Kläranlagen

In der Kläranlage wird das über die zugeführte Abwasser behandelt. Hier werden Schwebstoffe, organische Stoffe, Nährstoffe und andere Verunreinigungen aus dem Wasser entfernt. Dazu werden mehrere Behandlungsschritte eingesetzt: mechanische Reinigung (Abscheidung von Fetten, Sanden und Feststoffen), biologische Reinigung (Abbau organischer Stoffe und von Nährstoffen durch Mikroorganismen) und chemische Reinigung (Phosphatfällung).

Moderne Anlagen überwachen die Qualität des Abwassers kontinuierlich und sorgen dafür, dass das gereinigte Wasser umweltgerecht in den Bach zurückgeführt werden kann. In den zugehörigen Laboren werden entsprechende Analysen durchgeführt. In der Kläranlage wird auch der Klärschlamm vom Abwasser abgetrennt und der Schlammbehandlung zugeführt. Auch wenn das gereinigte Abwasser strengen Anforderungen unterliegt, handelt es sich keinesfalls um Trinkwasser.

Die Dimensionierung einer Kläranlage erfolgt auf Basis von den vorhergesagten Entwicklungen im Einzugsgebiet in den nächsten Jahrzehnten. Kläranlagen sind auch wichtig für die Landesplanung. So müssen für Neubaugebiete, Gewerbe und Industriegebiete (sofern diese nicht über eine eigene Abwasserbehandlung mit Direkteinleitung verfügen) immer genügend Kapazitäten auf der Kläranlage vorhanden sein.

Im Folgenden werden die einzelnen Etappen des Klärprozesses kurz erläutert. Je nach Konfiguration der Kläranlage können die angewandten Verfahren sich unterscheiden oder unterschiedlich ausgelegt sein. Die hier erklärten Verfahren gehören zu den üblichen Verfahren der Abwasserreinigung.

Mechanische Reinigung

Die in dieser Reinigungsstufe stattfindenden Prozesse basieren ausschließlich auf mechanischen Verfahren. Zunächst durchfließt das Abwasser einen Rechen, der grobe Feststoffe zurückhält. Manche Kläranlagen verfügen über zwei Rechenstufen, bestehend aus einem Grobrechen und einem nachgeschalteten Feinrechen.

Das im Rechen zurückgehaltene Rechengut wird einer Rechengutwaschpresse zugeführt, wo es entwässert wird. Das dabei anfallende Waschwasser wird der Kläranlage wieder zugeführt, während das Rechengut in der Regel einer thermischen Verwertung zugeführt wird. In Anschluss an den Rechen gelangt das Abwasser in einen Sand- und Fettfang.

Dieser ist belüftet, sodass sich Fette und Öle an der Oberfläche sammeln und dort abgeschöpft werden können. Das abgeschiedene Fett kann der Schlammbehandlung zugeführt werden. Der Sand setzt sich am Boden des Sandfangs ab. Der Sand wird, wie das Rechengut, einer Wäsche unterzogen und anschließend deponiert oder im Straßenbau verwendet, wenn die Qualität es erlaubt. Den letzten Teil der mechanischen Reinigung bildet die Vorklärung.

Hier setzen sich absetzbare organische Stoffe in einem Becken ab und werden als sogenannter Primärschlamm der Schlammbehandlung zugeführt.

Biologische Reinigung

In der biologischen Reinigung zersetzen Mikroorganismen die Abwasserinhaltsstoffe, weswegen oft auch vom Belebungsbecken oder auch von Belebtschlamm die Rede ist. Im Belebungsbecken werden die gelösten biologisch abbaubaren organischen Verbindungen sowie die Verbindungen mit dem Nährstoff Stickstoff abgebaut. Der Stickstoff liegt im Abwasser als Ammonium (NH4) vor und wird zunächst zu Nitrat (NO3) umgebaut (Nitrifikation). Anschließend erfolgt die Denitrifikation, die das Nitrat zu Nitrit (NO2) und elementarem Stickstoff (N2) umwandelt, der in die Atmosphäre abgegeben wird. Für diese Prozesse kommen ebenfalls Mikroorganismen zum Einsatz. Diese Mikroorganismen haben unterschiedliche Anforderungen an ihre Lebensbedingungen. So benötigen die für die Nitrifikation zuständigen Bakterien Sauerstoff, wohingegen die Bakterien für die Denitrifikation in einem sauerstofffreien Bereich (anoxisch) funktionieren. Deswegen werden die Becken der biologischen Stufe entweder durch bauliche Maßnahmen oder durch zeitweise Zuführungen von Sauerstoff in belüftete und unbelüftete Bereiche bzw. Phasen eingeteilt. Die Belüftung der Belebungsbecken macht einen wesentlichen Anteil des Energiebedarfs von Kläranlagen aus.

Nebem dem Abbau der Abwasserinhaltsstoffe erfolgt in der biologischen Stufe auch die Abtrennung des Klärschlamms von der wässrigen Phase. Häufig erfolgt dies in einem sogenannten Nachklärbecken, in dem sich der Schlamm am Boden absetzt und das gereinigte Abwasser über einen Ablauf in Richtung Vorfluter abgeleitet wird. Der abgezogene Schlamm wird als sogenannter Überschussschlamm, auch Sekundärschlamm genannt, der Schlammbehandlung zugeführt. Ein Teil des Schlamms wird als Rücklaufschlamm wieder in das Belebungsbecken geführt, damit stets genügend Mikroorganismen zum Abbau der Abwasserinhaltsstoffe vorhanden sind.

Neben der Ausführung der Kombination von Belebungsbecken und Nachklärung gibt es auch andere Möglichkeiten für die Konfiguration der Biologie, wie z. B. eine Sequencing-Batch-Reactor-Konfiguration in der die Phasen nicht räumlich, sondern zeitlich voneinander getrennt sind oder Varianten einer solchen Konfiguration.

Der Nährstoff Phosphor kann auch durch biologische Prozesse entfernt werden. Häufig sind diese jedoch nicht ausreichend, um den geforderten Grenzwert einzuhalten, weswegen die chemische Reinigung zum Einsatz kommt.

Chemische Reinigung

Hier wird ein Fällmittel (Eisen- oder Aluminiumsalz) dem Abwasser zugefügt. Dieses reagiert mit dem gelösten Phosphor und überführt ihn aus der wässrigen Phase in einen festen Zustand, so dass der gebundene Phosphor mit dem Klärschlamm ausgetragen werden können. Häufig wird das Fällmittel im Belebungsbecken zugegeben.

Sonstiges Neben den eigentlichen Prozessen besteht eine Kläranlage auch aus einer Vielzahl von Pumpen, Reglern, Ventilen und Rohren, die dafür sorgen, dass der Prozess funktioniert. Es handelt sich um ein aufwändiges verfahrenstechnisches Konzept.