Abwasserreinigung
Was kommt ins Abwasser?
-Haushalt: Körperpflege + Hygiene: Haare, Kot, Urin, Shampoo, Seife, Creme, Toilettenpapier, usw.
Spülabfälle: Öl, Speisereste, Spülmittel
Wäsche waschen: ,,Schmutz"=Fett, Blut, Salz, Waschmittel
-Betriebe: Fett (Metzger), Mehl (Bäcker), Molke (Milchhof), Reinigungsmittel (alle)
-Oberfläche: Zeitungspapier, Zigarettenstummel, Kunststofffolien (Verpackungen), Sand, Laub, kleine Holzstücke, Streusalz, Regenwasser von Dächern und Straßen
Was soll aus dem Abwasser werden?
Trinkwasser
Reinigung des Abwassers in einer 3-stufigen Kläranlage
1. Mechanische Reinigungsstufe - entfernt ungelöste Abwasserinhaltsstoffe
- Durchlauf durch eine Rechenanlage >Grobrechen: größere Gegenstände z.B. Plastiktüten, Tierkadaver
>Feinrechen: Fremdkörper bis etwa Streichholzgröße
- im Sandfang sinken schwere Stoffe bis zur Größe kleiner Steinchen zu Boden
- im Vorklärbecken (dunkelblau) setzen sich 20 - 30% der Schwebstoffe ab und bilden eine Schlammschicht
2. Biologische Reinigungsstufe (grün) - entfernt gelöste Abwasserinhaltsstoffe
- im Belebtschlammbecken befinden sich spezialisierte aerobe Bakterien und Protozoen (der sog. Belebtschlamm), die sich von gewässerbelastenden organischen Stoffen (Kohlenstoffe, Phosphor und Stickstoff aus Waschmitteln oder Dünger) ernähren
- im Nachklärbecken (hellblau) werden die abgesetzten Stoffe und der überschüssige Belebtschlamm vom Reinwasser getrennt; ein Teil des Belebtschlammes wird ins Belebtschlammbecken zurückgeführt, um erneut Bakterien zu ,,züchten" und der andere Teil kommt mit dem Schlamm aus dem Vorklärbecken in Faultürme _ besser: Nachklärung wird durch Mikrofiltrationsstufe ersetzt, um den Anteil an Schwebstoffen und Mikroorganismen sehr gering zu halten, so dass eine idealere Voraussetzungen für eine weitergehende Aufbereitung des Reinwassers gegeben ist, aber im Moment sind die Investitions- und Betriebskosten noch zu hoch für diese Entwicklung
- in Faultürmen (braun) wird der Schlamm bei ca. 37°C durch anaerobe Bakterien ,,ausgefault" bis er geruchsam und chemisch-physikalisch stabilisiert ist > Wärme und Methangas (Energiequelle) werden erzeugt und ausgefaulter Schlamm kann als Dünger verwendet werden
>>>die Abfallstoffe sind zu etwa 90% entfernt, doch enthält das Abwasser immernoch gelöste Salze (z.B. Phosphate, Nitrate), die wie Dünger auf die Algen im Gewässer wirken können
3. Chemische Reinigungsstufe - entfernt einige der gelösten Salze
- durch ausflockende Fällungsmittel lassen sich bis zu 90% der Phosphate aus dem Abwasser entfernen
- durch Experimente versucht man auch die Nitrate zu entfernen, indem denitrifizierende Bakterien die Nitrate zu molekularem Stickstoff verarbeiten
- Industrien haben zusätzliche Reinigungsverfahren speziell für ihre Abwässer
>>>das gereinigte Wasser wird ins Gewässer (Vorfluter) geleitet
Großeinleiter
_ Industriebetriebe müssen Starkverschmutzerzuschläge zahlen und fördern dadurch die Erweiterung von Kläranlagen, d.h. sie haben eine finanzielle Belastung im nicht-produktiven Bereich
- Alternative: anaerobe innerbetriebliche Vorreinigung (>weniger Energiebenötigung >Gewinnung von Biogas >hohe Stoffumsatzrate: 80 - 90% werden abgebaut >wenig Überschuss-Schlamm, dessen Nachbehandlung normalerweisemit hohem Energie- und Kostenaufwand verbunden ist)
- Nach der Vorreinigung wird das gereinigte Wasser entweder direkt in kommunale Kläranlagen geleitet oder es wird z.B. als Reinigungswasser wiederverwendet
Abwasserreinigung durch Sonnenlicht
- 1996: erste Experimente an der Plataforma Solar de Almería/Spanien nach zahlreichen Laborversuchen
- bei diesen Laborversuchen fand man heraus, dass die ,,Advanced Oxidation Processes" (AOPs) das OH-Radikal zur Oxidation mit organischen Verbindungen gebrauchen, aber um dieses herzustellen benötigen sie viel Energie
- zur Verfügung standen ein zweiachsiger Parabolrinnen-Heliostat (,,Helioman") und ein feststehender Compound Parabolic Collector (CPC)
- der ,,Helioman" konzentriert das Sonnenlicht um den Faktor 10, was zu hohen Reaktionsgeschwindigkeiten führt, ist technisch aber wesentlich aufwendiger
- der CPC benutzt das Sonnenlicht ohne zusätzliche Konzentration, ist aber bei Bewölkung nicht so wirkungsvoll
- als Modellabwasser dienten verschiedene Lösungen, deren Schadstoffe im ,,Helioman" in weniger als 5 min. abgebaut wurden und im CPC in 10 min. ; reales Abwasser wurde auf diese Weise auch mit gutem Erfolg abgebaut
Abwasserreinigung durch Pflanzenkläranlagen
- künstliche Feuchtgebiete, in denen das Zusammenspiel von biotischen und abiotischen Kräften genutzt wird >Vorbild war das Röhricht auf Nasswiesen oder Gräben
- Röhricht bietet den Mikroorganismen ein günstiges Milieu: mit seinen Wurzeln sorgt es für gute Durchlässigkeit und Durchlüftung des Bodens
- Mikroorganismen besiedeln Pflanzenwurzeln und Bodenpartikel und nutzen die Abwasserinhaltsstoffe als Substrat zum Aufbau zelleigener Biomasse; Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen werden vollständig zu CO² und N² abgebaut · Pflanzenwurzeln entziehen dem Abwasser Nährstoffe
- Phosphor wird im Wurzelraum dauerhaft an Metalle gebunden; erst nach 10 Jahren, wenn die Bindungskapazität für Phosphor erschöpft ist, muss das Bodensubstrat der Anlage erneuert werden
- Siebwirkung des Bodens
- Lebensraum für zahlreiche Insekten und Vogelarten (Nahrungsquelle, Schutz- und Brutraum)
- bei diesen Laborversuchen fand man heraus, dass das OH-Radikal die Verschmutzungsstoffe völlig abbaut; aber um dieses OH-Radikal herzustellen, brauchte man sehr viel Energie, die man aus der Sonne bezog
Quellen:
- Biologiebuch ,,Ökologie" von Schroedel
Abwasserreinigung: Häufig gestellte Fragen
Was gelangt in das Abwasser?
