Kreislaufwirtschaft in Kläranlagen

Die „Agenda 2030“ der Vereinten Nationen hat den allgemeinen Zugang zu sauberem Wasser als eines der Ziele für nachhaltige Entwicklung definiert und fordert die Regierungen auf, Kläranlagen zu errichten, um die Wasserqualität zu verbessern und den Zugang zu Trinkwasser für Menschen mit schwerwiegenden wasserbezogenen Problemen zu gewährleisten. Die Wasserressourcen auf der ganzen Welt werden zunehmend verschmutzt, weil es keine strengen Vorschriften für die Abfallentsorgung in der Industrie gibt. Industrien und Fabriken, die ihre Abfälle, Schwermetalle, Farbstoffe, organische Stoffe, Bakterien und toxisches Material in die Gewässer einleiten, verschmutzen das Wasser weiter.

Grundsätze der Kreislaufwirtschaft

Um eine Initiative im Zusammenhang mit der Kreislaufwirtschaft in Betracht zu ziehen, ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen Kreislaufwirtschaft und Abwasserbehandlung aufzuzeigen. Um UnternehmerInnen dabei zu helfen, sich auf den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft zu konzentrieren und gemeinsam mit ExpertInnen für Wassersysteme Lösungen zu entwickeln, muss es ein gemeinsames Verständnis der Schlüsselkonzepte geben.

Die Kreislaufwirtschaft besteht aus Aktivitäten, bei denen Werte in Form von Energie, Arbeit und Material erhalten bleiben. Die Kreislaufwirtschaft entsteht hauptsächlich durch drei „Aktionen“, die so genannten 3R-Prinzipien: Reduzierung, Wiederverwendung und Wiederverwertung / Recyceln.

• Das Prinzip der Reduzierung zielt darauf ab, den Einsatz von Primärenergie, Rohstoffen und Abfällen zu minimieren, indem die Effizienz von Produktions- (so genannte Ökoeffizienz) und Verbrauchsprozessen verbessert wird, z. B. durch die Einführung besserer Technologien in Kläranlagen.
• Der Grundsatz der Wiederverwendung bezieht sich auf „jeden Vorgang, bei dem Produkte oder Komponenten für denselben Zweck wiederverwendet werden, für den sie konzipiert wurden“. So hat z. B. die Wasserknappheit in trockenen und halbtrockenen Regionen in einigen Teilen der Welt zur Wiederverwendung von Wasser als alternative Wasserversorgung geführt.
• Der Grundsatz des Wiederverwertens / Recycelns bezieht sich auf „jedes Verwertungsverfahren, bei dem Abfallstoffe zu Produkten, Materialien oder Stoffen wiederaufbereitet werden, sei es für den ursprünglichen oder einen anderen Zweck. Das Recycling von Klärschlamm bietet beispielsweise die Möglichkeit, noch zu brauchbare Ressourcen zu nutzen und die Menge der zu behandelnden und /oder zu entsorgenden Abfälle zu verringern, wodurch auch die damit verbundenen Umweltauswirkungen reduziert werden.

Innerhalb des WWTP-Rahmens können die 3R-Prinzipien durch drei weitere, von der Ellen MacArthur Foundation [1] entwickelte Prinzipien ergänzt werden:

• Proper Design unterstreicht die Bedeutung der Planungsphase bei der Suche nach Lösungen zur Vermeidung von Abfällen und Verunreinigungen. Dieses Prinzip wird in Kläranlagen angewandt, um die Menge an Energie, Mineralien und Chemikalien zu optimieren, die in den Betriebssystemen verwendet werden.
• Ressourcen weiterhin zu nutzen bedeutet, dass die Leistung der Ressourcen in den Kläranlagen optimiert wird (Nutzung und Wiederverwendung von Wasser, Energie, Rückgewinnung von Nährstoffen und Chemikalien). Zum Beispiel:
• Optimierung der Energie- oder Ressourcenentnahme aus dem Wassersystem,
• Maximierung der Wiederverwendung des Wassers. Nach den geltenden nationalen Rechtsvorschriften in der ganzen Welt sind die Wiederverwendungszwecke vielfältig und reichen von der Landwirtschaft über die Industrie, den städtischen Bereich, die Freizeitgestaltung und den Umweltschutz bis hin zum menschlichen Verbrauch. Gegenwärtig werden etwa 80 % des Abwassers ohne jegliche Behandlung in die Wasserstraßen der Welt eingeleitet.
• Optimierung der Wertschöpfung an den Schnittstellen des Wassersystems (Valorisierung von Klärschlamm) mit anderen Systemen wie der Landwirtschaft und anderen Nutzungen,
• Rückgewinnung von Nährstoffen aus Abwässern und deren Verwendung als Düngemittel.
• Regeneration des Naturkapitals – Dieser Grundsatz beruht auf der Tatsache, dass wir die Umwelt nicht nur schützen, sondern aktiv verbessern müssen. Was wir tun müssen, ist:
• Erhaltung und Verbesserung des Naturkapitals (z. B. Vermeidung von Umweltverschmutzung, Qualität des Abwassers usw.) und
• eine möglichst geringe Beeinträchtigung der natürlichen Wassersysteme durch menschliche Interaktionen und Nutzung gewährleisten.

