Presse-Echo vom 01.06.2016

Dezentrale Abwasseraufbereitung durch Membranbioreaktor

Kreislaufschließung: Die dezentrale Aufbereitung von Abwasser und die Wiedernutzung sind gerade in urbanen Ballungsgebieten wichtige Optionen.

Artikel in der wwt

Die Entstehung von Megacities und Metropolregionen in den Schwellen- und Entwicklungsländern mit ihren schnell wachsenden Siedlungskonglomeraten, verschärft die Situation der Wasserver- und -entsorgung. Egal, ob Jakarta, Manila, Bangkok, Mexiko Stadt, Mumbai, Dehli, Rio de Janeiro oder São Paulo, die hohe Bevölkerungskonzentration in Megastädten führt zu einer Reihe von Problemen, wovon die Trinkwasserver- und Abwasserentsorgung mit zu den drängendsten zählen. Das Konzept einer kommunalen Wasserversorgung sowie Aufbereitung von Abwasser in zentralen Anlagen erweist sich schnell als völlig unzulänglich. Neben dem Kostenaufwand für die Erstellung und den Erhalt der Wasserinfrastruktur sind es meist hohe Betriebskosten und die Schwierigkeit, überhaupt ausreichend Trinkwasser zur Verfügung stellen zu können. Umso wichtiger wird die Kreislaufschließung, also die dezentrale Wiederaufbereitung von Abwasser zu Brauchwasser sowie dessen verstärkte Nutzung, z. B. zur Toilettenspülung, als Waschwasser oder zur Bewässerung. Dadurch lässt sich der Verbrauch von hochwertigem Trinkwasser in megaurbanen Ballungsgebieten deutlich reduzieren.

Die Probleme von Mexiko City

Die dezentrale Aufbereitung von Abwasser bietet gerade in Entwicklungs- und Schwellenländern eine Alternative zu zentralen kommunalen Anlagen. Die zentralen Strukturen sind ineffizient und dem Wachstum der Städte nicht gewachsen. Ein Beispiel dafür ist Mexiko City. Mit über 30 Mio. Einwohnern zählt sie zu den größten Städten weltweit: Hier liegen die Gebühren für die Abwasseraufbereitung bereits bei annähernd fünf US-Dollar pro Kubikmeter Wasser und Abwasser. Das macht es für Hotels inzwischen preiswerter, Speisen auf Einweg-Plastikgeschirr zu servieren, statt Porzellangeschirr abzuwaschen. Immer häufiger wählen Hotels, aber auch Shopping-Malls und Unternehmen deshalb die Alternative, ihr Abwasser selbst aufzubereiten und wiederzuverwenden.

Membranfaserbündel

Kreislaufschließung von Abwasser zu Brauchwasser

So arbeitet die oberbayerische Firma Seccua mit der Technologie eines Membranbioreaktors (MBR). Ein Membranbioreaktor vereint praktisch das Absetzbecken einer Kläranlage mit der nachgeschalteten Filtration. Er trennt in einem Schritt den Belebtschlamm vom geklärten Wasser und hält sämtliche Mikroorganismen zurück, so dass das Wasser nach dem MBR mindestens Brauchwasserqualität, je nach Membran sogar Trinkwasserqualität besitzt. Zusätzlicher Effekt des MBR: Durch den kontinuierlichen Abfluss von „reinem“ Wasser wird der Belebtschlamm immer mehr aufkonzentriert. Durch Rückführung dieses Belebtschlamms in die biologische Stufe der Kläranlage erhöht sich dort die Konzentration der Mikroorganismen und die Kläranlage arbeitet effektiver. Das ermöglicht es auch, den Belebtteil der Gesamtanlage kleiner zu konzipieren. Das ist gerade in Megacities ein erwünschter Nebeneffekt, denn aus Kostengründen will man dort möglichst Platz sparend arbeiten. Sämtliche anderen Aufbereitungsschritte einer Kläranlage bleiben vom MBR dagegen unberührt. So muss weiterhin eine Einrichtung zur Feststoffabtrennung vorhanden sein und die Konzeption des biologischen Teils kann unterschiedlich ausfallen.

Erstmals Einsatz der Crossflow-Technik

Seccua arbeitet mit einem druckgetriebenen Membranbioreaktor (MBR), der zu den leistungsfähigsten biologischen Abwasserreinigungsanlagen zählt. Zudem setzt das Unternehmen hier erstmals auf Crossflow-Filtration. Während in der Trinkwasseraufbereitung im DeadEnd-Betrieb (Kaffeefilterprinzip) gearbeitet wird, d. h. das Wasser wird komplett durch die Membran geleitet und alle mitgeführte Schmutzfracht lagert sich an der Membran an, würde dies in der Abwasseraufbereitung schnell dazu führen, dass die Membran durch die hohe Schmutzfracht verblockt und kein Wasser mehr durch dieMembran ginge. Deshalb wären häufige Spülzyklen nötig, was wiederum einen hohen Reinwasserverbrauch zur Folge hätte. Bei der Crossflow-Technik, die vor allem dort eingesetzt wird, wo – wie bei der Abwasseraufbereitung – hohe Feststofffrachten (Partikel) im Wasser anfallen, wird die Filtermembran kontinuierlich in einer vorberechneten Strömungsgeschwindigkeit vom Abwasser überströmt. Doch nur ein Teil des Wassers wird senkrecht zur Strömungsrichtung durch die Membran gedrückt und filtriert. In einer ausgeklügelten Berechnung in Abhängigkeit von Strömungsgeschwindigkeit und Kapillardurchmesser der Membran kann die gewünschte Menge filtriertes Wasser errechnet werden, aber gleichzeitig können sich nur eine begrenzte Menge Partikel an der Membranwand anlagern, der Rest wird mit dem Wasser, das die Membran überströmt, ausgetragen.

