Biologische Reinigung von Abwasser
Biologische Abwasserreinigung ist der zweite Schritt in einer Kläranlage nach der mechanischen Reinigung. Hier werden Bakterien verwendet, um organische Verunreinigungen abzubauen. Durch Nitrifikation und Denitrifikation wird Stickstoff entfernt. Der Prozess umfasst Belebungsbecken, Belüftung, Mischen und Nachklärung. Interessiert? Das und vieles mehr findest du im folgenden Text.
- Was bedeutet die biologische Reinigung von Abwasser?
- Erklärung der biologischen Reinigung – Definition
- Erster Schritt der biologischen Reinigung: Belebungsbecken mit Belüftung
- Zweiter Schritt der biologischen Reinigung: Belebungsbecken mit Rührer
- Dritter Schritt der biologischen Reinigung: das Nachklärbecken
- Wie geht es nach der biologischen Reinigung weiter?
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Grundlagen zum Thema Biologische Reinigung von Abwasser
Was bedeutet die biologische Reinigung von Abwasser?
Wie reinigt man Abwasser? In diesem Lerntext geht es um den zweiten Teil einer Kläranlage, in der Abwasser so gereinigt wird, dass es wieder als sauberes Wasser in die Gewässer geleitet werden kann. Der erste Teil eines Klärwerks wird als mechanische Reinigung bezeichnet. Genaue Informationen dazu findest du in dem Video mit dem Titel Mechanische Reinigung von Abwasser.
Der zweite Teil einer Kläranlage wird biologische Reinigung genannt. Doch was versteht man unter dem Verfahren der biologischen Abwasserreinigung einer Kläranlage, warum heißt die zentrale Reinigung biologische Reinigung und was bedeutet die Bezeichnung biologische Klärung genau? Antworten auf diese Fragen und weitere Informationen zur biologischen Reinigung bekommst du in dieser Übersicht einfach erklärt.
Erklärung der biologischen Reinigung – Definition
Ist das Abwasser in der Kläranlage angekommen, durchläuft es verschiedene Stufen. Der erste Bereich ist die mechanische Reinigungsstufe. Hier werden der grobe Schmutz und die festen Bestandteile mit mechanischen Hilfsmitteln vom Abwasser getrennt. Noch vor 50 Jahren war die Abwasserreinigung an diesem Punkt abgeschlossen. Heute wird das Abwasser aufgrund der nächsten Reinigungsstufe deutlich sauberer in die Gewässer geleitet.
Nach der mechanischen Klärung fließt das schmutzige Wasser in das nächste Becken, wo die biologische Reinigung des Abwassers beginnt.
Der Ablauf der biologischen Reinigung erfolgt in drei Schritten:
| Ablauf der biologischen Reinigung |
|---|
| 1. Schritt: Belebungsbecken mit Belüftung |
| 2. Schritt: Belebungsbecken mit Rührer |
| 3. Schritt: Nachklärbecken |
Erster Schritt der biologischen Reinigung: Belebungsbecken mit Belüftung
Das Verfahren der biologischen Reinigung beginnt nach dem Vorklärbecken der mechanischen Reinigung. Das Wasser wird in sogenannte Belebungsbecken gepumpt. Diese heißen so, weil es hier tatsächlich viel Leben in Form von Bakterien gibt, die dem Abwasser zugegeben werden.
Im ersten Teil des Belebungsbeckens befinden sich Bakterien, wie die Pseudomonas, Nitrosomonas und Nitrobacter. Diese bauen die Kohlenstoffverbindungen und vor allem Stickstoff ab, der in so hoher Konzentration nicht in die Gewässer gelangen darf. Die Bakterien verwandeln den Stickstoff in Nitrat (Salze), weshalb man diesen Vorgang Nitrifikation nennt. Für diese Umwandlung benötigen die Bakterien viel Sauerstoff, weshalb sich in diesem Teil des Belebungsbeckens Düsen befinden, die das Wasser belüften. Von außen betrachtet scheint das braune Wasser zu kochen, so sehr sprudelt es hier. Das Wasser ist jedoch kalt und sprudelt nur aufgrund der Belüftung.
