Kläranlagen – keine Endstation für Mikroplastik

Die verzweigten Wege des Wassers sind an unterschiedlichen Orten Eintragsquellen für Kunststoffpartikel in die Umwelt. Dazu gehören Überläufe der Kanalisation (Mischwassereinleitung), Rohwasser aus der Trennkanalisation, Restinhalte im gereinigten Abwasser und stoffliche Klärschlammverwertung.

Wie sind das Problem Mikroplastik im Wasserkreislauf darstellt und warum Kläranlagen als Hotspots zu bewerten sind, darum geht es in unserem aktuellen Blog.

Kläranlagen sind ein Sammelbecken für Mikroplastik

Unsere kommunalen Kläranlagen stellen vielerorts ein Sammelbecken für Mikroplastik aus häuslichem Abwasser, industriellen Abwässern, Oberflächenabfluss, Regenwasser und Deponien dar.

Sie sind zwar einerseits eine Barriere gegen die Verteilung von Mikroplastik in den Wasserkreislauf, andererseits aber auch eine bedeutende Quelle für die weitere Verteilung des Mikroplastiks.

Der Grund liegt darin, dass sie täglich große Mengen an mehr oder wenig gereinigtem Abwasser in angrenzende Bäche, Flüsse oder direkt ins Meer einleiten und einige Verschmutzungen, darunter Mikroschadstoffe und Mikroplastik, nicht flächendeckend überwacht werden.

Das Problem wächst dann an, wenn bereits überlastete Kläranlagen mit Starkregenereignissen konfrontiert werden und das Abwasser ungereinigt abgelassen werden muss. Schätzungen aus Studien zeigen, dass jede Kläranlage jährlich zwischen 93 Millionen und 8,2 Milliarden Plastikpartikel in Flüsse und Meere transportiert. Die Wasserbelastung mit Partikeln reichte von 86 bis 714 pro Kubikmeter, mit Fasern von 98 bis 1479 pro Kubikmeter.

Weiterhin bestätigen erste wissenschaftliche Daten, dass nicht nur kommunale Kläranlagen eine Mikroplastikquelle darstellen, sondern auch industrielle Kläranlagen. Insbesondere aus der Polymerproduzierenden- und verarbeitenden (Kunststoff-)Industrie kann Mikroplastik in die Umwelt abgeben werden. Nach wie vor besteht jedoch eine beträchtliche Wissenslücke über die Rolle von industriellen Kläranlagen in Bezug auf Umweltbelastungen mit Mikroplastik und Mikrofasern.

Welches Verhalten zeigt Mikroplastik?

Mikroplastik (=synthetisch hergestellte, organisch-chemische Makromoleküle) zeichnet sich dadurch aus, dass sie keine oder eine nur sehr langsame chemische Reaktion/Degradation eingehen. Es handelt sich weiterhin um polymere Verbindungen, denen oftmals eine Vielzahl an Additiven (z. B. Flammschutzmittel, UV-Adsorber, Weichmacher, etc.) zugesetzt werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern.

Durch die grundlegend verschiedenen physikochemischen Eigenschaften gegenüber gelösten organisch-chemischen oder anorganisch-chemischen Stressoren erfordert die Elimination von Mikrokunststoffen neue Techniken, da die Techniken der aktuellen vierten Reinigungsstufe und erst recht des Stands der Technik mit drei oder weniger Reinigungsstufen nicht ausreicht.

Die Schwierigkeiten bei der Mikroplastik-Entfernung

Wenn ein Polymer in das aquatische Milieu gelangt (süßes oder salziges Wasser), führt dies normalerweise zu einer Quellung des Polymers, so dass sich die Form eines Objekts ändern kann sowie seine Festigkeit und die dielektrischen Eigenschaften verringert werden können, zusätzlich ändert sich die Dichte was zu einem Absinken oder auch Aufschwimmen der Polymere oder auch einem langsamen Treiben in der Wassersäule führt.

Diese Effekte werden innerhalb von Umweltprozessen stark von den äußeren Faktoren (z. B. Temperatur, Wasserqualität) beeinflusst.

Die Wasseraufnahme kann auch zum Aufbrechen chemischer Bindungen im Polymermolekül führen, aber im Allgemeinen läuft dieser Prozess nur bei hohen Temperaturen und mit Polymeren ab, die durch Polykondensation mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit erhalten werden und in der Umwelt kaum beobachtet werden.

