Kommunale Abwasserrichtlinie: neue Vorgaben für Klärwerke
Strengere Grenzwerte und teilweise eine vierte Reinigungsstufe in der Abwasserreinigung: Ende 2024 hat die EU die Kommunale Abwasserrichtlinie, kurz KARL, verschärft. Bis 2027 müssen die neuen Anforderungen in nationales Recht umgesetzt sein. Was das für die Stadtentwässerungsbetriebe Köln (StEB Köln) bedeutet.
Schadstoffe im Abwasser belasten nicht nur die Umwelt, sondern können langfristig auch unsere Gesundheit schädigen. Wenn Stickstoff, Phosphor, Arzneimittelrückstände, Ewigkeitschemikalien oder Mikroplastik in den natürlichen Wasserkreislauf gelangen, können sie irgendwann auch unser Trinkwasser belasten. Es ist also besser, wenn sie zum Großteil aus unseren Abwässern verschwinden. Genau das schreibt die Kommunale Abwasserrichtlinie (KARL) der EU vor: Das Schmutzwasser soll in Klärwerken zukünftig eine zusätzliche Reinigungsstufe durchlaufen, die organische Mikroschadstoffe –also zum Beispiel gelöste Substanzen wie Medikamentenrückstände –
beseitigt. Daneben gelten für Phosphor und Stickstoff dann niedrigere Grenzwerte. Denn diese Makronährstoffe fördern das Algenwachstum in Gewässern. Im schlimmsten Fall kippt dadurch das ökologische Gleichgewicht – mit fatalen Folgen für tierisches und pflanzliches Leben.
Ambitionierte Grenzwerte
Die neue Abwasserrichtlinie unterscheidet dabei zwischen großen und kleinen Klärwerken. Als groß gelten Anlagen, die für die Abwässer von mindestens 150.000 Einwohnerwerten ausgelegt sind. Der Ausbau der Kläranlagen zur Einhaltung der neuen Anforderungen erfolgt zeitlich gestaffelt zwischen 2033 und 2045: Welche Kläranlage wann betroffen ist, hängt von der nationalen Umsetzung dieser Richtlinie ab. Die StEB Köln gehen davon aus, dass die strengeren Grenzwerte für das Großklärwerk Köln-Stammheim ab 2033 gelten werden: höchstens 0,5 Milligramm/Liter Phosphor und 8 Milligramm/Liter Stickstoff dürfen im gereinigten Wasser verbleiten. Für die kleineren Kölner Klärwerke Weiden, Langel, Wahn und Rodenkirchen gelten weniger strenge Vorgaben: 0,7 Milligramm/Liter für Phosphor und 10 Milligramm/Liter für Stickstoff. Zum Vergleich: Aktuell liegt der Stickstoff-Grenzwert bei 13 bzw. 18 Milligramm/Liter.
Mikroorganismen, die Stickstoff mögen
Die nahezu restlose Beseitigung von Stickstoff aus den Abwässern stellt die kommunalen Betriebe vor Herausforderungen. Bisher setzen die Kölner Klärwerke dafür auf das Verfahren der Nitrifikation/Denitrifikation. Dieses Verfahren gehört zur biologischen Klärung, bei der Mikroorganismen die Verunreinigungen abbauen. Spezielle Bakterien, sogenannte Nitrifikanten, wandeln die Stickstoffverbindung Ammonium zunächst zu Nitrit und anschließend zu Nitrat um. Damit das funktioniert, müssen die Becken mit den Bakterienkulturen gut mit Sauerstoff durchlüftet sein. Dann übernehmen weitere Bakterien, die es wiederum sauerstoffarm mögen. Sie machen aus dem Nitrat mithilfe von Kohlenstoff Stickstoffgas. Dieses entweicht schließlich in die Luft, zu deren natürlichen Bestandteilen es ohnehin gehört. Der Nachteil ist, dass das Pumpen von Sauerstoff in die Belebungsbecken hohe Energiekosten verursacht.
Innovative Technologie zur Nährstoff-Elimination
Das ist bei dem Verfahren der sogenannten Deammonifikation anders. Es gilt daher als Hoffnungsträger, um die strengen Grenzwerte der EU-Richtlinie nicht nur zu erfüllen, sondern die Abwasserreinigung auch energieneutral zu gestalten. Mehr dazu hier: Die StEB Köln auf dem Weg zur Klimaneutralität.
Das Neue an der Deammonifikation ist, dass die Nitrifikanten nur noch etwa die Hälfte des Ammoniums zu Nitrit abbauen. Im nächsten Schritt kommen weitere spezielle Mikroorganismen zum Einsatz. Die sogenannten Anammox-Bakterien wandeln das Nitrit und das verbleibende Ammonium direkt in gasförmigen Stickstoff um. Dies gelingt den Kleinstlebewesen sogar ohne zusätzlichen Kohlenstoff. Außerdem benötigt das Verfahren weniger Sauerstoff.
Die Deammonifikation hat sich im großtechnischen Maßstab bisher vor allem bei der Reinigung von etwa 30 Grad warmen und hochbelasteten industriellen Abwässern bewährt. Die innovative Technologie entfernt zuverlässig bis zu 90 Prozent des enthaltenen Stickstoffs. Die Frage ist, ob das auch in einer kommunalen Kläranlage mit Abwässern, die kühler sind und deren Stickstoffbelastung niedriger ist, funktioniert. Das wollen die Stadtentwässerungsbetriebe Köln herausfinden. Im Klärwerk Weiden läuft hierzu ein Pilotprojekt.
Fazit: Neues Level des Stickstoffabbaus ist vielversprechend
Bisherige Erfahrungen mit der Deammonifikation zeigen: Die Methode erreicht sehr zuverlässig niedrige Konzentrationen von Ammonium und Nitrit. Das Verfahren hat also das Potenzial, die Reinigung von Stickstoffverbindungen im Abwasser auf ein neues Level zu heben und die strengen Vorgaben der EU-Abwasserrichtlinie zu erfüllen. Außerdem müssen die Becken nicht mehr so stark durchlüftet werden, was in der biologischen Reinigung einen der größten Kostenfaktoren darstellt. Durch die Deammonifikation sinken somit die Energie- und damit die Betriebskosten der Klärwerke. Effizienz und ein hoher Wirkungsgrad machen die Deammonifikation zu einem Verfahren mit Zukunft!
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