Zweiter Schritt der biologischen Reinigung: Belebungsbecken mit Rührer
Im gleichen Belebungsbecken gibt es neben dem belüfteten Bereich noch eine weitere Zone. Hier wird kein Sauerstoff zugeführt, stattdessen wird das Wasser durch große Rührer in Bewegung gehalten. In diesem Bereich leben Bakterien, die für ihre Arbeiten keinen Sauerstoff benötigen. Da auch nicht zu viele Nitrate in die Gewässer geleitet werden dürfen, kümmern sich diese Bakterien um die sogenannte Denitrifikation, also die Umwandlung von Nitraten in elementaren Stickstoff, der dann einfach in die Luft entweicht.
Dritter Schritt der biologischen Reinigung: das Nachklärbecken
Nachdem das Abwasser von den Bakterien gereinigt wurde, kommt das Schlamm-Wasser-Gemisch im letzten Schritt der biologischen Reinigung in die sogenannten Nachklärbecken. Hier ruht das Wasser, sodass sich der Schlamm mit den Bakterien absetzen kann.
Dieser Schlamm wird zum Teil zurück ins Belebungsbecken gepumpt, wo die Bakterien ihre Arbeit fortführen können. Der andere Teil wird als Überschuss aufgefangen und eingedickt, indem ihm Wasser entzogen wird. Der eingedickte Schlamm kann nun entsorgt werden oder gelangt, je nach Anlage, in einen Faulturm. Hier wird aus dem Schlamm des Abwassers Biogas gewonnen.
Wie geht es nach der biologischen Reinigung weiter?
Die Reise des Abwassers ist hier fast zu Ende. Nach der biologischen Wasseraufbereitung folgt im Nachklärbecken meist noch eine chemische Reinigung. Dabei wird das Wasser auf mögliche Schadstoffe überprüft, die nicht in offene Gewässer gelangen sollten. Durch die Zugabe von chemischen Substanzen, die mit den Schadstoffen reagieren, können diese gebunden werden. Sie flocken aus und sinken mit dem restlichen Schlamm zu Boden.
Das auf diese Weise gereinigte Abwasser wird schließlich in Gewässer, wie einen Fluss, geleitet und steht so dem Wasserkreislauf wieder zur Verfügung.
Um dein Wissen zu überprüfen und zu erweitern, findest du im Anschluss an diesen Text Arbeitsblätter und Übungen zum Thema Biologische Reinigung von Abwasser. Viel Spaß!
Transkript Biologische Reinigung von Abwasser
Sprecherin: Noch vor 50 Jahren war die Abwasserklärung mit der mechanischen Reinigung abgeschlossen. Heute geht es mit Hilfe winziger Lebewesen weiter, in der biologischen Reinigung. Das Braune da unten nennt sich Belebtschlamm. Es sind Mikroorganismen, die von dem organischen Material in Abwasser leben. Sie reinigen das Wasser auf natürliche Weise, und damit sie das schneller tun als unter normalen Bedingungen, werden sie gedopt mit sehr viel Sauerstoff. Junge Frau: Und das Geblubber kommt von der Luftzufuhr? Mann: Genau, am Boden sind Belüfter, da wird die ganze Luft ganz fein in ganz, ganz feine Luftbläschen verteilt. Junge Frau: Und was genau befindet sich jetzt in diesem Becken? Mann: Ja, das ist eine Mischung von Bakterien, die unterschiedliche Aufgaben nachgehen. Das sind die Pseudomonas, die bauen Kohlenstoffverbindungen ab, dann Nitrosomonas und Nitrobacter. Sprecherin: In den Belebungsbecken bauen die Mikroorganismen vor allem auch Stickstoff ab, der in so hoher Konzentration nicht in die Flüsse gelangen soll. Die Bakterien verwandeln das stickstoffhaltige Ammoniak, das beim Abbau von Eiweißen entsteht, in Nitrat, also in Salze. Dieser Prozess wird Nitrifikation genannt. Mann: Das ist das Gleiche, was draußen in einem See oder in einem Bach passiert, wenn man Abwasser einleitet. Da