Säuberung des Abwassers in drei Reinigungsstufen
Eine Kläranlage bzw. ein Klärwerk nimmt verschmutztes Abwasser aus der Kanalisation auf, welches vor dem Einleiten in ein natürliches Gewässer gereinigt werden muss. Dabei handelt es sich um Schmutzwasser, das in Haushalten und Gewerben anfällt, sowie im Falle von Mischkanalisationen zusätzlich um Regenwasser. Stark verschmutzte Industrieabwässer gelangen hingegen meist nicht in die öffentliche Kläranlage. Hier erfolgt die Reinigung meist direkt in eigenen Industriekläranlagen.
Ein Zulauf leitet das Abwasser aus dem Kanalsystem in die Kläranlage. Dort erfolgt in mehreren Stufen zunächst die mechanische, dann die biologische und schließlich die chemische Reinigung.
- Bei der mechanischen Reinigung werden grobe Verunreinigungen und nicht gelöste Stoffe entfernt. Zunächst trennen Rechen oder Siebe größere Objekte, z. B. Steine oder Laub, ab. Anschließend wird das Abwasser durch einen Sandfang geleitet, in dem kleinere Verunreinigungen wie Sand zu Boden sinken und so entfernt werden. Ein Vorklärbecken bildet die nächste Stufe. Hier kann sich organisches Material, z. B. Fäkalien oder Toilettenpapier, absetzen. Dieses wird als sogenannter Primärschlamm direkt in den Faulturm geleitet.
- Die biologische Reinigung umfasst eine Behandlung des Abwassers mit Mikroorganismen, die organisches Material abbauen. In einem Belebungsbecken verstoffwechseln Bakterien, Pilze und andere Kleinstlebewesen die Bestandteile des Abwassers und produzieren dabei sogenannten Belebtschlamm, der reich an CO2, Nitraten usw. ist. Abwasser und Belebtschlamm werden im nächsten Schritt ins Nachklärbecken geleitet und dort voneinander getrennt. Ein Großteil dieses Belebtschlamms leitet das Klärwerk zurück ins Belebungsbecken, um die dort ablaufenden Prozesse aufrechtzuerhalten. Ein kleinerer Teil gelangt mit dem Primärschlamm aus der mechanischen Reinigung in den Faulturm.
- Im letzten Schritt, der chemischen Reinigung, wird der Phosphorgehalt des vom Schlamm befreiten Abwassers Dazu werden ihm Metallsalze zugesetzt, die das enthaltene Phosphor ausfällen, also mit ihm unlösliche Verbindungen eingehen, die aus dem Wasser gefiltert werden können. Diese Maßnahme verhindert die Eutrophierung von Gewässern.
Das auf diese Weise gereinigte „Klärwasser“ leitet die Kläranlage abschließend in den Vorfluter ein. Dabei handelt es sich um ein natürliches Gewässer. Derweil werden im Faulturm die noch im Schlamm enthaltenen Nährstoffe unter Sauerstoffausschluss abgebaut. Es entstehen Faulgas (Biogas) und Faulschlamm, welche zur Produktion von Strom und Wärme in einem Blockheizkraftwerk verbrannt werden können. Alternativ kann der getrocknete Faulschlamm auch als Dünger zum Einsatz kommen.
Wie Strom- und Wärmeerzeugung in der Kläranlage möglich sind
Kläranlagen sind in der Abwasserentsorgung von zentraler Bedeutung, denn nur durch sie ist es möglich, das vom Menschen produzierte Abwasser sicher und ohne Gefahr für die Umwelt in ein natürliches Gewässer einzuleiten. So wird ein übermäßiger Nährstoffeintrag vermieden, durch den es zur Eutrophierung betroffener Gewässer kommen kann.
Der große Aufwand zur Reinigung des Abwassers geht jedoch mit einem hohen Energieverbrauch einher. Vor allem die Belüftung der Belebungsbecken sowie der Betrieb von Pumpen und Rührwerken benötigen viel Strom. Immer öfter wird dieser zumindest zum Teil jedoch auch von der Kläranlage selbst produziert, vorwiegend durch die Verstromung von Faulgas und Faulschlamm.
Eine weitere Möglichkeit, mit einer Kläranlage Energie bereitzustellen, ist die Nutzung der Abwasserwärme. Denn das ins Klärwerk eingeleitete Abwasser hat eine vergleichsweise hohe Temperatur von mindestens zehn Grad Celsius, die sich hervorragend für den Einsatz einer Wärmepumpe eignet. Dem Abwasser wird dafür ein kleiner Teil seiner Wärme entzogen und zur Wärmepumpe transportiert, die diese anschließend unter Einsatz von Strom aufbereitet und z. B. in ein Fernwärmenetz einspeist. Das ist sogar dann möglich, wenn dem Abwasser bereits in der Kanalisation Wärme entzogen wurde. Wird die Abwasserwärme konsequent genutzt, lassen sich große Mengen Energie einsparen, wie auch das Beispiel der baden-württembergischen Stadt Waiblingen zeigt: Dort versorgt seit 1986 ein mit Abwasserwärme betriebenes Wärmenetz einen Teil der städtischen Gebäude, so dass die Gemeinde jährlich rund 750 Tonnen CO2 einspart.
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