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Kläranlage

Deutsche Kläranlagen kämpfen gegen Windmühlen 

Die Umweltgesetze und -auflagen in Deutschland sind international vorbildlich. Dadurch wurde schon einmal ein gutes ökologisches Fundament, auch für den Gewässerschutz, errichtet. Auch die deutschen Klärwerke gehören im internationalen Vergleich unbestritten zu den besten. Schaumberge auf Flüssen, übel riechende Kanäle und massives Fischsterben, wie noch vor Jahrzehnten, gehören heute definitiv der Vergangenheit an. Etwa 10.000 Kläranlagen bereiten in Deutschland das Abwasser auf.

Moderne Kläranlagen nutzen dazu drei Verfahren: mechanische (auch als physikalische bezeichnet), biologische und chemische. Obwohl Deutschland auf einem guten Stand ist, gehen den Werken bei der Klärung aber so manche chemischen Rückstände und Krankheitskeime durch die Lappen. Es ist wie ein Kampf gegen Windmühlen, den die Kläranlagen bestreiten, denn jährlich werden von den Pharmakonzernen und der Industrie Tausende neuer Arzneien und chemischer Verbindungen entwickelt.

Bei dem Kampf der Klärbetriebe gegen die Windmühlen werden neue Techniken und Prozesse ausprobiert, um den wachsenden Problemen entgegenzuwirken. So wird derzeit im nordrhein-westfälischen Schwerte ein Pilotprojekt mit einer zusätzlichen Klärstufe getestet. Die Erweiterung der Kläranlage hat ein Investitionsvolumen von 1,9 Millionen Euro. Der Ingenieur und Chef-Planer Thomas Grünebaum hat es mit der neuen Klärstufe auf chemische Mikroverunreinigungen und krankmachende Keime abgesehen und will feststellen, wie diese am effektivsten beseitigt werden können. „Sehen Sie, das Wasser ist kristallklar. Wenn wir mit Aktivkohle arbeiten, fehlt der Gelbstich, den das Wasser hier sonst hat“, erklärt Grünebaum gegenüber „bild der wissenschaft online“. Beinahe alle der rund 10.000 Kläranlagen in Deutschland verfügen über mindestens zwei Klärstufen. Mehr als 90 Prozent der Kläranlagen arbeiten auch mit der dritten Stufe, die Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff aus dem Wasser beseitigt. Für den Direktor des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft der RWTH Aachen, Johannes Pinnekamp, ist da nicht mehr viel herauszuholen, denn „die Grenzen des technisch Machbaren und ökologisch Sinnvollen“ seien erreicht.

Für Spurenstoffe gelte das jedoch nicht. „In klassischen Kläranlagen werden sie nur unzureichend entfernt“, so Pinnekamp. Zu den Spurenstoffen gehören Chemikalien wie Röntgen-Kontrastmittel und Medikamentenrückstände, daneben organische Chemikalien wie Weichmacher aus Kunststoffen. „Wir müssen gerüstet sein, auch die Spurenstoffe zu eliminieren – selbst wenn wir noch nicht genau wissen, ob sie für Mensch und Umwelt langfristig gefährlich sind“, so Ingenieur Grünebaum gegenüber „bild der wissenschaft online“. Ein noch relativ junges Problem sind Nanopartikel, die in Farben und Kosmetika immer öfter Anwendung finden. Durch ständig bessere Analysetechnik lassen sich Kleinstmengen von Milliardstel Gramm pro Liter nachweisen. Wie hoch das Gefahrenpotenzial für den Menschen ist, kann niemand mit Gewissheit sagen, doch Hinweise deuten darauf, dass bereits kleinste Mengen gesundheits- und umweltschädlich sind. Bis zu 99 Prozent der Viren, Bakterien und Protozoen können mit den herkömmlichen Methoden herausgefiltert werden, doch aufgrund der hohen Wassermengen ist auch das übrige Prozent nach Meinung von Experten nicht zu unterschätzen. Insbesondere, wenn das geklärte Wasser in Seen, Flüsse und Bäche eingeleitet wird, die zum Baden, Schwimmen oder für Kanu-Ausflüge genutzt werden. Während Durchfall oder Hautausschläge im wahrsten Sinne des Wortes noch zu verschmerzen sind, sieht bei schweren Erkrankungen wie Hepatitis oder Hirnhautentzündung die Sache ganz anders aus. Der Gesetzgeber und die Kläranlagen kommen nicht umhin, immer bessere Klärverfahren zu forcieren. So hat beispielsweise das Umweltbundesamt die Abwasserverbände und Kommunen dazu aufgefordert, zu prüfen, inwieweit der Bau einer vierten Klärstufe zu realisieren sei.

Es gibt vier technische Möglichkeiten, den Spurenstoffen und Keimen den Garaus zu machen – Verfahren, die bereits von den Wasserbetrieben für die Aufbereitung von Trinkwasser genutzt werden. Dazu gehören die Membran-Filtration, Ozon, UV-Strahlung und die Aktivkohle. Allerdings müssen die Verfahren für die Klärbetriebe angepasst werden. Die Bundesländer, die besonders viel Trinkwasser aus Oberflächenwasser gewinnen, schreiten dabei voran. Nordrhein-Westfalen testet drei der vier Verfahren. Im Kreis Düren läuft eine Kläranlage mit der Membran-Technik, welche die Belastung durch Viren und Bakterien vermindert, sogar bereits seit 1999. Dort werden zusätzlich Aktivkohle und Ozon zur Beseitigung der Spurenstoffe und Biozide eingesetzt. Die Testanlage in Schwerte hebt sich hervor, da gleich zwei Verfahren sowohl einzeln wie auch in Kombination getestet werden, um zu erfahren, wie die besten Ergebnisse erzielt werden können. „Wir haben uns im Versuchsbetrieb für Aktivkohle und Ozon entschieden. Das verspricht maximale Reinigungsleistung“, so Ingenieur Grünebaum gegenüber „bild der wissenschaft online“. Die Kläranlage verfügt über zwei Klärstraßen. Zum einen die konventionelle mit Vorklär-, Belebtschlamm- und Nachklärbecken und zum anderen die durch den Essener Ruhrverband technisch aufgerüstete Klärstraße. Diese vierte Klärstufe beinhaltet sechs stählerne Ozon-Reaktoren, drei Rührbecken für die Aktivkohle-Behandlung, einen Tank für Sauerstoff, eine Hochspannungsanlage und ein Silo für Pulveraktivkohle. Nachdem das Abwasser durch alle Klärstufen geflossen ist, sind 90 Prozent der Spurenstoffe beseitigt, wie die Auswertungen belegen.

Ein guter Wert, der auch nicht so leicht erheblich verbessert werden kann. „Bis Null kann man die Belastung auch mit dem größten Aufwand nicht senken“, so Thomas Grünebaum. Es ist unbestritten ökologisch sinnvoll, eine vierte Klärstufe zu betreiben. Die ökonomische Seite sollte aber auch beachtet werden, da diese letztlich der Verbraucher tragen muss. Das Umweltbundesamt schätzt, dass für eine vierte Klärstufe Mehrkosten von drei bis sieben Cent pro Kubikmeter auf den Verbraucher zukommen würden. Thomas Grünebaum hingegen rechnet mit fünf bis 20 Prozent Mehrkosten pro Kubikmeter, was etwa 40 Euro Mehraufwand im Jahr für eine vierköpfige Familie bedeuten würde. Daher fordert das Umweltbundesamt auch zunächst Risikoanalysen, die darlegen sollen, wo eine vierte Klärstufe nötig ist. Dort, wo sie nötig ist, seien die Mehrkosten für den Verbraucher jedoch „absolut vertretbar“, denn durch die Vermeidung von potenziellen Krankheitsfällen würde das Gesundheitssystem entlastet. Einen völlig anderen Ansatz der Abwasserklärung haben Chemiker der Universität Jena ausprobiert. Sie reinigen das Wasser per Kavitation. Mit einem Ultraschallgerät und einer Düse erzeugen die Wissenschaftler Druckschwankungen in einem Zylinder, in dem kleinste Wasserdampfblasen erzeugt werden. Diese sind extrem energetisch und kurzlebig. Wenn diese Wasserdampfblasen in sich zusammenfallen, können Temperaturen bis zu 5.000 Grad Celsius erreicht werden, bei denen die Wassermoleküle in chemisch besonders aggressive Hydroxylradikale zerfallen und auch schwer abbaubare Stoffe zerlegen.

Mit diesem Verfahren sollen besonders die Substanzen aus dem Wasser geholt werden, bei denen die herkömmlichen Verfahren versagen. Inwieweit dieses Verfahren im größeren Rahmen eingesetzt werden kann, steht noch in den Sternen. Jedenfalls müssen über kurz oder lang bessere Kläranlagen entwickelt werden. „Nach der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie werden von Tausenden möglichen Schadstoffen zurzeit nur 33 überwacht“, moniert Rolf Altenburger vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig gegenüber süddeutsche.de. Besonders im Fokus von Wissenschaftlern sind Medikamente, Düngemittel, Pflanzen- und Holzschutzmittel. „Diese Stoffe sind dafür gemacht, Zellen oder Organismen gezielt zu zerstören. Deshalb können sie schon in sehr kleinen Konzentrationen großen Schaden anrichten. Es geht hier aber nicht nur um einzelne Stoffe, die immer mal wieder für Schlagzeilen sorgen, sondern um ganze Chemikaliencocktails, von denen noch niemand weiß, wie sie wirken“, sagt der Ökotoxikologe Altenburger. Ein weiteres Problem entsteht dadurch, dass sich je nach Ökosystem unterschiedliche Abbauprodukte bilden. „Manche Stoffe gehen aus der biologischen Reinigungsstufe konventioneller Kläranlagen leicht verändert hervor. Sie sind dann oft wasserlöslicher als die Ausgangssubstanzen und können in einigen Fällen sogar toxischer sein“, erklärt Thomas Ternes von der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) in Koblenz, die im Rahmen des europäischen Exzellenzprojektes Athene an Mikroben forscht.

