Neues Kreislaufverfahren nimmt Mikroschadstoffe im Abwasser ins Visier

Arzneimittelrückstände, Pestizide und Industriechemikalien gelangen über das Abwasser in Flüsse, Seen und das Grundwasser. Schon niedrige Konzentrationen können Ökosysteme beeinträchtigen und die Gesundheit gefährden.

Herkömmliche Kläranlagen entfernen viele dieser Mikroschadstoffe nur unzureichend. Besonders langlebig sind per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), die sich in der Umwelt und in Organismen anreichern.

Mit der 2025 in Kraft getretenen EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) steigen die Anforderungen an die Abwasserreinigung: Große Kläranlagen müssen schrittweise um eine vierte Reinigungsstufe erweitert werden. Insbesondere Hersteller von Arzneimitteln und Kosmetika werden in Verantwortung genommen und sollen künftig mindestens 80 Prozent der Investitions- und Betriebskosten tragen.

Allein in Deutschland werden die Anforderungen für gut 570 kommunale Kläranlagen gelten. Der Investitionsbedarf wird auf bis zu 10,5 Mrd. Euro, mit weiteren jährlichen Aufwendungen im hohen dreistelligen Millionenbereich, prognostiziert. Entsprechend wichtig ist eine nachhaltige und bezahlbare Technologie.

Schadstoffe binden und Harz vor Ort regenerieren

Konventionelle Verfahren für die vierte Reinigungsstufe, etwa Aktivkohle und Ozonung, sind zwar technisch etabliert, jedoch energie- und ressourcenintensiv. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickeln mit ARKON eine vielversprechende Alternative. Das Verfahren umfasst die drei Schritte Adsorption, Regeneration und Konzentration.

Das biologisch gereinigte Abwasser strömt durch ein Harzbett. An dessen Oberfläche lagern sich Mikroschadstoffe und ein Teil der PFAS an. Die gebundenen Stoffe werden anschließend mit zwei unterschiedlichen Regenerationsmedien wieder vom Harz gelöst. Durch Filtration lassen sich die Regenerationsmedien daraufhin weiter aufkonzentrieren. Auf diese Weise entsteht aus dem ursprünglichen Abwasserstrom ein kleinvolumiges Spurenstoffkonzentrat, das sich mit geringem Aufwand entsorgen lässt. Die Regenerationsmedien verbleiben weitgehend im Prozess. Zudem wird Wärme zurückgewonnen.

"Im Unterschied zu konventionellen Adsorptionsverfahren muss das Material nicht laufend ausgetauscht und kostenintensiv extern regeneriert werden. Bei ARKON führen wir es im Kreislauf. So verbinden wir eine leistungsfähige Adsorption mit einer ressourcenschonenden Regeneration", erklärt Dr.-Ing. Lukas Rüller aus der Abteilung Circular Water and Biomass Utilization am Fraunhofer UMSICHT.

Demonstration unter realen Bedingungen

Das UMSICHT-Team um Lena Fingerhut, Josef Robert und Lukas Rüller hat die entscheidenden Verfahrensschritte bereits im Labor und im Technikum erprobt. Im nächsten Schritt soll ARKON auf der Kläranlage Wolfsburg in größerem Maßstab demonstriert werden. Geplant ist eine Teilstromanlage mit einem Durchsatz von 25 bis 50 m3 pro Stunde. Im Dauerbetrieb untersuchen die Forschenden unter anderem, wie lange das Harz Schadstoffe bindet, wie häufig es regeneriert werden muss und wie sich der Energie- und Chemikalienverbrauch weiter senken lässt.

Die Ergebnisse sollen verlässliche Auslegungsdaten für Kläranlagen unterschiedlicher Größe liefern und einen Vergleich mit Aktivkohle und Ozonung ermöglichen. Die Demonstrationsanlage in Wolfsburg soll als Referenz für weitere kommunale Betreiber und Unternehmen im Anlagenbau dienen. Darüber hinaus kommen Anwendungen in der Chemie- und Pharmaindustrie, auf Deponien sowie in der Oberflächentechnik infrage.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT)