Nico Brandstetter

Giftstoffe in Kläranlagen

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Wasser aus Kläranlagen –  Sauber, aber nicht rein – Wie werden Giftstoffe in Kläranlagen bekämpft?

Viele Giftstoffe, die über das Abwasser in natürliche Gewässer strömen, sind mit der herkömmlichen Technik der Kläranlagen nicht in den Griff zu bekommen. Wissenschaftler wollen nun mit radikalen und exotisch anmutenden Methoden die vollständige Entgiftung erreichen.

Wenn Chemiker der Universität Jena eine neue Methode zur Abwasserreinigung testen, klingt es wie beim Zahnarzt: Es zischt und piept mit hoher Frequenz. Mit einer Düse und einem Ultraschallgerät erzeugen die Forscher Druckschwankungen in einem wassergefüllten Glaszylinder. Dabei entstehen winzige Wasserdampf-Blasen, die so energiereich wie kurzlebig sind. Wo sie wieder in sich zusammenfallen, kann es um 5000 Grad Celsius heiß werden.

Bei diesen Temperaturen zerfallen die umliegenden Wassermoleküle in chemisch besonders aggressive Hydroxylradikale, die selbst schwer abbaubare Stoffe im Abwasser zerlegen können. Der reinigende Blasenkollaps heißt Kavitation und wird auch von Optikern genutzt, wenn sie Brillen im Ultraschallbad säubern oder – in der Natur – von Knallkrebsen, die die Bläschen mit schnellen Scherenbewegungen erzeugen und so ihre Beute betäuben.

Dass Wissenschaftler auf solch exotische Methoden zur Abwasserreinigung zurückgreifen, hat einen guten Grund: Viele umweltschädliche und giftige Stoffe, die über das Abwasser in natürliche Gewässer strömen, sind mit herkömmlicher Technik nicht in den Griff zu bekommen.

Sie passieren konventionelle Kläranlagen weitgehend unverändert und werden in Flüssen, Seen und mitunter sogar im Trinkwasser gefunden.

Dazu zählen Dioxine aus der Papier- und Chemieindustrie, Fluorkohlenstoffverbindungen aus Flammschutzmitteln und Hydraulikölen, Pflanzenschutz- und Arzneimittel.

Genaueres zu den nachweislichen Inhhaltsstoffen erfährst du in unserem Blog von vor 2 Wochen, in welchem wir unser Trinkwasser genau unter die Lupe genommen haben.

Neue Regelungen auf europäischer Ebene überfällig

Zwar gilt die chemische Qualität von Gewässern heute mehrheitlich als gut, doch die Erklärung dafür ist einfach. Nach der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie werden von Tausenden möglichen Schadstoffen zurzeit nur 33 überwacht. Zudem handelt es sich um Substanzen, die heute wirtschaftlich kaum noch eine Rolle spielen und in vielen Ländern oder sogar weltweit nicht mehr zugelassen sind. Eine Ergänzung der Rahmenrichtlinie auf europäischer Ebene ist also längst überfällig. Aus dem Jahr 2018 liegt ein Vorschlag zur Anpassung und Aktualisierung der EU-Trinkwasserrichtlinie vor, allerdings ist dieser bis heute nicht vollzogen worden.

Pille macht Fische unfruchtbar

Als besonders kritisch gelten Medikamente, manche Antibiotika, Pflanzen- oder giftige Holzschutzmittel. Diese Stoffe sind dafür gemacht, Zellen oder Organismen gezielt zu zerstören. Deshalb können sie schon in sehr kleinen Konzentrationen großen Schaden anrichten. Ein Beispiel bietet die Abnahme männlicher Forellen in natürlichen Gewässern. Schuld könnten die östrogenartigen Wirkstoffe der Antibabypille sein.

Es geht hier aber nicht nur um einzelne Stoffe, die immer mal wieder für Schlagzeilen sorgen, sondern um ganze Chemikaliencocktails, von denen noch niemand weiß, wie sie wirken!

Komplexer wird das Thema dadurch, dass sich je nach Ökosystem die unterschiedlichsten Abbauprodukte im Wasser bilden können.

