Die Kleinstadt Hünxe in Nordrhein-Westfalen ist wohl nur wenigen Menschen bekannt. Rund 15.000 Einwohner leben hier. Und im Jahr 2016 wurden exakt 141.437 Kubikmeter Wasser für sie aufbereitet. Dieser großen Aufgabe stellen sich die Betreiber der hiesigen Kläranlage. Ganz im Stillen arbeitet dort tagtäglich und zuverlässig die MBR-Anlage für kommunale Abwasserbehandlung. MBR – das steht für Membran Bioreaktor, eine Kombination aus biologischer Abwasserbehandlung und Membranfiltration. Wenn sehr hohe Reinigungsleistung oder kompakte Bauweise gefordert sind, ist dieses Verfahren die bevorzugte Wahl von Kläranlagenbetreibern. Am Standort Hünxe ist die MBR-Anlage seit November 2009 in Betrieb.

Spezielles Reinigungsverfahren

„Ein Membran Bioreaktor ist ein besonderes Verfahren der Abwasserreinigung. Sogenannter Belebtschlamm, also Biomasse in Form von Mikroorganismen und Bakterien, reinigt das Abwasser. Eine Membran trennt diesen Belebtschlamm anschließend vom gereinigten Abwasser und hält ihn im Becken zurück. Heraus kommt sauberes und geruchsneutrales Wasser“, erläutert Werner Ruppricht, Senior Sales Director bei MICRODYN-NADIR, einer MANN+HUMMEL Tochtergesellschaft, und zuständig für den Bereich kommunale Abwasser- und Wasserbehandlung. Wichtig ist jedoch: Für ein zuverlässiges Verfahren muss die Membran unbeschädigt sein. Schon oberflächliche Beschädigungen der Membran gefährden ein sauberes Ergebnis. „Ein kleiner Riss in der Membran und das Wasser wird verunreinigt“, sagt Ruppricht. „Wir haben daher spezielle Module entwickelt, die eine Verunreinigung selbst dann verhindern, wenn die Membran beschädigt ist.“ Diese speziellen Module, die auch in Hünxe eingesetzt werden, heißen BIO-CEL®. Und nicht nur Hünxe, sondern auch Abwasseranlagen in der Türkei, Israel, Südafrika, Turkmenistan, USA und Mexiko bis nach Aruba und Asien sind mit den Modulen ausgestattet.

Die Funktion einer Kläranlage

Exkurs

Nachdem das Abwasser ins Klärwerk gelangt ist, durchläuft es die erste Reinigungsstufe. Dort halten Rechen und Siebe grobe Inhaltsstoffe zurück. Im nachfolgenden Sandfang sammeln sich weitere große Verunreinigungen wie Steine, Sand oder Glassplitter. Die Partikel, die den Betrieb der Kläranlage stören, sind somit bereits abgeschieden. Was zurückbleibt, ist schlammiges Abwasser, das eine Vielzahl an gelösten Stoffen wie zum Beispiel Harnstoffe, organische Verunreinigungen, Stickstoffverbindungen oder Phosphate enthält. Daher folgt nun eine biologische Reinigungsstufe in Form eines sogenannten Belebungsverfahrens. Hier übernehmen Bakterien die weitere Reinigung. Sie bauen zunächst gelöste organische Kohlenstoffverbindungen wie Kohlenhydrate, Eiweiße und noch verbliebene Fette ab. Im Anschluss werden Stickstoff- und Phosphatverbindungen eliminiert und die Biomasse, bestehend aus Schlamm und Bakterien, zurückgehalten. Das gereinigte Abwasser gelangt dann über sogenannte Vorfluter wie Seen oder Flüsse zurück in den Wasserkreislauf. Aus diesem kann es wieder zur Herstellung von Trinkwasser oder industriellen Brauchwasser entnommen werden.

