Abwasseranlagen sind technische Einrichtungen, die dazu dienen, Abwässer aus Haushalten, Industrie und Gewerbe zu sammeln, zu transportieren, aufzubereiten und gereinigt in die Umwelt zurückzuführen. Ziel dieser Anlagen ist es, Schadstoffe und Verunreinigungen zu entfernen, bevor das Abwasser in Gewässer oder in die Kanalisation eingeleitet wird. Sie stellen einen essenziellen Bestandteil der modernen Abwasserwirtschaft dar und tragen wesentlich zum Schutz der Umwelt und der menschlichen Gesundheit bei.
Inhaltsverzeichnis
Technische Hintergründe und Funktionsweise
Eine Abwasseranlage besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten Stufen, die je nach Anforderung und Art des Abwassers variieren können. Im Wesentlichen unterscheiden wir zwischen kommunalen Abwasseranlagen und industriellen Abwasseranlagen, die für spezielle Schadstoffbelastungen ausgelegt sind.
1. Mechanische Reinigung:
Dieser Prozessschritt umfasst die Entfernung von groben und feineren Feststoffen aus dem Abwasser. Typische mechanische Anlagenkomponenten sind Rechen, Siebe und Sandfänge. In Absetzbecken (Sedimentationsbecken) setzen sich schwerere Partikel am Boden ab, während leichtere Bestandteile abgeschieden oder über Fettabscheider entfernt werden. Diese mechanische Vorreinigung ist notwendig, um den nachfolgenden biologischen und chemischen Behandlungsstufen eine möglichst konstante Zulauffracht zu bieten und mechanische Schäden zu verhindern.
Ein wichtiger Teil der mechanischen Reinigung sind auch Membranverfahren wie Mikrofiltration und Ultrafiltration. Hierbei wird das Abwasser durch feinporige Membranen geleitet, die sehr kleine Partikel, Bakterien und Viren zurückhalten. Membranverfahren kommen oft in Kombination mit anderen Reinigungsstufen zum Einsatz, insbesondere in der Abwasserwiederverwendung und in der industriellen Abwasseraufbereitung, wo hohe Reinheitsanforderungen bestehen. Sie bieten den Vorteil, dass selbst kleinste Schwebstoffe und Mikroorganismen effizient entfernt werden, ohne den Einsatz von Chemikalien zu erfordern.
Foto: Beispiel einer mechanischen Abwasserbehandlungsanlage: Eine Filtrationsanlage für Wasserströme bis 1.000 m³/h in Betonbauweise (ALMA BHU SMF/MMF)
2. Biologische Reinigung:
In diesem Schritt werden organische Verunreinigungen mithilfe von Mikroorganismen abgebaut. Hier spielen Belebungsanlagen (Biofiltrationsanlagen, Membranbioreaktoren) eine zentrale Rolle. Diese Anlagen nutzen Mikroorganismen, die organische Stoffe abbauen und in Biomasse, Kohlendioxid und Wasser umwandeln. Die Effektivität der aeroben biologischen Reinigung wird durch die Sauerstoffzufuhr in den Belebungsbecken gesteuert, die den aeroben Abbau der Stoffe begünstigt. Eine besondere Form der biologischen Reinigung stellt die Denitrifikation dar, bei der Nitrat unter anaeroben Bedingungen zu Stickstoff abgebaut wird.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der biologischen Abwasserbehandlung sind Biogasanlagen (anaerobe Anlagen), die häufig in Verbindung mit Klärschlammbehandlung stehen. Biogasanlagen nutzen den anaeroben Abbau von organischen Stoffen in Abwässern und Klärschlämmen, um Biogas zu erzeugen – eine Mischung aus Methan und Kohlendioxid. Dieser Prozess findet unter Ausschluss von Sauerstoff statt und wird als Faulung bezeichnet. Das Biogas kann zur Energieerzeugung verwendet werden, was die Abwasseranlage energieautark machen kann. Die verbleibenden festen Rückstände, der sogenannte Faulschlamm, müssen anschließend entwässert und entsorgt oder weiterverwertet werden. Biogasanlagen sind insbesondere in großen kommunalen Kläranlagen weit verbreitet und tragen zur nachhaltigen Energiegewinnung bei.
