Wie funktioniert eine Kläranlage?

Die meisten Kläranlagen sind sehr ähnlich aufgebaut. Das Wasser gelangt über ein Kanalsystem in die Kläranlage, wird gereinigt und am Ende der Kläranlage in einen Bach oder Fluss eingeleitet. Die Reinigung erfolgt in mehreren Stufen, einer mechanischen, einer biologischen und einer chemischen Klärung. Die ersten Reinigungsvorgänge sind mechanisch: zuerst läuft das Wasser über einen Rechen, der sperrige Stoffe wie nicht aufgelöstes Toilettenpapier, Plastik oder Essensreste aussondert. Danach läuft das Abwasser im Sand- und Fettfang mit verminderter Geschwindigkeit, sodass der Sand nach unten sinken kann und sich Fette und Öle oben ablagern. Beides wird von Räumvorrichtungen entfernt. Weitere Feststoffe sinken im anschließenden Vorklärbecken zu Boden und werden dort als Schlammgemisch abgeschieden.

Im anschließenden biologischen Reinigungsvorgang zersetzen Bakterien Kohlenhydrate, Eiweiße und verbliebene Fette, sowie Stickstoff- und Phosphatverbindungen. Einen Teil der Substanzen brauchen die Bakterien für ihr eigenes Wachstum. Der größte Teil der Stickstoffverbindungen im Klärwasser besteht aus Harnstoffen (Urin). Die Harnstoffe werden von Bakterien erst zu Nitriten oder Nitraten und dann zu elementarem Stickstoff umgewandelt, der in die Luft abgegeben wird. Stickstoffverbindungen führen zu einer Überdüngung und damit zu einer vermehrten Algenbildung in Gewässern und müssen in Kläranlagen entfernt werden. Elementarer Stickstoff ist dagegen ungefährlich und ist auch außerhalb von Kläranlagen der Hauptbestandteil der Luft (78%).

Nach dem biologischen Reinigungsvorgang haben sich die Bakterien stark vermehrt und zu Flocken aneinandergelagert. Sie werden gefiltert und teilweise wieder für die biologische Klärung verwendet. Phosphorverbindungen, die nicht von den Bakterien zersetzt wurden, werden nun chemisch gefällt. Das bedeutet, dass gelöste Phosphorverbindungen mit einer ungefährlichen Chemikalie wie beispielsweise Kalk im Nachklärbecken reagieren und eine feste Verbindung bilden. Das Wasser wird zum Abschluss nochmal gefiltert und dann in einen Bach oder Fluss eingeleitet.

Viele Schadstoffe können von Kläranlagen bislang nicht oder nur unvollständig aus dem Wasser gefiltert werden. Dazu gehören Chemikalien, Medikamente, Hormone und Mikroplastik. Über Düngemittel oder die Metallindustrie gelangt beispielsweise die Chemikalie Dioxin ins Wasser. Dioxin ist stark giftig, wird nur sehr langsam abgebaut und lagert sich im Körperfett an. Man kann es in Muttermilch nachweisen, da Muttermilch stark fetthaltig ist. Antibiotika werden zum größten Teil in Kläranlagen abgebaut, der Rest gelangt aber wieder in den Wasserkreislauf. Auch Drogen wie Kokain sind im Abwasser nachweisbar. In Zukunft sollen solche Stoffe in Kläranlagen entfernt werden können. Auch für Mikroplastik sollen Vorrichtungen entwickelt werden, die die winzig kleinen Teilchen in der Kläranlage zurückhalten können. Bei jedem Waschgang von Kunstfasern gelangt Mikroplastik ins Abwasser. Auch manche kosmetischen Produkte wie Peelings enthalten Mikroplastik. Große Flüsse wie die Donau oder der Rhein spülen jährlich viele Tonnen Mikroplastik in die Meere. Moderne Kläranlagen sind bislang dreistufig (mechanische, biologische und chemische Verfahren). Die Kläranlagen der Zukunft, die auch Medikamentenreste, Hormone und Mikroplastik entfernen können, haben dann ein vierstufiges Reinigungsverfahren.