Dies ist der wesentliche Unterschied zum Dead-End Betrieb, bei dem alle mitgeführte Schmutzfracht sich an der Membran anlagern muss. Die angelagerten Partikel nennen sich Filterkuchen. In einem Dead-End Betrieb wächst dieser Filterkuchen kontinuierlich und ist irgendwann dick genug um den Durchfluss des Wassers zu blockieren.

Im Cross-Flow Betrieb ist es möglich, dass bei ausreichend hoher Strömungsgeschwindigkeit auch wieder Partikel aus dem Filterkuchen herausgelöst werden und aus dem Membransystem ausgetragen werden können. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit jetzt so eingestellt wird, dass sich die Anlagerung an den Filterkuchen und das Herauslösen von Partikeln aus diesem die Waage halten, dann hat man einen stationären Zustand erreicht.

Da die benötigten Strömungsgeschwindigkeiten meist höhere Volumenströme zur Folge haben, als Abwasser zur Verfügung steht, wird das zu reinigende Abwasser immer wieder über die Membran gepumpt, es zirkuliert also mehrmals über die Membran, ehe es gefiltert und durch dieselbe Menge nachfließenden Abwassers ersetzt wird. So kann im Cross-Flow Betrieb eine gewünschte Menge filtriertes Wasser produziert werden, gleichzeitig lagert sich aber nur eine begrenzte Menge Partikel an der Membranwand ab. Kreislauf und Fließgeschwindigkeit bleiben erhalten. Zusätzlich arbeitet Seccua mit speziellen Keramikmembranen, die optimiert sind für hohe Schmutzfrachten bei gleichzeitig sehr hoher Durchlässigkeit und die im Vergleich zu herkömmlichen Polymermembranen einfacher zu reinigen sind. Die Membranfiltration des MBR von Seccua hält also sämtliche Mikroorganismen aus dem Klärschlamm der biologischen Klärstufe zurück und leitet diese wieder ins Biologiebecken zurück. So lässt sich die Konzentration der Mikroorganismen im Becken erhöhen und damit die Leistungsfähigkeit der Kläranlage um den Faktor 3 bis 4 steigern. Zudem kann der MBR trotz seiner hohen Reinigungsleistung sehr kompakt gebaut werden und hat nur einen geringen Platzbedarf.

Referenzanlage in Mexiko City

Auch bei der Kreislaufschließung in der neuen Shopping Mall „Carso Tlalnepantla“ in Mexiko City, die auf 107.000 m2 Platz für 120 Fachgeschäfte und Restaurants bietet, setzt man auf die innovative Membrantechnologie des Technologieführers Seccua GmbH. So hat man bei der Gesamtkonzeption hohen Wert auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz gelegt. Das Abwasser des Neubaus wird in einer eigenen Kläranlage im Keller aufbereitet, durch die Membranbioreaktoren (MBR) der Seccua-Anlagen zu Brauchwasser gefiltert und schließlich für die Rückkühlwerke der Klimatisierungsanlage wiederverwendet. Da gewerblich nutzbare Fläche in Mexiko City sehr wertvoll ist, sollte die Größe der Kläranlage möglichst Platz sparend ausfallen. Durch die oben beschriebene Aufkonzentration der Bakterien im MBR und damit die Steigerung der Leistungsfähigkeit der Kläranlage um den Faktor 3 bis 4 konnte diese von Anfang an kompakt konzipiert werden. Die MBRs filtern pro Stunde 18 m3 Brauchwasser bei einer Zirkulationsleistung von 290 m3/h. Durch eine weitere Aufbereitungsstufe mit Umkehrosmose, um auch die chemischen Rückstände aus Reinigungsmitteln usw. vollständig zu entfernen, ließe sich das Brauchwasser sogar wieder in Trinkwasserqualität verwandeln. Durch die dezentrale Wasseraufbereitung mit den MBRs von Seccua spart der Betreiber des Shopping-Centers jährlich etwa 200.000 US-Dollar an Wasser- und Abwassergebühren ein. Die leistungsfähige Anlage amortisiert sich so schon nach etwa zweieinhalb Jahren.

Technologie Made in Germany ist gefragt

Seccua konnte in Mexiko City bereits mehr als 20 weitere MBR-Anlagen zur Aufbereitung von Grauwasser, also nicht fäkalienhaltigem Abwasser, installieren. Auch das 42-stöckige 5-Sterne Hotel „Intercontinental El Presidente“ in Mexiko City, eines der besten Häuser am Ort, setzt zur Aufbereitung des Abwassers aus seiner Wäscherei auf die Technologie Made in Germany.

(Michael Hank, Quelle: Seccua GmbH)