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Abwasserbeseitigung im Detail

Wie wird kommunales Abwasser gereinigt?

Die Abwasserreinigung ist in den letzten Jahren sehr aufwendig geworden und erfolgt in verschiedenen Einzelschritten. Eine Kläranlage entspricht im Prinzip einer "Fabrik", die sauberes Wasser produziert. In diesem umfangreichen Prozess werden neben mechanischen auch biologische und chemische Verfahren eingesetzt.

Rechen

Gröbere Inhaltsstoffe werden aus dem Abwasser z. B. durch einen Rechen oder ein Sieb schon im Zulaufgerinne entnommen. An dieser Stelle im Klärwerk wird sichtbar, wie viel Abfall immer noch fortgespült wird, der nicht in eine Kanalisation gehört.

Schematische Darstellung Rechen

Sandfang

Der Sandfang lässt das Abwasser langsamer fließen, wodurch schwere Stoffe wie mitgeführte Sandpartikel und Kies absinken. Das Sandfanggut wird regelmäßig geräumt und entsorgt.

Beim belüfteten Sandfang wird Druckluft zum Auftreiben von Fett- und Schwimmstoffen eingesetzt, die dann mittels eines Fettfanges entfernt werden.

Schematische Darstellung Sandfang

Vorklärbecken

Beim belüfteten Sandfang wird Druckluft zum Auftreiben von Fett- und Schwimmstoffen eingesetzt, die dann mittels eines Fettfanges entfernt werden.

Hiermit ist die mechanische Abwasserreinigung abgeschlossen. Das Abwasser enthält jetzt in gelöster Form noch etwa zwei Drittel seiner Gesamtverschmutzung.

Schematische Darstellung Vorklärbecken

Belebungsbecken

Das mechanisch vorgereinigte Abwasser fließt in das Belebungsbecken der biologischen Reinigungsstufe. Dort bauen Kleinstlebewesen, z.B. Bakterien, die im so genannten Belebtschlamm (Flocken von organischen Teilchen) enthalten sind, die gelösten und feinzerteilten organischen Schmutzstoffe des zugeführten Abwassers ab. Die Mehrzahl der Bakterien braucht hierfür Sauerstoff. Dieser wird z. B. über eine Druckbelüftung in das Becken geblasen oder durch installierte Rotoren, Kreisel oder Bürsten in das Wasser hineingeschlagen. Damit dem Abwasser die Nährstoffe entzogen werden, werden zur Phosphatreduzierung Fällmittel dazu dosiert und zur Stickstoffelimination neben dem belüfteten Bereich in einem separaten Beckenabschnitt eine sauerstofffreie Zone eingerichtet.

Die Vorgänge im Belebungsbecken entsprechen den Selbstreinigungsmechanismen der natürlichen Gewässer, mit dem Unterschied, dass diese hier durch die hohe Organismendichte in viel stärkerem Maße als in der Natur ablaufen. Um diese hohe Organismendichte im Belebungsbecken zu erhalten, wird ein Teil der sich in der Nachklärung absetzenden Schlamm bzw. Bakterienmasse immer wieder in das Belebungsbecken zurückgeführt (Rücklaufschlamm). Ein anderes biologisches Reinigungsverfahren ist der Tropfkörper. Hier wird das Abwasser über Kunststoffflächen oder Steinbrocken verrieselt. Die Mikroorganismen siedeln sich als "biologischer Rasen" auf deren Oberfläche an und sorgen hier für die biologische Abwasserreinigung.

Schematische Darstellung Belebungsbecken

Nachklärbecken

Im anschließenden Nachklärbecken werden die Bakterien als Belebtschlammflocken vom gereinigten Abwasser getrennt. Nachklärbecken arbeiten physikalisch wie die Vorklärbecken, d.h. der Belebtschlamm setzt sich ab. Der nicht in das Belebungsbecken zurückgepumpte Schlamm (Sekundärschlamm) wird wie der Primärschlamm der Schlammbehandlungsanlage zugeführt. In solchen Anlagen der mechanischbiologischen Abwasserreinigung werden die im Abwasser gelösten Kohlenstoffverbindungen soweit abgebaut, dass nur noch ein ganz kleiner Prozentsatz über den Kläranlagenablauf ins Gewässer gelangt.

