Die Reinigung in einer Abwasserreinigungsanlage erfolgt in der Regel in den folgenden drei Stufen:

  1. mechanische Vorklärung,
  2. biologische Abwasserreinigung,
  3. weitergehende Reinigung, meist chemische oder physikalische Reinigung.
  4. Anschließend erfolgt noch die

  5. Schlammbehandlung im Faulturm.

2.1 Die mechanische Vorklärung

Abwasser ist häufig mit groben Verschmutzungen behaftet. Das gilt sowohl für kommunales als auch für industrielles Abwasser. Die Grobstoffe, wie beispielsweise Plastikteile, Putzlappen etc., können die Anlagenteile einer Kläranlage beschädigen und müssen deshalb zunächst aus dem verschmutzten Wasser entfernt werden.

2.1.1 Der Rechen

Die erste Stufe, die Abwasser in einer Kläranlage durchlaufen muss, ist der Rechen. Hierbei gibt es verschiedene Ausführungen:
Es besteht die Möglichkeit mit einem Feinrechen (ca. 6 mm Stangenabstand) und einem Grobrechen (ca. 2 cm Stangenabstand) zu arbeiten. Doch in einigen Klärwerken ist es üblich, nur einen Rechen zu benutzen, dieser hat dann das Format eines Feinrechens.
An diesem „Gitter“ bleiben gröbere Verschmutzungen {z.B. Ohrstäbchen (kommunal) oder Nägel (industriell)} hängen und werden anschließend entfernt.




2.1.2 Der Sandfang

Die nächste Station ist das Sandabsetzbecken (Sandfang). Durch dieses Becken fließt das Abwasser innerhalb von ca. fünf bis zehn Minuten, also relativ langsam.
Im Wasser enthaltener Sand und ähnliche Stoffe setzen sich auf dem Boden ab. Dies liegt daran, dass diese Stoffe eine größere Dichte als Wasser haben.
Man nennt diese Ansammlungen Grobstoffe.
Anschließend werden die abgesetzten Stoffe abgesaugt und entsorgt.




2.1.3 Der Ölabscheider

Danach folgt der Ölabscheider. Hier wird oben schwimmendes Öl, Fett oder Benzin, also alle Stoffe, die eine geringere Dichte als Wasser haben, vom Abwasser getrennt.
In vielen Kommunen wird das Abwasser der Haushalte gemeinsam mit dem bei Regen an den Straßenabläufen gesammelten Wasser zur Kläranlage geführt (Mischkanalisation). Da hier auch Öl- oder Benzinreste von Autos im Abwasser vorkommen können, müssen diese Leichtstoffe abgetrennt werden.
Da die Stoffe mit geringerer Dichte immer auf dem Wasser schwimmen, lassen sie sich leicht im Ölabscheider mit Hilfe eines Schwimmers abtrennen.




2.1.4 Das Vorklärbecken

Nachdem alle Grob- und Leichtstoffe entfernt wurden, ist es Zeit, dass auch die restlichen Feststoffe aus dem Abwasser entfernt werden.
Ein Vorklärbecken ist ein Sedimentationsbecken, das eine möglichst große Oberfläche hat. Dadurch wird die Fließgeschwindigkeit des Wassers gering. Der Zulauf befindet sich auf halber Höhe in der Mitte. Der Ablauf befindet sich am oberen Ende des Beckens. Im Vorklärbecken muss die Steiggeschwindigkeit des Wassers kleiner sein als die Sinkgeschwindigkeit der Feststoffe. Dann setzt sich der Schlamm am Boden ab und wird mit Hilfe einer Pumpe in den Faulturm befördert. Bei der mechanischen Klärung, wird ca. ein Drittel des im Abwasser enthaltenen Schmutzes entfernt. Das feststoffarme Wasser läuft oben über. Die typische Verweilzeit beträgt ca. zwei Stunden.

Die Bilder zeigen

  • ein Schema eines Vorklärbeckens und
  • einen Teil des Vorbeckens von Stora Enso Kabel.


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2.2 Die biologische Reinigung

Nachdem in der Vorklärung die Feststoffe entfernt wurden, befinden sich im Wasser noch gelöste Verunreinigungen, die biologisch entfernt werden können.
Bei der biologischen Reinigung laufen ähnliche Vorgänge wie bei der Selbstreinigung der Gewässer ab, allerdings auf kleinerem Raum, konzentrierter und schneller.

Wir stellen hier kurz die gebräuchlichsten Verfahren vor:

    2.2.1 Tropfkörper
    2.2.2 Anaerobe Reaktoren
    2.2.3 Belebtschlammanlagen
    2.2.4 Stickstoffentfernung
    2.2.5 Nachklärbecken

2.2.1 Der Tropfkörper

Tropfkörper sind mit porösem Material, beispielsweise Lavaschlacke oder Kunststoffgitter, gefüllte Türme. Das nun teilweise geklärte Wasser wird nach oben gepumpt und auf der Oberfläche des Tropfkörpers verteilt. Das Wasser sickert langsam durch die verschiedenen Schichten des Turmes. Auf dem Füllmaterial wachsen Mikroorganismen, die von dem vorbeirieselnden Abwasser leben. Auf diese Weise wird das Wasser von den Inhaltstoffen gereinigt. Nachdem das Wasser am unteren Ende angekommen ist, wird es gesammelt und ein Teil wieder nach oben gepumpt, während der andere der weitergehenden Reinigung zugeführt wird.

Die Bilder - alle von Stora Enso Kabel - zeigen

  • einen der Tropfköper aus der Luft,
  • den Zulauf aus der Nähe,
  • unsere Expertinnen vor dem Anlagenteil und - wie bei den Beiden gewohnt -
  • mit "Durchblick" beim Auslauf des Wassers.




  • 2.2.2 Die anaeroben Reaktoren

    Bei der biologischen Abwasserreinigung werden im Abwasser vorhandene organische Stoffe, die biologisch abbaubar sind, durch Mikroorganismen entfernt.
    Der biologische Abbau kann dabei grundsätzlich auf zwei verschiedenen Wegen erfolgen. Die Alternative zum Belebtschlammbecken (siehe 2.2.3) ist der anaerobe Abbau.
    Das Abwasser wird in einen geschlossen Behälter geleitet, in dem sich anaerobe Mikroorganismen befinden. Diese bauen einen Teil der im Abwasser enthaltenen Stoffe ab und produzieren dabei Faulgas (Methan, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff). Das Gas ist „leichter“ als Wasser und steigt nach oben. Die Trichter, die auf dem Kopf stehen, fangen das Gas auf und leiten es weiter (siehe Bild). Es wird verwendet, um Energie zu erzeugen. Aus diesem Grund wird die anaerobe Reinigung dem Belebtschlammbecken vorgezogen. Die anaeroben Reinigungsstufen brauchen hohe Konzentrationen an organischen Stoffen im Abwasser, um zu funktionieren .

    Die Bilder zeigen

    • das Schema eines anaeroben Reaktors und
    • unsere "kleinen Erkunderinnen" vor den riesigen Zwillingsreaktoren von
      Stora Enso in Hagen-Kabel.

     







    2.2.3 Die Belebtschlammanlage

    Das Abwasser wird nun in ein Becken mit einer großen Anzahl von Mikroorganismen geleitet. Dem in diesem Becken befindlichen Wasser wird ständig Sauerstoff zugeführt. Dadurch ist das Wasser in dauerhafter Bewegung.
    Die Abwasserinhaltsstoffe werden von den Kleinstlebewesen abgebaut. Die Mikroorganismen sind so klein, dass man sie nicht mit bloßem Auge erkennen kann. Jedoch ist die Anzahl der Mikroorganismen so groß, dass man sie als braunen Schlamm identifiziert.
    Die Aufenthaltsdauer des Wassers in diesem Teil der Anlage beträgt ungefähr zwölf Stunden.

    Auf dem Foto betrachten Anne und Justine die "sprudelnde braune Brühe".





    2.2.4 Die Stickstoffentfernung

    Stickstoff kommt als Harnstoff und Ammonium in den Kläranlagen an und verlässt sie vor allem in Form von Ammonium und Nitrat. Unglücklicher Weise gibt es bei Nitrat keine ungiftige wasserunlösliche Verbindung. Damit ist die Fällung auf chemischem Wege nicht möglich. Hier hilft jedoch die Biologie weiter.
    Bei Anwesenheit von Sauerstoff sind verschiedene Mikroorganismen in der Lage, Ammonium zu Nitrat (Nitrifikation) zu oxidieren.
    Andere Mikroorganismen wiederum können bei Fehlen von Sauerstoff das Nitrat in Stickstoff und Sauerstoff zerlegen (Denitrifikation). Dafür sind jedoch wieder separate, zusätzliche Becken erforderlich.

     



    2.2.5 Die Nachklärbecken

    Anschließend wird das Wasser in das Nachklärbecken geleitet.
    Diese Reinigung ähnelt sehr der Reinigung in einem Vorklärbecken. Die Kleinstlebewesen des Belebschlammbeckens setzen sich auf dem Boden ab und werden dort mit Hilfe einer Pumpe abgesaugt. Das gereinigte Wasser fließt oben über.
    Die abgesaugten Feststoffe werden fast vollständig (99%) zurück in die Belebtschlammanlagen befördert. Dadurch entsteht ein Kreislauf, der die Versorgung mit Mikroorganismen gewährleistet.
    1% der Feststoffe (Überschussschlamm) wird entwässert und entsorgt.

    Die Bilder sollen einen Eindruck von der Größe dieser Becken vermitteln.



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    2.3 Die weitergehende Reinigung

    Abwässer enthalten oft auch chemische Stoffe, die bei der vorherigen Reinigung (mechanische und biologische Klärung) nur teilweise oder gar nicht abgebaut werden können. Die größte Schwierigkeit hierbei ist, dass diese Stoffe in Wasser gelöst sind und es somit sehr aufwendig ist, sie zu entfernen.

    2.3.1 Kontaktbecken

    In diesem Becken werden die im Abwasser enthaltenen chemischen Stoffe, beispielsweise Phosphor und Stickstoff, abgebaut. Wenn das Abwasser in das Kontaktbecken (Fällbecken) geleitet wird, sind diese chemischen Substanzen gelöst. Deshalb versucht man diese zu ungelösten Teilchen zu verändern. Man fügt dem Abwasser so genannte Kontaktmittel (Fällmittel) zu. Diese bewirken, dass die entstandenen chemischen Stoffe ausfallen.
    Das bedeutet, dass sich die gelösten Stoffe mit den Fällmitteln verbinden und so nun im Wasser ungelöst sind.
    Im nächsten Schritt (physikalisches Verfahren) werden dann diese „Flocken“ durch Sedimentation entfernt.

     



    2.3.2 Physikalische Verfahren

    Bei einem physikalischen Verfahren handelt es sich im Prinzip um ein Sieb (Filtration). Hier werden sehr feine Feststoffe und die „Flocken“ aus dem Kontaktbeckenbecken aus dem Wasser entfernt.
    Das Wasser wird in einen Trommelfilter geleitet und nach außen gedrückt. Die Wand des Trommelfilters besteht aus einem sehr feinen Siebgewebe mit einer Maschenweite von 20-40 µm. Wenn die Trommel still stehen würde, würden die Maschen nach kurzer Zeit verstopfen. Aus diesem Grund dreht sich der Trommelfilter. An einer hohen Stelle befindet sich eine Düse, die mit Hilfe von Wasser das Siebgewebe reinigt. Damit der Schmutz nicht wieder ins Wasser gelangt, ist die Düse so ausgerichtet, dass sie den Dreck in einen Trichter spritzt, durch den dieser dann abtransportiert wird. Auf diese Weise bleibt das Siebgewebe ständig frei.
    Das Verfahren ist eine Ergänzung zu einem Nachklärbecken, das in manchen Anlagen die Abwasserqualität verbessert.
    Am Ende dieser Reinigungsstufe ist das Wasser zu 95% gereinigt und wird in Seen oder Flüsse geleitet.

    Das Bild zeigt den schematischen Aufbau eines Trommelfilters.


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    2.4 Die Schlammbehandlung im Faulturm

    Der Klärschlamm, welcher bei der mechanischen und biologischen Klärung anfällt, wird in den Faulturm befördert. Hier wird der Schlamm von Bakterien vergoren.
    Das bei diesem Vorgang entstandene Faulgaus kann zum Heizen und als Treibstoff genutzt werden (siehe anaerobe Reaktoren 2.2.2).
    Der gegorene Schlamm wird im nächsten Schritt entwässert, gegebenenfalls auf Feldern getrocknet und schließlich verbrannt oder schadlos entsorgt.
    Wenn er frei von Giftstoffen ist, kann er als Dünger auf Feldern eingesetzt werden.
    Dies ist sehr praktisch, weil er wichtige Mineralstoffe enthält.

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    Erstellt am 07.07.07; zuletzt geändert am 15.09.2007 . (Ka)