Neue Technologien in der Abwasserbehandlung: Den Mikroverunreinigungen zu Leibe rücken

Marktkräfte allein reichen oft nicht aus, um Lösungen für Umweltprobleme hervorzubringen. Das gilt beispielsweise beim Gewässerschutz - trotz erkanntem Handlungsbedarf. Der Bund hat deshalb 2016 die gesetzliche Voraussetzung geschaffen, damit künftig deutlich weniger Mikroverunreinigungen über die Kläranlagen in die Gewässer gelangen. Zudem hat er die dafür notwendigen Innovationen unterstützt.

Verfahren Mikroverunreinigungen
Mit Hilfe der Umwelttechnologieförderung wird zurzeit geprüft, wie verschie dene Verfahren zur Eliminierung von Mikro verunreinigungen optimal kombiniert werden können. Für jede Ab wasserreinigungs anlage gilt es, die beste Lösung zu eruieren.

Text: Lukas Denzler

In der Schweiz werden mehr als 97 % der Abwässer über die Kanalisation in die Kläranlagen eingeleitet und gereinigt - ein grosser Erfolg für den Gewässerschutz. Auf den Lorbeeren auszuruhen, ist aber nicht angezeigt. Zum Problem werden nämlich vermehrt sogenannte Mikroverunreinigungen. Diese stammen unter anderem aus zahlreichen Produkten des täglichen Gebrauchs wie Kosmetika, Reinigungsmittel und Medikamente. Herkömmliche Abwasserreinigungsanlagen (ARAs) eliminieren diese Stoffe nur ungenügend. Als Folge davon sind viele Gewässer mit organischen Spurenstoffen belastet. Auch wenn sich diese Mikroverunreinigungen in den Gewässern in nur geringen Konzentrationen nachweisen lassen, können sie Wasserlebewesen schädigen. Zudem stellen sie eine potenzielle Gefährdung des Trinkwassers dar.

Kommunale ARAs müssen aufrüsten

Das im Jahr 2006 vom BAFU gestartete Projekt «Strategie MicroPoll» hatte zum Ziel, technische Möglichkeiten zu testen, wie sich Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser entfernen lassen. Es lieferte die Entscheidungsgrundlage für die politischen Entscheide, die Parlament und Bundesrat im Bereich der Abwasserreinigung in den letzten Jahren getroffen haben. So traten am 1. Januar 2016 das revidierte Gewässerschutzgesetz und die entsprechende Verordnung in Kraft. Aufgrund der neuen Bestimmungen müssen bestimmte ARAs ihre Reinigungsleistung verbessern. «Aufrüsten müssen zum einen die grössten Anlagen und zum anderen mittelgrosse, die ihr Abwasser in Seen einleiten, da diese als Trinkwasserreservoire sowie als Fischfang- und Erholungsgebiete dienen», erklärt Michael Schärer, Leiter der Sektion Gewässerschutz im BAFU. Verschärfte Bestimmungen gelten auch, wenn das gereinigte Abwasser mehr als 10 % der Wassermenge eines Fliessgewässers ausmacht, in welches es eingeleitet wird. Laut Michael Schärer wird derzeit davon ausgegangen, dass von den über 700 ARAs in der Schweiz rund 100 auszubauen sind.

Auch wenn verschiedene Quellen für Mikroverunreinigungen existieren, lohnt es sich, bei den kommunalen Kläranlagen als bedeutende Punktquellen anzusetzen. Dank umfangreicher Forschungsbemühungen und Pionierversuche aus der Praxis stehen technische Lösungen zur Verfügung. Michael Schärer schätzt, dass bis in 25 Jahren aus rund der Hälfte des kommunalen Abwassers mindestens 80 % der Mikroverunreinigungen eliminiert werden. Die Finanzierung erfolgt zu einem wesentlichen Teil über eine bis 2040 befristete Abwasserabgabe, die bei allen ARAs erhoben wird und maximal 9 CHF pro angeschlossene Person und Jahr beträgt. Mit diesem Geld werden die erforderlichen Investitionen unterstützt. Nachdem eine ARA Massnahmen zur Reduktion der Mikroverunreinigungen getroffen hat, entfällt die Abgabe.

