(ENT2 11) – Abwasser und Kühlwasser [Grundlagen, Reinigung, Probleme]

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Abwasser sowie Kühlwasser treten zwangsläufig im Betrieb von Kraftwerken auf.

Wir erläutern dir jetzt die Zusammenhänge sowie die Problematik von verunreinigtem Wasser und Kühlwassern aus der Energietechnik für die Umwelt.

Für ein optimales Verständnis helfen dir zahlreiche, ausführliche Videoclips und viele anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Energietechnik findest du im Kurs: ENT2-Kraftwerkstechnik

 

Abwasser aus der Industrie - Starke Belastung für Flora und Fauna
Abwasser aus der Industrie – Starke Belastung für Flora und Fauna

 

Wir gehen den Fragen nach der Herkunft und der Reinigung von Abwässer nach. Nachdem wir uns einen Überblick verschafft haben, schauen wir uns exemplarisch den Rhein und die Ruhr an. Beide Flüsse sind stark durch Abwässer der angrenzenden Industrie belastet.

 

Herkunft von Abwasser

Der Grund dafür, dass aus herkömmlichen trinkbaren Wasser ein ungenießbares Brauchwasser entsteht, hat vielerlei Ursachen.

Denn verunreinigtes Wasser ist ein durch

  • häuslichen,

sowie

  • landwirtschaftlichen,

sowie

  • gewerblichen 

sowie

  • industriellen

Gebrauch verschmutztes Nutzwasser.

 

Wie sieht’s mit Regen aus?…

Im weiteren Sinne wird auch das von Dächern, Höfen, Straßen und Plätzen abfließende Niederschlagswasser sowie Sickerwasser von organisierten Drainagen und Sickerleitungen dazu gerechnet.

Der Straßengulli - Eingangstor zur Kanalisation
Der Straßengulli – Eingangstor zur Kanalisation

 

Das Brauchwasser sowie das Regenwasser werden in Auffangeinrichtungen am Ort ihrer Entstehung gesammelt. Von dort fließt das Wasser in die Grundstückskanalisation des Gebäudes.

Danach strömt es durch Hausanschlüsse in die öffentliche Kanalisation. Bis das Wasser die Kläranlage erreicht muss es zuvor das Kanalisationsnetz durchlaufen. Abschließend wird das Wasser nach der Reinigung in das nächstgelegene Gewässer (Vorfluter) eingeleitet.

 

Reinigung von Abwasser

Die Reinigung von Abwässern erfolgt im Normalfall durch die kommunale Kläranlage, wie im nächsten Bild aus der Luft zu sehen ist.

Kommunale Kläranlage - Ansicht aus der Vogelperspektive (Drohnenperspektive)
Kommunale Kläranlage – Ansicht aus der Vogelperspektive (Drohnenperspektive)

 

Die Reinigung von verschmutztem Wasser erfolgt in drei Stufen:

  • Mechanische Reinigung

sowie

  • Biologische Reinigung

sowie

  • Chemische Reinigung

 

Reinigungsstufen in einer Kläranlage. Was passiert da genau?…

Mechanische Reinigung: Die mechanische Reinigung ist der erste Schritt in einer Kläranlage, bei dem grobe Verunreinigungen aus dem Abwasser entfernt werden. Dies geschieht durch Sieben, Sedimentation und Filtration. Große Objekte wie Plastiktüten und Holzstücke werden durch Siebe herausgefiltert. In der Sedimentation sinken schwerere Partikel wie Sand und Schlamm auf den Boden, wo sie abgelassen werden. Die Filtration entfernt kleinere Partikel wie Fett und Öl aus dem Abwasser.

Biologische Reinigung: Die biologische Reinigung ist der Hauptprozess in einer Kläranlage, bei dem Mikroorganismen organische Verunreinigungen im Abwasser abbauen. Dies geschieht in großen Becken, die als Belebtschlammbecken bekannt sind. Mikroorganismen, wie Bakterien und Pilze, zersetzen organische Substanzen wie Fäkalien, Nahrungsrückstände und andere biologische Materialien zu Kohlendioxid, Wasser und Biomasse. Dieser Prozess benötigt Sauerstoff, der entweder durch Belüftung oder durch den natürlichen Sauerstoffgehalt im Abwasser bereitgestellt wird.