Spezielle Modulkonstruktion

„Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Membranen, die in der MBR-Technik zur Abwasserreinigung verwendet werden. Das sind Hohlfaser- und Flachmembranen. Unser BIO-CEL® basiert auf der Flachmembran-Technologie“, erläutert Ruppricht. Bei herkömmlichen Plattenmodulen wird die Membran auf eine Kunststoffplatte aufgebracht und an den Rändern verklebt oder verschweißt. Eine Beschädigung der Membran würde dazu führen, dass ungefiltertes Abwasser aus der Anlage entweichen kann. Im Fall von BIO-CEL® sichert daher eine spezielle Konstruktion die Langlebigkeit und Effizienz der Module. Die Membran wird auf ein sogenanntes Abstandsgewirk laminiert. Die Taschen, die daraus entstehen, werden an den Rändern verschweißt. Über eine Öffnung in der Mitte der Taschen fließt das saubere Abwasser ab. Dadurch ergeben sich mehrere Vorteile: Die in der Abwasseranlage vorhandene Biomasse kann Beschädigungen der Membran dank des Abstandsgewirks verschließen. Bakterien und Feststoffe werden so weiterhin durch das Membranmodul zurückgehalten. „Oberflächliche Beschädigungen verheilen so praktisch von selbst“, so Ruppricht. Zudem lässt sich die Membrankonstruktion trotz ihrer Festigkeit rückspülen, ohne beschädigt zu werden. Dadurch kann sich der Schlamm aus dem Belebungsbecken nicht dauerhaft an der Membran ablagern.

Ultrafiltrationsmembranen im Einsatz gegen Keime

In Zeiten von Mikroschadstoffen, Mikroplastik und multiresistenten Keimen reichen klassische Reinigungsverfahren jedoch nicht aus, wie auch Ruppricht weiß. Er beschäftigt sich seit 2015 mit dem Thema und leitet auch den Arbeits-kreis Mikroschadstoffe bei der Deutschen Gesellschaft für Membrantechnik (DGMT). „Widerstandsfähige, multiresistente Keime, Mikroschadstoffe und Mikropartikel gelangen über den Entsorgungskreislauf ins Abwasser, das in Kläranlagen wie hier in Hünxe aufbereitet wird. Gerade die multiresistenten Keime finden dort die ideale Quelle zur Vermehrung und Verbreitung. In herkömmlichen biologischen Verfahren zur Abwasseraufbereitung können wir diese Schadstoffe nicht effizient abtrennen.“

Multiresistente Keime und Mikroplastiken

Mikroplastik bezeichnet feste, unlösliche Kunststoffpartikel mit einer Größe von weniger als 5 Millimetern. Sie entstehen auf natürliche Weise durch den Zerfall von Kunststoffprodukten oder werden bewusst als Inhaltstoffe von Kosmetika und Reinigungsmitteln eingesetzt. Mikroplastik gelangt ins Abwasser und zieht dort Umweltgifte an oder wird von Tieren aufgenommen. Die Partikel sind nicht wieder aus der Umwelt zu entfernen. Unter den Begriff Mikroschadstoffe fallen unter anderem Rückstände von Medikamenten oder Pestiziden. Hinzu kommen multiresistente Keime, die sich durch verstärkten Einsatz von Antibiotika in der Tierzucht und der Medizin bilden. Sie verbreiten und vermehren sich durch das Abwasser. So kann ein zusätzliches Gesundheitsrisiko für Menschen entstehen.

Pilotprojekt mit keimfreiem Ergebnis

Aus diesem Grund testet MICRODYN-NADIR in Hünxe gemeinsam mit den Betreibern der Kläranlage seit einiger Zeit ein neues Verfahren: eine Kombination von Aktivkohle und getauchter Membranfiltration, das der in Hünxe ebenfalls vorhandenen konventionellen Abwasseranlage nachgeschaltet ist. Spurenstoffe, Mikroplastik und Aktivkohle werden so aus dem gereinigten Abwasser der Nachklärung zurück-gehalten. „Wir verwenden hochfeine Ultrafiltrationsmem-branen, deren Poren tausend Mal kleiner sind als der Durchmesser eines Haares. Dadurch können wir neben Spurenstoffen und Mikroplastik auch Keime abtrennen“, erläutert Ruppricht und ergänzt: „Im Pilotprojekt konnten wir bereits positive Ergebnisse erzielen. Die Kombination ist eine sehr effiziente und kostengünstige Alternative zu den herkömmlichen Verfahren mit deutlich besseren Abtrennleistungen. Unser Verfahren erfüllt die hohen Anforderungen an Abwasseraufbereitung und setzt neue Maßstäbe insbesondere in der Abtrennung von multiresistenten Keimen. Wir leisten so einen wertvollen Beitrag für den Schutz von Mensch und Umwelt.“

Essenz

Ein Membran Bioreaktor als Kombination aus biologischer Abwasserbehandlung und Membranfiltration ist eine platzsparende und effektive Lösung für die Abwasserbehandlung. In Hünxe testet man im Pilotprojekt zusätzlich ein neues Verfahren mit BIO-CEL®-Modulen: Eine Kombination von Aktivkohle und getauchter Membranfiltration trennt sowohl Spurenstoffe und Mikroplastik als auch Keime ab.