Schematische Darstellung Nachklärbecken

Weitergehende Abwasserreinigung

Trotz großer Erfolge bei der Abwasserbehandlung in den letzten Jahren hat man erkannt, dass zur Erhaltung von sauberen Gewässern weitere Schritte unternommen werden müssen. Bei der weitergehenden Abwasserreinigung geht es vorrangig um die Entnahme der Pflanzennährstoffe Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser. Die dafür erforderlichen verfahrenstechnischen Maßnahmen lassen sich in den bisherigen Abwasserreinigungsprozess integrieren, so dass prinzipiell alle bestehenden Kläranlagen zur Stickstoff- und Phosphorentnahme ausgebaut werden können. In zu hoher Konzentration verursachen diese "Nährstoffe" ein starkes Algenwachstum, die so genannten Algenblüten, die zeitweise in großem Ausmaß in unseren Meeren auftreten.

Die Stickstoffelimination

Die beiden Schritte zur Entnahme von Stickstoff heißen Nitrifikation und Denitrifikation. Durch verfahrenstechnische Einrichtungen wird den Mikroorganismen jetzt eine entsprechende Umgebung geboten, und der Stickstoff wird dem Abwasser entzogen. Bei der Nitrifikation wird das hauptsächlich vorliegende, stechend riechende Ammonium unter starker Sauerstoff zufuhr in zwei Stufen oxidiert. Zunächst wird das Ammonium zu Nitrit (NC2), und danach das Nitrit zu Nitrat (NO3) umgewandelt. Die eigentliche Arbeit leisten dabei wieder die Kleinstlebewesen, denen man ausreichend Raum. Sauerstoff und Zeit lassen muss. Bei der Denitrifikation wird dieses Nitrat zu Stickstoff (N2) reduziert und in die Atmosphäre abgegeben, die zu fast 80% aus diesem Gas besteht. Dabei helfen Mikroorganismen, die nur unter sauerstoffarmen Bedingungen Nitrat zu Sauerstoff und Stickstoff umwandeln. Der hohe Sauerstoffbedarf für die Nitrifikation und die notwendige Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff während der Denitrifikation machen eine verfahrenstechnische Trennung dieser Vorgänge (z.B. wechselweise An- und Ausschaltung der Belüftung) erforderlich.

Die Phosphorelimination

Bei der Entfernung von Phosphat unterscheidet man zwischen chemisch-physikalischen und biologischen Verfahren. Die chemisch-physikalische Elimination von Phosphor erfolgt durch Fällung oder Flockung. Dabei dosiert man entsprechend dem Phosphorgehalt des Abwassers Metallsalze oder Kalk ins Abwasser, die mit dem Phosphor, das als Phosphat vorliegt, eine unlösliche feste Verbindung eingehen und sich mit dem Belebtschlamm im Nachklärbecken absetzen. Mit der Überschussschlammentnahme werden die Phosphatverbindungen dem Abwasser entzogen. Da die Handhabung dieser Technik recht einfach ist, ist sie weit verbreitet. Bei der biologischen Elimination werden die im Belebtschlamm befindlichen Mikroorganismen zur erhöhten Phosphataufnahme veranlasst. Hierbei handelt es sich um einen mikrobiologisch komplizierten Vorgang, der eine verfahrenstechnische Anpassung an die Abwasserzusammensetzung und weitere Randbedingungen erfordert. Mit den eingesetzten Verfahren lassen sich die Abwässer so aufbereiten, dass es in der Regel zu keiner Gewässerverunreinigung mehr kommt. In besonderen Fällen müssen Filtrations- und Adsorptionsanlagen hinzukommen. Entkeimungsanlagen werden benötigt, wenn es gilt, Badegewässer zu schützen.