Aufbau und Funktionsweise
Die Durchflusskläranlage ist ein bewährtes Konzept zur Reinigung von kommunalem Abwasser. Insbesondere in städtischen Gebieten sorgt sie dafür, dass Schadstoffe aus dem Abwasser entfernt werden, bevor dieses in die Umwelt eingeleitet wird. Kommunale Abwässer, die aus Haushalten, öffentlichen Einrichtungen und zum Teil auch aus Gewerbebetrieben stammen, stellen komplexe Anforderungen an die Reinigungsverfahren. Eine Durchflusskläranlage bietet hier eine effiziente Lösung, die alle gesetzlichen Vorgaben erfüllt und einen wesentlichen Beitrag zum Umweltschutz leistet. In diesem Artikel werden die üblichen Komponenten einer solchen Anlage sowie die verschiedenen Stufen der Abwasserreinigung beschrieben.
Aufgaben der Durchflusskläranlage
Kommunale Durchflusskläranlagen müssen verschiedene Arten von Verunreinigungen aus dem Abwasser entfernen. Dazu gehören organische Belastungen, Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor, sowie Feststoffe. Ziel ist es, die hygienischen und ökologischen Anforderungen für die Einleitung des geklärten Abwassers in ein Gewässer zu erfüllen. Die Reinigungsleistung muss sicherstellen, dass gesetzliche Grenzwerte eingehalten werden und dass das Gewässer, in das eingeleitet wird, nicht nachteilig beeinflusst wird.
Ablauf und Komponenten einer Durchflusskläranlage
Der Reinigungsprozess in einer Durchflusskläranlage erfolgt in mehreren Stufen, die nacheinander verschiedene Verschmutzungen aus dem Abwasser entfernen. Diese Stufen bestehen in der Regel aus der mechanischen, biologischen und chemischen Reinigung.
Mechanische Reinigung
Die mechanische Reinigungsstufe dient dazu, grobe Verunreinigungen und Feststoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Typische Komponenten sind:
- Rechenanlage: Sie entfernt grobes Material wie Äste, Textilien oder Plastikteile aus dem Abwasser. Dies dient zum Schutz der nachfolgenden Anlagenteile.
- Sandfang: Hier werden Sand und grobe mineralische Bestandteile aus dem Abwasser abgetrennt. Ein Langsandfang oder belüfteter Sandfang sorgt dafür, dass schwere Partikel absinken und sich sammeln können, während organische Stoffe in der Schwebe bleiben.
- Vorklärbecken: Das Abwasser wird im Vorklärbecken berühigt, damit sich suspendierte Stoffe, die sich langsamer absetzen, am Boden ablagern können. Der abgesetzte Schlamm wird als Primärschlamm bezeichnet und anschließend weiterbehandelt.
Biologische Reinigung
Die biologische Stufe ist das Herzstück der kommunalen Abwasserreinigung. Hier werden die organischen Verbindungen abgebaut und Stickstoffverbindungen entfernt. Die wichtigsten Komponenten sind:
- Belebungsbecken: Im Belebungsbecken wird das Abwasser durch Zugabe von Luft mit Sauerstoff angereichert, um die Aktivität der Mikroorganismen zu fördern. Diese Bakterien bauen die organischen Verunreinigungen durch aerobe Prozesse ab.
- Nitrifikation und Denitrifikation: Dieser Prozess besteht aus zwei Schritten, um Stickstoffverbindungen zu eliminieren. Zunächst wird Ammonium im belüfteten Teil des Belebungsbeckens durch nitrifizierende Bakterien in Nitrat umgewandelt (Nitrifikation). Anschließend wird das Nitrat in einem anoxischen Bereich zu gasförmigem Stickstoff reduziert, der in die Atmosphäre entweicht (Denitrifikation).
