Mikroplastik in industriellen Abwässern

Zur Definition: Industrielles Abwasser ist Wasser, das bei einem Produktionsprozess anfällt und in ein Gewässer oder in die Kanalisation eingeleitet wird. Als Mikroplastik gelten Kunststoffpartikel bis fünf Millimeter Durchmesser. In Abwässern der kunststoffverarbeitenden Industrie treten beide Merkmale gemeinsam auf: Die Partikel entstehen im Prozess, ihr Polymerspektrum ist bekannt, und die Einleitstelle ist eindeutig lokalisierbar. Damit unterscheidet sich dieses Abwasser grundlegend von kommunalem Abwasser, in dem Herkunft und Zusammensetzung diffus sind.

Steigende gesetzliche Regulationen für Polymere, Kunststoffe und Mikroplastik, hohe Kosten für Wasser, Abfälle, Energie, Chemikalien und die Instandhaltung von Anlagen sowie komplexe Verschmutzungsszenarien – Unternehmen, die in ihren Prozessen viel Wasser, Polymere und weitere Chemikalien einsetzen, stehen vor der Herausforderung ihr Umwelt-, Abfall- und Ressourcenmanagements neu auszurichten.

Mit dem Verfahren Wasser 3.0 PE-X® steht eine adaptive Komplettlösung für ein Verfahrens-Upgrade für die industrielle Wasserbehandlung zur Verfügung. Der Schwerpunkt des Verfahrens, das auf organosilanbasierter Agglomerations-Fixierung, filterfreier Abtrennung ohne Membranstufe und kreislaufwirtschaftliche orientierte Prozesse setzt, liegt in der Entfernung von Mikroplastik. Belegt sind die Rückhaltleistung, die CSB-Reduktion und die Wiederverwendbarkeit des behandelten Wassers; die Zahlen dazu stehen weiter unten.

Mikroplastik nachweisen: Kommunale Kläranlagen vs. Industrielle Abwässer

Abwässer aus der Kunststoffherstellung oder -verarbeitung sind häufig stark mit Mikroplastik und einem hohen Anteil an oxidierbaren organischen Stoffen belastet, was zu einem hohen chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) führt. Gemessene Werte aus eigenen Pilotversuchen: 1.725 ± 377 mg/L Mikroplastik und 7.570 ± 1.339 mg/L CSB bei einer Verpackungsproduktion (Clean Technol. 2025, 7, 67) sowie 8.450 bis 9.940 mg/L CSB bei einem Kunststoffverarbeiter (Water 2025, 17, 671). Wenn sie in die Abwasserströme gelangen, stellt die hohe Mikroplastikbelastung eine Belastung für die kommunalen Kläranlagen dar. Sie sind nicht dafür ausgelegt, Mikroplastik zu entfernen, obwohl vielerorts die 4. Reinigungsstufe für die Mikroschadstoff-Entfernung geplant und umgesetzt wird – Mikroplastik stand zum Zeitpunkt der Erstveröffentlichung nicht auf der regulatorischen Agenda. Das hat sich geändert: Die Neufassung der EU-Kommunalabwasserrichtlinie, Richtlinie (EU) 2024/3019, ist am 01.01.2025 in Kraft getreten und verpflichtet die Mitgliedstaaten nach Artikel 17 erstmals zur Überwachung von Mikroplastik in Abwassersystemen. Umsetzungsfrist ist der 31.07.2027. Ein Emissionsgrenzwert für Mikroplastik besteht weiterhin nicht.

Es ist nicht von der Hand zu weisen, dass Kläranlagen wichtige Punktquellen für Mikroplastikeinträge in den Wasserkreislauf darstellen. Selbst wenn sie in der Lage sind, schnell absinkende Mikroplastik-Partikel zu entfernen, landet dieser Teil des Mikroplastiks im Klärschlamm, wodurch das Problem nur verlagert wird, aber zu keinem Zeitpunkt verschwindet. Eigene Vergleichsmessungen stützen das: In den Abläufen dreier kommunaler Kläranlagen mit zwei, drei und vier Reinigungsstufen fanden sich keine signifikanten Unterschiede in der Mikroplastikkonzentration (Water 2025, 17, 711). Weitergehende Verfahren wie erweiterte Oxidation oder Aktivkohle zielen auf gelöste Stoffe und erfassen Partikel nur unvollständig.

