Towards a Sustainable Urban Metabolism: Algae-to-Energy Systems as Clean Cycles in the Urban Water Chain

This study includes an analysis of the urban water chain in Germany (water supply, wastewater and sludge management); followed by an analysis of the integration of algae systems on the level of wastewater treatment plants. Then, the scope of the study is extended to put the results in context of the urban metabolism. The relevance of the urban water chain - with and without algae - for the urban energy balance and the urban flows of nutrients and anthropogenic micropollutants is assessed

Integration of Microalgae Systems at Municipal Wastewater Treatment Plants: Implications for Energy and Emission Balances

Integrating microalgae systems (MAS) at municipal wastewater treatment plants (WWTPs) to produce of bioenergy offers many potential synergies. Improved energy balances provide a strong incentive for WWTPs to integrate MAS, but it is crucial that WWTPs maintain their barrier function to protect water resources. We perform a prospective analysis of energy and emission balances of a WWTP with integrated MAS, based on a substance flow analysis of the elements carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P). These elements are the main ingredients of wastewater, and the key nutrients for algae growth. We propose a process design which relies solely on resources from wastewater with no external input of water, fertilizer or CO₂. The whole process chain, from cultivation to production of bioelectricity, takes place at the WWTP. Our results show that MAS can considerably improve energy balances of WWTPs without any external resource input. With optimistic assumptions, they can turn WWTPs into net energy producers. While intensive C recycling in MAS considerably improves the energy balance, we show that it also impacts on effluent quality. We discuss the importance of nonharvested biomass for effluent quality and highlight harvesting efficiency as key factor for energy and emission balances of MAS at WWTP

Transition von Wasserinfrastruktursystemen in Bestands- und Neuerschließungsgebieten

Sich verändernde Randbedingungen und weitergehende Anforderungen erhöhen den Druck auf konventionelle Infrastrukturen. Die Systeme müssen überdacht und hinsichtlich ihrer Flexibilität, ökonomischen Struktur und ihrer Ressourceneffizienz weiter- oder sogar neu entwickelt werden

Transitionswege WasserInfraSTruktursysteme. Anpassung an neue Herausforderungen im städtischen und ländlichen Raum. Endbericht

Vor dem Hintergrund der langen Nutzungsdauern von Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsinfrastrukturen, ihrer geringen Flexibilität und der Veränderungen wichtiger Rahmenbedingungen sind die bestehenden Systeme weiterzuentwickeln um kommenden Herausforderungen gerecht zu werden. Hier setzt das Verbundvorhaben TWIST++ (TransitionswegeWasserInfraSTruktursysteme) an. In diesem Projekt wurden integrierte und zukunftsweisende technische Lösungen erarbeitet, die auf intelligente Weise Entsorgungsaufgaben für Abwasser mit Versorgungsaufgaben für Trinkwasser vereinen und die Flexibilität des Gesamtsystems, sich an künftige Veränderungen anzupassen, erhöhen. Unter Leitung des Fraunhofer ISI arbeiteten dazu Forschungsinstitute, Partner aus Kommunen, Wasser- und Abwasserwirtschaft (Betreiber) sowie Unternehmen aus den Bereichen Planung, Software/Spielentwicklung und Anlagenbau in einem Projektverbund zusammen. In diesem Bericht sind die Ergebnisse des Fraunhofer ISI zusammengefasst, weitere Informationen zum Projekt und zu Projektergebnissen sind auf der Projektseite http://www.twistplusplus.de/ zu finden