HypoWave+ Implementierung eines hydroponischen Systems als nachhaltige Innovation zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen ...
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Implementierung eines hydroponischen Systems als nachhaltige Innovation zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung (HypoWave+)
HypoWave+
Implementierung eines hydroponischen Systems
als nachhaltige Innovation zur
ressourceneffizienten landwirtschaftlichen
Wasserwiederverwendung
Statusseminar der BMBF-Fördermaßnahme
Wassertechnologien: Wiederverwendung (WavE II)
8. Februar 2023, DECHEMA, Frankfurt am Main
Prof. Dr.-Ing. Thomas Dockhorn
Foto: Klaus D. Wolf
Projektziele HypoWave/HypoWave+
Entwicklung einer nachhaltigen Gesamtsystemlösung
Hohe Ressourceneffizienz (→ Wasser und Nährstoffe)
Erzeugung qualitativ hochwertiger Produkte (→ Schadstoffe und Hygiene)
Abwasseraufbereitung: so viel wie nötig (→ Ermittlung von
Systemgrenzen)
Erste großtechnische Implementierung des Systems
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 2
HypoWave - das Multibarrierenkonzept
SM & Bakterien
Organik
SpSt Viren
N& P
Boden und Grundwasser
Wasseraufbereitung
mehrstufig Gewässer
SM: Schwermetalle SpSt: Spurenstof f e Barriere
Abb.: T. Dockhorn, 2022
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HypoWave – Fallstudien
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 4
Der Projektstandort in Weißenberge
Foto: T. Dockhorn
Abb.: IseBauern
Foto: T. Dockhorn
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 5
Die Arbeitspakete
AP1 Bewässerungswasser: Wasseraufbereitung (HUBER SE) ist gebaut, hat den
ersten Testbetrieb erfolgreich gemeistert und ist bereit für einen Standortwechsel;
Pilotanlage AK-Biofilter (ISWW) befindet sich Testbetrieb
AP2 Pflanzenproduktion: Untersuchungen im Gewächshaus UHOH laufen, erste
Untersuchungsergebnisse liegen vor
AP3 Digitalisierung: Entwicklung d. Steuerungskonzepts parallel zur GW-Planung
AP4 Reallabor startet mit großtechnischer Implementierung
AP 5 Qualitätsmanagement hat seine Arbeit Mitte 2021 aufgenommen
AP6 Übertragbarkeit kann erst parallel zur Inbetriebnahme der Großtechnik starten
AP 7 Projektkoordination
Aktueller Stand Planungs- und Genehmigungsprozess
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AP1 Aufbereitung des Bewässerungswassers
Quelle: HUBER
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 7
AP1 HUBER Anlage am Versuchsstandort Grevenmacher
20“ Messtechnik Container HUBER Tuchfilter RotaFilt
Quelle: HUBER
GAK- Biofilter
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 8
AP2 – Pflanzenproduktion
Zwei Hydrokulturversuche wurden in einem Gewächshaus der
Universität Hohenheim (Stuttgart) durchgeführt.
Experimental Design
24 Hydroponische Sets mit je 6 Pflanzen (Fig. 2b)
101.8 l Nährlösung pro Set
Niedrig konzentrierte Nährlösung: 20 mg/l Ntot , 5 mg/l PO4-P
Relative Luftfeuchtigkeit: Trocken < 40 %,Feucht: 70 – 80 %
Experiment 1
Analyse der Nährstoffaufnahme, des Pflanzenwachstums und der
Pflanzenphysiologie vier verschiedener Tomatensorten in einer niedrig
konzentrierten Nährlösung unter dem Einfluss verschiedener Fig. 1: Überblick über den Versuchsaufbau im Gewächshaus
Luftfeuchtigkeiten.
(a)
(b)
Experiment 2
Untersuchung der Auswirkung von vier konstanten Ammonium-
Nitrat-Verhältnissen (% NH4 von Ntot) auf die Biomasseproduktion,
die Nährstoffnutzungseffizienz und die Enzymaktivitäten von
Tomaten unter zwei verschiedenen Luftfeuchtigkeiten.
