G.12 Schmutzwasserreinigung

Bearbeitungsstand: 04/2016

 

Der Gewässerschutz ist eine der vorrangigen Aufgaben im Umweltschutz. Wasser ist unser wichtigstes Lebensmittel. Es stellt die Grundlage für viele Lebensprozesse dar. Gleichzeitig sind die Gewässer Lebensräume zahlreicher Pflanzen und Tiere. Der Reinhaltung der Gewässer kommt damit höchste Priorität zu. Seit die Zusammenhänge zwischen Erkrankungen und schlechter Wasserqualität aufgrund mangelhafter Hygiene im 19. Jahrhundert erkannt wurden, wurde der Ausbau von Kanalnetzen vorangetrieben. Heute sind 95 Prozent der Bevölkerung der Bundesrepublik an öffentliche Abwasserbehandlungsanlagen angeschlossen (Internetauskunft Umweltbundesamt vom November 2011).

Das in Gütersloh anfallende Abwasser wird in den beiden Kläranlagen Putzhagen und Obere Lutter in Isselhorst gereinigt. Das Verbandsklärwerk Obere Lutter ist eine Gemeinschaftseinrichtung der Städte Bielefeld und Gütersloh. Etwa 15 Prozent der dort behandelten Abwässer stammen aus den Gütersloher Ortsteilen Isselhorst, Friedrichsdorf, Avenwedde-Bahnhof, Hollen und Niehorst. 85 Prozent kommen aus Bielefeld. Der weitaus größte Teil des Gütersloher Abwassers, etwa 85 Prozent, wird in Putzhagen gereinigt.

Kläranlage Putzhagen

Die Kläranlage Putzhagen wurde in den Jahren 1959 - 1962 errichtet und später mehrfach erweitert. Der letzte Ausbau erfolgte in den Jahren 1990 bis 2000. In dieser Zeit wurde unter anderem eine dritte Reinigungsstufe zur Verminderung der Stickstoff- und Phosphorbelastung im Zuge einer neuen biologischen Abwasserbehandlung hinzugefügt. Die Anlage behandelte 2017 rund 6,9 Millionen Kubikmeter Abwasser. Die Entwicklung der Jahresabwassermengen zeigt die Abbildung oben. Insgesamt sind nur vergleichsweise geringe Jahresschwankungen festzustellen, die überwiegend zwischen 6,0 und 7,0 Millionen Kubikmeter Abwasser liegen.

Das Abwasser wird in einem komplexen Verfahren in mehreren Stufen gereinigt. Es gelangt, wie auch die per Tankwagen angelieferten Fäkalschlämme aus Kleinkläranlagen von Grundstücken, die nicht an das öffentliche Kanalnetz angeschlossen sind, zunächst durch einen Rechen (vergleiche Fließschema unten). Hier werden grobe Stoffe und Abfälle zurückgehalten. Das Rechengut wird kompostiert und anschließend gesiebt. Der Siebrückstand wird deponiert.

 

Sandfang

In dem anschließenden Sandfang werden Sande und Fette abgeschieden. Während das Sandfanggut ebenfalls kompostiert wird, gelangen die Schwimmstoffe in die anaerobe Stufe der Schlammbehandlung (siehe unten). Im nachfolgenden Vorklärbecken setzen sich organische Feststoffe ab, die ebenfalls in die anaerobe Schlammbehandlung gepumpt werden.

 

Biologische Reinigungsstufe

Stickstoffverbindungen werden in den folgenden 8 Belebungsbecken (Biobecken) entfernt. Dieser Vorgang erfolgt neben dem Einbau von Stickstoff in die Biomasse hauptsächlich über die Prozesse der Nitrifikation, das heißt der Umsetzung von Ammonium- zu Nitratverbindungen, und der folgenden Denitrifikation, bei der die Nitratverbindungen in gasförmigen Stickstoff umgesetzt werden. Jedes der 1998 fertiggestellten Becken hat eine Nitrifikations- und eine Denitrifikationszone. In beiden Zonen findet auch der weitgehende Kohlenstoffabbau statt. Dieser wird als CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und BSB5 (biochemischer Sauerstoffbedarf) gemessen. Die Nitrifikation erfolgt unter Anwesenheit von Sauerstoff (aerobe Bedingungen) durch spezialisierte Mikroorganismen. Die Ammoniumwerte des Ablaufwassers liegen mit 0,1 Milligramm pro Liter weit unter dem erlaubten Grenzwert von 5,0 Milligramm pro Liter. Freier Sauerstoff fehlt hingegen in der Denitrifikationszone (anoxische Bedingungen), wo unter Umwälzung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches gasförmiger Stickstoff freigesetzt wird. Das Wasser durchläuft diese Prozesse mehrfach. Die Aufenthaltszeit in diesen Becken beträgt circa 30 Stunden.

 

Simultanfällung

Um auch die Phosphate aus dem Abwasser weitgehend zu entfernen, wird im Bereich der Belebungsbecken das flüssige Salz Eisen-III-Chlorid zudosiert. Eisen und Phosphat verbinden sich zu Eisenphosphat und setzen sich im Schlamm der Nachklärbecken ab. Man spricht von Simultanfällung. Der Schlamm wird zum großen Teil wieder in die Belebungsbecken gepumpt. Der Rest wird der anaeroben Schlammbehandlung zugeführt.