Foto: Beispiel einer anaeroben biologischen Abwasserbehandlungsanlage zur Erzeugung von Biogas (ALMA BHU GMR)
3. Chemisch-physikalische Reinigung:
Dieser Schritt umfasst Verfahren wie Fällung in sogenannten CP-Anlagen und Flotation. Chemische Fällmittel, wie z.B. Eisen- oder Aluminiumsalze, werden zugegeben, um gelöste Stoffe (insbesondere Phosphate oder Schwermetalle) in unlösliche Verbindungen umzuwandeln, die sich dann als Schlamm absetzen. In der Flotation wird fein verteilte Luft eingeleitet, die Partikel und Fette an die Oberfläche treibt, wo sie abgeschöpft werden. Diese Verfahren werden häufig in industriellen Abwasseranlagen eingesetzt, um spezielle Schadstoffe, wie Schwermetalle oder toxische Verbindungen, zu entfernen.
Foto: Beispiel einer CP-Anlage zur Entfernung von Schwermetallen, AOX und Kohlenwasserstoffen (ALMA CHEM MCW)
Arten von Abwasseranlagen und Anwendungsbeispiele
Kommunale Kläranlagen:
Diese Anlagen sind für die Behandlung von Abwässern aus Haushalten und Kommunen konzipiert. Sie durchlaufen in der Regel die genannten Schritte der mechanischen, biologischen und chemischen Reinigung. Ein Beispiel ist eine klassische dreistufige kommunale Kläranlage, die für die Abwasserbehandlung von Kleinstädten bis hin zu Großstädten ausgelegt ist. Ergänzt wird diese Struktur oft durch eine vierstufige Reinigung, bei der Mikroschadstoffe wie Arzneimittelrückstände oder Hormonreste mithilfe von Aktivkohle oder Ozon entfernt werden.Industrielle Abwasseranlagen:
Diese Anlagen sind speziell für die Behandlung von industriellen Abwässern ausgelegt, die oft hoch belastet sind. Hier sind Anlagen zur Neutralisation, Emulsionsspaltung und Flotation im Einsatz, um aggressive Chemikalien, Schwermetalle und organische Schadstoffe zu behandeln. Ein Beispiel ist eine chemisch-physikalische Anlage zur Behandlung von Abwasser aus der Galvanikindustrie, wo Schwermetalle und Säuren neutralisiert und gefiltert werden.Kombinierte Anlagen:
Kombinierte Anlagen kommen oft in kleineren Gemeinden oder speziellen Industrieparks zum Einsatz. Hier werden kommunale und industrielle Abwässer gemeinsam behandelt. Solche Anlagen müssen flexibel genug sein, um unterschiedliche Schadstofffrachten zu bewältigen. Ein Beispiel ist eine Membranbioreaktoranlage (MBR), die biologische und physikalische Reinigungsprozesse kombiniert, um hohe Reinigungsleistungen bei begrenztem Platzbedarf zu ermöglichen.
Fazit
Abwasseranlagen sind technisch komplexe Systeme, die je nach Art des Abwassers und den gesetzlichen Vorgaben individuell ausgelegt werden. Sie kombinieren mechanische, biologische, chemische und physikalische Reinigungsverfahren, um Schadstoffe effizient aus dem Abwasser zu entfernen. Der Einsatz von Membranverfahren und Biogasanlagen trägt zusätzlich zur Energieeinsparung und Effizienzsteigerung bei. Der Ausbau und die Optimierung dieser Anlagen tragen entscheidend zum Schutz der Umwelt und zur Einhaltung gesetzlicher Vorgaben bei.
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