Mit der Novellierung der EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) wird der Ausbau von Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroschadstoffen in Ländern der EU in noch festzulegenden, sensiblen Gebieten und für große Kläranlagen ab 150.000 Einwohnerwerten verbindlich. Die Mitgliedstaaten müssen die Vorgaben bis spätestens Ende Juli 2027 in nationales Recht überführen. Damit steigen nicht nur die Anforderungen an Kommunen, sondern auch an Industriebetriebe, die eigene Kläranlagen betreiben oder Abwasser in kommunale Systeme einleiten.
Für viele bedeutet diese Weiterentwicklung, dass bestehende Prozesse ergänzt und erweitert werden müssen. Damit sind zusätzliche Investitionen verbunden. Gleichzeitig steigt der Anspruch an eine verlässliche Prozessführung, da die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Verfahren nicht nur erreicht, sondern dauerhaft nachgewiesen und dokumentiert werden muss.
Welche Anforderungen sich daraus in der Praxis ergeben, zeigt die Kläranlage Laichingen. Dort ist die vierte Reinigungsstufe bereits seit 2015 Bestandteil des Anlagenbetriebs. Gemeinsam mit Endress+Hauser als Partner und Messtechnikspezialist wurden Lösungen etabliert, die einen stabilen, nachvollziehbaren Betrieb ermöglichen und die notwendige Transparenz über die Reinigungsleistung schaffen.
Wo bisherige Reinigungsstufen an ihre Grenzen stoßen
Die klassischen Reinigungsstufen einer kommunalen Kläranlage umfassen die mechanische Vorreinigung, die biologische Behandlung sowie die gezielte Entfernung von Stickstoff- und Phosphorverbindungen. Diese Verfahren sind auf die Reduktion organischer Belastungen und Nährstoffe ausgelegt, nicht jedoch auf die Entfernung von Mikroschadstoffen. Rückstände aus Arzneimitteln, Industriechemikalien oder anderen persistenten Stoffen werden nur unzureichend erfasst.
Die vierte Reinigungsstufe ergänzt die bestehende Abwasserbehandlung um weitergehende Verfahren zur gezielten Spurenstoffelimination. Abhängig von den örtlichen Randbedingungen kommen unter anderem Ozonung oder Verfahren auf Basis von Aktivkohle zum Einsatz. Ziel ist es, definierte Leitstoffe im Mittel um mindestens 80 Prozent zu reduzieren.
In der Praxis bedeutet das jedoch nicht nur zusätzliche Anlagentechnik, sondern auch neue Wechselwirkungen im Prozess. Schwankende Zulaufqualitäten, variierende Frachten und unterschiedliche Abbaukinetiken erfordern eine deutlich feinere Prozessführung als in den vorgelagerten Reinigungsstufen.
Laichingen: Betrieb unter besonderen Randbedingungen
Die Kläranlage Laichingen ist für rund 35.000 Einwohnerwerte ausgelegt und unterliegt besonderen hydrogeologischen Rahmenbedingungen. Da kein oberirdisches Fließgewässer in unmittelbarer Nähe vorhanden ist, wird das gereinigte Abwasser über Speicher- und Sickerbecken in das Karstgestein der Schwäbischen Alb eingeleitet. Aufgrund der schnellen Ausbreitung im Karstgrundwasser und dessen Bedeutung für die Trinkwassergewinnung bestand frühzeitig ein erhöhter Schutzbedarf.
Vor diesem Hintergrund ging die Anlage deutlich früher als heute regulatorisch gefordert im Jahr 2015 mit einer vierten Reinigungsstufe zur gezielten Spurenstoffelimination in Betrieb.
Vom Pilotbetrieb zum Regelbetrieb
Zum Einsatz kommt das sogenannte Ulmer Verfahren auf Basis von Pulveraktivkohle. Nach der biologischen Reinigung wird das Abwasser in einer dreistufigen Kontaktreaktorkaskade adsorptiv behandelt. Zwei parallel betriebene Sedimentationsbecken schließen sich an. Die teilbeladene Pulveraktivkohle wird als Überschusskohle ausgeschleust und in das Denitrifikationsbecken zurückgeführt. Die abschließende Abtrennung von Feststoffen und restlicher in Schwebe gebliebener Aktivkohlepartikel erfolgt über Tuchfilter.
Während die vierte Reinigungsstufe in der Anfangsphase noch stark durch Beobachtung und manuelle Eingriffe geprägt war, entwickelte sich der Betrieb mit zunehmender Erfahrung und mit Hilfe der eingesetzten Messtechnik zu einem stabilen Regelprozess.
Fallstricke der vierten Reinigungsstufe
Im laufenden Betrieb wurde deutlich, dass die Leistungsfähigkeit der vierten Reinigungsstufe maßgeblich von der Prozessstabilität abhängt. Schwankungen im Zulauf, veränderte Abwasserzusammensetzungen oder saisonale Effekte wirken sich direkt auf die Adsorptionsleistung aus.
Typische Fehlerquellen lagen unter anderem in einer nicht bedarfsgerechten Aktivkohledosierung, unzureichend angepassten Feststoffkonzentrationen oder verzögerten Reaktionen auf veränderte Betriebsbedingungen. Ohne kontinuierliche Rückmeldung aus dem Prozess bleiben solche Abweichungen häufig zu lange unentdeckt. Die Folge sind entweder eine verringerte Reinigungsleistung oder ein unnötig hoher Einsatz von Betriebsmitteln.
Warum Messtechnik zum entscheidenden Faktor wird
Um die notwendige Transparenz zu schaffen und damit frühzeitig Veränderungen sehen zu können, spielt Messtechnik eine zentrale Rolle. In Laichingen werden relevante Standardparameter kontinuierlich erfasst, um den Zustand der einzelnen Prozessschritte bewerten zu können. Sensoren mit Memosens-Technologie in Verbindung mit der Liquiline-Plattform von Endress+Hauser liefern hierfür robuste und langfristig stabile Messwerte.
Insbesondere die hier betriebsstabil laufende Delta-SAK-Messung im Zu- und Ablauf der vierten Reinigungsstufe ist die einzige Möglichkeit die Eliminationsleistung im laufenden Prozess kontinuierlich sichtbar zu machen. Die Messdaten ermöglichen es, Prozessveränderungen frühzeitig zu erkennen und gezielt gegenzusteuern. So lassen sich Dosierungen anpassen, Kontaktzeiten optimieren und Feststoffabtrennungen stabilisieren. Messtechnik wird hier seit zehn Jahren damit nicht als ergänzendes Hilfsmittel eingesetzt, sondern als integraler Bestandteil der Prozessführung. Erst durch diese kontinuierliche Überwachung kann die geforderte Reduktion von Mikroschadstoffen von über 80 Prozent dauerhaft erreicht und abgesichert werden.
Im laufenden Betrieb wird dadurch deutlich, dass die vierte Reinigungsstufe nicht isoliert betrachtet werden kann. Ihre Leistungsfähigkeit ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Verfahrenstechnik, betrieblicher Erfahrung und kontinuierlicher Messtechnik. Mit Blick auf KARL rückt genau dieses Zusammenspiel in den Vordergrund, da zusätzliche Reinigungsstufen nur dann verlässlich integriert werden können, wenn Prozesszustände jederzeit transparent und steuerbar bleiben.
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