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Weitergehende Abwasser-Behandlung trifft auf Mikroplastik-Entfernung mit Wasser 3.0 PE-X® - neueste Erkenntnisse aus den Langzeitversuchen publiziert
Kläranlagen sind bedeutende Eintragsquellen für Mikroplastik und Mikroschadstoffe in die Umwelt. Die meisten dieser fortschrittlichen Kläranlagen sind auf die Entfernung gelöster organischer Mikroschadstoffe ausgelegt und nicht auf die Entfernung von Mikroplastik. Ihre Möglichkeiten zur gleichzeitigen Entfernung von Mikroschadstoffen und Mikroplastik werden jedoch häufig diskutiert.
Auf der Kläranlage in Landau haben wir neben unserer Technologie zur Entfernung von Mikroplastik und Mikroschadstoffen Wasser 3.0 PE-X® zwei weitergehende Reinigungsverfahren getestet, um in einer vierten Reinigungsstufe zusätzlich zu den Mikroschadstoffen auch Mikroplastik entfernen zu können. Die Ergebnisse dieser Studie wurden kürzlich in MDPI Water veröffentlicht. In diesem Blogbeitrag geben wir einen Überblick über die wichtigsten Ergebnisse unserer Studie.
Drei Reinigungsstufen sind nicht genug
Standardkläranlagen der mit ihren drei Reinigungsstufen entfernen die meisten Mikroschadstoffe nicht effizient, und obwohl sie bis zu 94 % der Mikroplastik aus dem ankommenden Abwasser entfernen können, stellen sie aufgrund der großen Mengen an eingeleitetem Abwasser immer noch eine bedeutende Eintragsquelle für Mikroplastik in die Umwelt dar.
Die überarbeitete EU-Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser (2022/0345 (COD) (EU UWWTD) schreibt vor, dass viele Kläranlagen aufgerüstet werden müssen, um die Entfernung von Mikroschadstoffen zu gewährleisten. Die Entfernung von Mikroplastik ist jedoch noch nicht verpflichtend. Zusätzlich zu zuverlässigeren Langzeitdaten über den Mikroplastikgehalt im Abwasser werden Daten über potenzielle Entfernungsprozesse und deren Effizienz benötigt, um die Gesetzgebung voranzutreiben.
Mit unserer standardisierten Nachweismethode konnten wir nachweisen, dass im Abwasser der Kläranlage in Landau durchschnittlich 572 Millionen Mikroplastikteile freigesetzt werden – und das jeden Tag. Um zu verhindern, dass Mikroplastik weiterhin in die Umwelt gelangt und sich dort anreichert, muss daher jetzt gehandelt werden, um es gezielt aus den Kläranlagen zu entfernen und die Prozesse auf Seiten der Industrie zu verändern.
Bestehende fortschrittliche (vierte) Behandlungsmethoden wie das fortschrittliche Oxidationsverfahren (AOP) und granulierte Aktivkohle (GAK) entfernen nachweislich wirksam gelöste organische Mikroschadstoffe. Diese Verfahren zielen jedoch nicht auf die Entfernung von Mikroplastik ab, und eine Fähigkeit, Mikroplastik zu entfernen, ist noch nicht hinreichend untersucht.
Dies nahmen wir zum Anlass, um die Fähigkeit eines AOP und einer GAK dahingehend zu untersuchen, ob zusätzlich zu den Mikroschadstoffen auch Mikroplastik entfernt werden kann. Darüber hinaus haben wir die gleichzeitige Entfernung von Mikroplastik und Mikroschadstoffen mit einer Wasser 3.0 PE-X®-Pilotanlage getestet, die in Reihe mit dem GAK geschaltet war. Der Nachweis und die Quantifizierung von Mikroplastik erfolgte auf Basis unserer Nilrot-Nachweismethode, die eine routinemäßige und überprüfbare Überwachung des Mikroplastikgehalts ermöglicht.
Was ist der aktuelle Stand der Technik bei der Beseitigung von Mikroschadstoffen?