Eine typische Kläranlage in der Schweiz umfasst 3 Reinigungsstufen: die mechanische Klärung zur Abscheidung von Feststoffen, die biologische Reinigung, bei der Mikroorganismen die organische Schmutzfracht abbauen, sowie die chemische Fällung des Phosphates, damit dieses die Gewässer nicht überdüngt. In Gebieten mit strengen Einleitbedingungen kommt mit einem Sandfilter eine vierte Stufe hinzu. Die Aufgabe der Abwasserfachleute besteht nun darin, die zusätzlichen Systeme zur Eliminierung von Mikroverunreinigungen möglichst optimal einzufügen. «Dafür stehen mit Ozon und Pulveraktivkohle momentan zwei Verfahren im Vordergrund», sagt Adriano Joss vom Eidgenössischen Wasserforschungsinstitut Eawag in Dübendorf (ZH).

Grafik «Quellen Mikroverunreinigungen»
Quellen der Mikroverunreinigungen

Mit Ozon die Mikroverunreinigungen knackenOzon kommt in der Trinkwasseraufbereitung schon länger zur Anwendung. Für die Abwasserbehandlung sind jedoch Anpassungen erforderlich. Ozon (O3) besteht aus 3 Sauerstoffmolekülen und ist sehr reaktiv. Wie die Pilotversuche in den beiden Kläranlagen in Regensdorf (ZH) und Lausanne zeigten, lassen sich damit Mikroverunreinigungen «aufbrechen». Die Umwandlungsprodukte können aber unerwünschte Wirkungen entfalten. Um dieses Risiko zu minimieren, ist eine Nachbehandlung des Abwassers nötig, beispielsweise in einem Sandfilter. In der Pilotanlage Regensdorf konnten die Wissenschaftler der Eawag im derart filtrierten Abwasser keine problematischen Umwandlungsprodukte mehr nachweisen.Laut Adriano Joss stellt die Dosierung von Ozon eine besondere Herausforderung dar. So wenig wie möglich und so viel wie nötig, lautet die Devise. Wird zu wenig Ozon beigemischt, sinkt die Reinigungsleistung. Bei einer Überdosierung wird es teuer. Denn die Produktion des Ozons, das vor Ort aus Sauerstoff erzeugt wird, braucht viel Strom und macht rund die Hälfte der Kosten dieses Verfahrens aus. Seit März 2014 ist die erste Anlage in der Schweiz in Dübendorf in Betrieb. Sie liefert wichtige Grundlagen für die Planung und Realisierung weiterer Anlagen .Abwässer mit einem hohen Anteil an Industrie- und Gewerbeabwasser eignen sich allerdings in bestimmten Fällen nicht für eine Behandlung mit Ozon. Diese enthalten unter Umständen Bromid, das sich mit Ozon in potenziell krebserregendes Bromat umwandeln kann. Urs von Gunten, Experte für die Aufbereitung von Trinkwasser und Wasserqualität an der Eawag, hat daher mit seinem Team einen fünfstufigen Test entwickelt, mit dem sich beurteilen lässt, ob ein Abwasser für eine Ozonbehandlung geeignet ist oder nicht.Pulveraktivkohle bindet SchadstoffeAls Alternative bietet sich Pulveraktivkohle an, die sich seit Jahrzehnten in der Trinkwasseraufbereitung sowie der Reinigung von Industrieabwasser bewährt hat. Im Unterschied zu Ozon, das Mikroverunreinigungen aufspaltet, haften hier die unliebsamen Verbindungen an den porösen Aktivkohlepartikeln an und lassen sich so herausfiltern.Erfahrungen mit solchen Anlagen gibt es bereits in Deutschland. In der Schweiz war es die Gemeinde Herisau (AR), die im September 2015 die erste Nachbehandlung auf der Basis von Pulveraktivkohle in Betrieb nehmen konnte. Die Verantwortlichen entschieden sich für dieses Verfahren, weil die örtliche Textilindustrie ihr Abwasser einleitet und sich darin enthaltene Schadstoffe wie etwa Polyvinylalkohol mit Ozon nur ungenügend eliminieren lassen.Ein Nachteil der bisherigen Anlagen ist ihr Platzbedarf, weil ein separates Becken benötigt wird, damit sich die Pulveraktivkohle vom Abwasser abtrennen lässt. Deshalb sucht man nach platzsparenden Lösungen. So wird beispielsweise geprüft, ob es möglich ist, die Pulveraktivkohle direkt in der biologischen Reinigungsstufe zu dosieren und mit dem Klärschlamm zu entfernen oder aber sie dem Abwasser beizumischen, bevor es in den Sandfilter geleitet wird. Damit sie ihre Wirkung entfalten kann, muss die Aktivkohle während mindestens 20 Minuten mit dem Abwasser in Kontakt sein.Einen interessanten Ansatz testet die Eawag derzeit