- Nachklärbecken: Im Nachklärbecken setzen sich die Biomasse und andere verbliebene Feststoffe ab. Der abgesetzte Belebtschlamm wird teilweise zurück ins Belebungsbecken geführt, um die Bakterienpopulation aufrechtzuerhalten. Der überschüssige Schlamm, der sogenannte Überschussschlamm, wird ebenfalls weiterbehandelt.
Chemische Reinigung
Ergänzend zur biologischen Reinigung kann in vielen Durchflusskläranlagen eine chemische Reinigungsstufe eingesetzt werden, insbesondere zur Entfernung von Phosphor:
- Fällung: Bei der chemischen Fällung wird ein Fällmittel (oft Eisensalze oder Aluminiumsalze) ins Abwasser dosiert, das den gelösten Phosphor in eine feste Form überführt. Diese Feststoffe können dann im Nachklärbecken abgetrennt werden.
Schlammbehandlung
Der bei der mechanischen und biologischen Reinigung anfallende Schlamm muss behandelt werden, bevor er entsorgt oder verwertet werden kann. Dies geschieht in der Schlammbehandlungsstufe, die typischerweise folgende Prozesse umfasst:
- Schlammstabilisierung: Der anfallende Schlamm wird in einem Faulbehälter anaerob stabilisiert. Dabei entstehen Biogas (Methan und Kohlendioxid), welches energetisch genutzt werden kann.
- Schlammentwässerung: Nach der Stabilisierung wird der Schlamm entwässert, um das Volumen zu reduzieren. Dies erfolgt meist mithilfe von Zentrifugen oder Kammerfilterpressen.
Steuerung und Automatisierung
Moderne Durchflusskläranlagen sind heute weitgehend automatisiert. Die Prozesssteuerung erfolgt über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die sicherstellt, dass die Reinigungsleistung auch bei wechselnden Zuflussbedingungen konstant bleibt. Durch die Automatisierung wird der Personalaufwand reduziert, während gleichzeitig die Betriebssicherheit erhöht wird. Eine kontinuierliche Überwachung der relevanten Parameter wie Sauerstoffgehalt, Temperatur und pH-Wert ist essenziell, um Störungen im Betrieb frühzeitig zu erkennen und gegenzusteuern.
Herausforderungen und Zukunft der Abwasserreinigung
Die Anforderungen an die kommunale Abwasserreinigung steigen stetig. Nicht nur die klassischen Schadstoffe, sondern auch Mikroschadstoffe wie Arzneimittelrückstände oder Mikroplastik rücken zunehmend in den Fokus der Abwasserreinigung. Hierfür werden in modernen Kläranlagen bereits weiterführende Verfahren wie die vierte Reinigungsstufe eingesetzt. Beispiele sind die Ozonierung und der Einsatz von Aktivkohle, um diese schwer abbaubaren Substanzen zu entfernen.
Ein weiteres bedeutendes Thema ist die Kreislaufwirtschaft. Abwässer werden nicht mehr nur als zu reinigendes Abfallprodukt betrachtet, sondern auch als Ressource. Die Rückgewinnung von Nährstoffen wie Phosphor und die Nutzung des erzeugten Biogases zur Energiegewinnung tragen zur Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit von Durchflusskläranlagen bei.
Fazit
Durchflusskläranlagen sind essenzielle Bestandteile der modernen kommunalen Infrastruktur. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Sicherstellung einer hohen Wasserqualität in unseren Gewässern und zum Schutz der Umwelt. Die Kombination aus mechanischer, biologischer und chemischer Reinigung ermöglicht es, eine Vielzahl von Schadstoffen zu entfernen und die gesetzlichen Vorgaben für die Einleitung von gereinigtem Abwasser einzuhalten.
Mit Blick auf die Zukunft der Abwasserreinigung sind Innovationen zur Bewältigung neuer Herausforderungen wie der Entfernung von Mikroschadstoffen, die Rückgewinnung von Ressourcen und die Anpassung an den Klimawandel entscheidend. Durchflusskläranlagen werden somit weiterentwickelt, um auch künftig eine sichere und nachhaltige Abwasserreinigung zu gewährleisten.
