Die Abwasseraufbereitung

Im Laufe der vergangenen Jahre haben wir nach und nach gelernt, das Element Wasser als eine Art „Schatz“ der Natur zu erkennen und es auch dementsprechend zu wertschätzen. Nichtsdestotrotz ist es dem Menschen allerdings auch „gelungen“, die natürlichen Trinkwasserquellen derartig zu verschmutzen, dass echtes, sauberes und naturbelassenes (Trink- und Brauch-)Wasser in immer geringerem Maße zur Verfügung steht.

Folge: bevor das vorhandene Wasser überhaupt erst verwendet werden kann, muss es zunächst grundlegend gereinigt werden. Zahlreiche Formen der Abwasseraufbereitung haben sich bislang hervorragend bewährt.

Zu den so genannten physikalischen (oder auch mechanischen) Verfahrenstechniken der Abwasseraufbereitung gehört unter anderem das Prinzip der Siebung. Unter Zuhilfenahme von Trommelsieben, Mikrosieben, Rechen et cetera werden zunächst die im Abwasser enthaltenen größeren Fest- und Schwimmstoffe, Schmutzpartikel und anderer Unrat sorgfältig entfernt. Zu den unterschiedlichen Siebarten gehören in diesem Zusammenhang beispielsweise Siebtrommeln, Spülsiebe, Fangsiebe oder auch Siebscheiben. Erstere werden im Bereich der Abwasseraufbereitung am häufigsten verwendet. Im Anschluss an die Siebung wird das jeweils vorgereinigte Abwasser in der Regel zur Desinfektion weitergeleitet.

Ein häufig angewendetes Abwasserreinigungsverfahren ist die so genannte Sedimentation. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei welchen durch das Absetzen bzw. durch die Ablagerung von Schmutzpartikeln, kleinen Steinchen oder anderen Teilchen unter Zuhilfenahme der Schwerkraft eine Säuberung von (Ab-)Wasser erzielt werden kann. Übrigens kommt bei der Sedimentation häufig auch die Zentrifugalkraft zum Einsatz. In diesem Zusammenhang wird von einer Zentrifuge Gebrauch gemacht. Der bei der Sedimentation jeweils am Boden des Behältnisses entstehende Bodensatz (= lat.: sedimentum) wird in einem gesonderten Verfahren gesammelt und entsorgt.

Die Filtration von Abwasser – es handelt sich dabei um ein mechanisches, überaus häufig genutztes Trennverfahren – bezeichnet das „Aufspalten“ von Abwasser in seine Bestandteile. Hierbei ist von der Flüssigkeit selbst sowie von den darin enthaltenen Feststoffen die Rede. Für den Vorgang der Filterung wird in der Regel Aktivkohle verwendet oder auch Quarzsand genutzt. Das daraus entstehende, gereinigte Wasser wird als Filtrat bezeichnet und kann im Anschluss an die Filterung zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet und später als Trink- oder Brauchwasser genutzt werden.

Im Zuge der Adsorption wird eine Flüssigkeit an einer festen Oberfläche angelagert. Im Hinblick auf die Abwasseraufbereitung verhält es sich so, dass Aktivkohle für den Prozess der Adsorption eingesetzt wird, weil dieses Material aufgrund der ihm eigenen, hohen Adsorptionskräfte am ehesten dafür geeignet ist. Die eigentliche Adsorption erfolgt durch die „London Dispersionskraft“. Um die Bedeutung der London Dispersionskraft zu erklären, empfiehlt sich ein Vergleich mit der Gravitationskraft. Doch im Gegensatz zu der Energie, wie sie bei der Gravitation an sich messbar ist, haben die London Dispersionskräfte eine weitaus geringfügigere Reichweite. Genau dieser Aspekt verleiht Aktivkohle die intensive, physikalische Adsorptionskraft.

Mit dem Ziel, Silberbestandteile und andere Schwimm- und Schwebteilchen aus Abwasser zu entfernen, wird unter anderem auch das so genannte Flotationsverfahren genutzt. Besonders interessant ist die Flotation für die Vorklärung oder auch für die Behandlung von Regenwasser. Das Prozedere hierbei ist recht simpel: durch die Anlagerung von kleinsten Luftblasen wird der Auftrieb der Schmutzteilchen verstärkt. Die minimale Größe bzw. der Zusatz von Chemikalien verhindert indes ein Platzen der Luftblasen an der Wasseroberfläche, denn dieses würde automatisch ein Wiederabsinken der angebundenen Partikel mit sich bringen. Durch spezielle Ansaugtechniken wird der Schlamm letztendlich „abgeschöpft“.