Chemische Reinigung: Die chemische Reinigung ist der letzte Schritt in einer Kläranlage und beinhaltet die Entfernung von Rückständen, die durch die mechanische und biologische Reinigung nicht vollständig entfernt wurden. Hier kommen Chemikalien wie Chlor oder Ozon zum Einsatz, um Krankheitserreger zu eliminieren und die restlichen organischen Stoffe zu oxidieren. Dieser Prozess verbessert die Qualität des gereinigten Wassers und macht es sicher für die Rückführung in natürliche Gewässer oder für die Wiederverwendung.

 

Mit dieser effektiven Kombination aus mechanischer, biologischer und chemischer Reinigung können Kläranlagen Abwasser effizient behandeln und umweltschädliche Substanzen entfernen, bevor das gereinigte Wasser wieder in die Umwelt eingeleitet wird.

 

Soweit alles “geklärt”?…

Die herkömmliche Reinigung kommunaler Abwässer besteht einmal in der mechanischen Abtrennung von ungelösten Verunreinigungen und zudem im Abbau gelöster sowie fein verteilter, durch Mikroorganismen abbaubarer organischer Stoffe.

 

Die Industrie in den westlichen Bundesländern produzierte in der Vergangenheit täglich 30 Mio. m^3 Abwässer.

  • 6 Mio. m^3 in die innerbetrieblichen Wasserkreisläufe zurückgeführt,

sowie

  • 7 Mio. m^3 wurden in industrieeigenen Kläranlagen gereinigt,

und

  • 17 Mio. m^3 wurden als unbehandeltes Abwasser (in der Regel Kühlwasser) den oberirdischen Wasserläufen wieder zugeführt.

 

Merk’s dir!

Ist Bio immer gut? – Leider nein. Für die biologische Reinigung in kommunalen Kläranlagen ergeben sich durch Industrieabwässer zunehmend Probleme. Denn es tritt ein relativ hoher Anteil an schwer abbaubaren organischen Verbindungen auf.

 

Problemfall Rhein – Verunreinigungen

Im Rhein bei Düsseldorf haben 75 % der organischen Substanzen keine 14C-Aktivität, sie sind also nicht natürlichen Ursprungs (wie z. B. die häuslichen Abwässer), sondern stammen aus Ölraffinerien und der chemischen Industrie.

Problemfluss - Abwasser im Rhein -  keine 14C-Aktivität
Problemfluss – Abwasser im Rhein – keine 14C-Aktivität

 

Sorgenkind Ruhr – Verunreinigungen

Eine Bilanzierung des Schwermetalleintrags in die Ruhr ergab, dass von 480 t/Jahr an Pb, Cu, Zn, Ni, Cr, Cd nur etwa 1 % aus direkten Industrieabwassereinleitungen stammt.

Während von den kommunalen Abwassereinleitungen, die insgesamt etwas mehr als die Hälfte des Schwermetalleintrags ausmachten, mehr als zwei Drittel aus industriellen Quellen herrühren.

Die restlichen Prozente ergeben sich aus geochemischen Quellen. Ihr Ursprung liegt in den Minenregionen im östlichen Teil des Ruhr-Einzugsgebiets.

Problemfall - Abwasser in der Ruhr - Schwermetalle in Wasser und Sediment
Problemfall – Abwasser in der Ruhr – Schwermetalle in Wasser und Sediment

 

Dazu gehören neben den Schwermetallen und bestimmten Pestiziden auch pH-Wert-Veränderungen. Der pH-Wert im Abwasser soll dem eines Brauchwassers entsprechen. Werte über 8 und unter 6,5 zeigen an, dass aus der Industrie Prozesswasser mit Laugen– oder Säureeigenschaften abgegeben werden.

 

Was kommt als Nächstes?

Im nächsten Kurstext befassen wir uns mit Umweltschäden verursacht durch Temperaturerhöhungen des Wassers und andere Faktoren.

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