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Wasseraufbereitung 2030: Blick in die Zukunft

Sauber soll es werden, unser Abwasser. Was aber genau geschieht, interessiert kaum jemanden; Hauptsache das Ergebnis stimmt. Und darum kümmert sich die HPC AG und wagt einen Blick in eine Zukunft, die gar nicht mehr so weit entfernt ist.

Sie müssen einiges leisten: Deutschlands knapp 10.000 Kläranlagen reinigen jährlich etwa 10 Milliarden Kubikmeter Wasser. Tausende kommunale Unternehmen für die Abwasserentsorgung mussten sich in den letzten Jahrzehnten an unterschiedlichste Umstände anpassen. In manchen Regionen nahm die Bevölkerung rapide ab, manche Städte hingegen wuchsen. Was die Anlagen gemein haben: Sie alle müssen neuen Anforderungen des Gesetzgebers gerecht werden und sich neben schärferen Anforderungen an die Wasserqualität auch auf Starkregen einstellen, der mit dem Klimawandel immer häufiger wird.

Die HPC-Niederlassung in Aachen begleitet Unternehmen der Abwasserentsorgung und hilft ihnen, ihre Herausforderungen zu meistern. “In den letzten Jahren haben wir unzählige Anlagen ertüchtigt und die Betreiber auf die kommende Zeit und Herausforderungen, wie neue Schadstoffe, vorbereitet”, so Olaf Kiepke, Niederlassungsleiter der HPC Aachen. Kläranlagen zu renovieren ist keine Leichtigkeit, schließlich haben Kommunen keine “Ersatz-Kläranlage” bereit stehen. Die Anlage muss während des Umbaus in Betrieb bleiben, weshalb die Ertüchtigung einer Operation am offenen Herzen gleicht. Dabei werden sie oftmals nicht nur erneuert, sondern auch ausgebaut. Die Ansprüche an unsere Wasserklärung steigen mit dem Eintrag von Schadstoffen und unserer Fähigkeit, diese festzustellen. Heute ist dank technischem Fortschritt die Wasseranalyse etwa 1.000 Mal besser als noch vor zehn Jahren. Mikroschadstoffe, die lange Zeit gar nicht und später nur mit großen Ungenauigkeiten gemessen wurden, sind heute dank neuester Analyseverfahren im Nanogramm-Bereich feststellbar. “Damit wird sich in den kommenden Jahren auch in Deutschland der Fokus immer mehr auf eben diese Mikroschadstoffe verschieben”, so Kiepke.

Dass diese Stoffe wichtiger werden, liegt jedoch nicht nur an den besseren Analysemethoden und dem steigenden Bewusstsein der Öffentlichkeit, sondern auch an unserer alternden Gesellschaft und dem steigenden Konsum von Arzneimitteln. Viele der Stoffe kommen über menschliche Ausscheidungen in die Kläranlagen und werden teils kaum durch biologische Prozesse abgebaut. Oft wurden sie ganz bewusst entsprechend designt. Das Röntgenkontrastmittel Carbamazepin etwa soll um der Funktionalität halber nicht vom menschlichen Körper aufgenommen werden. Und so kommt es, dass Amidotrizoesäure inzwischen auch in Flüssen nachweisbar ist. Unter den Mikroschadstoffen sind endokrine Disruptoren, Stoffe, die in das Hormonsystem eingreifen, besonders bekannt. Sie sind es, die Fische unfruchtbar machen oder die Geschlechtsreifung von Amphibien beeinträchtigen können. Endokrine Disruptoren werden hauptsächlich in synthetischen Materialien wie Lösemitteln, Kunststoff-Produkten oder Pestiziden verwendet. Auch antibiotikaresistente Keime, die größtenteils ihren Ursprung in der Massentierhaltung haben, gelangten in der Öffentlichkeit zu einer traurigen Berühmtheit.

Aller guten Dinge sind vier: Die vierte Reinigungsstufe kommt

Um all diese Mikroschadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen, werden die Abwasserbehandlungsanlagen bis 2030 in Deutschland zu einem großen Teil eine vierte Reinigungsstufe integrieren. Zur Verfügung stehen verschiedene Techniken: Ozonierung, Membran- oder Aktivkohlefiltration. “Keine dieser Technologien wird allgemein dominieren. Sie werden fallspezifisch eingesetzt werden.