Von entscheidender Bedeutung ist es zukünftig den Eintrag von Mikroplastik in den Abwasserstrom zu vermeiden, indem die Entfernung von Mikroplastik aus Punktquellen wie Industrieabwässern angestrebt wird. Eine gezielte Entfernung stromaufwärts (upstream = start-of-pipe) ist wirksamer, verursacht geringere Kosten und stellt sicher, dass der Verursacher die Kosten trägt und nicht die Öffentlichkeit. Für die höhere Wirksamkeit gibt es eine messbare Grundlage: Bei hoher Ausgangsbelastung arbeitet das Agglomerationsverfahren effizienter. Im Industrieabwasser mit 673 ± 183 Millionen Partikeln pro Liter lag die Entfernung bei 99,1 % nach Partikelzahl, im Ablauf einer kommunalen Kläranlage mit 29,1 ± 15,1 Partikeln pro Liter dagegen bei 60,9 ± 27,5 % (Clean Technol. 2025, 7, 67; Water 2024, 16, 268). Die Aussage zu den geringeren Kosten bezieht sich auf das kleinere zu behandelnde Wasservolumen; eine belastbare Gesamtkostenrechnung gegenüber einer nachgeschalteten kommunalen Lösung liegt nicht vor.

Mikroplastik in und Entfernung aus Abwässern: Neue Machbarkeitsstudie veröffentlicht

Schon 2021 konnten wir auf der kommunalen Kläranlage in Landau einen Langzeitversuch zu Mikroplastik-Entfernung wie auch zur gleichzeitigen Entfernung von Mikroplastik und Mikroschadstoffen durchführen. 2023 hatten wir die Gelegenheit unser Mietmodell im inhouse Pilotbetrieb bei einem Kunststoffverarbeiter für die Entfernung von Mikroplastik und gleichzeitiger Reduktion des CSBs aus Industrieabwässern auf Herz und Nieren zu testen. In insgesamt acht Testphasen über einen Zeitraum von drei Monaten standen Reproduzierbarkeit, Impact-Analyse und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung im Vordergrund unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten.

Pro Testphase wurden 12 Proben auf fünf Parameter analysiert: CSB, Gesamtschwebstoffe (TSS), Partikelzahl, pH-Wert und Trübung. Die Mikroplastik-Entfernung basiert auf der physikalisch-chemischen Agglomerationsfixierung von Mikroplastik aus dem Wasser. Wir verwenden innovative Hybridkieselgele, die in der Lage sind, in einer wasserinduzierten Sol-Gel-Reaktion, für die in den vorliegenden Versuchen keine relevanten Nebenprodukte nachgewiesen wurden, aus vielen kleinen Partikeln wenige große Agglomerate zu bilden. Die CSB-Reduktion erfolgte über einen Festbettreaktor, der mit modifizierten absorbierenden Materialien gefüllt war. Die Ergebnisse haben wir nun veröffentlicht.

Die zentralen Messwerte dieser Studie (Water 2024, 16, 268): Die Mikroplastikfracht sank im Mittel um 98,26 ± 2,15 % gemessen über die Gesamtschwebstoffe und um 97,92 ± 2,31 % gemessen über die Partikelzahl. Der CSB sank um 94,3 ± 8,9 %. Pro Kubikmeter behandeltem Wasser wurden damit 1,1 kg Mikroplastik zurückgehalten; hochgerechnet auf den Standort entspricht das rund 2,7 Tonnen pro Jahr. Die Hochrechnung beruht auf den Abwassermengen des Pilotbetriebs und ist in der Publikation als Schätzung gekennzeichnet.

Seit Erscheinen dieses Beitrags sind drei weitere Arbeiten hinzugekommen. Eine Ökobilanz bilanziert Bau, Betrieb und Entsorgung der Anlage und weist 25,4 kg CO₂-Äquivalente je m³ behandeltem Abwasser für die Pilotanlage und 1,0 kg CO₂-Äquivalente je m³ für ein optimiertes Kreislaufkonzept aus (Water 2025, 17, 671). Eine automatisierte Nachfolgeanlage an einer Verpackungsproduktion erreichte über 25 Versuchsläufe 97,4 % Entfernung nach Masse und 99,1 % nach Partikelzahl bei 78,8 % CSB-Reduktion und einer Wasserwiederverwendung von bis zu 80 % (Clean Technol. 2025, 7, 67). An einer zweistufigen kommunalen Kläranlage auf Mykonos lag die Entfernung bei 86 ± 8 % nach Partikelzahl, bei 95 ± 3 % Rückhalt der Gesamtschwebstoffe (Clean Technol. 2026, 8, 32). Die Spannweite über die Standorte ist das Ergebnis unterschiedlicher Ausgangsbelastungen und Wassermatrizes und wird bewusst nicht zu einem einzelnen Prozentwert zusammengefasst.