Entweder im Bereich der Abwasserreinigung oder zum Zwecke der Trink- und Brauchwasseraufbereitung wird das Flockungsverfahren eingesetzt. Bei der Flockung wird ein Flockungsmittel zugeführt, durch welches die im Wasser enthaltenen Substanzen ausflocken und bedingt durch das so erhöhte Eigengewicht auf den Beckenboden der Abwasserbehandlungsanlagen absinken. Auf diese Weise können also selbst sehr fein verteilte bzw. gelöste Stoffe (sprich: Fette, Tenside, Eiweißstoffe, Phosphate etc.) gebunden und aus dem Abwasser entfernt werden. Zu den für dieses Verfahren am häufigsten verwendeten Flockungsmitteln gehören unter anderem Aluminiumsalze oder Kalziumhydroxid.

In der Regel kommt im Hinblick auf die Abwasserreinigung unter anderem auch die Fällungsbehandlung zum Einsatz. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn Phosphate oder Schwermetalle aus dem Abwasser entfernt werden müssen. Hierbei werden dem Abwasser bestimmte Chemikalien zugesetzt, welche die löslichen in unlösliche Stoffe umwandeln. Das daraus resultierende Produkt wird zum Beispiel durch Filterungs- oder Flotationsverfahren abgeschieden. Auch die so genannte Sedimentation kann bei dieser Methode genutzt werden. Die Fällung gilt als ein überaus effektives Verfahren der Abwasseraufbereitung.

In Kläranlagen kommen zahlreiche Abwasserreinigungsverfahren zum Einsatz. Eines davon ist die so genannte Oxidation. Hierbei handelt es sich um die chemische Reinigung mit Sauerstoff. Das Verfahren wird vor allem auch bei der Abwasseraufbereitung eingesetzt, da es sich immer wieder hervorragend im Hinblick auf die Entfernung von Keimen und Krankheitserregern erwiesen hat. Durch den Zusatz von Sauerstoff zum Abwasser wird Energie freigesetzt; Oxide entstehen. Chemisch betrachtet werden beim Oxidationsverfahren also Elektronen abgegeben, was dementsprechend diese Methode im Zuge der Trinkwasseraufbereitung so effektiv macht.

Die Entsäuerung von Abwasser ist ein sehr effektives und häufig angewendetes, physikalisches Verfahren. Überhaupt ist diese Form der Abwasseraufbereitung sehr einfach und unkompliziert: durch in das Abwasserbecken eingeführte Keramik-Körper leitet man Luft ins Wasser, wodurch die Flüssigkeit einerseits entsäuert und andererseits gleichzeitig auch eine Erhöhung des ph-Wertes erzielt werden kann. Dieses moderne Verfahren entspricht natürlich voll und ganz den aktuellen Anforderung der Trinkwasserverordnung und gilt darüber hinaus als sehr kostengünstig. Weiterer, entscheidender Vorteil: durch diese Methode kann das Wasser als „naturbelassen“ zum Verbraucher zurückgeführt werden.

Die Enthärtung von (Ab-)Wasser kann auf unterschiedlichste Art und Weise vonstatten gehen. Grundlegendes Prinzip dabei ist die Entfernung der so genannten Gesamthärte im Wasser. Wissenswert ist, dass in erster Linie Bikarbonate, Kalzium oder auch Magnesium etc. für hartes Wasser verantwortlich sind. Rohrleitungen und andere wasserführende Einrichtungen sind demnach schneller von Verschleiß bedroht. Um diesem Prozess vorzubeugen, kommen in der Regel so genannte Kationentauscher zum Einsatz: während die im Wasser enthaltenen Magnesium- bzw. Kalziumionen von diesem Kationentauscher aufgenommen werden, erfolgt gleichzeitig die Abgabe von Chlorid und Natrium aus dem Austauscherharz. Ergebnis dieses Verfahrens: weicheres Wasser.

