Verschiedene Reinigungsstufen in einer Kläranlage sorgen dafür, dass das behandelte Abwasser wieder in Gewässer eingeleitet werden darf. Im ersten Schritt wird das noch gänzlich ungeklärte Abwasser mechanisch behandelt, wodurch ungelöste Feststoffe entfernt. Mit Hilfe von Bakterien, dem sogenannten belebten Schlamm, findet im Anschluss die biologische und chemische Reinigung des vorgeklärten Abwassers statt. Dabei werden Kohlen- und Stickstoffverbindungen abgebaut, aber auch Phosphate aus dem Abwasser entfernt Wenn das behandelte Abwasser mitsamt dem Belebtschlamm schließlich im Nachklärbecken landet, sieht das Abwasser längst viel klarer aus. Hier werden Belebtschlamm und behandeltes Abwasser voneinander getrennt. Das behandelte Abwasser wandert von dort aus entweder direkt in ein Gewässer oder z. B. in nachgeschaltete Filtrationsstufen, der Schlamm geht zum Teil zurück in die mechanisch-biologische Behandlung. Der restliche Schlamm wird aus dem System entnommen und einer Verwertung zugeführt. Doch es gibt Stoffe, die sich bei diesen Verfahren dem Abbau entziehen oder nicht komplett abgebaut werden können. Das sind zum Beispiel Salze, bestimmte Chemikalien, Rückstände von Medikamenten, Mikroschadstoffe.

Eine Lösung des Problems liegt in der Einführung einer vierten Reinigungsstufe. „Die ist jedoch bisher nicht verpflichtend“, erklärt Henrik Doht, Geschäftsführer bei Bockermann Fritze IngenieurConsult. „Doch ein steigendes Umweltbewusstsein und der Gewässerschutz in der Abwasserwirtschaft gewinnen an Raum, eine bessere Analytik ist ebenso vorhanden wie neue Verfahren. Damit steigt auch der Anspruch an die Reinigungsleistung von Kläranlagen.“ Die Stadt Werther übernimmt mit dem Umbau der 1962 errichteten Kläranlage aus seiner Sicht jetzt eine Vorreiterrolle in Bezug auf Nachhaltigkeit und Vorsorge, indem sie auf ein zukunftsfähiges Abwassersystem setzt. Und so wird es in Werthers neuer Zentralkläranlage mit der BIOCOS®-Technik von ZWT Wasser- und Abwassertechnik nicht nur eine verfahrenstechnische Ergänzung zum konventionellen Belebtschlammverfahren geben. Zusätzlich zu den herkömmlichen drei Reinigungsstufen des Abwassers – mechanisch, biologisch und chemisch – ergänzt eine vierte Stufe die Abwasseraufbereitung, um Spurenstoffe gezielt zu beseitigen. Einige gelangen nicht nur durch die bestimmungsgemäße Anwendung als unveränderter Wirkstoff oder Stoffwechselprodukt über das Siedlungsabwasser in die Kläranlage. „Ein Problem ist, dass immer noch Medikamente über die Toilette entsorgt werden statt über den Restmüll oder die Apotheke“, betont Henrik Doht mit Blick auf die Möglichkeit, den Eintrag problematischer Stoffe ins Abwasser bewusst zu minimieren.

Im Juli 2021 hat der Umbau der Kläranlage Schwarzbach zur Zentralkläranlage begonnen. Konzipiert für eine Ausbaugröße von 15.000 Einwohnerwerten. „Anstelle von ursprünglich drei Klärwerken und angesichts steigender Reinigungsanforderungen haben wir uns für einen Zentralstandort ausgesprochen“, berichtet Henrik Doht. Den letzten größeren Ausbau der Kläranlage Schwarzbach gab es 1988. „Jetzt bauen wir bei laufendem Betrieb um, denn die Abwässer fließen ja weiter“, schildert er eine der Besonderheiten der Baumaßnahmen. Auf der einen Seite werden die Bestandsanlagen demontiert und umfunktioniert, einige Meter weiter haben die neuen Klärbecken ihren Betrieb zum Teil bereits aufgenommen. Eine Herausforderung auch für das Ingenieurbüro. Festzustellen ist jedoch bereits jetzt, dass die neue Anlage deutlich besser als die Vorgängerversion läuft. „Sie kommt mit 50 Prozent des bisherigen Energiebedarfs aus und erzielt schon jetzt eine deutlich bessere Reinigungsleistung“, macht Henrik Doht auf die wirtschaftlich sinnvolle Komponente des Umbaus aufmerksam. Die Fertigstellung ist für Dezember 2023, die volle Inbetriebnahme jedoch schon für den Sommer 2023 geplant. „Wir befinden uns im Zeitplan“, so Henrik Doht.  