Viele Mikroschadstoffe wurden als gefährlich oder potenziell gefährlich eingestuft und können zahlreiche nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben. In der überarbeiteten EU-UWWTD wurden 13 Mikroschadstoffe in zwei Kategorien identifiziert, die bereits in geringen Konzentrationen Gewässer verschmutzen können. Und da viele Mikroschadstoffe die drei Behandlungsstufen der Kläranlage passieren können, wird zukünftig eine vierte Reinigungsstufe für ihre Entfernung notwendig, was eine nachträgliche Aufrüstung vieler Kläranlagen erforderlich machen wird.
Zu den am häufigsten angewandten vierten Behandlungsverfahren gehören pulver- oder granulatförmige Aktivkohle (PAK oder GAK), Ozonierung oder fortgeschrittene Oxidationsverfahren (AOP). Während PAC und GAC Mikroschadstoffe durch Adsorption entfernen, bauen Ozonierung und AOP die Substanzen durch Oxidation ab. Es hat sich gezeigt, dass diese Technologien gelöste organische Mikroschadstoffe wirksam (zu ≤80 %) entfernen, ihre Fähigkeit zur Entfernung von Mikroplastik ist jedoch nicht ausreichend untersucht.
Vorbeugende Maßnahmen sind jedoch von entscheidender Bedeutung. Wir müssen jetzt handeln und die Entfernung von Mikroplastik bei der Aufrüstung von Kläranlagen mit einer fortschrittlichen Behandlungsstufe in Betracht ziehen, anstatt zu warten, bis die Rechtsvorschriften endlich in Kraft sind, denn während dieser Zeitspanne wird sich eine noch nie dagewesene Menge an Mikroplastik in der Umwelt angesammelt haben.
Was sind wirksame Methoden, um neben Mikroschadstoffen auch Mikroplastik zu entfernen?
Für die Entfernung von Mikroplastik aus (Ab-)Wasser werden verschiedene Methoden diskutiert, z. B. die schnelle Sandfiltration, die Membranfiltration und Scheibenfilter. Die Eigenschaften des Mikroplastiks, wie Form und Größe, wirken sich jedoch auf die möglichen Entfernungsraten und die damit verbundenen Betriebsparameter aus. Und je kleiner das Mikroplastik ist, desto höher ist die technische Komplexität des Filtrationsprozesses. Dies führt zu einem Anstieg der Kosten, des Wartungsbedarfs und des Energieverbrauchs.
Daher sind neue, innovative und nachhaltige Ansätze zur effektiven Entfernung von Mikroplastik erforderlich. Eine vielversprechende Methode ist die Verwendung eines Hybrid-Kieselgels, wie bei unserer Technologie Wasser 3.0 PE-X®. Diese wurde im Labormaßstab für verschiedene Polymertypen in Abfall- und Meerwasser getestet und validiert. Durch Agglomerationsfixierung (clump & skim) und durch die präzise Kombination von Materialien und Technologie für das jeweilige Verfahren, werden alle Mikroplastikpartikel zu Partikelverbünden verklumpt. Da sie an der Wasseroberfläche schwimmen, können sie mit einem Skimmer ohne Filter abgeschieden werden. Das spart Kosten und Wartungsaufwand, der mit abnehmender Partikelgröße kontinuierlich zunimmt.
Welche wichtigen Erkenntnisse haben unsere Studien erbracht?
Die Fähigkeit von Wasser 3.0 PE-X®, Mikroplastik aus dem Abwasser zu entfernen, wurde in der Kläranlage Landau im Pilotmaßstab in Kombination mit GAK getestet, wodurch eine vierte Reinigungsstufe plus geschaffen wurde, die sowohl auf Mikroschadstoffe als auch auf Mikroplastik wirksam abzielt.