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 9
Fig. 2: (a) Versuchs design des ersten Versuchs (b) Darstellung
eines Hydroponischen Sets 9
AP2 – Pflanzenproduktion
VPD: Vapour Pressure Deficit
Fig. 3: Nährstoffaufnahme einer Pflanze von vier verschiedenen Tomatensorten aus Fig. 4: Trockenmasse-Produktion einer Pflanze innerhalb von 30
der Nährlösung innerhalb von 30 Tagen in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit Tagen beeinflusst vom NH4/Ntot-Verhältnis und Luftfeuchtigkeit
Fig. 4: Tomatensorte Saluoso 16
Signifikanter Unterschied in der Nährstoffaufnahme zwischen den Sorten Die höchste TM-Produktion erfolgt in einem trockenen Tage nach dem Umpflanzen in der
Kammer mit niedrigem
Luftfeuchtigkeit beeinflusst die Nährstoffaufnahme der Sorte Reddery Klima und bei einer konstanten Zugabe von 0,5 % NH4 Luftfeuchtigkeit
Die Sortenwahl ist ein wichtiges Instrument zur Steuerung Die Optimierung des NH4/Ntot-Verhältnisses
des Nährstoffentzugs aus dem Wasser. erhöht die Pflanzenproduktion.
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 10 10AP3 Digitalisierung & Monitoring - Übersicht Prozessschema
Quelle: IGB
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 11Stand AP3: Digitalisierung und Monitoring
Kontinuierlicher Prozess: Erfassen aller Datenquellen und Eingriffsmöglichkeiten in
das Prozess-Schema
Voruntersuchungen zu Pflanzenanbau in Hohenheim (2022): Daten in entwickelter
Struktur auf Server des Fraunhofer IGB erfasst
Anlage in Weißenberge: ein zentraler Rechner zur Datenerfassung geplant
Vortrag auf 13th IWA International Conference on Water Reclamation and Reuse in
Chennai (01/2023): „Artificial Neural Networks as a tool for optimization and risk
management in water reuse”
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 12
12AP5 Qualitätsmanagement
Ziel: Entwicklung eines integrierten Qualitätsmanagements (QM) von der
Wasseraufbereitung über die Nahrungsmittelproduktion bis zum Produktverkauf.
Fokus: Erarbeitung einer speziell auf das hydroponische Wasserreycling
ausgerichteten Qualitätssicherung (QS), insb. eines Risikomanagements (RM)
Methoden: Literaturstudie (citavi), Dokumentenanalyse (MAXQDA),
Experteninterviews (Leitfaden)
Quellen: wissenschaftliche Artikel, Zertifizierungssysteme und Richtlinien,
gesetzliche Regelungen zum Wasserrecycling insb. in der EU, Erfahrungen aus
Interviews
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 13AP5 Qualitätsmanagement
Zwischenergebnisse (vorläufig): Texte für die Dokumentenanalyse
Abwasser- Trinkwasserversorgung Lebensmittel Wasserwiederverwendung
entsorgung
DVGW W 1000; DVGW W 1000; WHO Q+S; GlobalGAP; DIN 19650 (1999); WHO Potable Reuse; WHO Guidelines (2006)
DWA Merkblatt Water Safety Plan DIN EN ISO 22000; FSSC 22000; IFS- ISO 16075:2020; ISO 20419:2018; Wastewater quality
1000; DIN EN Manual; DIN EN 15975- Zertifizierung; BRCGS; guidelines for agricultural reuse (1987/1999) (FAO);
ISO 9001 2; DIN EN 15975-1 EFSIS Safe & Guideline for water reuse (EPA); JRC – Technical guidance
legal Standard Water Reuse Risk Management for Agricultural Irrigation
Schemes in Europe (2022); BfR Berichte (2021), EU
Verordnung 2020/741
Nächste Schritte:
Experteninterviews: Hinweise zur praktischen Handhabung zu QM, QS, RM
Einbeziehung der Praxispartner zur Vorbereitung der gemeinsamen
Konzeptentwicklung für das integrierte QM
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 14Zeitplan und aktueller Stand
Seit Projektstart 2021 Zeitverzug >1 Jahr absehbar
Plan: kostenneutrale Verlängerung bis 12/2024
Warten auf die Baugenehmigung; Start Bau Frühjahr 2023, Start Gemüseanbau 02/2024
Vor 3 Wochen: überarbeitete Kostenplanung des Gewächshausplaners:
Baukostensteigerung von 3 Mio. auf > 6 Mio. €
Seither: intensive Diskussion von Alternativen
Derzeitiger Favorit: Bau eines günstigeren und kleineren Foliengewächshauses (z.B.
