Die biologische Reinigung

Die Biologie ist das Herzstück einer jeden Kläranlage. Hier findet die eigentliche Reinigung des Abwassers statt. Verantwortlich für die Reinigung sind zahlreiche Mikroorganismen, die freischwimmend im Abwasser (mann nennt sie auch Klärschlamm), Schmutzstoffe wegfressen.

Die biologische Reinigung erfolgt auf der Kläranlage Au / Sieg in 4 Becken

• 2 Nitrifikationsbecken (auch Belebungsbecken genannt)
• 1 Denitrifikationsbecken
• 1 Anaerobbecken

Wie schon Eingangs erwähnt, ernähren sich die Bakterien von den Schmutzstoffen im Abwasser. Diese bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff. Kohlenstoff ist also die Nahrung der Bakterien. Durch verschiedene Verfahrensschritte wird aber gleichzeitig noch eine Stickstoff- und Phosphatentfernung durchgeführt.

Warum muß Stickstoff, Phosphat und Kohlestoff überhaupt aus dem Abwasser entfernt werden?

Dazu muß man wissen das diese drei Nährstoffe dafür verantwortlich sind, daß Leben überhaupt wachsen kann. Ganz egal ob Mensch, Tier oder Pflanze, jeder benötigt diese Nährstoffe um zu existieren. Einige Lebewesen (oder Pflanzen) brauchen davon mehr, andere weniger.
Auf einer Kläranlage kommen diese Nährstoffe in konzentrierter Form an. Würde man die Abwässer ungeklärt in einen Fluß geben, so würden diese Nährstoffe als Dünger wirken. Algen, die sehr schnell wachsen, würden in kurzer Zeit einen Fluß zuwuchern. Diese Algen verbrauchen Sauerstoff, die sie aus dem Wasser entnehmen. Kleinstlebewesen oder Fische würden an Sauerstoffmangel sterben. Abgestorbene Algenteile fingen an zu faulen und belasten die Gewässer noch zusätzlich.
Letztendlich ist das Gewässer tot. Es ist "umgekippt".

Stickstoff gelangt ins Abwasser hauptsächlich durch den menschlichen Urin in Form von Harnstoff.
Harnstoff: CH4N2O

Dieser Harnstoff "zerfällt" allerdings schon im Kanal zu Ammonium (NH4) und andere Stoffe. Der Stickstoff der auf einer Kläranlage ankommt, liegt also überwiegend als Ammonium (NH4) vor. Ammonium (NH4) besteht aus einem Teil Stickstoff und 4 Teilen Wasserstoff.

Nun gelangt das Abwasser ins so genannte Nitrifikationsbecken (Belebungsbecken).In diesem Becken wird abhängig vom gemessenen Ammoniumwert, Luftsauerstoff durch insgesammt 6 Gebläse eingetragen. Modernste Messelektronik überwacht und regelt ständig den erforderlichen Sauerstoffeintrag.

ein Nitrifikationsbecken

Dadurch das Sauerstoff ins Abwasser eingeleitet wird, wandelt sich das Ammonium (NH4) zu Nitrat (NO3) um. Nitrat (NO3) besteht aus einem Teil Stickstoff und 3 Teilen Sauerstoff.

Dieses nitratreiche Wasser wird nun ins Denitrifikationsbecken gepumpt. Das Denitrifikationsbecken ist genauso aufgebaut wie das Nitrifikationsbecken, nur das hier keine Luft eingeblasen wird. Es befindet sich also kein gelöster Sauerstoff im Wasser. Die Bakterien benötigen aber immer noch Sauerstoff zum Leben. Da ihnen aber kein Sauerstoff zum atmen zur Verfügung steht, gehen sie an den Sauerstoff der sich im Nitrat (NO3) befindet. Wenn die Bakterien also den Sauerstoff vom Nitrat "weggeatmet" haben, bleibt nur noch Stickstoff (N) übrig. Stickstoff ist gasförmig und entweicht aus dem Wasser in die Luft.

Phosphatentfernung

Auf der Kläranlage Au / Sieg werden 2 verschiedene Phosphatentfernungen durchgeführt. Die chemische und die biologische Phosphatentfernung.

Zuerst die biologische Phosphatentfernung.
Man hat festgestellt, daß die Mikroorganismen den gelösten Phosphat im Abwasser als Energieträger benutzen. Das Phosphat ist also die Batterie der Bakterie. Die Bakterien nehmen also einen gewissen Teil des Phosphats sowieso schon auf. Setzt man die Bakterien "Streß" aus, so nehmen die Bakterien mehr Phosphat auf, als sie eigentlich müssten. Auf dem Menschen bezogen könnte man vom typischen "Jo-jo Effekt" bei einer Diät reden.
Um diesen "Streß" zu erzeugen, pumpt man die Bakterien vom Sauerstoffreichen Nitrifikationsbecken ins sauerstofflose Anaerobbecken. Das Anaeobbecken enthält wie das Denitrifikationsbecken keinen gelösten Sauerstoff.
Dieser ständige Wechsel vom sauerstoffreichen- zum sauerstoffarmen Bereich erzeugt also den "Streß" den die Bakterien benötigen, um mehr Phosphat aufzunehmen als nötig.

Blick aufs Anaerobecken (vorne), Denitrifikationsbecken (mitte) und Vorklärbecken (im Hintergrund)

Zusätzlich zur biologischen Phosphatentfernung kommt auf der Kläranlage die chemische Phosphatentfernung zum Einsatz.
Der Phosphat ist im Abwasser gelöst. Man kann ihn also nicht sehen. Gibt man dem Wasser die Chemikalie Aluminiumchlorid hinzu, so entsteht eine unlösliche Phosphatverbindung. Der Chemiker spricht von Fällungsreaktion.
Diese ausgefällte Phosphatverbindung wird zusammen mit dem Klärschlamm abgepumpt.