Zwischen 2013-2017 hat Luxemburg insgesamt 403 Millionen Euro in die Sanierung und in den Neubau von Kläranlagen investiert. Anlass war ein Urteil des Europäischen Gerichtshofes 2013, da zwei der größten Kläranlagen Luxemburgs nicht die EU-Vorgaben erfüllten. Wegen Übertretung der EU-Stickstoffgrenzwerte musste Luxemburg insgesamt 6,214 Millionen Euro an Strafzahlungen leisten. Aufgrund der anschließend ins Leben gerufenen Abwasseroffensive wurden seit 2013 zehn Kläranlagen in Betrieb genommen und weitere 48 geplant und genehmigt. Seit Anfang 2018 erzielt die Kläranlage in Bleesbrück die vorgeschriebenen Werte und befreit Luxembourg von den Starfzahlungen an die EU. Das gereinigte Wasser fließt an der Kläranlage Bleesbrück in die Sauer, die später in die Mosel mündet.

Was würde passieren, wenn es keine Kläranlagen geben würde? Bei der Beantwortung dieser Frage sollte man nicht nur auf die Umweltverschmutzung eingehen, sondern auch das Thema der Trinkwasserversorgung ansprechen. Vor der Entwicklung von Kläranlagen wurden Abwässer ohne Reinigung in die Umwelt über Flüsse oder sogenannte Rieselfelder entsorgt. Kleinere Mengen Abwasser können sich auch natürlich regenerieren. Beispielsweise kann ein Teich die Abscheidungen der in und auf ihm lebenden Tiere in der Regel gut umsetzen. Dabei laufen teils ähnliche Prozesse ab, wie in einer Kläranlage, z. B. setzen sich ungelöste Stoffe als Schlamm am Boden ab und werden von Bakterien zersetzt. In Ballungsgebieten, durch die Industrieabwässer und wegen der großen Mengen an Waschmitteln ist eine natürliche Klärung menschlicher Abwässer nicht möglich und aus Bächen, Flüssen und Meeren würden ohne Kläranlagen stinkende Kloaken werden. Außerdem würden Schadstoffe ins Grundwasser gelangen, was zu einer für die Gesundheit gefährlichen Verunreinigung des Trinkwassers führen würde. Um sauberes Trinkwasser in genügendem Maße zur Verfügung zu haben, gibt es Trinkwasserschutzgebiete, in denen sehr strenge Regeln für den Schutz des Grundwassers gelten. Beispielsweise darf hier keine Bebauung stattfinden, es darf keine Landwirtschaft unter Einsatz von Düngemitteln betrieben werden und die oberen Bodenschichten dürfen nicht verletzt werden.

Das Syndicat Intercommunal de Dépollution des Eaux résiduaires du Nord (SIDEN) bietet Führungen durch etliche Kläranlagen im Norden des Großherzogtums an. Sie können als Erweiterung zu diesem Experiment oder zum Thema Nachhaltigkeit dienen. Hier findest Du die Kontaktdaten, um Dich über die Angebote zu informieren und die Arbeitsblätter herunterzuladen:
Tel: (00352) 80 28 99 1
Webseite: http://www.siden.lu

Hier findest Du weitere Links zu Wissenschaftskommunikatoren und Workshop-Anbietern.

Bietet Deine Institution auch pädagogische Aktivitäten in diesem Bereich an und möchtest Du auf science.lu verlinkt werden? Dann nimm bitte hier Kontakt mit uns auf.

Im SciTeach Center können sich LehrerInnen Info-, Experimentier- und Expositionsmaterial ausleihen und mit dem schülerzentrierten „forschend- entdeckenden“ Lernen vertraut machen.

Während unsere Rubrik darauf abzielt, den SchülerInnen die naturwissenschaftliche Methode anhand einer Anleitung näher zu bringen, geht es beim Konzept vom schülerzentrierten forschend-entdeckenden Lernen darum, den SchülerInnen selbst mehr Gestaltungsmöglichkeiten zu geben. Du gibst als LehrerIn nur ein paar Materialien oder Fragen vor. Die SchülerInnen entscheiden dann selbst, wofür sie sich interessieren oder was sie ausprobieren wollen. Als LehrerIn begleitest und unterstützt Du sie dabei.

Im SciTeach Center soll das Kompetenzlernen im naturwissenschaftlichen Unterricht gefördert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, bietet das SciTeach Center LehrerInnen die Möglichkeit,  gemeinsam mit anderen LehrerInnen und dem wissenschaftlichen Personal des SciTeach Centers neue Ideen und Aktivitäten für ihren naturwissenschaftlichen Unterricht zu entwickeln. Durch diese Zusammenarbeit soll auch das Vertrauen in den eigenen Unterricht gestärkt und mögliche Ängste gegenüber freiem Experimentieren abgebaut werden. Betreut werden die Veranstaltungen von wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen der Universität Luxemburg sowie von zwei Lehrerinnen.