Technologien zur Mikroplastik-Entfernung

Aktuell werden zur Entfernung von Mikroplastik nur sehr kostenintensive und für den Abwasserbereich ineffiziente Verfahren wie Mikro-, Nano- und Ultrafiltration oder Umkehrosmoseverfahren eingesetzt. Diese können bisher eine geringfügige Partikelabscheidung gewährleisten, jedoch ist diese limitiert.

Mikro- und Ultrafiltration können beispielsweise unter anderem keine Nähr- und Spurenstoffe wie Sulfate, Chloride, Nitrate, Pestizide oder Huminstoffe zurückhalten.

Nanofiltration und Umkehrosmose können diese entfernen, sind aber bei einer „Dead-End-Filtration“ zu schnell mit einer Deckschicht aus weiteren Schmutzpartikeln belegt und benötigen häufige Reinigungs- und Spülintervalle. Die Methode der „Cross-Flow Filtration“ stellt eine Alternative, birgt jedoch eine höhere Gefahr der Ausspülung von zurückgehaltenen Stoffen als die „Dead End Methode“. Weiterer Faktor ist die bauliche bzw. räumliche Kapazität sowie Investitionskosten und Wartungskosten.

Nur durch Kombination von Membranfiltration und weiteren Verfahrensschritten werden ausreichende Lauf- und Eliminationsleistungen erhalten. Mittels Filtrationsverfahren wie z. B. Tuchfiltersysteme in der Kläranlage Oldenburg ist es möglich, 97% der Gesamtbelastung zu reduzieren (von 1131 auf 29 Mikroplastikpartikel und Fasern 1 / m³) und einen Rückhalt von Kunststoff-Partikel bis zu einer gewissen Größe (abhängig vom Porendurchmesser) zu gewährleisten. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Filter schnell verstopfen können, weshalb ein Rückspülen notwendig ist und somit der Reinigungsprozess unterbrochen werden muss. Durch mechanische Beanspruchung der Tuchfilter werden zusätzliche Mikroplastikpartikel/-fasern generiert, die eine sogenannte Sekundärquelle darstellen.

Wasser 3.0 PE-X® liefert technologische Hebel und Lösungen für Wasser ohne Mikroplastik

In einem Langzeitversuch konnten wir auf der kommunalen Kläranlage in Landau in der Pfalz erstmalig Mikroplastik über ein Jahr detektiert und auch technologisch entfernt. Das Projekt lieferte bemerkenswerte Ergebnisse. Das Projekt lieferte bemerkenswerte Ergebnisse.

Mit unserer standardisierten Nachweis- und Probenahmemethode wurden Mikroplastikgehalte von 6 bis 62 Mikroplastik/L festgestellt, mit unserer Wasser 3.0 PE-X ® Technologie konnten wir zusätzlich 61% des Mikroplastiks entfernen, mit laufender Optimierung werden die Entfernungsraten auf >80% gesteigert.

In weiteren Machbarkeitsstudien mit Industrieabwässern wurden Mikroplastik-Entfernungsraten von bis zu 99,6 % erreicht. Als kleine, nicht weniger wichtige Nebeneffekte ist unsere Technologie energie- und wartungsarm und dazu kommt, dass die entfernten Agglomerate wiederverwendet werden.

Damit bauen wir unsere gesamte Prozesskette im Sinne der UN- Nachhaltigkeitsziele und setzen auf Ressourceneffizienz, Handlungsschnelligkeit und Kreislaufwirtschaft.

Unsere Projekte zeigen einmal mehr, wie wichtig es ist, das Thema Mikroplastik in der Umwelt datengestützt voranzutreiben und sich nicht auf Schätzungen oder veraltete, nicht vergleichbare Datensätze zu verlassen, sondern die Beseitigung von Mikroplastik gezielt an der Quelle voranzutreiben.

Klingt das für Sie spannend und nach einem neuen Weg, die Mikroplastik-Krise einzudämmen? Dann nutzen Sie die Gelegenheit, noch heute mit uns zusammenzuarbeiten, um Ihre maßgeschneiderte Lösung für ein Wasser ohne Mikroplastik zu entwickeln.

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