Werden Hydrogenkarbonationen aus dem Wasser entfernt, so spricht man von einer Entkarbonisierung. Dieses dient im Endeffekt der Enthärtung des (Ab-)Wassers. Dabei ist allerdings weniger von einer permanenten Enthärtung, sondern vielmehr von der Reduzierung der Carbonathärte des Wassers die Rede. Denn Fakt ist, dass Wasser, das über einen zu hohen Carbonathärte-Wert verfügt, nur bedingt geeignet ist für die Nutzung als Kühlwasser, da unter anderem mit massiven Schädigungen von Rohrleitungen und anderen Systemen gerechnet werden muss. In diesem Zusammenhang ist der Begriff der „Kesselsteinbildung“ im Volksmund bekannt.

Weniger zur Abwasseraufbereitung als vielmehr zur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser wird die Desalination verwendet. Bei der Desalination (oder auch Meerwasserentsalzung) wird auf unterschiedlichste Weise der Salzgehalt im Wasser verringert und gleichzeitig eine Entfernung bestimmter Mineralien aus der Flüssigkeit herbeigeführt. In der Regel erhält man während der Prozedur nutzbare „Abfälle“ wie zum Beispiel Kochsalz. Je nach Verfahrensweise ist die Desalination eine recht aufwändige und auch kostenintensive Methode, jedoch überaus effizient. Um das letztendliche „Endprodukt“ aber auch tatsächlich in vollem Umfang nutzen zu können, ist häufig eine Zuführung von Salzen erforderlich.

Ziel beim Selektivaustausch im Zusammenhang mit der Abwasseraufbereitung ist es unter anderem, Schwermetalle wie Uran etc. auszusondern und dieses unter Zuhilfenahme von Ionentauschern, welche zudem mit speziellen Harzsorten ausgestattet sind, auf wirtschaftliche Weise durchzusetzen. Vor allem, wenn Abwässer gemäß geltender Verordnungen getrennt gereinigt werden sollen, kommt neben Ionentauschern auch der Einsatz der Membranfiltration infrage. Damit ein bestmöglicher „Reinigungserfolg“ erzielt werden kann, kommt es nicht selten vor, dass verschiedene Abwasseraufbereitungsverfahren miteinander verbunden werden. Hierbei ist unter anderem von der Kombination aus der Umkehrosmose oder der Adsorption mit dem Selektivtausch die Rede.

Zu den thermischen Trennverfahren bei der Abwasseraufbereitung gehört das so genannte Strippen. Dieses dient in erster Linie der Entfernung von Schwefelwasserstoff, Chlorkohlenwasserstoffen, Ammoniak oder Kohlendioxid. Beim Strippen werden verschiedene Gase in Verbindung mit Luft ins Abwasser geblasen, wodurch die im Wasser enthaltenen Stoffe in Abhängigkeit vom jeweiligen Dampfdruck in den gasförmigen Zustand umgewandelt werden. Im Anschluss daran können diese Stoffe leichter aus dem Abwasser entfernt werden. Das Strippen ist jedoch als ein nicht sonderlich wirtschaftliches Verfahren bekannt, sodass die Adsorption unter Umständen die effizientere Methode ist.

Die Desinfektion bei der Aufbereitung von Abwasser bewirkt zwar das Abtöten von Krankheitserregern, Bakterien und anderen Mikroorganismen, jedoch werden dabei nicht immer alle Keime „inaktiviert“. Aus diesem Grund ist es notwendig, verschiedene Desinfektionsverfahren anzuwenden, um auf diese Weise einen möglichst tief greifenden Reinigungseffekt zu erzielen. In der Vergangenheit haben sich daher – neben der Verwendung von Alkoholen oder Chlorverbindungen – auch das so genannte Membrantrennverfahren, die UV-Bestrahlung oder auch die (starke) Abkühlung bzw. Erhitzung des Abwassers als sehr effiziente Methoden bewährt und werden daher in modernen Abwasseraufbereitungsanlagen häufig genutzt.

Zur effektiven Reinigung bzw. zur Aufbereitung von Abwasser ist in der Regel die Zugabe von entsprechend geeigneten Chemikalien vonnöten. Dieses können feste, flüssige oder auch gasförmige Zusätze sein. Die so genannten Spaltchemikalien dienen dazu, die im Wasser enthaltenen, umwelt- bzw. gesundheitsschädlichen Substanzen abzutrennen bzw. sie zu neutralisieren und auf diese Weise zu einer Entgiftung des Abwassers beizutragen. Dabei ist stets für eine kontrollierte Zugabe der Betriebschemikalien zu sorgen, um eine zusätzliche Verunreinigung zu vermeiden. Spezielle Messwertgeber und andere Regelgeräte gewährleisten eine automatisierte Dosierung der (Spalt-)Chemikalien.