 

Flockungsfiltration

Das Abwasser gelangt auf seinem weiteren Weg anschließend in die sog. Flockungsfiltration. Hier wird nochmals Eisen-III-Chlorid zugesetzt, um die Einhaltung des Überwachungswertes für Phosphor (0,7 Milligramm pro Liter) sicherzustellen. Zur Förderung größerer Flocken, die beim Durchströmen eines Filters aus Biolit (Juraton), zurückgehalten werden, wird zusätzlich ein Flockungsmittel zugesetzt. Nach Passieren des Filters wird das Wasser in die Dalke eingeleitet.

Chemische Kennwerte des Abwassers der Kläranlage Putzhagen
 

Zulauf in mg/l

Ablauf in mg/l

Eliminationsleistung

Grenzwert in mg/l
CSB 783 27 96,55 % 60
BSB5 413 2 99,52 % 12
Stickstoff gesamt 63,4 4,8 92,43 % 12
Phosphor gesamt 11,3 0,34 96,99 % 0,7

Quelle: Fachbereich Tiefbau (2016)

 

Anhand der Tabelle wird die große Leistungsfähigkeit der Kläranlage deutlich. Die Schmutzbelastungen des Abwassers sinken je nach betrachtetem Parameter während der Passage der Anlage um 90 - 99 Prozent. Die gesetzlichen Grenzwerte werden deutlich unterschritten.

 

Klärschlamm

Die gesamten anfallenden Rohschlämme durchlaufen ebenfalls aufwendige Behandlungsmethoden. Sie werden zunächst der anaeroben Faulung zugeführt (freier und gelöster Sauerstoff sind nicht vorhanden), wo sie circa 25 Tage verbleiben. Bei Temperaturen von 37 Grad Celsius entsteht unter Mitwirkung von Mikroorganismen ein energiereiches Gas, das zu etwa 70 Prozent aus Methan und zu 29 Prozent aus Kohlendioxid besteht. Der Rest sind Spurengase. Anschließend wird der Schlamm nach einer Zwischenspeicherung in Schlammstapelbehältern im sogenannten Nacheindicker vor- und dann in einer Zentrifuge bis zu einem Feststoffanteil von 25 Prozent weiter entwässert. Der Schlamm wird hauptsächlich landwirtschaftlich genutzt (siehe Kapitel G.14). Das entstehende Gas wird in Gasbehältern gesammelt und in Blockheizkraftwerken zur Strom- und Wärmegewinnung genutzt. Die Eigenversorgung des Klärwerkes mit Strom kann so zu etwa 32 Prozent und mit Wärme zu annähernd 100 Prozent sichergestellt werden. Weitere Informationen zur Kläranlage Putzhagen enthält die gleichnamige Broschüre des Fachbereichs Tiefbau, die anlässlich der Fertigstellung der letzten Ausbaustufe im Jahr 2000 erschienen ist. Sie kann bei dem genannten Fachbereich bezogen werden.

 

Verbandsklärwerk Obere Lutter

Das Abwasser aus dem nordöstlichen Stadtgebiet wird wie erwähnt im Verbandsklärwerk Obere Lutter aufbereitet, welches eine Ausbaukapazität von 380.000 Einwohnerwerten (EW) aufweist. Dabei bildet sich ein Einwohnerwert aus der Anzahl der im Einzugsgebiet gemeldeten Einwohnerzahl (EZ) und den sogenannten Einwohnergleichwerten (EGW) aus Gewerbe und Industrie. Zurzeit sind ungefähr 170.000 E (EZ: 73.500 E - davon ca. 15.500 aus Gütersloh - und EGW: 90.000 E) angeschlossen.

Im Verbandsklärwerk Obere Lutter erfolgt die Abwasserreinigung in mehreren hintereinander geschalteten Reinigungsstufen. Das Abwasser durchfließt nacheinander folgende Bereiche:

  • Siebrechenanlage
  • Sandfang
  • Vorklärbecken
  • 1. biologische Stufe: Abbau organischer (kohlenstoffhaltiger) Stoffe bei gleichzeitiger intermittierender Nitrifikation/Denitrifikation und simultaner Phophatfällung,
  • 2. biologische Stufe: weitere Stickstoffelimination durch intermittierende Nitrifikation/Denitrifikation
  • nachgeschaltete Festbettdenitrifikationsanlage: letzter Stickstoffentfernungsschritt durch Denitrifikation in Festbettreaktoren
  • nachgeschaltete Flockungsfiltration - 5 "alte" Festbettreaktoren: Ausfilterung feinster Schwebstoffe durch Biolith
  • nachgeschaltete Flockungsfiltration - 5 umgebaute Festbettreaktoren zu einer 4. Reinigungsstufe: Entfernung von Spurenstofen durch granulierte Aktivkohle
  • Schönungsteich: keine weitere Abwasserverbesserung, jedoch Anpassung an die Biologie des Vorfluters Lutter, anschließend Einleitung