Die Effizienz der AOP- und GAK-Systeme zur Entfernung von Mikroschadstoffen wurde in einer früheren Studie auf der Kläranlage Landau ermittelt. Es wurde festgestellt, dass beide Verfahren in der Lage sind, Mikroschadstoffe wirksam zu entfernen, mit einer durchschnittlichen Entfernung von ~76 ± 6 % für AOP (je nach Betriebsparametern wird eine Entfernungseffizienz von bis zu 97 % erreicht) und ~90±5 % für GAK.
Die Messung der Mikroplastik-Entfernungsleistung für die in Reihe und parallel geschalteten AOP- und GAK-Einheiten zeigte, dass die Kombination aus AOP und GAK keine signifikante Auswirkung auf die Mikroplastik-Entfernung hatte. Dies bestätigte die Notwendigkeit einer Anpassung der vierten Reinigungsstufe, um zusätzlich zu den Mikroschadstoffen auch Mikroplastik entfernen zu können.
Die Wasser 3.0 PE-X®-Technologie zur gezielten Entfernung von Mikroplastik führte, wenn es mit dem Zulauf der GAK in Reihe geschaltet wurde, zu einer durchschnittlichen Verringerung der Mikroschadstoffe um 86 ± 2 % und der Mikroplastikmenge um 61 ± 28 %. Dies ist eine effektive Reduktion von Mikroschadstoffen und eine signifikante Reduktion von Mikroplastik und zeigt das Potenzial des Wasser 3.0 PE-X®-Verfahrens als effektives Add-on für die Entfernung von Mikroplastik in der weitergehenden Abwasserreinigung.
Wir werden die Durchflussbedingungen und die Kontaktzeit der Pilotanlage weiter optimieren, um eine stabilere und höhere Leistung bei der Mikroplastikentfernung zu erreichen.
Was sind die Hauptvorteile des Wasser 3.0 PE-X®-Verfahrens?
Im Vergleich zu alternativen Methoden, die häufig für die Entfernung von Mikroplastik in Kläranlagen erforscht und diskutiert werden, wie z. B. Filtrations- oder Flotationsverfahren, sind die Hauptvorteile von Wasser 3.0 PE-X® folgende:
- geringer Energiebedarf
- geringer technische und wartungstechnische Aufwand
- die geringen Investitionskosten
- keine Abfallproduktion (die gewonnenen Agglomerate sind für die Wiederverwendung bestimmt)
- Modularität, Skalierbarkeit und hohe Anpassungsfähigkeit der Technologie – das Verfahren kann problemlos als Zusatz zu bestehenden Behandlungsmethoden kombiniert werden.
Wie geht es nun weiter?
Im Rahmen des EU-Projekts REMEDIES werden wir eine Wasser 3.0 PE-X®-Pilotanlage auf der Kläranlage von Mykonos einrichten, wo wir das Verfahren in den nächsten vier Jahren testen und optimieren werden. Dabei werden wir auch unsere standardisierte Nachweismethode anwenden und langfristige Daten über den Gehalt an Mikroplastik und die Entfernungseffizienz erhalten, die wir mit den Untersuchungen in der Kläranlage Landau vergleichen können. Dies wird uns einen Schritt näher an die Gewinnung vergleichbarer Daten über Mikroplastikmengen und Entfernungspotenziale heranführen.
Wir müssen jetzt damit beginnen, Mikroplastik an der Eintragsquelle zu entfernen, bevor sich die Konzentrationen in der Umwelt weiter anreichern. Ist es erst einmal in der Umwelt, ist es nicht mehr zu entfernen. Solche Studien helfen bei der Beschleunigung politischer Maßnahmen und der Umsetzung wirksamer Grenzwerte für Mikroplastik. Um sicherzustellen, dass wir unsere Arbeit an der Entwicklung wirksamer Technologien zur Entfernung von Mikroplastik fortsetzen und unsere Prozesse weiter überwachen und unsere Detektionsergebnisse validieren können, sind Sponsoren und Spenden jederzeit willkommen. Wenn Sie uns unterstützen möchten, können Sie dies hier tun oder uns direkt kontaktieren.