Erste Meilensteine wie die Teilinbetriebnahme der neuen Biologischen Aufbereitungsstufe oder der Umbau und Rückbau der Bestandsanlage sind erreicht. Mit dem Baubeginn der vierten Reinigungsstufe im Herbst 2022 folgt ein weiterer. Etwa 1,8 Mio. Euro des insgesamt rund 10 Mio. Euro umfassenden Bauvorhabens entfallen auf den Neubau für die vierte Reinigungsstufe. Das Gute: Die Kosten werden zu 70 Prozent nach der Richtlinie „Ressourceneffiziente Abwasserbeseitigung NRW“ (ResA NRW) gefördert.

Eine weitere Besonderheit ist in Werther die geplante wissenschaftliche Begleitung im Betrieb der vierten Reinigungsstufe durch die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe. „Wir haben in Abstimmung mit der Stadt schon in der Planungsphase Kontakt zur TH OWL aufgenommen“, erzählt Henrik Doht. Die geplante Zusammenarbeit baut auf erfolgreichen Versuchen zur Mikroschadstoffelimination der TH OWL auf der Kläranlage in Detmold auf. Das Team um Prof. Dr.-Ing. Jörg Felmeden und Dipl.-Ing. M.Sc. Heike Witte, die im Fachbereich Bauingenieurwesen das Lehrgebiet Siedlungswasserwirtschaft verantworten, soll in der Zentralkläranlage Schwarzbach Abwasserproben und Betriebsdaten erheben und analysieren sowie dokumentieren, ob die 4. Reinigungsstufe so arbeitet, wie sie soll. Im Fokus: die vierte Reinigungsstufe, deren Eliminationsleistung und betriebliche sowie ökonomische Aspekte. „Man bezeichnet diese auch als eine End-of-Pipe-Technologie, da die bedenklichen Mikroschadstoffe erst ganz am Schluss des Abwassersystems eliminiert werden“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Jörg Felmeden. Zurzeit gibt es drei unterschiedliche Verfahrenstechniken, die einzeln oder auch in Kombination schon in Pilotprojekten zum Einsatz kommen und sowohl effektiv als auch wirtschaftlich umsetzbar sind.

„Neben einem oxidativen sind dies zwei adsorptive Verfahren“, so Jörg Felmeden. „Daher wird es in Werther im Kern eine Ozonierungsanlage werden, die man um ein Aktivkohleverfahren ergänzt“, fügt Henrik Doht hinzu. Eine Kombination, die auch aus Sicht von Jörg Felmeden sinnvoll ist.

„Dadurch ergibt sich ein größeres Stoffspektrum, das sich eliminieren lässt.“ Und da man in der vierten Reinigungsstufe stoffangepasst agiert und zwei Verfahren kombiniert, muss man deutlich weniger Ozon einsetzen. „Das ist auch wirtschaftlich interessant“, erklärt Henrik Doht. Und so soll in der vierten Reinigungsstufe zunächst Ozon als Oxidationsmittel eingesetzt werden. Mit dem Effekt, dass problematische Stoffe oxidiert und so u.a. in leichter abbaubare Stoffe transformiert werden.

„Das heißt, sie sind nicht verschwunden, liegen aber in veränderter Form vor“, so Jörg Felmeden. Um weitere Reststoffe zu entfernen, eignen sich nachgeschaltete, adsorptive Verfahren, bei denen entweder pulverisierte (PAK) oder granulierte Aktivkohle (GAK) zum Einsatz kommt. Werther hat sich für das Verfahren mit granulierter Aktivkohle entschieden. „Für das Verfahren mit pulverisierter Aktivkohle, an die sich die Mikroschadstoffe anlagern, ist im Anschluss eine Nachbehandlungsstufe vonnöten, um die mit Mikroschadstoffen beladene PAK vom behandelten Abwasser zu trennen und aus dem System zu entfernen“, macht Jörg Felmeden den Unterschied zum Granulat deutlich, das keine nachgeschaltete Behandlung vor Ort benötigt. Der GAK-Filter setzt sich in Abhängigkeit der partikulären Belastung lediglich mit der Zeit zu und muss rückgespült werden. „Entweder man entfernt das Filtermaterial und entsorgt es oder man löst die Mikroschadstoffe aus und reaktiviert das Filtermaterial“, sagt Jörg Felmeden. Die Frage, ob sich das Regenerieren lohnt oder neue GAK in den Filter eingesetzt werden muss, hängt dabei von den spezifischen Randbedingungen ab. „Viel mehr geht im Moment nicht“, resümiert Henrik Doht mit Blick auf den kombinierten Einsatz von Ozonierung und Aktivkohleverfahren. „Werther ist in Bezug auf die technischen Neuerungen auch für die Zukunft sehr gut aufgestellt.“