Kurz zusammengefasst: Neben Mikroplastik-Entfernung und CSB-Reduktion ermöglicht diese Behandlung auch die Wiederverwendung von Abwasser und Agglomeraten, was den Bedarf an Frischwasser und Primärrohstoffen senkt. Zur Klimawirkung ist zu präzisieren: Die Behandlung selbst verursacht Treibhausgasemissionen. Die Ökobilanz weist für die Pilotanlage 25,4 kg CO₂-Äquivalente je m³ aus, für ein optimiertes Kreislaufkonzept 1,0 kg CO₂-Äquivalente je m³. Die Verringerung um mehr als 96 % ist ein Vergleich dieser beiden eigenen Anlagenkonzepte, nicht ein Vergleich mit unbehandeltem Abwasser und kein Wettbewerbsvergleich.

Anknüpfung an das EU Projekt UPSTREAM

FAKTENCHECK-HINWEIS

Die in diesem Abschnitt genannten Prozentangaben aus UPSTREAM (50 %, 30 %, 83 %) sind Zielwerte des Förderprojekts und keine Messergebnisse. Publizierte Abschlusszahlen liegen bislang nicht vor.

Seit Mitte 2023 sind wir aktiver Forschungs- und Entwicklungspartner des EU geförderten Projekts UPSTREAM.

Wir unterstützen das Projekt-Konsortium bei der Bewältigung der Herausforderungen im Zusammenhang mit der Überwachung, Vermeidung, Beseitigung und Aufwertung von Abfällen (L), Kunststoffen (P) und Mikroplastik (MP).

Ziele des EU Projekts Upstream (angepasst ©Upstream Consortium)

Wir sind einer von vier Kläranlagen-integrierten Demostandorten, die sich mit der Verschmutzung auf jeder Stufe des Wassersystems befassen und mit sieben Flüssen in fünf Ländern verbunden sind. Die folgenden Angaben sind Zielwerte des Förderprojekts und keine erreichten Ergebnisse. Das UPSTREAM-Konsortium verfolgt das Ziel, zirkuläre Wertschöpfungsketten aufzubauen, denen das Konsortium ein Minderungspotenzial von 50 % beim Plastikmüll und 30 % bei der Mikroplastik-Verschmutzung zuschreibt. Die Fortschritte in UPSTREAM beruhen auf mehreren Technologiebausteinen, für die im Projektantrag folgende Zielwerte hinterlegt sind:

Standardisierte, schnelle Überwachungstechniken, die Mikroplastik bis zu einer Größe von > 25 μm nachweisen können.
Biobasierte, biologisch abbaubare Kunststoffe, die die Bildung von MP in Verbraucherprodukten und Kläranlagen selbst verhindern Zur Einordnung: Biologische Abbaubarkeit ist an definierte Umgebungsbedingungen gebunden und bedeutet nicht, dass in Gewässern kein Mikroplastik entsteht.
Innovative schwimmende Plattformen, die mehr als 83 % von L, P und MP direkt aus Flüssen entfernen sollen, an der Oberfläche wie im Flussbett. Der Wert ist eine Projektzielvorgabe.

Übersicht über die Projektbereiche von Upstream (angepasst ©Upstream Consortium)

UPSTREAM repräsentiert ein paneuropäisches Konsortium mit fünf Demonstrationsanlagen in ganz Europa, darunter vier Kläranlagen (UK, ES, DE, IT) sowie ein Testgebiet an der Donau in Serbien.

Foto vom ersten UPSTREAM Projektmeeting in UK (©Upstream Consortium)

TRANSPARENZHINWEIS ZU QUELLEN UND DATENSTAND

Die Versuchsbeschreibung nennt fünf Analyseparameter; abfiltrierbare Stoffe und Gesamtschwebstoffe bezeichnen denselben Messwert nach DIN 38409-2. Die Angaben aus dem EU-Projekt UPSTREAM zu 50 %, 30 % und 83 % sind Zielwerte des Konsortiums und keine Messergebnisse. Die Ökobilanzwerte beziehen sich auf einen Kubikmeter behandeltes Abwasser und vergleichen zwei Anlagenkonzepte miteinander. Stand der Recherche: September 2026.