Weitere Informationen und eine genauere Beschreibung des Verbandsklärwerks befinden sich auf der Homepage des Abwasserverbandes Obere Lutter: http://www.obere-lutter.de/

 

Chemische Kennwerte des Abwassers des Verbandsklärwerkes Obere Lutter

  Zulauf in mg/l
 
Ablauf in mg/l
 
Eliminations-
leistung
Grenzwert in mg/l
CSB 796 35 95,6% 60
NH4-Stickstoff 40 0,5 98,8% 3,0
NO3-Stickstoff - 1,3   -
gesamter anorganischer Stickstoff - 1,8   13
Phosphor gesamt 7,6 0,2 97,4% 0,7

Quelle: Abwasserverband Obere Lutter (2016)

 

Die Tabelle zeigt, dass auch im Klärwerk Obere Lutter eine Reduktion der Belastungen von über 95 bis annähernd 100 Prozent erreicht wird.

 

Kanalnetz

Das Abwasser, das in die beiden Kläranlagen gelangt, wird in einem ausgedehnten Kanalnetz geführt. Die Kläranlagen erreichen jeweils mehrere Hauptsammler, deren Einzugsgebiete in der Karte G.12.1 dargestellt sind. Vor dem Zusammenfluss der Hauptsammler sind sogenannte Rückstellprobenehmer installiert, mit denen die Überwachung der Schadstoffbelastung gewährleistet wird. Diese Messstellen ermöglichen gleichzeitig Rückschlüsse auf mögliche Belastungsquellen. Das gesamte Stadtgebiet Güterslohs wird über ein Trennsystem entwässert, das heißt Schmutz- und Regenwasser werden durch 2 komplett voneinander getrennte Kanalsysteme geleitet. In die Kläranlage Putzhagen gelangt also ausschließlich Schmutzwasser. Dem Klärwerk Obere Lutter wird über 2 Hauptsammler dagegen auch aus Bielefeld stammendes Mischwasser (Schmutz- und Regenwasser) zugeführt. Das Schmutzwasserkanalnetz der Stadt Gütersloh umfasst derzeit etwa 389 Kilometer. Dazu kommen 90 Kilometer Druckrohrleitungen, die Abwasser von im Außenbereich liegenden Grundstücken aufnehmen. Neben dem Schmutzwasserkanalnetz existiert ein davon getrenntes Regenwasserkanalnetz von 358 Kilometer Länge  (vergleiche Kapitel G.11). Die Kanalnetze erfordern einen ständigen hohen Pflege-, Ausbau- und Überwachungsaufwand. Derzeit sind etwa 62 Grundstücke nicht an die zentrale Abwasserbeseitigung angeschlossen. Fäkalschlamm und Abwasser werden von den hier vorhandenen Kleinkläranlagen und abflusslosen Gruben mit Tankwagen abgefahren und den Kläranlagen zugeführt.

 

Ehemalige Rieselfelder

Von den 1930er Jahren bis 1963 wurden die gesamten Gütersloher Abwässer auf den sogenannten Rieselfeldern im Westen der Stadt verrieselt. Die Reinigung erfolgte durch die Bodenpassage. Anschließend gelangte das Wasser in das Grundwasser bzw. über Dränrohre in die Ems. Nach Inbetriebnahme des Klärwerkes Putzhagen im Jahr 1963 wurden 10 Jahre lang praktisch keine Abwässer verrieselt. Erst 1973 wurde wieder damit begonnen, jetzt vollbiologisch gereinigtes Abwasser zu verrieseln. Zwischen 1975 und 1980 wurden auf den Rieselfeldern auch Klärschlämme aufgebracht (vergleiche Kapitel G.14). 1985 wurde die Verrieselung von Abwasser in Gütersloh endgültig aufgegeben. Untersuchungen der Rieselfelder haben gezeigt, dass die Schwermetallbelastung der Böden in diesem Bereich deutlich höher als die geogene Grundbelastung liegt (Bischoff 1992). Das ist vor allem auf die Verrieselung industrieller und gewerblicher Abwässer zurückzuführen. Die Belastung liegt zum Teil erheblich über den von der Klärschlammverordnung (vergleiche Kapitel G.14) vorgegeben Richtwerten. Eine erneute Beaufschlagung mit Klärschlamm sollte daher nicht erfolgen. Die genannte Untersuchung von Bischoff (1992) kommt zu dem Schluss, die gute Sorptionsfähigkeit der Schwermetalle aufgrund des hohen pH-Wertes, verursacht durch die Zufuhr organischen Materials im Verrieselungswasser, verhindert, dass Gefahren für die Umwelt von den Rieselfeldern ausgehen. Sie sind uneingeschränkt landwirtschaftlich nutzbar.

 

Quelle:
Bischoff, Torsten (1992): Die Schwermetallbelastung im Bereich der ehemaligen Rieselfelder in Gütersloh am Beispiel der Elemente Zn, Cu, Ni, Pb, Cd und Cr (Diplomarbeit)

Stadt Gütersloh, Fachbereich Umweltschutz; Letzte Änderung: 08.11.2018