Das Abwasser enthält Stoffe aus verschiedenen Quellen:
- Haushalte: Körperpflegeprodukte (Shampoo, Seife, Creme), Hygieneartikel (Haare, Kot, Urin, Toilettenpapier), Spülabfälle (Öl, Speisereste, Spülmittel), und Waschmittel.
- Betriebe: Fett (Metzgereien), Mehl (Bäckereien), Molke (Milchhöfe), und Reinigungsmittel (alle Betriebe).
- Oberflächenabfluss: Zeitungspapier, Zigarettenstummel, Kunststofffolien, Sand, Laub, kleine Holzstücke, Streusalz und Regenwasser von Dächern und Straßen.
Was soll aus dem Abwasser werden?
Ziel ist es, das Abwasser so zu reinigen, dass es Trinkwasserqualität erreicht.
Wie funktioniert die Reinigung des Abwassers in einer Kläranlage?
Die Abwasserreinigung erfolgt in der Regel in drei Stufen:
- Mechanische Reinigungsstufe: Entfernt ungelöste Abwasserinhaltsstoffe durch Rechenanlagen (Grobrechen und Feinrechen) und Sandfänge. Im Vorklärbecken setzen sich Schwebstoffe ab und bilden Schlamm.
- Biologische Reinigungsstufe: Gelöste Abwasserinhaltsstoffe werden durch aerobe Bakterien und Protozoen (Belebtschlamm) abgebaut. Im Nachklärbecken werden die abgesetzten Stoffe und der überschüssige Belebtschlamm vom Reinwasser getrennt. Ein Teil des Belebtschlamms wird zurückgeführt, der Rest kommt in Faultürme.
- Chemische Reinigungsstufe: Entfernt gelöste Salze, insbesondere Phosphate, durch Fällungsmittel. Experimentell werden auch Nitrate durch denitrifizierende Bakterien in Stickstoff umgewandelt.
Was passiert in den Faultürmen?
In Faultürmen wird der Schlamm durch anaerobe Bakterien bei ca. 37°C "ausgefault". Dabei entstehen Wärme und Methangas (als Energiequelle). Der ausgefaulte Schlamm kann als Dünger verwendet werden.
Was sind Großeinleiter und was müssen sie beachten?
Industriebetriebe, die stark verschmutztes Abwasser einleiten, müssen Starkverschmutzerzuschläge zahlen. Eine Alternative ist die anaerobe innerbetriebliche Vorreinigung zur Reduzierung der Abwasserbelastung, Energiegewinnung durch Biogas, und Minimierung des Überschussschlamms.
Wie funktioniert die Abwasserreinigung durch Sonnenlicht?
Experimente mit Sonnenlicht zur Abwasserreinigung (Advanced Oxidation Processes - AOPs) nutzen OH-Radikale zur Oxidation organischer Verbindungen. Hierbei werden zwei Arten von Kollektoren eingesetzt: der zweiachsige Parabolrinnen-Heliostat (,,Helioman") und der feststehende Compound Parabolic Collector (CPC). Der Helioman konzentriert das Sonnenlicht, was zu schnelleren Reaktionsgeschwindigkeiten führt. Der CPC nutzt das Sonnenlicht ohne Konzentration und ist weniger wirksam bei Bewölkung.
Wie funktionieren Pflanzenkläranlagen?
Pflanzenkläranlagen sind künstliche Feuchtgebiete, die das Zusammenspiel von biotischen und abiotischen Kräften nutzen. Das Röhricht bietet Mikroorganismen ein günstiges Milieu zur Abwasserreinigung. Mikroorganismen besiedeln Pflanzenwurzeln und Bodenpartikel und bauen die Abwasserinhaltsstoffe ab. Pflanzenwurzeln entziehen dem Abwasser Nährstoffe. Phosphor wird im Wurzelraum dauerhaft an Metalle gebunden.
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- Inka (Author), 2000, Abwasserreinigung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/98063