kommen die gleichen Bakterien und machen die gleiche Arbeit. Sprecherin: Weiter geht es mit Stufe zwei der biologischen Reinigung, die Denitrifikation. auch die Nitrate sollen nicht direkt in die Flüsse gelangen. Hier sind andere Bakterien gefragt, die ohne Sauerstoff auskommen. Mann: Wir sind jetzt an der Grenze zwischen den zwei Bereichen. Hier findet die Denitrifikation statt, hier wird gerührt. Wir haben da vorne einen Rührer an dem Pfosten hängen. Sprecherin: Unter Sauerstoffabschluss wandeln Bakterien nun die Nitrate in elementaren Stickstoff um, also in Luft-Stickstoff, der in die Atmosphäre entweicht und die Gewässer damit nicht mehr belastet. Das bei der biologischen Reinigung entstehende Schlamm-Wasser-Gemisch wird weitergeleitet, zu den Nachklärbecken. Auf dem Boden der Rundbecken setzen sich die Schlammflocken aus der biologischen Reinigung ab. Mann: Das sind 16 Nachklärbecken nach der Biologie. Dort wird dieser Schlamm, den wir jetzt gerade eben gesehen haben, wieder in die Mitte hinein geleitet über ein Rohr und dann wieder zurückgepumpt in die Belebungsbecken, weil der muss er weiter arbeiten. Das ist ja nicht so, dass der denn vorbei ist, der muss hier weiter arbeiten. Sprecherin: Ein Teil des Belebtschlamms, also der Bakterien, arbeitet in den Belebungsbecken weiter am Reinigungsprozess, nur der Überschuss wird abgeführt. Mann: Nur der Anteil, der sich zusätzlich gebildet hat, also dieser sogenannte Überschussschlamm, der wird dann weiter gepumpt zu den Eindickern. Sprecherin: Vor den Eindickern besteht der Schlamm noch zu 99 Prozent aus Wasser, danach sind es vier Prozent weniger.
Biologische Reinigung von Abwasser Übung
-
Gib die frühere Reinigung von Abwasser an.
TippsDie gesuchte Bezeichnung besteht aus zwei Wörtern. Das zweite Wort ist Reinigung.
Früher wurden Gewässer rein mechanisch gereinigt.
Bei der mechanischen Reinigung werden riesige Rechen eingesetzt. Einen kleinen Rechen siehst du in der Abbildung oben.
LösungDie Reinigung von Abwässern, wie z. B. von Haushalten, fand früher rein mechanisch statt. Dies wird als mechanische Reinigung bezeichnet. Heutzutage schließt sich der mechanischen Reinigung noch die sogenannte biologische Reinigung an. In dieser kommen unter anderem gezielt Bakterien zum Einsatz.
-
Beschreibe wichtige Aspekte der biologischen Reinigung.
TippsIn diesem Verfahren wird die Natur nachgeahmt.
Bakterien, die zu den Mikroorganismen zählen, spielen hier eine sehr entscheidende Rolle.
Viele Bakterien benötigen Sauerstoff.
LösungDie biologische Reinigung wird heutzutage nach der mechanischen Reinigung eingesetzt. In ihr werden gezielt Prozesse aus der Natur für die Reinigung von Wasser nachgeahmt. Es handelt sich also um eine rein natürliche Reinigung, bei der winzige Lebewesen, sogenannte Mikroorganismen, verwendet werden.
Auf der Abbildung siehst du Mikroorganismen, die in einem ein Millimeter großen Wassertropfen vorkommen. Zu diesen Mikroorganismen gehören auch die Bakterien, die bei der biologischen Reinigung eine große Rolle spielen.
Die Abwasser werden zuerst in den sogenannten Belebtschlamm geleitet, der aus Mikroorganismen besteht. Ihm wird Sauerstoff hinzugefügt, damit die Mikroorganismen schneller arbeiten können.
-
Erkläre die Aufgabe des Belebtschlammbeckens.
TippsNitrobacter und Nitrosomas sind Bakterien, die an der Nitrifikation beteiligt sind.
Die Nitrifikation kommt unter anderem auch in Seen natürlich vor.
