Die Anforderungen an die Ablaufqualität entwickeln sich weiter, wobei neue Vorschriften Mikroschadstoffe und organische Spurenstoffe ins Visier nehmen, die mit konventionellen Reinigungsstufen nicht zuverlässig entfernt werden können. Die „vierte Reinigungsstufe“ schließt diese Lücke und bietet gezielte Verfahren zur fortgeschrittenen Eliminierung von Arzneimittelrückständen, Kosmetikprodukten und weiteren persistenten Schadstoffen.
Betreiber und Ingenieure stehen nun vor der Herausforderung, eine effektive Entfernung von Mikroschadstoffen in bestehende kommunale und industrielle Kläranlagen zu integrieren. Dieser Leitfaden behandelt die wichtigsten Verfahrenswege, Auslegungskriterien und wie die Tuchfiltration/Polstofffiltration eine robuste Abscheidung in der vierten Reinigungsstufe unterstützt.
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Warum eine vierte Reinigungsstufe hinzufügen?
Mikroschadstoffe – darunter Arzneimittel, Hormone, Pestizide und Industriechemikalien – sind im Abwasser in sehr geringen Konzentrationen (ng/L bis µg/L) vorhanden. Selbst in Spuren können diese Stoffe aquatische Ökosysteme und Trinkwasserressourcen beeinträchtigen. Konventionelle primäre, sekundäre und selbst tertiäre Reinigungsstufen sind für deren Entfernung nicht ausgelegt.
Die vierte Reinigungsstufe zielt gezielt auf diese Verbindungen ab, gewährleistet die Einhaltung neuer Ablaufanforderungen und schützt empfindliche Gewässer. Typische Gründe für die Implementierung sind:
- Gesetzliche Vorgaben zur Spurenstoffelimination
- Nachrüstungen zur Erreichung von Gewässerschutzzielen
- Freiwillige Verbesserung der Ablaufqualität
Hauptverfahrenswege: Adsorption und Oxidation
Zwei etablierte Ansätze zur Entfernung von Mikroschadstoffen sind gebräuchlich:
1. Aktivkohleadsorption
Die Adsorption an Aktivkohle (pulverförmig oder granuliert) bindet ein breites Spektrum organischer Mikroschadstoffe aus dem behandelten Abwasser. Das Verfahren umfasst die Dosierung von Aktivkohle in den Volumenstrom, ausreichende Kontaktzeit und anschließend die Abscheidung der beladenen Kohle vor dem Ablauf.
- Pulveraktivkohle (PAK): Wird als Suspension zudosiert, typischerweise in einen Kontaktbehälter oder direkt in den Hauptabwasserstrom.
- Granulierte Aktivkohle (GAK): Einsatz in Festbettfiltern, die periodisch regeneriert oder ersetzt werden müssen.
2. Oxidation (Ozonung)
Bei der Ozonung wird Ozon-Gas in das Abwasser eingetragen, wodurch viele Mikroschadstoffe in weniger schädliche oder besser biologisch abbaubare Verbindungen oxidiert werden. Das Verfahren ist sehr wirksam, kann jedoch Oxidationsnebenprodukte erzeugen, die weiter entfernt werden müssen.
- Ozon-Kontaktoren stellen die erforderliche Kontaktzeit und Durchmischung sicher.
- Nachgeschaltete Behandlung ist oft notwendig, um Nebenprodukte und feine Feststoffe zu entfernen.
Nachgeschaltete Abscheidung und Politur
Unabhängig vom Hauptentfernungsweg ist ein abschließender Abscheideschritt unerlässlich:
- Bei der Adsorption werden verbleibende Aktivkohleteilchen und Feinanteile entfernt.
- Bei der Ozonung werden Oxidationsnebenprodukte und mobilisierte Feststoffe abgeschieden.
Die Tuchfiltration/Polstofffiltration wird hierfür häufig eingesetzt und bietet eine feine Partikelrückhaltung (typisch 5–15 µm) bei geringem Rückspülwasserbedarf und kompakter Bauweise. Weitere Optionen sind Flotation mit gelöster Luft (DAF) und Mehrschichtfilter.
Typische Parameter der vierten Stufe
- Label
- Value
- Aktivkohledosierung (PAK)
- 10–25 mg/L (als Trockenkohle)
- Kontaktzeit (Adsorption)
- 15–60 min
- Tuchfilter-Belastung
- 4–10 m3/(m2·h)
- Ozondosierung
- 0,4–1,0 g O3/g DOC
Verfahrensauslegung und hydraulische Aspekte
Dosierung und Kontaktzeit des Adsorbens
- Die PAK-Dosierung wird üblicherweise anhand des Zulauf-DOC und des angestrebten Entfernungsgrads gesteuert.
