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Wie funktioniert eine Kläranlage?

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Kläranlage in der Grundschule - Eine Erklärung

In einer Kläranlage wird unser Abwasser mithilfe einer mechanischen, biologischen und chemischen Reinigung wieder trinkbar gemacht. Wie das genau funktioniert, was mit dem Klärschlamm passiert und warum sauberes Wasser keine Selbstverständlichkeit ist, erfährst Du hier. Außerdem bauen wir bei einem tollen Experiment gemeinsam eine kleine Kläranlage. Lass uns keine Zeit verlieren und direkt starten!

Was ist eine Kläranlage?

Eine Kläranlage, auch Abwasserbehandlungsanlage genannt, ist dafür da, Abwasser technisch zu reinigen. All das Wasser, das tagtäglich in unser Waschbecken, die Dusche, Toilette oder in den Gulli fließt und schließlich in der Kanalisation verschwindet, durchläuft dementsprechend die verschiedenen Reinigungsschritte, die eine Kläranlage zu bieten hat. Das Wasser landet anschließend wieder in Flüssen, Seen und im Hahn. Es wird also immer und immer wieder verwendet. Eine Kläranlage garantiert uns, dass wir das Wasser bedenkenlos trinken und anderweitig verwenden können. Ganz gleich, wie oft es davor schon andere Hände gewaschen oder verzehrt wurde.

Was ist Abwasser und wo fließt es hin?

Damit sollte auch klar sein, was wir meinen, wenn wir von Abwasser sprechen. Es bildet sozusagen das Gegenstück zu frischem Wasser, da es durch unsere Nutzung verunreinigt wird. Abwasser fällt beispielsweise in Deinem Haushalt an, aber auch in der Land- und Bauwirtschaft. Ebenso landet ein Teil des Regenwassers in der Kanalisation sowie eine gewisse Menge Fremdwasser. Das ist u.a. Grundwasser, das durch undichte Stellen in der Kanalisation in diese eindringt. Über Rohre fließt das Abwasser dann gesammelt zum Klärwerk.

Die Zulaufmenge ist dabei nicht immer gleich. Es gibt wie in der Urlaubszeit auch beim Abwasser eine Hochsaison. Wenn Du zum Beispiel viel duschst oder es Starkregen gibt, hat das Klärwerk besonders viel zu tun. Für den Notfall gibt es daher sogenannte Regenüberlaufbecken. Reichen auch diese nicht aus, wird das Abwasser jedoch häufig ungereinigt zurück in die Gewässer geleitet, was, wie Du Dir denken kannst, gar nicht gut ist! Das Thema Abwasser ist in den Naturwissenschaften übrigens so interessant, dass sich die Uni Hannover in ihrer Forschung gezielt damit beschäftigt.

Kläranlage Grundschule – Abwasser
Abb. 1: Kläranlage in der Grundschule – Abwasser

So funktioniert eine Kläranlage

Nun weißt Du, wie das Abwasser aus den Haushalten in die Kläranlage kommt. Doch wie wird das schmutzige Wasser dort wieder sauber? Anders gesagt: Wie funktioniert eine Kläranlage? Wir erklären Dir die einzelnen Reinigungsschritte.

Kläranlage Grundschule Reinigung
Abb. 2: Die einzelnen Reinigungsschritte einer Kläranlage

Rechen

Nachdem das Abwasser die Kläranlage erreicht hat, wird es durch einen Rechen geleitet. Das ist ein Filter, der wie Dein Küchensieb zu Hause größere Dinge herausfischt. Das kann Toilettenpapier sein, aber auch größere Gegenstände umfassen. Vielleicht sogar das Tagebuch von Tom Riddle? Ach Quatsch, das hat ja gar nicht durch‘ s Abflussrohr gepasst.

Sandfang und Fettfang 

Sauber ist das Wasser noch längst nicht, weil zum Beispiel noch Fett enthalten ist. Deshalb fließt das Wasser nun durch ein weiteres Becken, den sogenannten Sand- und Fettfang. Dort wartet ein Räumschild, das den Sand auf dem Boden in eine gemeinsame Richtung befördert. Anschließend pumpt man den Sand ab, er wird dann gereinigt und getrocknet. Später wird dieser beim Straßenbau verwendet. Die Fettteilchen hingegen schwimmen nach oben. Sie werden ebenfalls vom Räumschild entfernt und später weiterverwendet.

Vorklärbecken

Zurück bleibt unter anderem eine ganze Menge Schlamm. Deshalb läuft im nächsten Reinigungsbecken etwas Ähnliches ab wie im Becken davor. Die Schlammteilchen lagern sich auf dem Boden ab und das Räumschild schiebt sie in die Ecke. Die weitere Behandlung des Schlamms erfolgt im Faulturm.

Belebungsbecken

Der mechanische Teil der Reinigung ist nun abgeschlossen. Jede Menge Schmutz ist schon weg. Doch was ist mit all den Bakterien und Schadstoffen, die sich nicht so einfach mit einem Rechen oder Räumschild entfernen lassen? Zeit für die biologische Reinigung! Diese findet im ersten Schritt im Belebungsbecken statt. Dabei wird das schmutzige Wasser durch Millionen von Bakterien gereinigt. Mittels Zugabe von Sauerstoff vermehren sich die Bakterien und das Becken fängt an zu blubbern. Sie fressen die Schmutzteilchen, wodurch kleine Schlammflocken entstehen. Durch die Kraft der Biologie wird unser Wasser also ebenfalls ein wenig sauberer.

Nachklärbecken

Der Schlamm, in dem die kleinen Bakterien nun stecken, ist schwerer als Wasser. Er sinkt auf den Boden des Beckens und wird wie im Nachklärbecken zusammengekehrt. Man leitet diesen Schlamm ebenfalls in den Faulbehälter. Insofern keine chemische Reinigung mehr nötig ist, befindet sich oben jetzt nur noch klares Wasser. Es fließt nun über einen Vorfluter in die Natur, da es sauber genug ist.

Chemische Reinigung

Der chemische Schritt ist notwendig, weil Bakterien chemische Stoffe wie Phosphat (bzw. Phosphor) nicht alleine auffressen können. Phosphor ist zwar eine wertvolle Mineralquelle (vgl. Hehenberger-Risse, 2017), doch zu große Mengen können unseren Flüssen und Seen schaden. Der Abbau ist also enorm wichtig. Dafür versetzt man das Wasser im Belebungsbecken, Vorklärbecken, Nachklärbecken oder Sonderbecken mit anderen Chemikalien, die sich mit den zu entfernenden Stoffen verbinden. Außerdem wird bei der chemischen Reinigung Ozon zugesetzt, wodurch organische Substanzen aufgebrochen und unwirksam werden. Reine Chemie! Die dadurch entstehenden Stoffe sind wasserunlöslich und setzen sich erneut als Schlamm ab. Und wo kommt der hin? Entweder in den Faulturm oder auf die Sonderdeponie.

Tabelle 1:  Die drei Reinigungsprozesse in der Kläranlage

Mechanisch (1. Stufe)Biologisch (2. Stufe)Chemisch (3. Stufe)
RechenBelebungsbeckenPhosphatfällung
Sand- und FettfangNachklärbeckenOzonierung
Vorklärbecken//

Was geschieht mit dem Klärschlamm?

Während der Reinigung des Wassers entsteht also unglaublich viel Schlamm. Was passiert mit dieser dunkelbraunen Masse?

Der Schlamm ist nach der Reinigung noch sehr feucht, da er zu bis zu 95 Prozent aus Wasser besteht. Bevor wir ihn uns zunutze machen können, muss er daher erstmal trocknen. Der Schlamm wird dazu in Containern verdickt. Dort fallen die festen Teilchen zu Boden und verdichten sich. Der dickere Schlamm kommt dann in den Faulturm. Dort fängt er an zu faulen, genau wie das dreckige Wasser in Deinem Spülbecken, wenn Du es nicht ablaufen lässt. 

Durch den verfaulenden Schlamm entsteht im Inneren des Turms Methangas. Dieses wird in einem Gasdom zusammengepresst und dann in Mikrogasturbinen gejagt. Das Gas treibt die Turbinen an und erzeugt so Strom, der in der Kläranlage wieder verbraucht wird. Es hat sich gezeigt, dass dabei so viel Strom erzeugt werden kann, dass die Kläranlage sich selbst mit dem notwendigen Strom versorgt und damit eine ausgeglichene Energiebilanz vorweist (vgl. Svardal, 2012). Ein Teil des Klärschlamms wird aber auch in der Landwirtschaft als Dünger verwertet.

Übrigens…

Das bei der Faulung entstehende Klärgas darf wegen seiner schädigenden Wirkung nicht in unsere Luft gelangen. Dort könnte es dazu beitragen, dass sich das Ozonloch vergrößert.

Gibt es überall sauberes Wasser?

