Reinigung

So werden die Abwässer gereinigt.

Die Abwasserreinigung ist aufwendig und erfolgt in verschiedenen Schritten.
In diesem umfangreichen Prozess werden neben mechanischen auch biologische und chemische Verfahren eingesetzt.

Grundlagen der Biologischen Reinigung (biologische Reinigungsstufe oder zweite Stufe)

Das mechanisch vorgereinigte Abwasser wird anschließend dem biologischen Reinigungsprozess zugeführt. Es beinhaltet noch gelöste bzw. dispergierte Stoffe und chemische Verbindungen wie z.B. Kohlenhydrate, Eiweißkörper, Fettsäuren, Tenside, Harnstoff und vieles weitere. Die Entfernung dieser Stoffe aus dem Abwasser mit Hilfe von Bakterien ist eine gute Lösung, da die Abbauvorgänge in der biologischen Stufe den Selbstreinigungsvorgängen in natürlichen Oberflächenwässern gleichen. Um die biologische Reinigung verstehen zu können, muss man sich vorstellen, dass die unterschiedlichen Abwasserinhaltsstoffe unter bestimmten Randbedingungen (Temperatur, Sauerstoffgehalt, Zeit, pH-Wert) von einer Lebensgemeinschaft verschiedenartiger Mikroorganismen, die eine sog. Biozenose bilden, aufgenommen werden und in körpereigene Substanzen umgewandelt werden. Vergleichbar ist dies mit einem Menschen, der Nahrung aufnimmt und sie in Muskelkraft umwandelt. So ernähren sich diese Mikroorganismen im Abwasser von den Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen, in dem sie diese dem Abwasser entziehen.

Biologische Reinigung:

In der Belüftungsphase werden durch verschiedene Mikroorganismen die im Abwasser enthaltenen Kohlenstoffverbindungen unter Sauerstoffverbrauch oxidiert, Stickstoffverbindungen gespalten und Ammonium (z.B. aus Harnstoff) wird zum Nitrat oxidiert. Diese beiden Vorgänge heißen Kohlenstoffoxidation und Nitrifikation.
Diesem Reinigungsschritt ist ein weiterer Reinigungsschritt, die sogenannte Denitrifikation vorgeschaltet. In einem separaten Becken wird während einer bestimmten Zeitdauer das Wasser nicht mehr belüftet, sondern nur noch gerührt. Dadurch sinkt der im Wasser gelöste Sauerstoff bis auf einen Wert gegen 0 mg pro Liter ab. Nun werden Mikroorganismen aktiv, die den im Nitrat vorhandenen Sauerstoff veratmen , d.h. das Nitrat wird aus dem Wasser entfernt.
Durch diese Reinigungstätigkeit und das Wachstum der Mikroorganismen entsteht im Belebungsbecken ein Überschuss an Biomasse. Der sog. Belebtschlamm.

Stickstoffentnahme

Die Stickstoffeliminierung im Klärwerk läuft in zwei Teilreaktionen ab.

1. Nitrifikation

Im kommunalen Abwasser stammt der Stickstoff (N) größtenteils aus dem menschlichen Urin, meist in Form von Harnstoff. Harnstoff und organisch gebundener Stickstoff (organisch N, Faeces) beginnen schon im Kanal zu Ammoniumstickstoff (NH4-N) zu zerfallen. Diese Umwandlung nennt man Ammonifikation. Der Ammoniumstickstoff wird, im Gegensatz zu den Kohlenstoffverbindungen, nicht abgebaut, sondern von den nitrifizierenden Bakterien (Nitrosomonas, Nitrobackter) zu Nitrit und weiter zu Nitrat oxidiert. Dieser Vorgang wird Nitrifikation genannt. Die nitrifizierenden Bakterien sind empfindlicher als kohlenstoffabbauende Bakterien, haben wesentlich geringere Wachstumsraten und benötigen eine längere Aufenthaltszeit mit höherem Schlammalter. Voraussetzung für die Nitrifikation ist daher ein ausreichender Sauerstoffgehalt und angepasste Schlammvoraussetzungen.

2. Denitrifikation

Das bei der Nitrifikation entstandene Nitrat (NO3) wird mit kohlenstoffhaltigem (C haltigen) Abwasser zusammengebracht. Voraussetzungen ist, dass keine Luft in das Becken gelangt und auch kein sauerstoffhaltiges Wasser eingeleitet wird (anoxische Zone). Unter diesen Umständen spalten dann die speziellen Denitrifanten den zum Leben notwendigen Sauerstoff vom Nitrat ab. Stickstoff entweicht dann als Gas in die Atmosphäre. Diesen Vorgang nennt man Denitrifikation.

Phosphorentnahme

Phosphate, z.B. aus Waschmitteln und Fäkalien, würden in den Gewässern zur Nährstoffanreicherung mit unerwünschtem Wachstum von Algen und Seepflanzen führen.

Biologische Phosphatentnahme

Unterzieht man den belebten Schlamm einer biologischen Reinigungsstufe einem ständigen Wechsel zwischen anaeroben (kein Sauerstoff) und aeroben (Sauerstoff vorhanden) Mischbedingungen, so zeigt sich, dass unter anaeroben Bedingungen große Mengen von Phosphat an das umgebende Wasser abgegeben werden. Diesen Umstand nennt man Phosphatrücklösung, d.h., dass in der anaeroben Stufe Bakterienarten, die befähigt sind Phosphate aufzunehmen, Phosphat aus ihrem Phosphatspeicher abgeben. Gelangt der Belebtschlamm anschließend wieder in aerobe, also belüftete Bereiche, so nimmt dieser phosphatarme Schlamm in verstärktem Maß wieder Phosphat auf. Wesentlich für die Phosphatelimination ist hierbei die Tatsache, dass die Phosphataufnahme stets höher ist, als bei der vorangegangenen Rücklösung.

Chemische Reinigungsstufe (Phoshatelimination oder dritte Stufe).

Die biologische Phosphatelimination reicht alleine jedoch nicht aus, um die strengen Anforderungen an die Ablaufqualität des Abwassers zu erfüllen. Deshalb wird in der Belebungsstufe ein sog. Fällmittel zudosiert, das zusammen mit dem gelösten Phosphat eine unlösliche und damit sedimentierbare Verbindung ergibt. Dieser Bereich heißt chemische Reinigungsstufe.

Dass zur chemischen Phosphatelimination auf dem Klärwerk Brensbach eingesetzte Fällungsmittel ist ein eigens für diesen Anwendungsbereich hergestelltes, hochreines Produkt, sodass über diese Pfad keine Verunreinigungen in den Klärschlamm gebracht werden.

Das aus dem Abwasser entfernte Phosphat wird dann zusammen mit dem Überschussschlamm aus dem Kreislauf entnommen. Das dabei entstehende Produkt ist der Klärschlamm.