Abwasseraufbereitung in Kläranlagen

Wie wichtig sauberes Trinkwass­er für das Leben und die Gesund­heit des Men­schen ist, ist unbe­strit­ten und bedarf kein­er weit­eren Erk­lärung. Für Men­schen in Europa wäre ein Leben ohne unbe­gren­zte Trinkwasserver­sorgung undenkbar. Jeden Tag ver­brauchen wir pro Kopf etwa 123 Liter Wass­er. Wir ver­wen­den es zum Kochen, Zubere­it­en von Getränken, Zäh­neputzen, Duschen, Baden, für die Toi­let­ten­spülung oder zum Waschen von Klei­dung oder Geschirr. Der größte Teil des ver­braucht­en Wassers gelangt über die Kanal­i­sa­tion in die öffentlichen Kläran­la­gen der Kom­munen und Gemeinden.

Grauwasser, Schwarzwasser und Industrieabwasser

Das aus Pri­vathaushal­ten kom­mende Abwass­er wird in die Kat­e­gorien Grau- und Schwarzwass­er unterteilt: Grauwass­er ist leicht ver­schmutztes Abwass­er, das beispiel­sweise beim Hän­de­waschen oder dem Betrieb von Wasch- oder Spül­maschi­nen entste­ht. Mit Schwarzwass­er beze­ich­net man das mit Fäkalien ver­schmutzte Abwass­er. Bei­de Abwass­er wer­den über die öffentliche Kanal­i­sa­tion in die kom­mu­nale Kläran­lage geleitet.

Auch leicht ver­schmutzte Indus­trieab­wäss­er lan­den, wenn sie keine beson­deren Schad­stoffe enthal­ten in öffentlichen Kläran­la­gen und wer­den dort auf­bere­it­et. Die Kläran­la­gen von heute müssen ein immer größeres  Schmutzwasser­aufkom­men bewälti­gen. Knap­per wer­dende Ressourcen machen das Auf­bere­it­en von Wass­er darüber hin­aus zum immer wichtigeren Thema.

Die Behand­lung von Abwässern in Kläran­la­gen ist kom­plex, aufwändig und kosten­in­ten­siv. Das Wass­er wird in ver­schiede­nen Reini­gungse­tap­pen aufbereitet.

Mechanische Reinigungsstufen

Zunächst wer­den grobe Ver­schmutzun­gen je nach Anlage mith­il­fe von Sieb­trom­meln oder Rechen ent­fer­nt und herausgefiltert.

Das Abwass­er gelangt nun mit ein­er Fließgeschwindigkeit von ca. 0,3 m/s in den soge­nan­nten Sand­fang, einem Abset­zbeck­en, in dem sich Sand, kleine Steine oder Glass­plit­ter am Grund abset­zen können.

Durch die „Belüf­tung“ des Sand­fangs mit­tels Kom­pres­soren, die Druck­luft in das Wass­er pumpen, wird das Wass­er in Bewe­gung geset­zt. Dies bewirkt, dass leichtere Stoffe, wie Öle und Fette an die Ober­fläche geschwemmt wer­den. Diese kön­nen nun durch Abräumvor­rich­tun­gen gesam­melt und entsorgt wer­den. Eine Alter­na­tive bietet der Rund­sand­fang, in dem die Ver­schmutzun­gen durch Zen­trifu­galkraft aus dem Abwass­er her­aus­ge­filtert werden.

In der näch­sten Etappe, dem soge­nan­nten Vork­lär­beck­en wird die Fließgeschwindigkeit des Abwassers, meist durch Ver­bre­iterung des Beck­ens auf 1,5 cm/s reduziert. Feinere Schmutz­par­tikel kön­nen sich, je nach Beschaf­fen­heit am Boden oder an der Ober­fläche des Beck­ens abset­zen. Durch Räum­balken am Boden oder Absaugvor­rich­tun­gen an der Wasser­ober­fläche wird der meist aus organ­is­chen Stof­fen beste­hende Primärschlamm in den Fault­urm befördert.

Hier entste­ht durch ver­schiedene Faul- und Gär­prozesse aus dem Primärschlamm Methangas, das effizient für die interne Energiev­er­sorgung der Anlage einge­set­zt wer­den kann.

Möglichkeiten der Energieeinsparung in der biologischen Reinigungsstufe

Nach der mech­a­nis­chen Vor­reini­gung fol­gt die energieaufwändig­ste Phase der Abwasser­reini­gung in Kläran­la­gen, die biol­o­gis­che Reini­gungsstufe. Sie find­et in soge­nan­nten Bele­bungs­beck­en statt, in welche wird kon­tinuier­lich Sauer­stoff einge­bracht wird.

Druck­luftkom­pres­soren, wie Drehkol­benge­bläse, Verdichter oder Tur­boverdichter brin­gen den Sauer­stoff in das Abwass­er ein. Der Prozess der Druck­luft­gener­ierung erfordert bis zu 80% der Gesamten­ergiebe­dar­fes der Anlage. Für viele Anla­gen­be­treiber liegen genau hier hohe Effizien­zsteigerungspo­ten­tiale. In älteren Anla­gen ver­puffte die aufgewen­de­tete Energie zu den Tageszeit­en bzw. Jahreszeit­en mit gerin­gerem Abwasser­aufkom­men. Durch inno­v­a­tive Tech­nolo­gien ist es heute möglich, genaue Bedarf­s­analy­sen durchzuführen und durch automa­tisierte Steuerun­gen der Kom­pres­soren Energie zu sparen. Damit wer­den die natür­lichen Schwankun­gen im Abwasser­aufkom­men (am Tag höher als in der Nacht und im Som­mer höher als im Win­ter) berück­sichtigt und nur genau so viel Energie erzeugt, wie ger­ade nötig. Darüber hin­aus gibt es Sys­teme, die die einge­brachte Energie, beispiel­sweise durch Wärmerück­gewin­nung zweifach nutzen und so eben­falls zur Effizienz beitragen.

Die Sauer­stof­fzu­fuhr im Bele­bungs­beck­en begün­stigt den Leben­sraum für Bak­te­rien, die sich von organ­is­chen Verbindun­gen ernähren und sie in anor­gan­is­che Verbindun­gen umwan­deln kön­nen. Es bilden sich Belebtschlamm­flock­en. Der Belebtschlamm wird in das Nachk­lär­beck­en geleit­et. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers wird hier erneut reduziert und der Schlamm kann sich in am Boden des Beck­ens abset­zen (Sed­i­men­ta­tion). Durch Räumvor­rich­tun­gen wird er vom klaren Wass­er getren­nt und als zusät­zliche Bio­masse in den Fault­urm weitergeleitet.

90 Prozent der biol­o­gisch abbaubaren Stoffe sind nun aus dem Abwass­er ent­fer­nt. Im näch­sten Schritt, der chemis­chen Abwasser­auf­bere­itung, wer­den noch vorhan­dene Phos­phate, Stick­stof­fverbindun­gen, Man­gan oder Eisen durch Zugabe von chemis­chen Sub­stanzen aus­ge­fällt oder neutralisiert.

Die let­zte Etappe des Abwassers bildet eine Fil­tra­tion oder Nanofi­tra­tion, wobei das Wass­er entwed­er durch einen Tuch- oder Sand­fil­ter sick­ert oder alter­na­tiv mit hohem Druck durch eine Mem­bran gepresst wird. Schließlich gelangt das Wass­er in den Klar­wasser­spe­ich­er. Hier wer­den let­zte Proben ent­nom­men, bevor das gere­inigte Wass­er in den natür­lichen Wasserkreis­lauf zurück­ge­führt wird.