Mikroplastik und feine Schwebstoffe werden zunehmend als kritische Kontaminanten im gereinigten Abwasserablauf erkannt. Standard-Klärverfahren entfernen oft nur die größeren Partikelfraktionen, sodass für eine effektive Entfernung von Mikroplastik und feinen Feststoffen fortschrittliche tertiäre Filtrationsschritte notwendig sind.
Eine effiziente Entfernung dieser Stoffe erfordert in der Regel eine Kombination aus physikalischer Filtration und, für die feinsten Partikel, eine vorgeschaltete Fällung und Flockung. Tuchfiltration/Polstofffiltration und Druckentspannungsflotation sind zwei sich ergänzende Technologien, um niedrige Ablaufkonzentrationen von Mikroplastik und Feinpartikeln zu erreichen.
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Verständnis der Partikelfraktionen im Ablauf
Gereinigter Abwasserablauf enthält ein breites Spektrum an partikulären Stoffen. Wichtige Fraktionen sind:
- Grobe Schwebstoffe (>100 µm)
- Feine Schwebstoffe (10–100 µm)
- Sehr feine Schwebstoffe und Kolloide (0,1–10 µm)
- Mikroplastikpartikel (typischerweise 1–500 µm, können aber auch kleiner sein)
Konventionelle Sedimentation und Nachklärbecken sind effektiv bei der Entfernung grober Feststoffe, jedoch deutlich weniger wirksam bei feinen und sehr feinen Fraktionen, einschließlich der meisten Mikroplastikpartikel. Diese kleineren Partikel verbleiben aufgrund ihrer geringen Sinkgeschwindigkeit und stabilen kolloidalen Eigenschaften in Suspension.
Warum konventionelle Klärung feine und Mikroplastik-Fraktionen nicht erfasst
Die Standardklärung basiert auf der Schwerkraftsedimentation, die für Partikel unter etwa 10–20 µm unwirksam ist. Mikroplastik und feine Feststoffe in diesem Größenbereich haben geringe Dichten und können sogar aufschwimmen, was ihre Entfernung durch Sedimentation erschwert. Zudem verhindern die Oberflächeneigenschaften von Mikroplastik häufig eine Aggregation und Sedimentation ohne chemische Unterstützung.
Rolle von Filtrationsporen und Polstruktur
Tertiäre Filtrationstechnologien wie die Tuchfiltration/Polstofffiltration nutzen eine textile Polstruktur, um feine Partikel physikalisch zurückzuhalten. Die Tiefe und Dichte des Pols sowie die effektive Porengröße (typischerweise 2–10 µm für Feinpartikelentfernung) bestimmen die kleinste Partikelgröße, die zuverlässig abgeschieden werden kann.
Partikelrückhalteraten
- Fraktion
- Typischer Größenbereich Filtrationsabscheidung
- Grobe Feststoffe
- >100 µm 99%+
- Feine Feststoffe
- 10–100 µm 80–99%
- Sehr feine Feststoffe
- 0,1–10 µm 50–90% (mit Fällung)
- Mikroplastik
- 1–500 µm 70–99% (größenabhängig)
Tuchfilter arbeiten mit geringem Druckverlust und können automatisch gereinigt werden, was sie für die kontinuierliche tertiäre Filtration großer Ablaufmengen geeignet macht.
Vorgeschaltete Fällung und Flockung für sehr feine Fraktionen
Für Partikel im Bereich unter 10 µm, einschließlich der kleinsten Mikroplastik- und Kolloidpartikel, reicht die Direktfiltration oft nicht für die gewünschte Abscheideleistung aus. Eine vorgeschaltete Fällung und Flockung kann diese feinen Partikel zu größeren Flocken aggregieren, die dann leichter vom Filtermedium zurückgehalten werden.
- Die Dosierung von Fällmitteln wird typischerweise anhand der Rohwasserqualität und der angestrebten Ablaufwerte optimiert.
- Flockungspolymere können die Flockengröße und Filtrierbarkeit weiter erhöhen.
- Kombinierte Systeme können die Gehalte an Gesamtschwebstoffen (TSS) in vielen Fällen auf unter 2–5 mg/l senken.
Erreichbare Abscheidebereiche nach Größenklasse
Die Abscheideleistung für Mikroplastik und Feinpartikel hängt von mehreren Faktoren ab:
- Polhöhe und -dichte des Filtermediums
- Effektive Porengröße
- Partikelgrößenverteilung im Zulauf
- Einsatz von Fällung/Flockung
- Filterbelastung (typischerweise 4–10 m³/(m²·h) für tertiäre Anwendungen)
| Partikelgröße | Ohne Fällung | Mit Fällung |
|---|---|---|
| >100 µm | >99% | >99% |
| 10–100 µm | 80–99% | 90–99% |
| 1–10 µm | 50–80% | 70–95% |
| <1 µm | <50% | 60–85% |
Ergänzende Rolle der Flotation
Die Druckentspannungsflotation (DAF) wird häufig vor der Filtration eingesetzt, um aufschwimmende oder langsam absinkende Partikel, darunter bestimmte Mikroplastik- und organische Feinpartikel, zu entfernen. DAF kann die Belastung der nachgeschalteten Filter reduzieren und die Gesamtleistung des Systems verbessern, insbesondere in Kombination mit Fällung.
- DAF-Anlagen erreichen typischerweise eine Entfernung von 50–90% feiner Schwebstoffe, abhängig von Partikeleigenschaften und chemischer Konditionierung.
- Die Kombination aus DAF und Tuchfiltration/Polstofffiltration ermöglicht eine robuste Entfernung über das gesamte Spektrum der im Ablauf vorhandenen Partikelgrößen.
Betriebsfaktoren für zuverlässige Leistung
Für eine dauerhaft hohe Abscheideleistung von Mikroplastik und Feinpartikeln sind mehrere betriebliche Aspekte wichtig:
- Regelmäßige Überwachung der Partikelgrößenverteilung im Zulauf und Ablauf
- Optimierung der Filterreinigungszyklen zur Vermeidung von Verstopfungen und Erhalt der Durchlässigkeit
- Anpassung der Fällmittel- und Flockungsdosierung bei wechselnden Zulaufbedingungen
- Periodische Kontrolle und ggf. Austausch des Filtermediums zur Sicherstellung gleichbleibender Leistung
Wie kleine Mikroplastikpartikel kann die Tuchfiltration/Polstofffiltration entfernen?+
Mit geeignetem Filtermedium und vorgeschalteter Fällung ist die Entfernung von Partikeln bis 1–2 µm möglich, allerdings sinkt die Effizienz bei submikronen Größen.
Reicht die Filtration allein für sehr feine Feststoffe aus?+
Für Partikel unter 10 µm ist in der Regel eine vorgeschaltete Fällung/Flockung erforderlich, um hohe Abscheidegrade zu erreichen.
Wie oft muss der Filter gereinigt werden?+
Die Reinigungsfrequenz hängt von der Zulaufbelastung und dem Filterdesign ab, die meisten Systeme werden jedoch mehrmals täglich automatisch rückgespült oder gespült.
Entfernt die Tuchfiltration/Polstofffiltration alle Arten von Mikroplastik?+
Die Abscheideleistung hängt von Partikelgröße, -form und -dichte ab. Die meisten Mikroplastikpartikel im Bereich 1–500 µm werden, insbesondere mit Fällung, effektiv zurückgehalten.
Wie ist die typische Ablaufqualität nach tertiärer Filtration?+
Der TSS-Gehalt kann auf unter 2–5 mg/l gesenkt werden, mit deutlicher Reduktion von Mikroplastikpartikeln und Feinststoffen.