Zu den gängigsten, biochemischen Abwasserreinigungsverfahren gehört das so genannte Belebtschlammverfahren. Bei dieser auch als Belebungsverfahren bezeichneten Methode werden aerobe Mikroorganismen in Verbindung mit gelöstem Sauerstoff eingesetzt. Diese Zusammensetzung soll die Belastungsstoffe im Abwasser bei ausreichender Luftzugabe reduzieren. Bemerkenswert ist, dass so lange ein störungsfreier Ablauf gewährleistet werden kann, wie die Mikroorganismen vor Giftstoffen, Laugen, Säuren & Co. durch die kontinuierliche Zugabe von Sauerstoff geschützt sind. Darüber hinaus gehören auch die biochemische Abwasseraufbereitung in einer Pflanzenkläranlage, die Tower-Biology sowie die Tropfkörpermethode zu den häufig verwendeten biochemischen Verfahrensweisen der Abwasseraufbereitung.

Unter der Bezeichnung „Entgasung“ ist die thermische Aufbereitung von (Ab-)Wasser zu verstehen. Diese findet in so genannten Entgasern statt. Hier wird das in der Flüssigkeit bzw. im Abwasser enthaltene Gas nachhaltig entfernt. Fakt ist, dass selbst Sauerstoff unter Umständen negative Auswirkungen auf unterschiedliche Abläufe haben kann (Korrosionsrisiko). So tragen mittlerweile moderne Entgaser zu einer effizienten Entfernung von Sauerstoff bei. Innovative Verfahrensweisen machen oftmals eine zusätzliche Verwendung von Chemikalien unnötig. Es ist mitunter sogar möglich, dank modernster Techniken Co² wie auch O² zu entfernen und im Zuge dessen auch eine Regulierung des N²-Gehaltes zu erzielen.

Die Demineralisierung ist im Zusammenhang mit der Abwasseraufbereitung ein häufig angewendetes Verfahren. Bei demineralisiertem bzw. deionisiertem Wasser handelt es sich um Roh- oder Abwasser, welches die im ursprünglichen Zustand enthaltenen Ionen, Salze, Mineralien etc. aufgrund der Demineralisierung (auch: Deionisierung) nicht mehr enthält. Abwasser, das hingegen mithilfe des Umkehrosmose-Verfahrens (vor-)gereinigt wurde, ist in der Regel sauberer, als demineralisiertes Wasser, denn Fakt ist, dass trotz der Ionisierung noch zahlreiche organische Verunreinigungen enthalten sein können. Außerdem wird die Demineralisierung zur Herstellung bzw. zur Aufbereitung von Wasser verwendet, das für den Einsatz bei chemischen Prozessen oder für Kühlabläufe genutzt wird.

Dass ein jeder Mensch ein grundlegendes Recht auf eine erstklassige Wasserqualität einhergehend mit einer stets zuverlässigen Wasserversorgung hat, ist bekanntlich Fakt. Aus diesem Grund spielen sowohl die technischen als auch logistische Aspekte eine sehr entscheidende Rolle. Infolge dessen entstehen für den Verbraucher Kosten, welche als Abwassergebühren bzw. als Regenwassergebühren seitens der Städte und Gemeinden in Rechnung gestellt werden. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die so genannte gesplittete Abwassergebühr erwähnenswert, nach der die Sammlung, die Reinigung bzw. die Beseitigung von Niederschlagswasser und Schmutzwasser jeweils getrennt voneinander abgerechnet werden.

H2S Schwefelwasserstoff riecht ähnlich wie faule Eier. Das farblose, brennbare Gemisch kann an all‘ den Orten entstehen, an denen sich Abfälle, Reststoffe und Fäkalien sammeln. Abwasserkanäle sind dementsprechend prädestiniert für die Ansammlung großer Mengen von H2S Schwefelwasserstoff. Der Stoff kann in hoher Konzentration bereits nach nur wenigen Sekunden zum Atemstillstand führen. Atemnot, Reizung der Atemwege, Bewusstlosigkeit, Schwindel sind die damit oftmals einhergehenden Symptome.

Aber auch bereits in geringeren Mengen ruft H2S Schwefelwasserstoff gravierende, gesundheitliche Probleme hervor. Aspekte wie Übelkeit, Kopfschmerzen, Schlafstörungen, Diarrhoe, Schwindel oder Brechreiz sind diesbezüglich häufig beobachtete Merkmale.