1.000 anstatt 10.000 m2)
Ziel: schnellere Realisierbarkeit und Halten des Zeitplans
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 15Die großtechnische Implementierung - das Gewächshaus
Die
Planung
Quelle: Gefoma (2022)
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 16Gemarkung Wahrenholz Hues-Schafstallweg
34 Flur 45 35 36 B
146/2
Flur 53
Die großtechnische Implementierung - das Gewächshaus Feuerwehrumfahrung
Bewegungsflächen
7.00
0.50
2. BA 12.00 4.00
1.50
0.50
1. BA
1.50 1.30
0.50
0.50
Entnahmestelle
1.00
1.00
B.
0.50
1.00
0.50
Die
Löschwasser
195 m³
1.00 0.50
18.50
1.50 3.00 3.00 1.20
A. A. 0.50
Planung…
35.50
-1,50
0.50
0.50
Überlauf DN250
-1,00
3. BA 16.90 bis 21.00
A A
Regenwassersammelbecken 1. BA
B. 1 523 m³
Regenwassersammelbecken 1. BA
1.00
0.50
1.50
40.85 bis 48.30
Regenwassersammelbecken 2. BA,
3. BA und 4. BA
3 340 m² (verfügbare Fläche)
4. BA
Lageplan
M 1:1250
B
Regenwassersammelbecken 1. BA - Grundriss
M 1:250
Traufstreifen
Schnitt A-A Feuerwehrumfahrung
M 1:250 Feuerwehrumfahrung
Detail 1
3. BA
0.50
Regenwassersammelbecken +0.000 OKG
1.42
1.00
RW - Überlauf DN250
Gefälle 0,5%
Zum Entwässerungsgraben
Detail 1
M 1:25
Folienauskleidung
Index Änderung Datum Name
2mm dick Einzäunung
RW - Überlauf DN250 Bauvorhaben:
+0,00m; Gefälle 0%
Neubau einer Gewächshausanlage
Hinter den Höfen 9
Schnitt B-B Feuerwehrumfahrung
Bewegungsflächen
29399 Wahrenholz
M 1:250 (maximaler
0.50
0.50
Bauherr:
Wasserstand)
Entnahmeeinrichtung Herr S. Pieper
Quelle: Gefoma (2022)
+0.00 +0.000 OKG
29399 Wahrenholz
0.50
Regenwassersammelbecken
1.00
GEFOMA GmbH Großbeeren Tel.: 033701/ 367800
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 17
Fax: 033701/ 367829
Ingenieur- und Planungsgesellschaft
0.50
1.00
1.50
Gartenbau Bauwesen Gebäudetechnik info@gefoma.de
www.gefoma.de
-0.80 Theodor-Echtermeyer-Weg 4 14979 Großbeeren
Leistungsphase:
-1.00 RW - Überlauf DN250
-0,80m; Gefälle 0,5% Genehmigungsplanung
Zeichnungsinhalt
Regenwassersammelbecken 1. BA
Datum Name Maßstab: Format: Blatt:
Bearbeiter 01.07.2022 Moura Wie angezeigt 841 x 594
Zeichnungs-Nr.: Index:
Gepr. 01.07.2022 Moura
202013_4_300_L02
P:\AvaDat\Projekte\2020\202013\03_Entwurfsplanung\3_Zeichnungen\Bau\Lageplan.rvt…und mögliche Alternative…
Quelle: Poppen Gewächshäuser
08.02.2023 | BMBF-Statusseminar | HypoWave+ | Thomas Dockhorn | Seite 18Implementierung eines hydroponischen Systems als nachhaltige Innovation zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung (HypoWave+)
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FKZ: O2WV1562A-K
Foto: Klaus D. WolfSie können auch lesen