- Kontaktbehälter oder Durchflussreaktoren bieten 15–60 Minuten Verweilzeit, was einen Kompromiss zwischen Platzbedarf und Reinigungsleistung darstellt.
- GAK-Filter benötigen eine ausreichende Leerbettkontaktzeit (EBCT), meist 10–30 Minuten.
Auslegung der Oxidation
- Ozongeneratoren werden so dimensioniert, dass sie die erforderliche Stoffübertragung sicherstellen; die Dosierung wird an die Zulast und den Zielentfernungsgrad angepasst.
- Kontaktoren müssen eine effiziente Gas-Flüssig-Mischung gewährleisten und Ozonverluste minimieren.
Hydraulik und Flächenbedarf
- Die vierte Stufe wird meist nach der sekundären oder tertiären Reinigung platziert und muss hydraulisch in den bestehenden Anlagenfluss integriert werden.
- Tuchfilter und DAF-Systeme bieten kompakte Lösungen für Nachrüstungen und minimieren zusätzlichen Flächenbedarf.
Nachrüstung und Integration in bestehende Anlagen
Viele Anlagen rüsten die vierte Reinigungsstufe auf bestehender Infrastruktur nach. Wichtige Aspekte sind:
- Verfügbare Flächen für neue Behälter, Kontaktoren und Filtereinheiten
- Erforderlicher Höhenunterschied und Möglichkeit des Freigefälles
- Integration in bestehende Steuerungs- und Dosiersysteme
- Handhabung von verbrauchter Aktivkohle und abgeschiedenen Feststoffen
Die Tuchfiltration/Polstofffiltration ist für Nachrüstungen besonders attraktiv, da sie modular aufgebaut ist, variable Belastungen bewältigt und wenig Betriebswasser benötigt.
| Hauptweg | Kontakt/Reaktion | Abscheidung/Politur |
|---|---|---|
| PAK-Adsorption | Kontaktbehälter (15–60 min) | Tuchfilter, DAF, Mehrschichtfilter |
| GAK-Adsorption | GAK-Filter (10–30 min EBCT) | Rückspülbarer GAK-Filter |
| Ozonung | Ozonreaktor (10–30 min) | Tuchfilter, DAF |
Tuchfiltration/Polstofffiltration in der vierten Stufe
Die Tuchfiltration/Polstofffiltration ist eine bewährte Technologie zur Ablaufpolitur nach der Entfernung von Mikroschadstoffen. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:
- Hohe Feststoffrückhaltung (bis zu 5 µm)
- Geringer Energie- und Wasserverbrauch
- Flexible, modulare Installation
- Kompatibilität mit Adsorptions- und Oxidationsverfahren
Typische Filtrationsgeschwindigkeiten liegen bei 4–10 m3/(m2·h), Rückspülzyklen werden durch Druckverlust oder Zeit gesteuert. Die Technologie eignet sich besonders zur Rückhaltung von Pulveraktivkohle und zur Abscheidung feiner Feststoffe nach der Ozonung.
Warum ist eine vierte Reinigungsstufe erforderlich, wenn bereits eine tertiäre Filtration vorhanden ist?+
Konventionelle tertiäre Stufen zielen nicht auf Mikroschadstoffe ab, die oft spezielle Entfernungsverfahren wie Adsorption oder Oxidation erfordern.
Wie hoch ist die typische Dosierung von Pulveraktivkohle zur Entfernung von Mikroschadstoffen?+
Die Dosierung liegt im Allgemeinen zwischen 10–25 mg/L, sollte jedoch anhand der Zulaufcharakteristik und der Zielwerte optimiert werden.
Wie wird verbrauchte Aktivkohle entsorgt?+
Abgeschiedene Kohle wird in der Regel entwässert und je nach lokalen Vorgaben und Wirtschaftlichkeit entsorgt oder regeneriert.
Können Tuchfilter/Polstofffilter in bestehende Anlagen nachgerüstet werden?+
Ja, durch den modularen Aufbau und die kompakte Bauweise eignen sie sich gut für Nachrüstungen mit minimalen hydraulischen Auswirkungen.
Welche betrieblichen Herausforderungen bestehen bei der Ozonung?+
Wichtige Themen sind die Steuerung der Ozondosierung, das Management von Nebenprodukten und eine ausreichende Kontaktzeit für eine effektive Oxidation.
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