Die Forscher der BFG suchen in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag nach einer Mischung von Mikroben, die auch schwer abbaubare Stoffe aus dem Wasser entfernt. Des Weiteren untersuchen die Wissenschaftler die Abbauprodukte diverser Substanzklassen. Zusammen mit der Universität Frankfurt wird auch die Umweltverträglichkeit untersucht. Genau wie das Jena-Projekt der Kavitation betreibt die BfG Koblenz Grundlagenforschung. Schneller umsetzbare Ansätze für neue Klärmethoden versprechen Verfahren, die für die Wasseraufbereitung bereits eingesetzt werden, was Forscher im Verbundprojekt TransRisk des Bundesforschungsministeriums testen. Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel und bricht auch sehr resistente Schad- und Spurenstoffe auf. Allerdings können sich die besagten toxischen Abbauprodukte bilden. Das macht eine zusätzliche Kläreinheit mit Aktivkohle nötig, die diese Abbauprodukte herausfiltert. Der Klärschlamm und die Aktivkohle müssten zur Entsorgung verbrannt werden.

Damit hat dieses Verfahren ein Problem auf der gesetzgebenden Seite, denn Klärschlamm ist in einigen Bundesländern als Düngemittel erlaubt. Eine Kombination aus mehreren Wasseraufbereitungsverfahren testen Wissenschaftler der Emschergenossenschaft im Rahmen des EU-Projektes PILLS (Pharmaceutical Input and Elimination from Local Sources). Mit Ozonisierung, Aktivkohle und Membranfiltration wird das Abwasser geklärt. Eine Pilotanlage wurde am Gelsenkirchener Marienhospital installiert und soll vornehmlich Arzneistoffe und Röntgenkontrastmittel herausfiltern. „Wir haben für manche Stoffe Entfernungsraten von deutlich über 90 Prozent, aber keines der Verfahren und keine Kombination kann alle Schadstoffe eliminieren“, sagt Projektleiter Issa Nafo. Die zwei Millionen Euro teure Pilotanlage wurde auf einem 250 Quadratmeter großen Grundstück errichtet. Das klinische Abwasser wird zuerst mit der biologischen Membranfiltration von organischen Stoffen befreit. Mit der Ozonisierung werden Schad- und Spurenstoffe zerstört, bevor die Abbauprodukte und restlichen Stoffe in Aktivkohlefilter hängen bleiben. Zuvor wurden die täglich anfallenden 200 Kubikmeter Abwasser des Marienhospitals in die städtische Kanalisation abgeleitet, die nicht weit entfernt in den Schwarzbach fließt.

Durch die PILLS-Kläranlage wird aus dem als Schmutzwasserlauf betriebenen Bach wieder ein ökologisch verbessertes abwasserfreies Gewässer. Dieses europaweit einmalige Projekt soll, sofern es wirtschaftlich sinnvoll ist, künftig Krankenhaus- Abwässer vor Ort klären und damit den städtischen Klärbetrieben das zunehmend größer werdende Problem mit Arzneimittelrückständen abnehmen. Partnerprojekte in der Schweiz, den Niederlanden und in Luxemburg versuchen Klinik-Abwässer mit Hilfe von UV-Licht und des Photokatalysators Titandioxid elektrochemisch zu zersetzen. Allerdings ist diese Methode sehr stromintensiv und dadurch kostenintensiv. Die verschiedenen Ansätze der unterschiedlichen Projekte sind zwar vielversprechend, doch eine zufriedenstellende Lösung für die zunehmende Abwasserproblematik ist noch nicht in Sicht.

Die Vorgabe durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie, bis 2015 alle Gewässer in einen „guten Zustand“ zu bringen, wird nicht erreicht werden. „Zumindest was ökologische Kriterien wie zum Beispiel Fischbestände betrifft, werden zwei Drittel der Gewässer das Ziel verfehlen“, erklärt Helmholtz-Forscher Rolf Altenburger gegenüber süddeutsche.de. Wer also die Sicherheit haben will, aus seinem heimischen Wasserhahn ein gutes und vor allem reines Trinkwasser zu erhalten, wird nicht darum herumkommen, das geklärte und aufbereitete Wasser nochmals selbst durch Filtration zu reinigen. Man kann die Verantwortung für ein gesundes und reines Wasser auch nicht an den Staat abgeben, das ist einfach zu viel verlangt. Mit Sicherheit leisten die Behörden und der Gesetzgeber gute Arbeit, aber die moderne industrialisierte Welt verändert sich schnell. Daher ist bei Trinkwasser Eigenverantwortung gefragt, und mit einer Wasserfiltrationsanlage nach dem Osmoseprinzip ist purer und reiner Trinkgenuss aus dem heimischen Hahn auch gewährleistet.