in der ARA Bülach (ZH). Anstelle von Sand ist der Filter mit granulierter Aktivkohle mit einer Korngrösse von 0,2 bis 1 mm gefüllt. Die entscheidende Frage dabei ist, wie lange die Aktivkohle ausreichend reinigt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Aktivkohle regeneriert werden kann und damit mehrmals Verwendung findet.Intelligente KombinationVermehrt wird auch die Möglichkeit geprüft, die beiden Verfahren zu kombinieren. In Lausanne wird man sich voraussichtlich für ein kombiniertes Verfahren entscheiden. «Die Hybridlösung bietet viel Flexibilität», sagt Gregor Maurer, Ingenieur bei der für die Abwasserreinigung zuständigen Stelle der Stadt Lausanne. Ozon wirke für den Abbau bestimmter Substanzen gut, während Pulveraktivkohle ein anderes Spektrum abdecke. Eine Kombilösung hat laut Maurer zudem den Vorteil, dass Anpassungen vorgenommen werden können, sollten sich die problematischen Stoffe im Abwasser ändern oder die Anforderungen an die Reinigungsleistung steigen. Läuft alles nach Plan, nimmt die neue Anlage 2020 ihren Betrieb auf.Wissens- und ErfahrungsaustauschEine Herausforderung besteht auch darin, dass jede Anlage, die aufzurüsten ist, anders ist. Die gesetzlichen Bestimmungen geben lediglich die Reduktion der Mikroverunreinigungen von mindestens 80 % vor. Es ist somit Aufgabe der Fachleute, für jeden Einzelfall die beste Lösung zu finden. Eine wichtige Rolle spielt hier die Plattform «Verfahrenstechnik Mikroverunreinigungen» des Verbandes Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute (VSA). «Wir wollen den Wissens- und Erfahrungsaustausch in der Branche fördern», sagt Pascal Wunderlin, der die vom BAFU finanzierte und an der Eawag angesiedelte Geschäftsstelle der Plattform seit 2013 betreut.Die Plattform erarbeitet Grundlagen, damit die Kennzahlen zu Stromverbrauch und Betriebskosten der realisierten Anlagen systematisch gesammelt und ausgewertet werden können. Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit der betrieblichen Überwachung. Mit Online-Messverfahren soll vor und nach der Reinigung nachgewiesen werden, dass die geforderte Reinigungsleistung jederzeit eingehalten wird. Dafür sind praxistaugliche Methoden zu entwickeln. Im Vordergrund steht der Einsatz von Messgeräten, die ultraviolettes Licht nutzen. «Durch die Reinigung nimmt die UV-Absorption ab, was Rückschlüsse auf die Elimination der Mikroverunreinigungen ermöglicht», erläutert Pascal Wunderlin.Massnahmen an der QuelleBei allen technischen Möglichkeiten sollte nicht vergessen gehen, dass sich ein Problem manchmal auch mit gezielten Massnahmen an der Quelle elegant lösen liesse. Ein Beispiel dafür sind Röntgenkontrastmittel, die Patientinnen und Patienten verabreicht werden. Sie werden über den Urin relativ rasch ausgeschieden und stammen von einer überblickbaren Personengruppe. Diese Stoffe bauen sich in der Umwelt praktisch nicht ab und lassen sich in vielen Gewässern nachweisen. Würden die betroffenen Personen nach der Untersuchung einen Tag lang ihren Urin in einen speziellen Beutel abgeben und diesen über den Hausabfall entsorgen, wäre das Abwasser damit nicht belastet. Das wäre hilfreich, denn bei diesen hartnäckigen Verbindungen wirken Ozon und Aktivkohle schlecht. Dank einer weiteren Innovation könnten Stoffe und Medikamentenrückstände zumindest aus Krankenhäusern schon bald von den ARAs ferngehalten werden .Doch es ist unrealistisch, sämtliche Schadstoffe bereits an der Quelle erfassen zu wollen. Mit dem nun eingeschlagenen Weg der gezielten Aufrüstung der wichtigsten Kläranlagen übernimmt die Schweiz in der Abwasserbehandlung international eine Vorreiterrolle. Die Chancen stehen gut, dass der Erfolgsgeschichte im Gewässerschutz in den kommenden Jahren ein weiteres Kapitel hinzugefügt wird.

Weiterführende Informationen

Kontakt
Letzte Änderung 18.05.2016

Zum Seitenanfang

https://www.bafu.admin.ch/content/bafu/de/home/themen/bildung/dossiers/magazin-umwelt-innovationen/neue-technologien-in-der-abwasserbehandlung--den-mikroverunreini.html