Viele Bakterien benötigen Sauerstoff zum Arbeiten.
LösungDu hast jetzt viel über den sogenannten Belebtschlamm erfahren. Hier findest du nun noch einmal die wichtigsten Informationen:
- Im Belebtschlamm befinden sich Mikroorganismen, wie Bakterien, Pilze und Einzeller.
- Die im Belebtschlamm ablaufenden Prozesse kommen auch in der Natur (z. B. in Flüssen) vor und werden hier gezielt zur Reinigung von Abwasser eingesetzt.
- Pseudonomasbakterien sind verantwortlich für den Abbau von Kohlenstoffverbindungen.
- Nitrosomas und Nitrobacter verwandeln bei der Nitrifikation unter Verbrauch von Sauerstoff Ammoniak zu Nitrat.
-
Erläutere den gesamten Ablauf der biologischen Reinigung.
TippsSchaue dir die oben stehende Abbildung genau an. Sie zeigt zwei wichtige Prozesse der biologischen Reinigung.
Aerob bedeutet, dass Sauerstoff benötigt wird. Anaerobe Prozesse laufen ohne Sauerstoff ab.
Nach der Denitrifikation gelangt das Abwasser in die Nachklärbecken.
LösungDu hast nun sehr viel über die biologische Reinigung erfahren. In der Abbildung siehst du noch einmal die zwei Prozesse, die in dem Belebtschlammbecken ablaufen.
- Bei der Nitrifikation wird durch Düsen Sauerstoff in das Becken gepumpt und die Bakterien wandeln aerob, also mit Sauerstoff, Ammoniak in Nitrat um.
- In einem weiteren Belebtschlammbecken findet anaerob, also ohne Sauerstoff, unter ständigem Rühren die Denitrifikation statt. Der Stickstoff wird an die Atmosphäre abgegeben.
- Nach den Belebtschlammbecken fließt das Abwasser in die Nachklärbecken.
-
Zeige Mikroorganismen der biologischen Reinigung auf.
TippsNur ein Element ist kein Mikroorganismus der biologischen Reinigung.
Viren werden nicht bei der biologischen Reinigung eingesetzt.
LösungBei der biologischen Reinigung werden unter anderem gezielt die Bakterien Pseudonomas, Nitrobacter und Nitrosomas eingesetzt. Neben weiteren Bakterien kommen im Belebtschlamm auch Pilze und Einzeller zum Einsatz.
-
Stelle den natürlichen Stickstoffkreislauf dar.
TippsN₂ ist die chemische Formel für den elementaren Stickstoff, der auch Luftstickstoff genannt wird.
Bei der Nitrifikation entsteht Nitrat. Bei der Denitrifikation entsteht Luftstickstoff.
Achte genau auf die einzelnen Pfeile in der Abbildung.
Unter Stickstofffixierung versteht man den Prozess der Umwandlung des elementaren Stickstoffs N₂, in diesem Fall in Ammonium.
LösungWie du bereits erfahren hast, werden bei der biologischen Reinigung Prozesse aus der Natur eingesetzt. Diese kommen nicht nur in Gewässern, sondern auch an Land vor. So z. B. der dargestellte natürliche Stickstoffkreislauf.
Mit der Abbildung und den unten stehenden Informationen kannst du dies nun noch einmal nachvollziehen.
- Der elementare Stickstoff (N₂) aus der Luft wird von den Bakterien gebunden und bei der sogenannten Stickstoff-Fixierung in Ammonium umgewandelt.
- Aus den Exkrementen von Tieren produzieren spezifische Bakterien, unter anderem bei der Ammonifikation, Ammonium.
- Ammonium wird von sogenannten nitrifizierenden Bakterien mit Hilfe von Sauerstoff über Nitrit zu Nitrat umgewandelt.
- Das entstandene Nitrat wird zum Teil von Pflanzen aufgenommen und zum anderen Teil von Bakterien ohne Sauerstoff bei der Denitrifikation zu elementarem Stickstoff (N₂) umgewandelt.
- Hier kann also der Kreislauf von Neuem beginnen.
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