Wie funktioniert eine Kläranlage?

Die Abwasserreinigung erfolgt in der Regel in drei Schritten und umfasst die mechanische, biologische und chemische Abwasserreinigung.

Mechanische Reinigung

Über Schotterfang und Rechen werden in der mechanischen Vorreinigung grobe Verschmutzungen entfernt. Bei dieser Vorklärung werden z.B. Laub, Steine und Hygieneartikel entfernt. Das Rechengut wird maschinell gewaschen, gepresst, thermisch verwertet (verbrannt), kompostiert oder auf einer Deponie abgelagert.

Sandfang

Der Sandfang hat die Aufgabe, mineralische Verunreinigungen wie Sand, feine Steine, Kies oder Glassplitter aus dem Abwasser zu entfernen. Diese Stoffe würden sonst die mechanischen Teile der Kläranlage durch Abrasion (Abschabung) stark beanspruchen oder auch verstopfen. Oft ist der Sandfang in einem Bauwerk mit einem Fettfang kombiniert.

Vorklärbecken

Hier werden die feinen organischen Stoffe aus dem Abwasser durch Sedimentation entfernt. Die Sedimentation erfolgt durch die Verringerung der Fließgeschwindigkeit im Vorklärbecken. So wird erreicht, dass sich Stoffe, die in den vorangehenden Behandlungsschritten nicht entfernt werden konnten, absetzen. Fäkalien oder Papier setzen sich im Vorklärbecken als „absetzbare Stoffe“ ab oder schwimmen an der Oberfläche auf. Etwa 30 Prozent der organischen Stoffe können damit aus dem Abwasser entfernt werden. Die festen, abgesetzten Bestandteile bezeichnet man auch als Primärschlamm.

Biologische Reinigung

In diesem Verfahrensschritt bauen Bakterien und andere Mikroorganismen organische Abwasserinhaltsstoffe mit der Hilfe von Sauerstoff ab. Spezielle Bakterien bauen Stickstoffverbindungen ab. Bezogen auf den Biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) liegt die Reinigungsleistung der Kläranlagen mit einer Kombination aus mechanischer und biologischer Reinigung bei 90-95%. Die Reinigungsleistung ergibt sich aus der Differenz der Konzentration von (Schad-)stoffen von Zulauf zu Ablauf.

Belebungsbecken

Das Belebungsbecken ist ein biologischer Reaktor, dem durch technische Einrichtungen Sauerstoff zugeführt wird. Im Belebungsbecken befindet sich der sogenannte Belebtschlamm, ein mit Bakterienmasse angereicherter Schlamm. Die Bakterien bauen die im Abwasser enthaltenen Schmutzstoffe, d.h. die organischen Kohlenstoffverbindungen, ab. Stickstoff wird aus den organischen Verbindungen zunächst als Ammonium abgespalten (= Hydrolyse) und dann mit Hilfe spezieller Bakterien mit Sauerstoff zu Nitrat oxidiert (Nitrifikation). Der im Nitrat gebundene Sauerstoff kann über spezielle Bakterien zum weiteren Abbau und zur eigentlichen Entfernung der Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser genutzt werden (Denitrifikation).

Der Großteil der kommunalen Kläranlagen wird nach dem beschriebenen Belebtschlammverfahren betrieben.

Nachklärbecken

Über den Rücklaufschlammkreislauf bildet das Nachklärbecken eine Prozesseinheit mit dem Belebungsbecken. Im Nachklärbecken wird der Belebtschlamm durch Absetzen vom gereinigten Abwasser abgetrennt. Ein Teil des abgesetzten Schlammes wird in das Belebungsbecken zurückgeführt (Rücklaufschlamm), um die auf die Abwasserreinigung spezialisierten Bakterien im Belebungsbecken anzureichern. Der Überschussschlamm, d.h. der nicht mehr benötigte Zuwachs an Biomasse, muss aus dem System entfernt werden. Er wird zur Weiterbehandlung eingedickt und meist zusammen mit dem Primärschlamm in einen Faulturm gepumpt. Der Faulturm ist ein eigener Behälter, in dem kontrolliert Abbauprozesse ohne Sauerstoff durchgeführt werden. Dabei entstehen Methangase, die thermisch genutzt werden können.

Chemische Reinigungsstufe

Bei dieser Reinigungsstufe wird in kommunalen Anlagen in erster Linie Phosphor entfernt (Phosphorfällung).

Dieser Prozess hat große Bedeutung, um eine Eutrophierung der Gewässer zu verhindern. D.h. es muss verhindert werden, dass ein Übermaß an Nährstoffen in den Vorfluter gelangt. Das ist jenes Gewässer, in welches das gereinigte Abwasser eingeleitet wird.

Phosphor kommt im Abwasser gelöst und in partikulärer Form vor. Um den Phosphor aus dem Abwasser zu entfernen wird er in der chemischen Reinigungsstufe in eine Form gebracht, in der er als Schlamm abgezogen werden kann. Ein Teil des Phosphors wird beim Abbau der organischen Kohlenstoffverbindungen in die Biomasse eingebaut, der Rest muss in eine ungelöste Form überführt werden, die sich als Schlamm absetzen kann. Dies erfolgt meist durch Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen.

In Industriekläranlagen entfernt man in dieser Reinigungsstufe auch problematische Stoffe wie Schwermetalle oder Salze.

Schlammbehandlung

Bei den einzelnen Reinigungsschritten in der Abwasserreinigung entstehen verschiedene Arten von Schlamm, die einer speziellen Behandlung unterzogen werden müssen. Dabei ist es wichtig, eine Stabilisierung des Schlamms zu erreichen, d.h. im Schlamm enthaltener organischer Kohlenstoff soll soweit wie möglich abgebaut werden, damit Geruchsbeeinträchtigungen weitestgehend vermieden werden können. Weiters ist es Ziel der Schlammbehandlung, das Volumen des Schlamms zu reduzieren um ihn weiter verwenden oder entsorgen zu können.

Die größte Kläranlage Österreichs ist die Hauptkläranlage Wien / Simmering. Sie reinigt die gesamten kommunalen Abwässer der Bundeshauptstadt. Bei Trockenwetter, d.h. ohne zusätzliches Regenwasser, sind das täglich mehr als 500.000 m³ Abwässer.

1980 für ursprünglich zwei Millionen Einwohnergleichwerte (EGW60) ausgelegt musste die Anlage im Jahr 2005 um eine zweite biologische Reinigungsstufe erweitert werden. Abwasser im Ausmaß von vier Millionen EGW60 kann nun gereinigt werden. Der anfallende Klärschlamm – jährlich sind das über 900.000 m³ - wird entwässert und in Wirbelschichtöfen der Entsorgungsbetriebe Simmering verbrannt. Ab 2020 soll der Klärschlamm noch vor der Entwässerung und Verbrennung anaerob behandelt werden. Während dieses Faulungsprozesses entsteht Klärgas, das zur Erzeugung von Strom und Wärme dienen wird.

Veröffentlicht am 23.07.2019, Anlagenbezogene Wasserwirtschaft (Abteilung I/4)