Quelle: Eigene Illustration

Legende:

Waste Water and Circular Economy = Abwasser und Kreislaufwirtschaft

Wastewater = Abwasser

Waster resource recovery facility = Abfallverwertungsanlage

Water = Wasser

Sludge = Klärschlamm

Phosporous = Phosporous

Energy = Energie

Biosolidis = Biosolidis

2.1 Welches sind die wichtigsten Verfahren der Abwasserbehandlung?

Bei der Abwasserbehandlung wird das Wasser so aufbereitet, dass es direkt wiederverwendet oder mit minimalen negativen Auswirkungen auf die Umwelt in den Wasserkreislauf eingeleitet werden kann. Abwasser ist voll von Verunreinigungen wie Bakterien, Chemikalien und anderen Giftstoffen. Die Behandlung zielt darauf ab, die Verunreinigungen auf ein akzeptables Maß zu reduzieren, damit das Wasser wieder in die Umwelt eingeleitet werden kann. Die Verfahren zur Abwasseraufbereitung sind wie folgt:

Physikalische/chemische Behandlungsverfahren

Physikalische Verfahren entfernen Feststoffe aus dem Abwasser, wenn es durch Siebe (oder Filtermedien) fließt, oder Feststoffe werden durch Schwerkraftabsetzung oder Luftflotation entfernt. Die Partikel werden dann an der Oberfläche eingeschlossen und entfernt. Bei der Abwasserreinigung können auch Chemikalien eingesetzt werden, um die Schadstoffe so zu verändern, dass sie besser entfernt werden können. Die Veränderungen können dazu führen, dass die Stoffe Flocken oder eine schwerere Partikelmasse bilden, um die Entfernung durch physikalische Verfahren zu erleichtern. Der Schlamm – der feste Abfall, der sich an der Oberfläche der Tanks absetzt – wird von großen Abstreifern entfernt und in die Mitte der zylindrischen Tanks geschoben und später zur weiteren Behandlung aus den Tanks gepumpt. Das restliche Wasser wird dann zur Zweitbehandlung (auch biologisches Verfahren genannt) gepumpt.

Biologische Behandlungsverfahren

Biologische Behandlungsverfahren (auch Belebtschlammverfahren genannt) sind Systeme, bei denen Mikroorganismen eingesetzt werden, um organische Schadstoffe aus dem Abwasser abzubauen. Luft wird in Belebungsbecken gepumpt, die das Abwasser mit den Mikroorganismen vermischen, wodurch sich Bakterien und andere Mikroben ausbreiten und die verbleibenden organischen Stoffe verzehren. Die Mikroorganismen verstoffwechseln Nährstoffe, Kolloide und gelöste organische Stoffe, was zu einem gereinigten Abwasser führt. Überschüssige Mikroben werden durch physikalische Prozesse aus dem gereinigten Abwasser entfernt. Bei diesem Prozess entstehen große Partikel, die sich am Boden der Becken absetzen (biologischer Schlamm).

Behandlung von Biofeststoffen

Die Feststoffe, die sich nach der Erst- und Zweitbehandlung absetzen, werden in die Vergärungsanlagen geleitet. Die Gärbehälter werden bei Raumtemperatur beheizt. Die festen Abfälle werden dann behandelt, wo sie einer anaeroben Vergärung unterzogen werden. Bei diesem Prozess entstehen Methangase und nährstoffreiche Biofeststoffe, die wiederverwertet und an örtliche Unternehmen abgegeben werden. Das Methangas, ein Nebenprodukt der Behandlung von Biofeststoffen, wird in der Regel in den Kläranlagen als Energiequelle genutzt. Es kann zur Stromerzeugung in Motoren oder einfach zum Antrieb von Anlagen verwendet werden. Das Gas kann auch in Heizkesseln verwendet werden, um Wärme für die Vergärungsanlagen zu erzeugen.

Tertiäre Behandlung

In der tertiären Behandlungsstufe können bis zu 99 % der Verunreinigungen aus dem Abwasser entfernt werden. Die Behandlung richtet sich nach dem Verwendungszweck des Wassers (Trinkwasser, Landwirtschaft, Industrie usw.). So entsteht ein Abwasser, das fast Trinkwasserqualität hat. Leider ist dieses Verfahren in der Regel etwas teuer, da es spezielle Geräte, Chemikalien, eine ständige Energieversorgung und gut ausgebildete und hochqualifizierte Fachkräfte erfordert.

Desinfektion

Nach den physikalisch-chemischen und biologischen Prozessen befinden sich im restlichen gereinigten Abwasser noch Mikroorganismen. Um diese zu beseitigen, muss das Abwasser in Tanks desinfiziert werden, die eine Mischung aus Chlor und Natriumhypochlorit enthalten. Der Ablauf (das gereinigte Abwasser) wird später über die örtlichen Wasserstraßen in die Umwelt entlassen. Dieses Wasser kann nun in der Industrie, zur Bewässerung und für andere Zwecke verwendet werden.

Quelle: https://pixabay.com/images/search/wastewater%20treatment%20plant/