Obwohl unsere Erdoberfläche zu zwei Dritteln mit Wasser bedeckt ist, kannst Du nur zweieinhalb Prozent davon trinken. Das Salzwasser aus dem Ozean ist nämlich ungenießbar. Es schmeckt nicht nur scheußlich, es schadet auch schnell unserer Gesundheit. Sauberes Grundwasser, das man trinken kann, ist also nur wenig vorhanden und auf der Welt auch sehr ungerecht verteilt. Bei uns regnet es viel, in manchen Gegenden von Afrika aber so gut wie gar nicht. Das wenige Wasser verdunstet dort teilweise komplett in der Atmosphäre. Zudem fehlen dort oft die Mittel, um sauberes Trinkwasser aus der Erde zu holen.

Deshalb sind die Menschen dort teilweise gezwungen, unsauberes Wasser trinken. Darin sind Keime enthalten, die krank machen. Das Leitungswasser wird in diesen Regionen häufig nicht oder lediglich unzureichend aufbereitet. Außerdem können Quellen, Brunnen und Behälter verschmutzt sein. Auch brüchige Leitungssysteme oder Schadstoffe aus Industrie und Landwirtschaft sind für die Verunreinigung verantwortlich. Kläranlagen gibt es dort nur sehr selten. Wir können uns also sehr glücklich schätzen, das Wasser aus dem Hahn bedenkenlos trinken zu können. Das ist nicht mal in ganz Europa möglich.

Versuch: Kläranlage in der Grundschule

Das war doch ein Klacks, oder? Da Du nun alles über die Kläranlage weißt, ist es höchste Zeit, selbst eine zu bauen! Aber keine Sorge – Dein Exemplar wird nicht annähernd so groß wie eine solche, die das Abwasser aus der Kanalisation reinigt. Beachte darüber hinaus: Das Wasser ist nach der Reinigung in Deiner Kläranlage zwar sauberer, aber nicht zum Verzehr geeignet. Also bitte nicht trinken! Du brauchst bei diesem Experiment außerdem Unterstützung von Mama, Papa, Oma, Opa oder einer anderen erwachsenen Person, da scharfe Tonscherben zum Einsatz kommen.

Versuch Kläranlage

Bei einer Kläranlage wird unser Abwasser Schritt für Schritt von Dreck, Bakterien und Chemikalien gereinigt. Dadurch machen wir unser limitiertes Trinkwasser immer und immer wieder genießbar und einsatzfähig. Du weißt nun, wie genau das funktioniert und warum sauberes Trinkwasser so wichtig und bestimmt nicht selbstverständlich ist. Denk daran, wenn Du Dir das nächste Mal ein kühles Glas Wasser aus dem Hahn genehmigst!

Literatur

Hehenberger-Risse, Diana (2017): Kostbares aus Abwasser, Hochschule Landshut.

Svardal, Karl (2012): Die energieautarke Kläranlage. Wiener Mitteilungen 226.

FAQs zum Thema Kläranlage

Wie funktioniert eine Kläranlage?

In einer Kläranlage wird Abwasser von dem Dreck, der sich darin befindet, gereinigt. Dadurch wird es mithilfe mechanischer, biologischer und chemischer Prozesse wieder nutzbar. Auch Bakterien und Viren, so auch SARS-CoV-2-Viren landen durch die Ausscheidungen erkrankter im Abwasser. Wie man sich diesen Umstand zunutze machen kann, erforscht die Uni Frankfurt.

Wie funktioniert das Vorklärbecken?

Im Vorklärbecken setzt sich Schlamm ab, der mit einem Räumschild an den Rand geschoben wird.

Wie lange dauert es, bis das Wasser in der Kläranlage gereinigt ist?

Die einzelnen Reinigungsschritte sind, wie Du gelernt hast, sehr umfangreich und aufwendig. Da kann es schon einmal bis zu zwei Tage dauern, bis das Wasser wieder trinkfähig ist.

Was passiert, wenn Abwasser nicht gereinigt wird?

Manchmal, wenn zum Beispiel viel Regen fällt, sind die Kläranlagen überlastet. Das Wasser wird dann ungereinigt in die naheliegenden Gewässer geleitet. Das ist überhaupt nicht gut für die Umwelt. Öl, Chemikalien und andere Schmutzstoffe gehören schließlich nicht in Flüsse und Seen! Sie schaden dabei der Pflanzen- und Tierwelt enorm.

Warum bläst man Luft in das Belebungsbecken?

Durch den Sauerstoff vermehren sich die zugesetzten Bakterien rasant. Sie fressen dann bestimmte Schad- und Schmutzstoffe auf, die nichts im Trinkwasser verloren haben. Erstaunlich, was ein wenig Luft bewirken kann, oder?

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