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Winzige Spuren mit großer Wirkung

Forschungsprojekt der Stadtentwässerung Stuttgart zur Eliminierung von Arzneimitteln und anderen Feinstoffen

Mit einer Versuchsanlage wird derzeit im Hauptklärwerk Mühlhausen erforscht, wie das Abwasser von bislang schlecht biologisch abbaubaren Spurenstoffen gereinigt werden kann. Erste Ergebnisse zeigen bereits, dass sich das Stuttgarter Verfahren als effektiv erweist. Mit dem Bau der neuen Großanlage soll 2018/2019 begonnen werden.

Hauptklärwerk MühlhausenVergrößernSandfilter im Hauptklärwerk Mühlhausen mit dem Hebewerk und Maschinengebäude in der Mitte und seitlich den Filterkammern. Auf dem Grünstreifen zur Straße soll die neue Spurenstoff-Elimination gebaut werden. Foto: SESSandfilter im Hauptklärwerk Mühlhausen mit dem Hebewerk und Maschinengebäude in der Mitte und seitlich den Filterkammern. Auf dem Grünstreifen zur Straße soll die neue Spurenstoff-Elimination gebaut werden. Foto: SES

Eine Tablette da, eine Salbe hier, ein paar Tröpfchen dort: Derzeit sind in Deutschland rund 100.000 verschiedene Arzneimittel mit über 3.000 Wirkstoffen auf dem Markt. Zu den am häufigsten eingesetzten Medikamenten gehören Schmerzmittel wie Ibuprofen oder Diclofenac und Blutdrucksenker wie Metoprolol. Nicht gebrauchte Arzneimittel landen oft im Abfall oder gar in der Toilette. Aber nicht nur das: Bei jedem Toilettengang scheiden wir geringe Mengen der Wirkstoffe teilweise unverändert, teilweise als neu entstandene Stoffwechselprodukte wieder aus.

Das stellt kommunale Kläranlagen vor eine große Herausforderung. Denn obwohl Arzneimittelrückstände nur in winzigen Spuren im Mikro- oder Nanogramm-Bereich je Liter im Abwasser zu finden sind, können sie eine große Wirkung auf unser Ökosystem, insbesondere unsere Fließgewässer haben. So führen zum Beispiel künstliche Östrogene, wie sie in der Anti-Baby-Pille enthalten sind, bereits in geringen Konzentrationen zu einer Verweiblichung von männlichen Fischen. Erschwerend für die Abwasserreinigung kommt hinzu, dass Arzneimittelrückstände und auch andere Spurenstoffe, wie Haushaltschemikalien, Korrosionsschutzmittel oder synthetische Duftstoffe und Weichmacher, zwar gut wasserlöslich, aber meist schlecht biologisch abbaubar sind.

Deshalb wurden im Hauptklärwerk Mühlhausen 2014 eigene Messungen durchgeführt, um das Vorkommen von Spurenstoffen zu prüfen. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar Ibuprofen fast vollständig aus dem Abwasser entfernt wird, Diclofenac aber nur zu 50 Prozent. Noch schlechter schneidet das Antiepileptikum Carbamazepin mit weniger als 5 Prozent ab.

Aktivkohle als Helfer

Abhilfe könnte eine vierte Reinigungsstufe schaffen. Zu diesem Zweck hat die Stadtentwässerung Stuttgart (SES) gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum für Spurenstoffe Baden-Württemberg (KomS-BW) ein Forschungsprojekt initiiert und betreibt seit 2014 eine halbtechnische Versuchsanlage zur Spurenstoffelimination im Hauptklärwerk  Mühlhausen.

Ziel ist, zunächst das für die Stuttgarter Verhältnisse aus ökologischer und ökonomischer Sicht am besten geeignete Verfahren zu finden, bevor in eine großtechnische Anlage investiert wird. Ersten Ergebnissen zufolge, lassen sich Spurenstoffe am besten mit pulverisierter Aktivkohle entfernen, die ­direkt in den zu einem Flockungsfilter umgebauten Sandfilter dosiert wird. Damit unterscheidet sich das Stuttgarter Verfahren von anderen bereits vorhandenen Anlagen. Bei diesen wird die pulverisierte Aktivkohle in ein separates Adsorptionsbecken eingemischt und die mit Spurenstoffen angereicherte Aktivkohle anschließend über ein Absetzbecken vom gereinigten Abwasser abgetrennt.

Das Stuttgarter Verfahren zur Spurenstoffelimination ist aber nicht nur innovativ, sondern auch aus wirtschaftlichen und Umweltgesichtspunkten effektiv. Ein großer Vorteil ist der geringe Platzbedarf. So werden für die Direktdosierung keine zusätzlichen Becken benötigt, da die mit Spurenstoffen beladene Aktivkohle im Sandfilter zurückbehalten und abgetrennt wird. Die Aktivkohle nimmt bereits an dieser Stelle so viele Spurenstoffe auf, dass es möglich ist, Arzneimittelrückstände fast vollständig aus dem Abwasser zu entfernen.

Über 90 Prozent

Aber das Stuttgarter Verfahren geht noch einen Schritt weiter. Da die abgetrennte Aktivkohle aus dem Sandfilter ausgespült und das Spülwasser in die biologische Reinigungsstufe zurückgeführt wird, können sich dort weitere gelöste Spurenstoffe an der Aktivkohle anlagern, was die Entnahmeleistung nochmals erhöht. Die mit Spurenstoffen angereicherte Aktivkohle wird anschließend gemeinsam mit dem Klärschlamm aus der biologischen Abwasserreinigung entnommen und über den Weg der Schlammbehandlung der Klärschlammverbrennung zugeführt. Dort werden die Spurenstoffe durch die thermische Verwertung schließlich unschädlich gemacht.

Durch die Direktdosierung und die Mehrfachbeladung der Aktivkohle in der biologischen Stufe kann voraussichtlich im Hauptklärwerk Mühlhausen beispielsweise für Diclofenac und Carpamazepin eine Eliminationsrate von über 90 Prozent erreicht werden.