbedingungen unabhängig zu machen. Darüber hinaus werden die LEDs einen Dauerbetrieb (24/7) des Demonstrators ermöglichen. Die Algen und Spektral Module werden in einen 20-Fuß-ISO-Container integriert, um die Mobilität des Systems zu gewährleisten.Die ATS-Biofilme wurden auf Nährstoffzusammensetzungen untersucht. Aus der Perspektive der Nährstoffzusammensetzungen sind diese als Stickstoff/ Phosphat Dünger (NP-Dünger) geeignet. Die Untersuchungen zur Nutzung des Biofilms als Dünger für Weizen sind in der Durchführung.
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