Thomas Ternes von der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) in Koblenz nennt einen weiteren kritischen Faktor: „Manche Stoffe gehen aus der biologischen Reinigungsstufe konventioneller Kläranlagen leicht verändert hervor. Sie sind dann oft wasserlöslicher als die Ausgangssubstanzen und können in einigen Fällen sogar toxischer sein.“

Kläranlagen sollen heute vor allem den Nährstoffeintrag in die Gewässer verringern. Die Mikroorganismen, mit denen sie arbeiten, sind deshalb vor allem auf den Abbau von Stickstoffverbindungen, Phosphaten und leicht abbaubaren, organischen Substanzen spezialisiert.

Neue Verfahren werden getestet

Kläranlagen sollen heute vor allem den Nährstoffeintrag in die Gewässer verringern. Die Mikroorganismen, mit denen sie arbeiten, sind deshalb vor allem auf den Abbau von Stickstoffverbindungen, Phosphaten und leicht abbaubaren, organischen Substanzen spezialisiert.

Im Rahmen des europäischen Exzellenzprojekts Athene suchen die BfG-Forscher und Wissenschaftler des Schweizer Wasserforschungsinstituts Eawag jetzt nach einem Mikrobenmix mit Breitbandwirkung, der auch schwer abbaubare Stoffe bewältigt. Außerdem analysieren sie die Abbauprodukte verschiedener Substanzklassen, und zusammen mit Forschern der Universität Frankfurt untersuchen sie, wie umweltschädlich diese sein können.

Schnellere Lösungen könnten Verfahren liefern, die sich bei der Aufbereitung von Trinkwasser schon etabliert haben. Im Moment wird eine Pilotanlage zur Ozonierung von Abwasser getestet. Das bedeutet? Die Verbindung aus drei Sauerstoffatomen ist ein starkes Oxidationsmittel und kann auch hartnäckige Schadstoffe zerstören. Allerdings bilden sich hier mitunter giftige Abbauprodukte.

Eine Alternative ist der Einsatz von Aktivkohle. In den Poren des schwammartigen Kohlenstoffs bleiben die problematischen Substanzen hängen. Setzt man das Verfahren als zusätzliche Stufe einer Kläranlage ein, muss die verunreinigte Kohle zusammen mit dem Klärschlamm entsorgt und verbrannt werden. Das Verfahren ist aufwendiger und erfordert Neuregelungen in den Regionen, in denen Klärschlamm zum Düngen der Felder eingesetzt wird.

Im EU-Projekt Pills prüfen Forscher der Emschergenossenschaft im Ruhrgebiet zurzeit eine Kombination aus Ozonierung, Aktivkohle und Membranfiltration, bei der Abwasser durch Folien mit winzigen Löchern gepresst wird. Diese Testanlageist seit Sommer letzten Jahres in Betrieb und soll die Arzneistoffe aus dem Abwasser entfernen, quasi direkt an der Quelle.

Es wurden für manche Stoffe Entfernungsraten von deutlich über 90 Prozent erzielt, aber keines der erforschten Verfahren und keine Kombination kann alle Schadstoffe eliminieren.

Ähnlich fällt das Fazit der Partnerprojekte in den Niederlanden, in der Schweiz und in Luxemburg aus. Hier werden Schadstoffe aus Klinikabwässern unter anderem mit Hilfe von UV-Licht und des Photokatalysators Titandioxid elektrochemisch zersetzt. Diese Methode ist allerdings stromintensiv und deshalb besonders teuer. Wann ein umfassender Abschlussbericht vorliegt, ist noch unklar.

Das Ziel ist seit 5 Jahren überfällig

Trotz aller Bemühungen ist eine perfekte Lösung für das Abwasserproblem daher noch nicht in Sicht. Das Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie, nach der bis 2015 alle EU-Gewässer im umfassenden Sinn in einem „guten Zustand“ sein sollten, wurde bis heute nicht erreicht und wir stehen vor dem Beginn eines neuen Jahrzehntes!! Zumindest was ökologische Kriterien wie zum Beispiel Fischbestände betrifft, haben fast zwei Drittel der Gewässer das Ziel verfehlt!

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