Fraunhofer UMSICHT entwickelt mit ARKON ein neues Verfahren für die vierte Reinigungsstufe. Mikroschadstoffe und ein Teil der PFAS werden dabei an Harz gebunden, das direkt vor Ort regeneriert und erneut eingesetzt werden kann. Das soll Ressourcen, Energie und Entsorgungskosten sparen. Auf der Kläranlage Wolfsburg soll das Verfahren nun unter realen Bedingungen demonstriert werden.
Arzneimittelrückstände, Pestizide und Industriechemikalien gelangen über das Abwasser in Flüsse, Seen und das Grundwasser. Bereits in niedrigen Konzentrationen können sie Ökosysteme beeinträchtigen und die Gesundheit gefährden. Herkömmliche Kläranlagen können viele dieser Mikroschadstoffe nur unzureichend entfernen. Als besonders langlebig gelten 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 dabei in die Verantwortung genommen und sollen künftig mindestens 80 Prozent der Investitions- und Betriebskosten tragen. Allein in Deutschland gelten die Anforderungen für gut 570 kommunale Kläranlagen. Der Investitionsbedarf wird auf bis zu 10,5 Mrd. Euro geschätzt. Hinzu kommen jährliche Aufwendungen im hohen dreistelligen Millionenbereich. Damit gewinnen nachhaltige und bezahlbare Technologien für die vierte Reinigungsstufe an Bedeutung.
Harz wird im Kreislauf wiederverwendet
Konventionelle Verfahren für die vierte Reinigungsstufe wie Aktivkohle und Ozonung sind technisch etabliert, benötigen jedoch Energie und Ressourcen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickeln mit ARKON eine Alternative. Das Verfahren basiert auf den drei Schritten Adsorption, Regeneration und Konzentration.
Das biologisch gereinigte Abwasser strömt zunächst durch ein Harzbett. An dessen Oberfläche lagern sich Mikroschadstoffe sowie ein Teil der PFAS an. Anschließend werden die gebundenen Stoffe mithilfe von zwei unterschiedlichen Regenerationsmedien wieder vom Harz gelöst. Durch Filtration können die Regenerationsmedien danach weiter aufkonzentriert werden. So entsteht aus dem ursprünglichen Abwasserstrom ein kleinvolumiges Spurenstoffkonzentrat, das mit geringem Aufwand entsorgt werden kann. Die Regenerationsmedien verbleiben weitgehend im Prozess. Zusätzlich 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 bei Fraunhofer UMSICHT.
Praxistest auf der Kläranlage Wolfsburg
Das UMSICHT-Team um Lena Fingerhut, Josef Robert und Lukas Rüller hat die entscheidenden Verfahrensschritte bereits im Labor und im Technikum erprobt. Als nächster 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 wollen die Forschenden unter anderem untersuchen, wie lange das Harz Schadstoffe bindet, wie häufig eine Regeneration erforderlich ist und wie sich der Energie- und Chemikalienverbrauch weiter reduzieren lässt.
Die Ergebnisse sollen verlässliche Auslegungsdaten für Kläranlagen unterschiedlicher Größe liefern und einen Vergleich mit Aktivkohle und Ozonung ermöglichen. Die Demonstrationsanlage in Wolfsburg soll zudem als Referenz für weitere kommunale Betreiber und Unternehmen im Anlagenbau dienen.
Darüber hinaus kommt das Verfahren auch für Anwendungen in der Chemie- und Pharmaindustrie, auf Deponien sowie in der Oberflächentechnik infrage.
Quelle: Vierte Reinigungsstufe: Kreislaufverfahren nimmt Mikroschadstoffe ins Visier
