Die Reinigung von Abwasser in Kläranlagen ist ein zentraler Bestandteil des Umwelt- und Gesundheitsschutzes, wie die HS Osnabrück festhält. Bevor aufbereitetes Wasser in natürliche Gewässer eingeleitet werden darf, muss es strenge Qualitätsanforderungen erfüllen. Während organische Stoffe wie Kohlenstoff und Stickstoff durch biologische Prozesse zuverlässig abgebaut werden können, stellen Rückstände von Medikamenten, Hormonen, resistente Keime, Viren und Mikroplastik die konventionellen Anlagen vor große Herausforderungen. Die Membrantechnologie zeichnet sich als Verfahren durch eine hohe Reinigungsleistung und einen geringen Flächenbedarf aus. Zudem können Bakterien, Viren, Mikroplastik und teilweise auch Medikamentenrückstände zuverlässig zurückgehalten werden.
„Dieser Prozess bietet viele Vorteile. Neben einer sehr hohen Ablaufqualität des geklärten Wassers und einem geringeren Flächenbedarf in den Kläranlagen werden zuverlässig Bakterien, Viren, Mikroplastik und teilweise Medikamentenrückstände zurückgehalten“, sagt Prof. Dr. Sandra Rosenberger, Professorin für Nachhaltige Energietechnik und Leiterin des Projektes seitens der Hochschule.
Abwasserreinigung als mehrstufiger Prozess
Projektmitarbeiterin Dorothee Albers, Prof. Dr. Sandra Rosenberger und Andreas Fischer von Mann+Hummel Water & Fluid Solutions GmbH vor dem Versuchsaufbau
Die Abwasserreinigung erfolgt in mehreren Schritten. Nach der mechanischen Entfernung grober Feststoffe werden in biologischen Becken Mikroorganismen eingesetzt, die organische Stoffe abbauen. Anschließend müssen diese Mikroorganismen vom gereinigten Wasser getrennt werden. In herkömmlichen Kläranlagen geschieht dies durch Sedimentation in Nachklärbecken. Bei der Membrantechnologie übernehmen stattdessen poröse Membranen die Trennung von Mikroorganismen und Partikeln wie Bakterien oder Mikroplastik. Dadurch kann auf große Nachklärbecken teilweise verzichtet werden.
Forschung zu Wirtschaftlichkeit und Effizienz
„Obwohl Membranbelebungsreaktoren bereits seit den 1990er-Jahren diskutiert werden, kommen sie bisher nur dort zum Einsatz, wo extrem hohe Anforderungen an die Wasserqualität gestellt werden oder der Platz für große Nachklärbecken oder Anlagenerweiterungen nicht vorhanden ist. Grund dafür sind die vergleichsweise hohen Kosten“, so Prof. Dr. Sandra Rosenberger. „Neben den Kosten gibt es aber auch technische Herausforderungen: Die feinen Membranen setzen sich leicht mit Schlammpartikeln zu und müssen daher regelmäßig mechanisch und chemisch gereinigt werden.“
Die Hochschule Osnabrück untersucht gemeinsam mit Mann+Hummel, wie Ablagerungen auf den Membranen vermieden und der Energieverbrauch für die Belüftung reduziert werden kann. Aktuelle Versuche nutzen Zirkulationsströmungen durch Luftblasen, um die Bildung von Ablagerungen zu verringern. Dafür stehen Versuchsaufbauten mit einem neun Kubikmeter großen Glasbecken zur Verfügung, in das Membranmodule eingesetzt werden.
Dank der Glaswände des Versuchsbeckens können die Strömungen und Luftblasen innerhalb des Reaktors beobachtet werden – im realen Betrieb auf der Kläranlage unmöglich.
Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft
„Die Expertise und technische Ausrüstung an der Hochschule Osnabrück ermöglicht uns eine detaillierte Untersuchung unterschiedlicher Modulkonfigurationen und Belüftungssysteme. Weiterhin erlaubt das Glasbecken die Strömungen und Luftblasen innerhalb des Reaktors zu visualisieren. Dies ist im realen Betrieb auf der Kläranlage nicht möglich, für die Forschung jedoch ein erheblicher Mehrwert“, sagt Andreas Fischer von MANN+HUMMEL Water & Fluid Solutions GmbH.
Kontakt:
Prof. Dr. Sandra Rosenberger
Hochschule Osnabrück
(Quelle und alle Fotos: Hochschule Osnabrück)
Mehr über die Rolle von Kläranlagen in der kommunale Abwasserbehandlung erfahren Sie in der kommenden Ausgabe gwf Wasser/Abwasser 10/2025, Erscheinungsdatum: 30.10.2025
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