Ultrafiltrations-Membranen etwa helfen angesichts von Keimen und Viren, aber nicht bei Mikroschadstoffen. Sie werden also kaum standardmäßig verbaut werden. Ozon wiederum ist eine Art Rundumschlag gegen viele Mikrostoffe. Das reaktionsfreudige Molekül kann allerdings auch unerwünschte Nebenprodukte bilden.” Aktivkohle erschöpft sich im Laufe der Zeit und muss regeneriert oder als Pulverkohle kontinuierlich dosiert werden.

Abwasseranlagen als Energieproduzent

Kläranlagen verbrauchen in erster Linie Energie, inzwischen produzieren sie diese aber zunehmend auch, etwa durch die Gewinnung von Gas durch die kontrollierte Faulung aus Klärschlamm. In Kombination mit Wind und Photovoltaik laufen manche Anlagen inzwischen gar energieautark.

Außerdem wird erforscht, ob sich aus dem Klärschlamm Monomere für die Herstellung von Bio-Polymeren oder Ethanol produzieren lässt. Diese Forschung steckt noch in den Kinderschuhen und es ist unwahrscheinlich, dass es bis 2030 einen technischen Durchbruch und eine großflächige Implementierung dieser Technologien geben wird.

Phosphor, eine endliche Ressource

Ganz anders steht es um die Produktion oder besser die Rückgewinnung von Phosphor. Neben Stickstoff wird dieser Stoff für die Düngerproduktion genutzt – und ist zunehmend Mangelware. Gewonnen wird Phosphor aus Mineralien wie Apatit. Viele Studien gehen davon aus, dass diese Rohstoffvorräte in wenigen Jahrzehnten erschöpft sind. Es gibt also gute Gründe, den Phosphor zurückzugewinnen, der in unserem Abwasser gelöst ist.

Laut dem Umweltbundesamt kann so etwa immerhin die Hälfte der jährlichen Phosphormineral-Importe eingespart werden. Nürnberg und Offenburg gehen in ihrer Phosphat-Rückgewinnung mit gutem Beispiel voran; viele Städte und Kommunen folgen ihnen: Ab spätestens 2029 muss der enthaltende Phosphor aus großen kommunalen Kläranlagen aus dem Klärschlamm zurückgewonnen werden, so die gesetzlichen Vorschriften.

Das deutsche Abwassersystem? Nicht ganz dicht!

Laut dem Umweltbundesamt ist ein Viertel des Wassers in unseren Kläranlagen Grund- und Sickerwasser. Es gelangt durch undichte Stellen in unsere Kanalleitungen und verteuert die Abwasseraufbereitung, da so mehr Wasser die Kläranlagen erreicht. Zudem bringen Starkregen, Grund- und Sickerwasserzufluss die Mischwasserkanalisationen häufiger zum Überlaufen. Dabei gelangen Schadstoffe in unsere Gewässer und das Grundwasser. Hier gilt es in den kommenden Jahren gegenzusteuern – durch erneuerte Leitungen und Regenwassermanagement. “Auch hier unterstützen wir die Kommunen. Wir erstellen zum Beispiel Pläne zur Generalentwässerung, Karten für Starkregengefahren oder Berechnungen zur Schmutzfracht”, so Olaf Kiepke.

Bei den Berechnungen und dem Erstellen von Prognosen helfen Kiepke und seinem Team seit jeher digitale Tools. Auch die Kläranlagen selber werden mit den Möglichkeiten der Digitalisierung ausgestattet. Olaf Kiepke sieht die Entwicklungen nüchtern: “Viele Lösungen sind recht gehypt, wie etwa das Internet-of-things. Kläranlagen sind heute bereits zu einem großen Teil automatisiert. Schon längst müssen sie nicht mehr im Drei-Schicht-System überwacht werden. Entscheidender werden die neuen Technologien angesichts von Mikroschadstoffen sein. Wir freuen uns, unsere Kunden auch in den kommenden Jahren bei ihrem Abwassermanagement zu unterstützen!”

Diese HPC Erfolgsgeschichte kann folgenden Bereichen zugeordnet werden

Flächenrecycling
Umweltberatung
Infrastrukturplanung