Kläranlagen
© stu 2003/05/03
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Kohlenstoff
Stickstoff
Photosynthese: Energie wird gespeichert
Pflanzen nehmen Nitrate aus dem Boden auf, synthetisieren daraus Aminosäuren und in weiterer Folge Eiweiß.
NO3- => Aminosäuren => Eiweiß
Stoffwechsel: Energie wird frei
Mensch und Tier scheiden Harnstoff aus, dieser wird von verschiedenen Bakterien zu Nitraten oxidiert.
Eiweiß => Harnstoff => NH4+ =>  NO3-

Die Stoffkreisläufe zwischen Pflanzen bzw. Mensch und Tier werden durch Mikroorganismen geschlossen. Sie verarbeiten, was Menschen und Tiere von sich geben und führen es wieder den Pflanzen zu. 
Kohlenstoff-Verbindungen werden zu CO2, organisch gebundener Stickstoff wird in wasserlösliche Verbindungen umgewandelt (Nitrate, Ammoniumverbindungen). Ein Teil der Nitrate wird durch denitrifizierende Bakterien zu Luftstickstoff. Andere Bakterien (Knöllchen-Bakterien) wandeln Luftstickstoff in Nitrate um. 
Viele Abfälle landen im Abwasser und überfordern die Selbstreinigungskraft der Gewässer, denn eine "Überdüngung" der Gewässer hat eine explosionsartige Vermehrung der Organismen zur Folge, die letztlich durch Sauerstoffmangel zum Absterben der Organismen führt.

Aerober Abbau

Pro Einwohner werden täglich ca. 60 g Sauerstoff benötigt, um den Abfall durch Mikroorganismen abzubauen. 60 g Sauerstoff sind in 200 Liter Luft enthalten bzw. bei 20°C in 7500 Liter Wasser gelöst.

In Kläranlagen wird den Mikroorganismen ausreichend Sauerstoff zugeführt, damit sie möglichst schnell möglichst viel Abfall abbauen. Allerdings vermehren sich die Bakterien dabei und es wird aus einem Teil der organischen Substanz neue Biomasse. Das heißt: Die Bakterien bauen ca. 50% des Abfalls ab, die restlichen 50% werden zu neuer Biomasse.

mechanische Reinigung Vorklärbecken Belebtschlammbecken Nachklärbecken
Grobe Teile, Öl und Sand werden abgetrennt. Schlamm setzt sich ab. Bakterien "fressen" Abfall, "mineralisieren" ihn (H2O, CO2 , NH4+, PO43-, SO42-, NO2-,  NO3-) und vermehren sich. Schlamm setzt sich ab.

Der Schlamm wird in "Faultürmen" von anaeroben Mikroorganismen teilweise abgebaut, dabei entsteht CH4 (70%), CO2 (30%), NH3, und H2S. Das "Biogas" wird zur Energieversorgung verwendet. Der ausgefaulte Schlamm wird deponiert oder verbrannt.

Herkömmliche Kläranlagen nehmen sehr viel Platz ein und benötigen viel Energie für das Einpumpen von Sauerstoff ins Wasser.

Neuerdings bedient man sich vor allem in stark besiedelten Gebieten der "Turmbiologie": Statt in riesigen Becken wird das Abwasser in großen Türmen geklärt, in denen das Wasser von unten eingeblasen wird (es steigt ohnehin von selbst auf).


Anaerober Abbau

Unter anaeroben Bedingungen werden ca. 95% des Abfalls abgebaut (vor allem zu CH4 und auch zu CO2). In großen "Türmen" wird das Abwasser von Bakterien gereinigt, es entsteht viel weniger Biomasse (da sich Anaerobier langsamer vermehren) und viel mehr Biogas, als in herkömmlichen Anlagen. 
Anaerobe Bakterien eignen sich vor allem für Industrieabwässer, die ein konstantes Nährstoffangebot aufweisen.

Pflanzenkläranlagen - "Wurzelraumentsorgung"

Im Wurzelraum von Schilf kann leicht verschmutztes Abwasser (aus Haushalten) von Mikrorganismen gereinigt werden. Solche Anlagen benötigen allerdings viel Platz. Sie sind vor allem für dezentrale kleinere Wohnsiedlungen geeignet.

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